Расчет расхода холода на замораживание пищевого сырья

Расход холода на замораживание продукта складывается из теп­лоты, отводимой от нее при замораживании, потерь на охлаж­дение морозильного аппарата, тары, упаковки.

Теплота (в кДж), отводимая от продукта при замораживании, определяется по формуле

Q = m [C (t_н - t_кр) + Wωr_л + С_м (t_кр - t_ск)],

где m - масса, кг; С - удельная теплоемкость при температуре выше начала замерзания тканевых соков, кДж/(кг·К); t_н - начальная температура, К; t_кр - температура замерзания тканевых соков, К; t_ск – средняя конечная температура замороженного продукта, К; W - количество воды в рыбе, доли единицы; ω - количество замороженного воды (принимается в зависимости от конечной температуры замораживания), доли единицы, r_л - удельная теплота льдообразования, кДж/кг (r_л принимается равной 335 кДж/кг); С_м - теплоемкость замороженного продукта (берут среднюю температуру между криоскопической и средней конечной мороженого продукта), кДж/(кг·К).

При замораживании продукта в таре учитывают расход холода на охлаждение тары, который определяется по формуле

Q = m_т · С_т (t_н - t_к),

где m_т - масса тары, кг; С_т - теплоемкость материала тары, кДж/(кг·К);

t_н - начальная температура, К; t_н - конечная температура, К.

Расход холода (в кДж) на замораживание продукта можно оп­ределить по разности энтальпий. В этом случае

Q = m (i_н - i_к),

где m - масса продукта, кг; i_н - энтальпия продукта в начале процесса, кДж/кг;

i_н - энтальпия продукта в конце процесса, кДж/кг.

Значения энтальпий для соответствующих температур берут из таблиц.

Теплоту, которую необходимо отвести от продукта в случае его домораживания, определяют по формуле

Q = m[r_лW(ω₂ - ω₁) + С_м (t₂ - t₁)],

где m - масса, кг; r_л - теплота льдообразования, кДж/кг; ω₂ и ω₁ - количество вымороженной воды соответственно при t₂ и t₁, доли единицы; t₂ и t₁ - средняя конечная и начальная температура продукта, абсолютные величины; W - количество воды в продукте, доли единицы.

Продолжительность замораживания продукта зависит от его раз­мера и формы, теплоемкости, теплопроводности, начальной и ко­нечной температуры, коэффициента теплоотдачи от поверхности продукта к охлаждающей среде, температуры и свойств охлаждаю­щей среды и т.д. Продолжительность замораживания обычно определяется экспериментально по формуле Планка:

q₃pl l 1

τ = —————— (—— + ——),

3,6(t_кр – t_с) N 4λ_м α

где τ - продолжительность замораживания, ч; q₃ - полная удельная теплота, об­водимая от продукта при его замораживании от начальной температуры до заданной средней конечной, кДж/кг; р - плотность замороженного продукта, кг/м³; l - толщи­на продукта, м; t_кр - начальная криоскопическая температура продукта, К; t_c -темпе­ратура теплоотводящей среды, К; λ_м - коэффициент теплопроводности продукта при средней температуре ее в процессе замораживания между криоскопической и средней конечной температурами, Вт/(м·К); α - коэффициент теплоотдачи к теплоотводящей среде, Вт/(м²·К); N - коэффициент, зависящий от формы замораживаемого продукта: для блока рыбы, мяса или филе, фарша при двустороннем заморажи­вании N = 2, для продукта, близкого по форме к цилиндру, N = 4, для продукта, близкого по форме к шару, N = 6.

На продолжительность замораживания продукта существенно влияет его толщина. Чтобы показать это, придадим формуле сле­дующий вид:

τ = А · l² + B · l,

где

q₃p 1

А = ————— · ——;

3,6(t_кр – t_с)N 4λ_м

q₃p 1

В = ————— · ——

3,6(t_кр – t_с) N α

Обычно α >4λ_м и соответственно А>В.

При очень больших значениях α продолжительность замораживания становится приблизительно пропорциональной квадрату толщины слоя продукта, а при уменьшении α влияние толщины слоя на продолжительность замораживания сокращается. Толщину замораживаемого слоя продукта следует уменьшать. При малых абсолютных значениях коэффициента теплоотдачи даже незначительное его увеличение заметно сокращает длительность замораживания, при больших значениях этого не происходит. Увеличение α более эффективно при замораживании тонких слоев продукта, чем толстых. И наконец, при больших значениях α возрастает изменение интенсивности отвода теплоты от продукта во время замораживания, при том тем значительней, чем больше толщина замораживаемого слоя (табл. 45).

В промышленности толщина блоков рыбы, мяса, фарша при замораживании принята равной 60 мм.

В морозильных установках воздушного типа продолжитель­ность замораживания продукта практически прямо пропорциональна его толщине, поэтому при уменьшении толщины блока производительность установок не увеличивается.

Таблица 45

Продолжительность замораживания продукта

в зависимости от коэффициента теплоотдачи

Коэффициент теплоотдачи Bт/(м^2·K)	Продолжительность замораживания, ч
Толщина продукта 0,1 м	Толщина продукта 0,3 м
11,6 23,2 58,1 116,0 1163,0 2907,0	15,0 9,0 5,4 4,2 3,1 3,0	63,0 45,0 34,2 30,2 27,4 27,0

При замораживании в плиточных аппаратах иногда выгодно уменьшить толщину продукта. Так, при температуре кипения хладагента —35 °С продолжительность замораживания продукта до —18 °С составляет:

Толщина блока, мм 30 50 65

Время замораживания, мин 50 75 135

Установлено, что при уменьшении толщины продукта до 30-40 мм, производительность плиточных морозиль­ных аппаратов значительно увеличивается.

В морозильных установках воздушного типа предусмотрена циркуляция воздуха, скорость его движения достигает 5...7 м/с. Дальнейшее ее увеличение путем применения более мощных вентиляторов нецелесообразно, так как возраста­ют теплопотери в окружающую среду, а продолжительность за­мораживания сокращается незначительно.

На продолжительность замораживания продукта существенно влияет упаковка. В морозильной установке воздушного типа неупакованный продукт замораживается 230 мин, упакованный в пергамент—241 мин, в полиэтиленовую пленку—242 мин, а в полиэтилен-целлофановую пленку—253 мин при толщине продукта 60 мм.

Продолжительность замораживания блока продукта, упакованно­го в пленку или в другие материалы, можно определить по формуле

q₃pl Rl 1 l_уп

τ = —————[— + P(—— + ∑——)],

3,6(t_кр – t_с) λ_м α λ_уп

где l_уп

∑(——) – сумма термических сопротивлений слоев упаковки, (м²К)/Вт;

λ_уп

R и P - безразмерные вспомогательные коэффициенты, значение которых зави­сит от соотношения размеров параллелепипеда и направления тепловых лучей.

Скорость замораживания — это темп перемещения зоны кристаллизации в замораживаемом объекте.

Под зоной кристаллизации понимается слой продукта, в котором под действием низких температур значительная часть воды превращается в лед. Зона кристаллизации возникает на поверхности продукта и в процессе замораживания постепенно перемещается внутрь. Скорость замораживания имеет наибольшее значение в поверхностном слое и уменьшается по мере его промерзания вследствие возрастания термического сопротивления увеличивающегося замороженного слоя.

Процесс замораживания характеризуется средней скоростью V (в см/ч), представляющей собой отношение толщины замороженного слоя Х (в см) ко времени его образования

τ_-1^-5, т.е.

V = Х/τ_-1^-5; Х = l/2; V₃ = l/2τ_-1^-5,

где τ_-1^-5 - продолжительность замораживания, в пределах температуры от —1 до —5 °С, отсчитывается с момента появления температуры —1 °С в поверхностном слое наиболее толстого сечения рыбы до момента достижения температуры —5 °С в центральном слое, ч; l - максимальная толщина продукта, см.

В холодильной технологии замораживание со скоростью 0,5 см/ч считают медленным, 0,5...3,0—ускоренным, 3,0...10,0— быстрым, 10...100—сверхбыстрым.

5.4.3. Способы замораживания пищевых продуктов

Способы замораживания подразделяются в соответствии с источником получения холода, видом охлаждающей среды, характером теплообмена между продуктом и хладагентом.

По источнику получения холода способы замораживания подразделяются на замораживание естественным и искусственным холодом.

Замораживание естественным холодом пищевого сырья и продуктов применяется в зимний период в районах с суровым климатом.

По виду охлаждающей среды способы замораживания подразделяются на замораживание воздушное, в контакте с металлическими поверхностями, жидкостное, льдосолевое, в кипящих хладагентах.

По характеру теплообмена между продуктом и холодильным агентом способы замораживания делятся на замораживание в воздухе как промежуточном теплоносителе (контактное или бесконтактное); в жидкости как промежуточном теплоносителе (контактное или бесконтактное); в кипящем хладагенте (контактное или бесконтактное). При контактном замораживании продукт непосредственно соприкасается с охлаждающей средой, при бесконтактном — между продуктом и охлаждающей средой имеется какая-либо перегородка.

Морозильные аппараты подразделяются на следующие основные типы: с интенсивным движением воздуха; многоплиточные; контактные, в которых продукты замораживают при непосредственном контакте с жидким хладоносителем или холодильным агентом.

Основными критериями при оценке способов замораживания являются качество получаемой продукции, техническое совершенство и экономичность. Существующие способы заморажи­вания наряду с достоинствами имеют некоторые недостатки.

Интенсивное замораживание продукта в хо­лодном воздухе позволяет получать продукт высокого качества. Однако при этом значителен расход холода, велики его потери в окружающую среду. При замораживании продуктов в потоке холодного воздуха с их поверхности интенсивно испаряется вода, вследствие чего водяной пар осаждается на холодной поверхности приборов охлаждения в виде инея, а следовательно, теплообмен между воздухом и охлаждающей средой в батареях или воздухоохладителях ухудшается.

Морозильные аппараты с интенсивным движением воздуха различаются между собой способом укладки продукта (в формах, упаковке, поштучно, россыпью и т. д.), а также конструктивным оформлением системы транспортировки продукта через морозильное отделение (на тележках, ленточном, сетчатом или цепном конвейере, гравитационные и т. д.). Из аппаратов с интенсивным движением воздуха в отдельную группу выделены аппараты для замораживания мелкоштучных продуктов в слое методом флюидизации.

Метод замораживания продуктов в холодном воздухе применяют в основном при замораживании рыбы, мяса в тушах, полутушах и четвертинах, готовых кулинарных изделий, а также мелких продуктов (ягоды, пельмени и др.) во взвешенном состоянии (флюидизация). Кроме того, этот метод применяют для замораживания таких продуктов, как мелкокусковое мясо в блоках, субпродукты, филе, фарш, творог, масло, когда они упакованы или находятся в закрытых металлических формах.

Замораживание в плиточных аппаратах экономически более выгодно, чем воздушное, но при обычных температурных режи­мах замораживания (—30...—40 °С) происходит примерзание продукта к охлаждающим плитам. Продукт необходимо предварительно обертывать полимерной пленкой или специальной бумагой, что приводит к дополнительным затратам упаковочных материалов и труда.

Многоплиточные морозильные аппараты (мембранные, горизонтальноплиточные, вертикальноплиточные, роторные) различаются расположением блоков продукта и способом его загрузки.

В жидких средах продукт замораживается быстро. Этот способ замораживания требует расхода электроэнергии на 20... 30 % меньше по сравнению с воздушным способом.

При замораживании пищевых продуктов в жидких хладоносителях в качестве теплоотводящей среды применяют в основном водные растворы солей хлорида Na, хлорида кальция, пропилен- и этиленгликоля. Замораживание продукта без упаковки в растворе поваренной соли наряду с некоторыми преимуществами (ускорение процесса замораживания и отсутствие усушки) имеет и ряд недостатков: проникновение соли в продукт, изменение цвета и ухудшение товарного вида, потеря экстрактивных веществ, переходящих в рассол. В качестве теплоотводящей среды используют также жидкие азот и диоксид углерода.

Замораживание в кипящих хладагентах происходит очень быстро, качество замороженной продукции высокое.

Наиболее широко применяют для этих целей жидкий азот, который является инертным веществом по отношению к замораживаемым продуктам и имеет низкую температуру кипения при атмосферном давлении (—195,8 °С). Контактное замораживание в жидком азоте характеризуется большой скоростью процесса, простотой технологии и обслуживания технологического оборудования, возможностью организации непрерывного производства. Кроме того, для реализации этого метода замораживания не требуется больших производственных площадей. Однако, эта охлаждающая среда экономически себя оправдывает при замораживании пищевых продуктов высокой стоимости, небольших размеров и малой толщины (готовые мясные блюда, пельмени, ягоды и др.). Продукты относительно большой толщины замораживать в среде жидкого азота нельзя из-за появления механических повреждений, вызываемых температурными напряжениями по объему продукта в результате больших температурных перепадов.

Замораживание в жидкой среде продукта в упаковке (погружной метод) практикуется довольно широко. В качестве упаковки используют полимерную пленку, в которой продукты замораживают, хранят и отправляют к потребителю. Этот метод целесообразно применять для замораживания пищевых продуктов, имеющих неправильную геометрическую форму (например, тушки птицы). Погружной метод позволяет интенсифицировать процесс замораживания, а также механизировать и автоматизировать процесс холодильной обработки продуктов. При этом практически отсутствует усушка продукта, не ухудшается товарный вид его.

5.4.4. Производство мороженых плодов и овощей

Многие плоды и овощи удается замораживать без существенного нарушения вкусовых свойств. Замороженные плоды и овощи могут упот­ребляться после размораживания как десерт, использоваться при приготовлении салатов и вторых блюд, а также как сырье для производства мороженого, кондитерских изделий, варенья, джемов и других пищевых продуктов. Чтобы избежать боль­шого вымерзания воды и до некоторой степени защитить расти­тельные клетки от разрушительного действия низких темпе­ратур, придать приятный вкус ягодам, предназначенным для употребления как десерт, к ним до замораживания добавляют сахар или сахарный сироп. Замораживанию подвергается боль­шинство садовых и дикорастущих ягод.

Плоды, предназначенные для замораживания, должны быть потребительской зрелости, вполне доброкачественными. Перед замораживанием плоды сортируют, моют, режут, бланшируют, охлаждают и фасуют в тару, в которой они замораживаются и хранятся до употребления. Плоды, фасованные в мелкую тару, следует замораживать в морозильных аппаратах.

Режимы замораживания плодов с сахаром или сиропом, а также без сахара могут быть одинаковы. Замораживание осуществляется в морозильных аппаратах при температуре —30°С и ниже и интенсивном отводе тепла. Хорошие резуль­таты были получены при замораживании и хранении фрукто­вого пюре, смешанного с сахаром. Пюре употребляется глав­ным образом при производстве мороженого и кондитерских изделий.

Замораживание плодов и ягод

Для замораживания используют плоды и ягоды свежие, здо­ровые, равномерно созревшие, без механических повреждений. Ре­комендуются следующие сорта плодов и ягод: абрикосы — Ана­насный, Краснощекий, Красный партизан; вишня—Владимирская, Любская, Подбельская; персики—Золотой юбилей, Эльберта, Молдавский желтый; слива—Анна Шпет, Венгерка, Ренклод; яблоки—Анис полосатый, Антоновка, Аппорт, Бельфлер, Корич­ное полосатое; земляника — Аэлита, Ароматная, Комсомолка, Победа.

Доставка, хранение сырья. Сырье доставляется на завод в таре в зависимости от его вида: ягоды в лубяных решетках или корзинках вместимостью до 6 кг, плоды в деревянных решетча­тых ящиках вместимостью до 16 кг или в специальных контей­нерах.

Ягоды доставляются к месту обработки не позже 4—6 ч пос­ле сбора.

Хранение сырья осуществляется на сырьевых площадках с навесами или в холодильных камерах. При отсутствии холодиль­ных камер ягоды и некоторые плоды (например, инжир) перера­батываются в день сбора и доставки.

В холодильных камерах ягоды могут храниться до 2 сут, кос­точковые плоды—до 3—5, семечковые плоды—до 10 сут.

Подготовка сырья к замораживанию. Сортировка, калибровка, мойка, удаление плодоножек, косточек, семенных камер, чаше­листиков осуществляются аналогичным образом, как и при про­изводстве плодовых и ягодных компотов.

Для предупреждения потемнения замороженных плодов при длительном хранении абрикосы, персики, айву, грушу, яблоки обрабатывают раствором аскорбиновой кислоты. Целые абрикосы и персики выдерживают в 7%-ном растворе в течение 1 ч, поло­винки плодов—в 4%-ном растворе. В раствор добавляется 0,1 % поваренной соли. Раствор аскорбиновой кислоты готовится непо­средственно перед употреблением. Нарезанные семечковые плоды при замораживании в сахарном сиропе предварительно обрабаты­ваются в 0,1%-ном растворе аскорбиновой кислоты и 0,1%-ном растворе поваренной соли в течение 3—5 мин.

Концентрация сахарного сиропа для замораживания абрико­сов без аскорбиновой кислоты составляет 40%, с аскорбиновой кислотой—45, для персиков—40%. Можно замораживать также россыпью без сахарного сиропа.

Ломтики яблок, груш, айвы также замораживают в 40%-ном сахарном сиропе. Концентрация аскорбиновой кислоты в сиропе должна составлять 0,1%. Если в сахарный сироп аскорбиновая кислота не добавляется, дольки плодов предварительно погружа­ются в 1-2%-ный раствор поваренной соли на 3-5 мин, после чего они извлекаются из раствора и бланшируются в горячей воде при температуре 90-95 °С в течение 3-5 мин. Плоды охлаждаются в проточной воде или под душем.

Подготовленные ягоды могут замораживаться с засыпкой са­харом-песком (соотношение ягод и сахара 3:1), с заливкой 50 %-ным сахарным сиропом (1:1) и россыпью без сахара (кроме малины).

Плоды и ягоды замораживаются в скороморозильных аппара­тах непрерывного или периодического действия при температуре —28-—35 °С или в холодильной камере, оборудованной стеллажами, при температуре не выше —24°С с усиленной циркуля­цией воздуха.

Перед замораживанием подготовленные плоды и ягоды обду­ваются сжатым воздухом и инспектируются.

Замораживание производится в псевдоожиженном (флюидизационном) или плотном слоях.

Продолжительность замораживания в псевдоожиженном слое составляет 8-12 мин, в плотном—до 30-40 мин для косточко­вых и до 90 мин для семечковых плодов. Температура охлаждаю­щего воздуха —30 °С. Упаковка, маркировка, хранение. После замораживания про­дукция в зависимости от вида плодов и ягод, их технологической подготовки и назначения фасуется в мелкую тару из ламиниро­ванного картона, пакеты из пищевого полиэтилена с последующей укладкой в картонные ящики или контейнеры. Иногда используются стоечные поддоны с полиэтиленовым вкладышем.

Упакованная продукция хранится в холодильных камерах: при температуре не выше —18 °С плоды не более 12 мес, ягоды не более 9 мес; при температуре —15 °С плоды и ягоды в сахар­ном сиропе до 8 мес, плоды и ягоды в сахаре и без него до 6 мес. Дефростация замороженной продукции в процессе хранения не допускается. Для перевозки замороженных плодов и ягод используются автомашины с изотермическими кузовами и холодильными агрегатами.

Замораживание овощей и овощных смесей

Сырье. Для производства быстрозамороженных овощей и их смесей используется такое же сырье, что и для производства овощных консервов. Поступающие на замораживание овощи должны быть свежими, здоровыми, не пораженными сельскохо­зяйственными вредителями и заболеваниями, без механических повреждений. В качественном удостоверении должны быть указаны дата последнего срока обработки и виды ядохимикатов.

Доставка, хранение сырья. Для транспортировки и хранения овощей используются ящичные поддоны. Зеленый горошек допус­кается перевозить в цистернах с водой. Хранят сырье на крытых сырьевых площадках или в холодильных камерах.

Сроки хранения такие же, как и при производстве овощных консервов.

Подготовка сырья к замораживанию. Сортировка, калибровка, мойка, очистка осуществляются таким же образом, как и для на­туральных и закусочных овощных консервов.

Отдельные виды овощей подвергаются бланшированию, а именно: зеленый горошек паром при температуре 94—98 °С в течение 1—3 мин или водой при температуре75—85 °С в течение-3—5 мин, после чего проводится охлаждение водой.

Цветную капусту выдерживают в течение 10—15 мин в 2— 3%-ном растворе поваренной соли для удаления червей и моют последовательно в двух моечных машинах: вентиляторной и эле­ваторной с ополаскиванием под душем. Промытую капусту раз­деляют на отдельные цветочные побеги диаметром не менее 30 мм, бланшируют в кипящем 0,1%-ноы растворе лимонной кис­лотой в течение 3—5 мин и быстро охлаждают проточной водой.

Початки сахарной кукурузы бланшируются в непрерывнодействующем бланширователе при температуре 85—90 °С в течение 2—3 мин.

Подготовленная резаная морковь бланшируется в кипящей воде или острым паром под давлением 200 кПа до полуготовности и охлаждается.

Столовая свекла до очистки подвергается бланшированию острым паром при давлении 200 кПа в течение 10—25 мин (в за­висимости от размера свеклы) почти до готовности.

Резаная спаржа бланшируется в кипящей воде 2—3 мин в зависимости от толщины побегов, после чего ее охлаждают в про­точной воде.

Стручковая фасоль бланшируется при температуре 90—95 °С в течение 3—5 мин с последующим охлаждением.

Шпинат обрабатывается паром в течение 3—4 мин, щавель — 4—5 мин.

Подготовленные овощи замораживаются в скороморозильных аппаратах непрерывного или периодического действия при температуре —30 °С или в морозильной камере при температуре не выше 24 °С с принудительной циркуляцией воздуха.

Замораживание производится в псевдоожиженном (флюидизационном) или плотном слое. Мелкоплодные и резаные овощи преимущественно замораживают в псевдоожиженном слое.

Продолжительность замораживания в плотном слое для бак­лажанов, кабачков, кукурузы составляет 90 мин, для других ово­щей — 15—25 мин, в псевдоожиженном слое — продолжитель­ностью 10—12 мин.

В скороморозильных аппаратах периодического действия на противнях или в упакованном виде продолжительность замора­живания составляет 2—4 ч.

Замораживание считается оконченным при достижении в центре упаковки или слоя температуры не выше —18 °С.

Овощные замороженные смеси могут производиться двумя спо­собами: замораживание отдельных компонентов с последующим смешиванием и фасованием; замораживание фасованных смесей.

По первому способу ранее замороженные овощи в зимний период смешиваются в соответствии с рецептурой и фасуются в полиэтиленовые пакеты или ламинированные картонные коробки с вкладышами массой нетто 0,5—1 кг, ящики из гофрированного картона с вкладышами и мешки бумажные до 20 кг.

По второму способу подготовленные компоненты смешивают и фасуют массой 0,5—1 кг в соответствии с рецептурой и затем замораживают.

Упаковка, маркирование, хранение. Фасованные овощи и овощные смеси упаковывают в картонные гофрированные короба или другую транспортную тару. Каждая единица упаковки мар­кируется с указанием реквизитов, предусмотренных техническими условиями. Продукцию хранят в холодильниках при температуре не выше —18°С в течение 12 мес со дня выработки, при —15 °С— до 6—8 мес.

Транспортировка производится специализированным транспортом при температуре не выше —18 °С.

Дата добавления: 2013-12-12