Подмораживание пищевого сырья

Подмораживание это охлаждение тканей пищевого сырья до температуры ниже криоскопической, но не ниже минус 3^оС. Этот метод холодильной обработки применяется в тех случаях, когда требуется сохранять скоропортящиеся продукты более продолжительное время, чем охлажденные, и менее, чем замороженные. При этом продукты хранятся при темпе­ратуре, близкой к криоскопической, т.е. при температуре на 1—2 °С ниже начала замерзания соков, содержащихся в про­дуктах.

В различных литературных источниках подмороженные продукты, особенно такие, как мясо и рыба, вопреки физиче­скому смыслу называют переохлажденным мясом, рыбой глу­бокого охлаждения и т. д. Примерно такой же терминологией пользуются и за рубежом. При этом сле­дует иметь в виду, что понижение температуры продукта ниже криоскопической сопровождается частичным переходом воды в лед и переохлаждение или глубокое охлаждение не имеет места.

Подмороженные продукты по своему качеству мало чем от­личаются от охлажденных, но их производство, хранение, пе­ревозка и реализация позволяют увеличить сроки хранения. Продолжительность хранения мяса, птицы и рыбы в подмороженном состоянии в 2—2,5 раза больше по сравнению с продолжительностью хранения охлажденных, что создает возможности транспортировки их на дальние рас­стояния без снижения качества и товарного вида.

Продукты, находящиеся в подмороженном состоянии, при­обретают такую упругость, при которой мясные полутуши ста­новятся достаточно жесткими и легко могут складироваться в штабеля при хранении и транспортировке, что повышает рен­табельность холодильного транспорта и использования пло­щади холодильных камер. При использовании подмораживания рыбы отпадает необходимость использования льда во время хранения и транспортировки рыбы, вследствие чего почти в 2 раза повышается эффективность использования грузового объема водного, железнодорожного, автомобильного транспорта, а также холодильных предприятий. Подмораживание и хранение птицы при близкриоскопических температурах положительно сказывается на удлинении продолжительности хранения с сохранением высокого качества.

Продукты растительного происхождения. Экспериментальными исследованиями и промышленной проверкой доказано, что близкриоскопические температуры за­медляют биохимические процессы, происходящие в продуктах растительного происхождения. Однако, указанный метод не может быть применен ко всем продуктам растительного происхождения. При рекомендации этого способа необходимо учитывать специфические особенности растительного сырья. Продукты растительного происхождения яв­ляются живыми организмами, и поэтому установление опти­мальных режимов является сложной задачей холодильной тех­нологии. При определенных условиях предварительной обработки и температурной выдержке хорошие результаты до­стигаются при хранении зимних сортов яблок, дынь и вино­града. Снижение температуры хранения позволяет продлить продолжительность хранения яблок до нового урожая в хоро­шем виде и с резким сокращением товарного брака и изме­нением массы вследствие испарения влаги.

На подмораживание должны быть направлены яблоки только до­брокачественные, предварительно отсортированные. В началь­ный период хранения яблок поддерживается температура 1-3°С, а затем температура постепенно снижается до —2÷—3°С в течение 5—6 недель. Установление указанных тем­ператур позже конца декабря уже не оказывает существенного влияния на внутриклеточный обмен. Только постепенное пони­жение температур создает условия для адаптации раститель­ного организма к условиям хранения при отрицательных тем­пературах. Полная обратимость физиологических процессов происходит только при последующем медленном отеплении. В результате адаптации увеличивается проницаемость клеток, что способствует межклеточной кристаллизации воды, не губи­тельной для ткани яблока. Яблоки после адаптации к холоду переносят частичное вымораживание воды при температуре около —2°С. Процессы, связанные с климактериксом плодов, при —2±0,5°С происходят на 1,5—2 мес позже и проте­кают с меньшей интенсивностью, чем у плодов, хранящихся при 0—2°С. В конце хранения за 2—3 недели до начала реализации плоды постепенно отепляются в камере до темпе­ратуры 2—3°С. При соблюдении технологических требований и своевременной загрузке камер хранение при температуре —2±0,5°С имеет значительные преимущества перед хране­нием при положительных температурах. Резко повышается сорт­ность плодов и уменьшается величина отходов, вызываемых физиологическими заболеваниями и жизнедеятельностью мик­роорганизмов.

Проведенное опытное хранение подмороженных в промыш­ленных условиях дынь, где каждый экземпляр размещался в сетке и подвешивался на специальных стеллажах, показало, что они успешно сохранялись в течение 6 мес.

Продукты животного происхождения. Туши или полутуши, обработанные в соответствии с действующими инструкциями и ветеринарно-санитарными правилами, в парном состоянии на­правляются на подмораживание. При использовании интенси­фицированных морозильных камер, температура воздуха в ко­торых —25÷—35 °С, говядину выдерживают 6—10 ч, сви­нину 4—8 ч, баранину 2—3 ч, при использовании морозильных камер с естественной циркуляцией воздуха и температурой—18÷—23 °С—соответственно 12—15 ч, 9—12, 4—5 ч. Подморажи­вание считается законченным при достижении температуры в центре бедра 1—2 °С. Температура в поверхностном слое на глубине 1 см —4÷—5 °С, толщина подмороженного слоя 2—2,5 см. После подмораживания мясо по подвесным путям направляется в камеры хранения, где поддерживается темпера­тура около —2 °С. Хранение подмороженного мяса может осу­ществляться на подвесных путях или в штабелях высотой 1,5— 2 м без применения реечных прокладок. Продолжительность хранения в камерах, если мясо предназначено для отгрузки, не должна превышать 2—3 сут. В течение первых суток тем­пература мяса по всей толщине выравнивается и становится равной —2±0,5°С. При необходимости подмороженное мясо может направляться из морозильных камер непосредственно на погрузку в рефрижераторные поезда с машинным охлажде­нием. Мясо укладывается в продольном направлении вагона плотными штабелями клеткой, без реечных прокладок, остав­ляющих на поверхности мясных полутуш нежелательные впа­дины высотой 1,5—1,8 м по 8—9 рядов.

Подмороженное мясо при нахождении в пути до 7—9 сут можно перевозить в авторефрижераторах и поездах с машин­ным охлаждением при соблюдении условий перевозок, т. е. при температуре около —2 °С. На распределительных холо­дильниках хранение осуществляется при тех же режимах, т. е.—2±0,5°С при относительной влажности 92—95%. Продол­жительность хранения допустима до 7 сут. С холодильников мясо поступает в реализацию через торговую сеть, где его хранение осуществляется при режимах, рекомендуемых для краткосрочного хранения охлажденного мяса. За первые сутки хранения происходят незначительное повышение температуры, частичное таяние льда и мясо реализуется как охлажденное. В случае удлинения продолжительности хранения такое мясо в торговой сети можно хранить при температуре ниже криоскопической и реализовать его в подмороженном виде.

Подмораживание битой птицы может осуществляться в парном или охлажденном состоянии как поштучно, так и уложенной в стандартные ящики. Для подмораживания ис­пользуют те же технические средства, что и при заморажива­нии. Подмораживание при температуре воздуха —30÷—35 °С длится 2—3 ч в зависимости от массы и упаковки тушек. При использовании жидких охлаждающих сред температурой —20÷—25 °С обязательно применение влагонепроницаемой упаковки. При этом процесс подмораживания длится 10— 20 мин. Хранение птицы, так же как и мяса, осуществляется при —2 ±0,5 °С. В первые сутки хранения происходит вырав­нивание температуры по объему продукта. Общая продолжи­тельность хранения составляет около 30 сут. Особенно хоро­ший товарный вид на протяжении всего периода хранения имеют тушки, упакованные под вакуумом.

Большое разнообразие промысловых рыб, характеризуемых различной массой, химическим составом и другими не менее важными характеристиками, накладывает отпечаток на выбор способа подмораживания и хранения рыбы. Подмораживание рыбы желательно осуществлять сразу после ее вылова, т. е. непосредственно в море на судах, оборудованных соответст­вующим холодильным оборудованием.

Некоторые виды рыб (треска, морской окунь и др.) можно подмораживать после хранения не более 6 сут в охлажденном состоянии. Подмораживание осуществляется в морозильных аппаратах при температуре воздуха —20 °С и ниже. Продол­жительность процесса зависит не только от параметров охлаж­дающей среды, но и от размеров рыб. В среднем можно счи­тать, что подмораживание в воздушной среде длится около 1 ч, а в рассоле—15—20 мин. При подмораживании и хранении на судах крупной рыбы получены положительные результаты. Приготовленные на судах консервы натуральные и в масле из тунца, хранившегося при близкриоскопической температуре до 20— 25 сут отличались высоким качеством. Внедрение спо­соба подмораживания исключает замораживание тунца, иду­щего на производство консервов, и тем самым повышаются экономичность и качество готовой продукции. Вторые блюда, а также готовые кулинарные изделия и полуфабрикаты зачас­тую реализуются после изготовления их на протяжении 2—3 недель. В этом случае нецелесообразно подвергать их замо­раживанию. Выпуск в охлажденном состоянии не всегда мо­жет гарантировать доведение их до потребителя в доброкачественном состоянии. Указанные продукты в зависимости от размеров и формы упаковки целесообразно подмораживать. В морозильных аппаратах прерывного или непрерывного дей­ствия это можно осуществить за 15—30 мин. В торговой сети лучше хранить эти продукты при температуре —2 °С. По­скольку отдельные порции обычно небольшие, то доведение их температуры до положительной целесообразно осуществлять перед употреблением (при подогревании или обжарке).

5.4. Замораживание пищевого сырья

Замораживание – это технологический процесс, при котором температура тканей пищевого сырья искусственно понижается до температуры намного ниже температуры начала замерзания клеточного сока с последующим хранением сырья при низких отрицательных температурах. Наиболее часто при замораживании пищевого сырья его температура понижается от начальной до минус 18 ^оС.

5.4.1. Изменение свойств пищевого сырья при замораживании

При замораживании происходят физические, физико-химические, гистологические и микробиологические изменения. Многие из них в основном обусловлены превращением воды в лед при низких температурах.

При замораживании увеличивается твердость пищевого сырья, особенно значительно в пределах температур от —1 до —5 °С. Так, при температуре —2°С твердость продукта в 8...10 раз больше, чем у охлажденного, при —3 °С — в 20...25, а при —4 °С — в 35...40. Понижение температуры до —50...—60 °С сопровождается повышением его прочности, по мере дальнейшего понижения температуры (от —80 до —200 °С) прочность уменьшается.

Замораживание пищевого сырья сопровождается увеличением упругих свойств и уменьшением пластичных свойств.

При понижении температуры до —50...—80 °С у них преобладают упругие свойства, а при более низких температурах наблюдается увеличение хрупкости продукта.

В процессе замораживания объем воды увеличивается на 9 %. Поскольку пищевое сырье содержит большое количество воды, то и его объем увеличивается обычно на 5...6 %, что необходимо учитывать при замораживании продукта, так как неправильное и небрежное укладывание в блок-формы или переполнение их, излишняя подпрессовка приводят к разрушению тканей.

Плотность продуктов при замораживании уменьшается, при­чем тем больше, чем больше воды они содержат и чем ниже температура, достигаемая при замораживании. Это объясняется расширением воды при превращении ее в лед.

У большинства продуктов уменьшение плотности при замо­раживании не превышает 5-8%, поэтому при технических тепловых расчетах можно считать ее постоянной.

Замораживание мяса, птицы и рыбы сопровождается уменьшением водоудерживающей способности тканей, что вызвано денатурацией белков актомиозинового комплекса, а также образованием льда, под действием которого изменяются меж- и внутримолекулярные взаимодействия гидрофильных групп белков. Мясо мороженое имеет более жесткую и сухую консистенцию, чем мясо охлажденное.

В процессе замораживания пищевого сырья вода превращается в лед, что приводит к изменению концентрации тканевого сока и ионного равновесия. Среда становится кислой, рН среды сдвигается в кислую сторону на 1,5...2,0 единицы, нарушаются связи между отдельными молекулами веществ, содержащихся в тканевом соке.

При понижении температуры хранения замедляются гидролитические процессы. Однако в зоне температур от—2 до —10°С гидролиз ускоряется; при дальнейшем понижении температуры он замедляется, однако полностью не приостанавливается даже при —30...—40°С.

При замораживании в мясе, птице и рыбе происходит разрушение гликогена, креатинфосфата, аденозинтрифосфорной кислоты, некоторых пигментов. Особенно быстро эти соединения разрушаются в зоне температур от —1 до —5°С. При этих же температурах наблюдается быстрая денатурация белков, в результате которой уменьшаются их растворимость, способность к набуханию, водоудерживающая способность. Денатурация белков влияет на состояние мышечной ткани. Консистенция становится более жесткой, сухой, нарушается коллоидное состояние.

В процессе замораживания происходят гистологические изменения в структуре пищевого сырья. У сырья до замораживания ткани упругие, волокна плотно прилегают друг к другу. При быстром замораживании гистологическая структура изменяется меньше, чем при медленном замораживании.

При замораживании наблюдается усушка пищевых продуктов, которая зависит от их вида, размера, физиологического состояния, способа разделывания, а также скорости замораживания, вида охлаждающей среды и целого ряда других факторов. Если пищевой продукт перед замораживанием упакован в водо- и паронепроницаемую тару, то потеря воды будет незначительной. Однако иней может осаждаться внутри упаковки, если между поверхностью продукта и упаковкой будет воздушное пространство. Продукты, замораживаемые неупакованными, утрачивают в результате потери воды 0,5…1,5 % своей массы и больше, что зависит от температуры, скорости и способа замораживания, а также от вида продукта. У измельченных продуктов (например, фарша) усушка больше, чем у неизмельченных.

При замораживании в пищевом сырье подавляется жизнедеятельность микроорганизмов. Многие из них (80...90 % от первоначального содержания) погибают. Это является результатом воздействия на микроорганизмы низкой температуры, увеличения концентрации тканевого сока при превращении воды в лед, изменения рН среды. Максимальная гибель микроорганизмов наблюдается в интервале температур от 0 до —5 °С.

Гистологические исследования показывают, что сырье животного происхождения целесообразно замораживать до наступления в нем посмертного окоченения или же в состоянии расслабления его тканей. При замораживании в стадии посмертного окоченения на мышечную ткань оказывают влияние неблагоприятные условия, создающиеся в процессе замораживания (увеличение концентрации тканевого сока, изменение рН среды, солевого состава мышечного сока и т.д.).

Вымораживание воды в биологических системах при пони­жении их температуры ниже криоскопической существенно из­меняет теплофизические свойства продуктов. Свойства сухих ве­ществ продуктов при их замораживании практически остаются постоянными. Следовательно, основной и почти единственной причиной изменения теплофизических свойств пищевых продук­тов при замораживании является превращение свободной воды в лед, так как теплофизические свойства воды и льда различны (табл. 41).

Таблица 41

Теплофизические свойства воды и льда

Показатель	Вода	Лед
Удельная теплоемкость, кДж/(кг·К) Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К) Коэффициент температуропроводности, м^2/ч	4,19 0,56 0,00045	2,12 2,24 0,00365

Полная удельная теплоемкость продуктов при заморажива­нии включает скрытую теплоту фазового превращения (льдооб­разования) воды. Значение q_ω максимально при начальной криоскопической температуре продукта и уменьшается с пони­жением его температуры.

В тепловых расчетах процессов замораживания пользуются условной теплоемкостью замороженных продуктов, в которую не включают скрытую теплоту льдообразования. Эту условную удельную теплоемкость можно определить по следующему вы­ражению:

с_м = с_с (1 – W) + с_л Wω + с_в W(1-ω), (1)

где с_м - условная удельная теплоемкость мороженых продуктов, кДж/(кг·К);

с_{с -} удельная теплоемкость сухих веществ, кДж/(кг·К), для продуктов животного происхождения с_с составляет 1,34—1,68 кДж/(кг·К), а для рас­тительных — не более 0,9 кДж/(кг·К); с_л — удельная теплоемкость льда, кДж/(кг·К), с_л =2,12 кДж/(кг·К); с_в — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К), с_в =4,24 кДж/(кг·К); W— массовая доля воды в продуктах; ω — относительное количество вымороженной воды (определяется при той температуре, для которой необходимо вычислить удельную теплоемкость).

Преобразовав выражение (1) и подставив в него значения с_л и с_в, получим

с_м = с_о - (с_в – с_л) Wω = с_о – 2,12 Wω, (2)

где с_о — удельная теплоемкость незамороженного продукта (при начальной криоскопической температуре),кДж/(кг·К).

Теплоту льдообразования для единицы массы продукта при изменении температуры на один градус q _ω [в кДж/(кг·К)] на­ходят по формуле

q _ω = (ω₂ — ω₁) Wr_л

где (ω₂ — ω₁) - разность относительных количеств вымороженной воды при изменении температуры на один градус; W— массовая доля воды в продук­тах; r _л — удельная скрытая теплота льдообразования, кДж/(кг·К), r _л =335 кДж/кг (при 0 °С).

Удельную теплоту льдообразования при различных темпера­турах приближенно вычисляют по формуле r _л =335+2,12t где t — температура мороженого продукта, °С.

Полная удельная теплоемкость замороженного продукта

с_ω = см + q_ω

где с_ω— полная удельная теплоемкость замороженного продукта, кДж/ (кг·К);

с_м—условная удельная теплоемкость замороженного продукта, кДж/(кг·К);

q_ω — теплота льдообразования единицы массы продукта при изменении тем­пературы на один градус, кДж/(кг·К).

Разница между значениями с_ωи с_ммаксимальна при началь­ной криоскопической температуре, когда с_м = с_о, a q_ω имеет наи­большее числовое значение. После окончания вымерзания воды q_ω = 0 и с_ω =с _м.

Для вычисления полной удельной теплоемкости некоторых пищевых продуктов при температурах ниже криоскопической можно пользоваться приближенной эмпирической формулой

с_ω = n — m/t, (3)

где с_ω —полная удельная теплоемкость мороженого продукта, кДж/(кг·К);

t— температура, при которой определяется полная теплоемкость мороженого продукта, °С.

Значения постоянных n и m в формуле (3) приведены в табл. 42.

Таблица 42

Продукт	n	m
Говядина	0,670	39,40
Свинина
при W == 52 %	0,545	29,20
при W == 76,8 %	2,810	11,53
средние значения	1,885	17,35
Пикша, треска, морской окунь	0,755	37,30

В отличие от удель­ной теплоемкости коэф­фициент теплопровод­ности нельзя подсчитать по обычным законам сме­шения. Когда в продук­тах не происходит льдо­образования, коэффици­ент теплопроводности их меняется мало, поэтому в технических расчетах его можно при­нимать постоянным. Если при понижении температуры в про­дукте начинается льдообразование, то это значительно влияет на теплопроводность вследствие того, что коэффициент тепло­проводности у льда примерно в 4 раза больше, чем у воды. Это позволяет представить теплопроводность замораживаемого про­дукта в функции от температуры.

Коэффициент теплопроводности льда в технических расчетах принимают в пределах 2,22—2,33 Вт/(м·К), считая ее постоян­ной. В действительности теплопроводность льда при понижении температуры увеличивается почти по линейной зависимости, до­стигая при —120°С около 3,84 Вт/(м·К):

λ_л = 2,22 (1+0,005 t),

где λ_л — коэффициент теплопроводности льда, Вт/(м·К); t - температура льда по шкале Цельсия (по абсолютной величине).

Для пищевых продуктов, содержащих от 70 до 80 % воды (мясо, рыба, птица, некоторые плоды и овощи),

λ_м = λ_o + 0,9 ω, (4)

где λ_м— коэффициент теплопроводности замороженных продуктов, Вт/(м·К);

λ_o — коэффициент теплопроводности продуктов при температуре выше криоскопической, Вт/(м·К); ω — относительное количество воды, вымороженной при данной температуре.

Для расчета коэффициента теплопроводности некоторых пи­щевых продуктов при замораживании можно пользоваться при­ближенной эмпирической формулой

λ_м = п + m/t, (5)

где λ_м — коэффициент теплопроводности замороженных продуктов, Вт/(м·К);

т и п— постоянные, значения которых приведены в табл. 43.

Таблица 43

Продукт	п	т
Треска, пикша Судак Рыба частиковая	1,23 1,19 1,48	0,58 0,77 1,03
Говядина Свинина	1,50 3,36	1,08 1,55

Возрастание теплопроводности продукта при понижении тем­пературы практически заканчивается с окончанием льдообразования, если пренебречь дальнейшим незначитель­ным изменением тепло­проводности льда и дру­гих составляющих. Зна­чения коэффициента теп­лопроводности некоторых пищевых продуктов све­жих и замороженных представлены в табл. 44, из которой следует, что коэффициенты теплопроводности свежих и замороженных про­дуктов сильно различаются.

Таблица 44

Продукты	Коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м К)
свежего λм	замороженного λм
Говядина Свинина мясная жирная Треска (филе) Яйца	0,455—0,500   0,500 0,370 0,535 0,430	1,1—1,4   1,57 0,72 1,20 0,97

Температуропроводность продуктов с началом льдообразо­вания возрастает, так как одновременно уменьшается теплоем­кость и увеличивается теплопроводность. Возрастание темпера­туропроводности при понижении температуры продукта практи­чески заканчивается с завершением льдообразования в нем. Расчетный коэффициент температуропроводности

а_м = λ_м /(с_м ρ_м),

где а_м — расчетный коэффициент температуропроводности продукта, м²/с;

λ_м — коэффициент теплопроводности замороженных продуктов, Вт/(мК);

с_м— удельная расчетная теплоемкость замороженных продуктов, Дж/(кгК);

ρ_м — плотность замороженного продукта, кг/м³.

Для большинства пищевых продуктов

а_м = а_о+ (2,08·10^-6) ω, (6)

где а_м — расчетный коэффициент температуропроводности замороженных продуктов, м²/с; а_о — коэффициент температуропроводности продуктов при температуре выше криоскопической, м²/с; ω — относительное количество воды, вымороженной из продуктов при данной температуре.

Дата добавления: 2013-12-12