Параметры процесса замораживания

Тепловой расчет процесса замораживания.

Температурные графики замораживания

Эти графики характеризуют изменения температуры в продукте или в различных точках продукта во времени.

Получение экспериментального для различных продуктов температурные графики незначительно различаются по форме (в зависимости от размеров, теплофизических свойств продуктов, интенсивности теплоотвода) и однотипны по сути.

Каждая кривая состоит из 3-х явно выраженных участков.

1- характеризует процесс охлаждения продукта от начальной температуры до криоскопической. Угол ее наклона зависит от интенсивности теплоотвода. Чем быстрее отводится теплота, тем круче линия графика; чем ближе слой к поверхности, тем быстрее снижается температура.

2- Температура понижается очень медленно (или даже постоянна). Этот участок характеризует процесс массовой кристаллизации воды в продукте. Длина и наклон линии на этом участке зависят от интенсивности теплоотвода (на поверхности при быстром замораживании может отсутствовать).

3- Характеризует изменение температуры после перехода основной части несвязанной воды (свободной) в кристаллическое состояние. Понижение температуры снова ускоряется (при охлаждении в рассоле эта фаза в периферийных слоях отсутствует)

4- Тесно с температурными графиками связано понятие о средней конечной температуре замораживания.

Ø Средняя конечная температура замораживания.

По окончании замораживания продукта его температура в различных точках (температурное поле) неодинакова. В центре продукта температура выше, чем в поверхностных слоях.

Поэтому при расчетах пользуются понятием средней конечной температуры замораживания. Средней конечной температурой замораживания называют температуру, характеризующую состояние замороженного продукта, помещенного в камеру хранения, когда наружный теплообмен практически отсутствует (т.е. температура поверхности близка к температуре воздуха в камере), а внутренний теплообмен происходит в направлении выравнивания температур по всему объему продукта.

Средняя конечная температура замораживания зависит от размеров, формы и теплофизических свойств продукта, температуры теплоотводящей среды; коэффициента теплоотдачи.

Если температура в центре продукта равна или ниже -6ºС, это распределение температур по толщине носит линейный характер и в соответствии с этим можно считать изотермический слой, имеющий среднюю конечную температуру лежащую на половине толщины и вычислять её как среднюю арифметическую между температурой центра и поверхности куска.

Д.Г. Рютовым предложено определять среднюю конечную температуру используя значения температуры теплоотводящей среды и критерий Bi

- коэффициент теплоотдачи при замораживании

- ½ толщины продукта, м

- коэффициент теплопроводности замороженного продукта,

- температура теплоотводящей среды

- температура в центре продукта

Bi – учитывает взаимосвязь теплоты от поверхности продукта к теплоотводящей среде и наоборот

Ø Продолжительность замораживания

Точный расчет продолжительности замораживания с учетом всех факторов, определяющих течение этого процесса является одной из самых сложных задач холодильной технологии. Решение задачи становится возможным лишь в том случае, если принять ряд упрощающих условий.

Наиболее простой вариант этого решения относится к плоской плитке, омываемой средой с постоянными температурой и величиной коэффициента теплоотдачи на поверхности тела.

При этом до начала замораживания тело во всем объеме должно быть охлаждено до криоскопической температуры и температуропроводность замороженной части тела бесконечно велика.

В применении к двухстороннему замораживанию плоскопараллельной пластины прочес считается законченным, когда границы раздела замороженной и незамороженной части тела, двигаясь от поверхности навстречу друг к другу встретятся на осевой части пластины.

При толщине пластины расстояние до оси равно /2 и продолжительность замораживания можно определить по выражению:

час (1)

q – количество тепла, отводимое при замораживании от тела

- удельный вес продукта (табл)

- теплопроводность (табл)

- конечная температура замораживания

- коэффициент теплоотдачи от продукта в окружающую среду

Уравнение для цилиндра имеет вид:

час (2)

Для шара:

час (3)

и - диаметры цилиндра и шара,м

Из сравнения этих формул следует, что при прочих равных условиях продолжительность замораживания плоской пластины, цилиндра и шара одинаковой толщины и диаметра относятся как 1: ½: 1/3

Форма пищевых продуктов значительно сложнее правильных геометрических форм и поэтому с некоторой погрешностью приходится их упрощать. При расчете времени замораживания рыб малой толщины, блоков мяса, туш и полутуш пользуются формулой (1); крупной рыбы – формулой (2); яблок – (3).

Недостаток этих формул состоит в том, что они не учитывают влияния начальной температуры продукта на продолжительность замораживания.

Кроме того, по ним процесс замораживания считается законченным когда температура в центральной части становится равной криоскопической. Но в практике температура центральной части продукта значительно ниже криоскопической.

Д.Г. Рютов предложил дополнить решение Планка коррективами, учитывающими влияние начальной температуры осевой плоскости пластины на продолжительность процесса замораживания.

Итак, продолжительность замораживания – время, необходимое для понижения температуры продукта от начальной температуры до заданной, при которой большая часть воды, содержащейся в тканях, превращается в лед.

Ø Скорость замораживания

Это один из основных параметров, определяющих обратимость замораживаемых биологических объектов.

Скорость замораживания характеризует быстроту перемещения фронта кристаллизации (т.е. границы раздела между жидкой и отвердевшей фазами) от поверхности в глубину объекта (к термическому центру).

Различают среднюю и локальную скорости замораживания.

Средняя скорость замораживания – это отношение толщины замороженного слоя ко времени его образования и измеряется в см/час

Скорость замораживания уменьшается по мере движения фронта льда к центру объекта.

По скорости процесса замораживание подразделяется:

Медленное – до 0,5 см/ч

Ускоренное – от 0,5 до 3 см/ч

Быстрое – от 3 до 10 см/ч

Сверхбыстрое – от 10 до 100 см/ч

На скорость замораживания влияют: температура продукта; толщина (форма); коэффициент теплоотдачи от поверхности к среде

Выбор скорости замораживание определяется практической целесообразностью, технологией, экономическими причинами.

Медленное замораживание применяется для продуктов, сложенных навалом или если они находятся в подвешенном состоянии (при интенсивном движении воздуха).

Ускоренное – для продуктов в упаковке в морозильных аппаратах (плиточных и воздушных).

Быстрое – для продуктов небольших размеров.

Сверхбыстрое – в криогенных жидкостях методами погружения или орошения.

Есть и другие способы определять скорости замораживания.

как промежуток времени, необходимый для понижения температуру на заданную величину (град/мин)

- как скорость вымораживания воды

Ø Изменение состава и свойств пищевых продуктов при замораживании и последующем хранении.

a) Влияние на микроорганизы

Замораживание сопровождается понижением их количества в продукте и снижении активности, но не происходит полного их уничтожения

Рост (но не гибель) психрофильных микроорганизмов останавливается при t=-10--12ºC. В этих условиях и при более низких температурах хранения пищевые продукты не подвергаются микробиологической порче. Однако ферменты погибших микроорганизмов сохраняют свою активность еще длительное время, ухудшая качество пищевых продуктов.

b) Изменение состояния мышечных белков

Знание этих изменений особенно при замораживании и хранении мяса и рыбы наиболее важно в холодильной технологии.

Белки подвергаются воздействию увеличивающейся при замерзании влаги концентрации солей в жидкой фазе тканевых соков. При этом глобулярные белки отличаются стабильностью свойств в широком интервале температур замерзания. Фибриллярные белки подвергаются денатурации.

В процессе хранения может нарушиться и пространственная структура белков. Тогда происходит агрегация белков и выделение их из раствора. Это вызывает уменьшение степени гидратации продукта, а следовательно, уменьшается сочность мяса, ухудшается его консистенция.

При неблагоприятных условиях хранения (когда нарушаются мембранные структуры белка мяса и рыбы) ухудшение качества может быть вызвано глубоким гидролизом под действием тканевых ферментов (вплоть до образования свободных аминокислот).

Денатурация миоглобина способствует интенсивному изменению окраски мяса: в первые дни она ярко-красная вследствие реакции с кислородом – оксигемоглобин. Затем темнеет и приобретает бурый оттенок.

c) Изменения жировой фракции

Они являются важными факторами при определении сроков хранения таких продуктов, как сливочное масло, маргарин, жирные сорта мяса, рыб.

Жиры подвергаются гидролитической и окислительной порче.

Под действием фермента липазы происходит гидролиз жира с образованием свободных жирных кислот. Ряд из них – масляная, капроновая, каприловая – обладают неприятным вкусом, что ухудшает органолептические показатели продуктов. С понижением температуры скорость гидролиза уменьшается.

Образование жирных кислот при контакте с кислородом (особенно непредельных жирных кислот) приводит к развитию окислительных реакций в результате чего в свою очередь образуются первичные и вторичные продукты окисления (альдегиды, кетоны) что снижает биологическую ценность и органолептические свойства пищевых продуктов.

d) Потеря витаминов

Например аскорбиновой кислоты. А она является антиокислителем. Чем ниже температура хранения, тем лучше она сохраняется.

e) Усушка

При этом наблюдается не только потеря веса, но это еще и фактор снижения качества. В подсохшем поверхностном слое усиливаются окислительные и гидролитические процессы. Слой приобретает ненатуральный, несвежий запах и вкус.

f) Перекристаллизация влаги

Дата добавления: 2013-12-13