Методы консервирования продуктов питания. Критерии выбора аппарата для замораживания. Техническая характеристика флюидизационных аппаратов большой производительности. Выбор режима холодильной обработки. Описание устройства и принципа действия аппарата.
Аннотация к работе
При предварительном быстром охлаждении и замораживании продуктов биохимические изменения в них протекают менее интенсивно, замедляется развитие микроорганизмов, прекращается ферментативная активность, уменьшаются потери влаги продуктом, сокращается естественная убыль и отходы, сохраняется качество продукции и увеличивается срок ее хранения. Предварительное смачивание продукта перед вакуумным охлаждением дает возможность снизить его температуру до 0 °С без потерь влаги самого продукта, т.е. естественная убыль может быть сведена к нулю. · хладоноситель, непосредственно соприкасающийся с продуктом, должен быть безвредным для продукта и обслуживающего персонала, не должен вызывать в продуктах неблагоприятных изменений и коррозии металлических узлов аппарата, находящихся в контакте с хладоносителем; Техническая характеристика флюидизационного морозильного аппарата малой производительности приведена ниже. u Производительность, т в сутки 0,6?0,8 u Емкость, кг 100?150 u Площадь поверхности охлаждающего в воздухоохладителя 800 u Температура воздуха в аппарате, С - 25 ?-30 °С u Скорость движения воздуха в аппарате, м/с 4?5 u Количество вентиляторов, шт. Техническая характеристика флюидизационного морозильного аппарата средней производительности приведена ниже. u Производительность (по жареному картофелю), т/ч 2,4 u Емкость, кг 540 u Площадь поверхности воздухоохладителя, м2 1200 u Температура воздуха в аппарате, °С-30 С u Скорость движения воздуха в аппарате, м/с 4?5 u Количество вентиляторов, шт.
Широкое применение холода во всех отраслях пищевой промышленности позволяет обеспечить ритмичность производства, рациональнее использовать основные фонды, сохранять качество пищевых продуктов.
Одной из важнейших задач народного хозяйства является обеспечение круглосуточного бесперебойного снабжения населения высококачественными продовольственными продуктами в широком ассортименте.
Природно-климатические условия республики обусловливают сезонность производства продуктов животного и растительного происхождения, сохранение пищевой и биологической ценности которых в течение длительного периода возможно только с помощью консервирования. Выбор того или иного способа консервирования зависит от свойств продукта, его ценности в конце процесса хранения и эффективности затрат на хранение.
Холодильное консервирование - один из эффективных способов обработки и хранения продуктов высокого качества. Наиболее распространенным и экономичным является охлаждение и хранение продовольственных продуктов в охлажденном состоянии, позволяющая наиболее полно сохранить присущие им потребительские свойства. Однако срок хранения охлажденных продуктов ограничен, что не позволяет создать достаточные запасы и обеспечить непрерывное снабжение населения.
Для увеличения продолжительности хранения продукты замораживают, что существенно тормозит скорость протекания процессов, влияющих на качество. Замораживание и хранение в замороженном виде изменяет начальное качество продуктов, но позволяет сохранить их ценные питательные свойства.
Искусственный холод получают двумя способами. Первый основан на аккумулировании естественного холода, второй - на существующей в природе закономерности, выражаемой вторым законом термодинамики.
Первый способ, относящийся к области ледяного или льдосоляного охлаждения, основан на том, что колебания температуры окружающей среды в природных условиях создают возможность сохранять или аккумулировать естественный холод в сравнительно ограниченном пространстве. Наиболее распространенным телом, сохраняющим естественный холод, является водный лед. Его заготавливают зимой, чтобы в теплое время года использовать для охлаждения. Охлаждающий эффект водного Льда, например, при нулевой температуре равен теплоте его плавления и составляет 336,0 КДЖ/кг. Применяя смесь водного льда с солью, например, с хлористым кальцием, можно получить температуру до минус 55 °С.
Второй способ составляет основу машинного охлаждения. Согласно второму закону термодинамики для получения холода необходимо затратить внешнюю работу. При этом теплота отводится от охлаждаемого источника и подводится к источнику окружающей среды. Охлаждаемый источник называют также источником теплоты низкой температуры. В машинах, работающих по теплонаносному циклу, теплота может отводиться как от источника окружающей среды, так и от источника, имеющего температуру, превышающую температуру окружающей среды. Такие источники называют также источниками низкопотенциальной теплоты. В тепловом насосе теплота от указанных источников вследствие затраты внешней работы передается к источнику теплоты высокой температуры, или нагреваемому источнику /2/.
С помощью холодильной машины можно осуществлять и комбинированный цикл, состоящий по существу из двух циклов: холодильного и теплонасосного. В такой машине одновременно вырабатываются холод и теплота.
Диапазон температур, достигаемых с помощью холодильных машин, достаточно широк: от положительных значений температур, приближающихся к температуре источника окружающей среды, до температуры предела искусственного охлаждения, близкой к абсолютному нулю (минус 273,15 0С).
Область так называемых умеренных температур охлаждения (умеренного холода) охватывает диапазон температур от положительных их значений до отрицательной температуры, соответствующей примерно минус 160 °С. В народном хозяйстве основном используется область низких и умеренных температур /4/.
Развитие холодильное технологии как самостоятельной области знаний началось одновременно с применением холода. Сейчас невозможно найти отрасли народного хозяйства, где не применяется холод или его производные.
1. Литературный обзор
1.1 Способы замораживания
Большинство пищевых продуктов в процессе хранения может подвергаться нежелательным изменениям. Чаще всего они вызываются микроорганизмами, под влиянием которых происходит распад сложных химических веществ. В результате появляются новые, более простые по составу вещества, обладающие неприятным вкусом и запахом. Консервируя пищевые продукты, можно прекратить или замедлить деятельность микроорганизмов, а также разрушить ферментную систему и таким образом предотвратить нежелательные изменения продуктов. Существует много методов консервирования. Выбор того или иного способа зависит от вида и свойства сырья, от назначения готового продукта.
При предварительном быстром охлаждении и замораживании продуктов биохимические изменения в них протекают менее интенсивно, замедляется развитие микроорганизмов, прекращается ферментативная активность, уменьшаются потери влаги продуктом, сокращается естественная убыль и отходы, сохраняется качество продукции и увеличивается срок ее хранения. Чем меньше промежуток времени между сбором урожая и охлаждением и выше скорость последнего, тем ниже интенсивность качественных изменений. По ориентировочным международным расчетам, при существующем уровне техники только 25?30 % выпускаемых скоропортящихся продуктов обеспечены холодильным оборудованием на отдельных этапах производства и реализации, в связи с чем потери пищевых продуктов все еще очень высоки - 20?30 %.
Существующие в настоящее время способы охлаждения включают: воздушное охлаждение при естественной и принудительной циркуляции в камерах, гидроохлаждение, вакуумиспарительное охлаждение, охлаждение в среде жидкого азота. Воздушное охлаждение является одним из наиболее простых способов, легко осуществимых в условиях предприятия, имеющего холодильник.
Вакуумное охлаждение впервые было применено в США в 1964 г. В настоящее время этот способ широко распространен в США и все большее применение находит в Голландии, Швеции, Норвегии, Франции, Испании и Италии. Принцип вакуумного охлаждения основан на снижении температуры в результате испарения поверхностной влаги при давлении ниже давления насыщения. Данный способ наиболее эффективен для продуктов, имеющих большую поверхность испарения (петрушка, укроп, шпинат, салат и др.).
Для охлаждения продукты помещают в вакуумную камеру, где вакуумными или пароэжекторными насосами создается остаточное давление до 4,5 мм.рт.ст. Для удаления откачиваемой насосом влаги используют охлаждаемые или неохлаждаемые ловушки. Способ обеспечивает большую скорость охлаждения (10?15 мин). Испарение влаги на 1% от массы продукта приводит к снижению его температуры на 5,5 °С. Максимальная потеря влаги при вакуумном охлаждении плодов и овощей в течение 15?20 мин составляет 2,4 %, в то время как для достижения той же температуры при воздушном охлаждении в изотермических вагонах затрачивается несколько часов, а потеря влаги составляет 2,5?3,5 % при туннельном и камерном охлаждении она достигает 4 %.
Существует три разновидности вакуумного охлаждения: · охлаждение испарением под вакуумом поверхностной влаги (для лиственных овощей);
· охлаждение испарением под вакуумом влаги, приобретенной продуктом в результате опрыскивания его поверхности (свекла, морковь, картофель, яблоки и др.);
· охлаждение испарением под вакуумом воды, внесенной в камеру в лотках.
Предварительное смачивание продукта перед вакуумным охлаждением дает возможность снизить его температуру до 0 °С без потерь влаги самого продукта, т.е. естественная убыль может быть сведена к нулю.
Проводились исследования по охлаждению продуктов в среде кипящего азота. Исследования показали, что температура продуктов в данной среде понижается с большой скоростью - в среднем на 0,32 °С в секунду. Установлены три фазы охлаждения: · нормальная - от 0 до минус 133 С со средней скоростью понижения температуры до 0,38 °С в секунду;
· фаза ускоренного теплообмена - от минус 133?190 °С - обусловленного усиленной когезией и смачиванием поверхности металла жидким азотом, со средней скоростью 0,49 °С в секунду;
· фаза достижения температурного равновесия - от минус 190 до минус 196 °С -протекающая со средней скоростью 0,039 °С в секунду.
Использование жидкого азота для перевозок свежих фруктов, овощей и других охлажденных грузов при температуре воздуха в кузове от 5 до 0 °С может обеспечить существенный экономический эффект.
Охлаждение продуктов и растительного сырья необходимо проводить по следующим направлениям: · охлаждение с применением принудительной циркуляции воздуха, обеспечивающей быстрое снятие тепла по всему объему продукта для последующего хранения и промышленной переработки
· вакуумное охлаждение с целью дальнейшего кратковременного хранения, транспортировки и сохранения исходного качества для продуктов с развитой удельной поверхностью;
· охлаждение скоропортящегося сырья для последующей транспортировки проводить в парах жидкого азота, для чего создать передвижные азотные станции;
· охлаждение всех видов скоропортящихся продуктов проводить непосредственно после сбора урожая на месте произрастания.
В настоящее время в нашей стране и за рубежом для замораживания продуктов питания используются следующие основные способы: · конвективный (в интенсивном потоке холодного воздуха);
· контактный (путем непосредственного контакта продукта с охлаждающей средой и путем контакта с плитами, охлаждаемыми хладагентом);
· криогенный (с использованием жидкого азота, жидкого воздуха, жидкой или твердой углекислоты и др.).
Независимо от их типа и назначения они должны отвечать следующим требованиям: · большая скорость замораживания при условии равномерной теплоотдачи по всей поверхности продукта;
· хладоноситель, непосредственно соприкасающийся с продуктом, должен быть безвредным для продукта и обслуживающего персонала, не должен вызывать в продуктах неблагоприятных изменений и коррозии металлических узлов аппарата, находящихся в контакте с хладоносителем;
· универсальность оборудования (возможность замораживания разных видов продуктов);
· возможность применения оборудования в непрерывной поточной линии.
1.2 Скоромозильные аппараты
Аппараты для замораживания продуктов можно классифицировать по принципу действия на непрерывные и цикличные. К непрерывным относятся конвейерные аппараты, к цикличным - тележечные туннели и плиточные аппараты.
В свою очередь, конвейерные аппараты делятся по виду конвейера на ленточные, люлечные, спиральные и флюидизационные.
Основными критериями выбора аппарата является удовлетворение ряду технических требований и технико-экономическая эффективность его применения. Выбор аппарата зависит от свойств замораживаемого продукта, требуемой производительности, условий размещения оборудования.
Наиболее прост в применении и эксплуатации тележечный аппарат типа ТСТ (рисунок 1). Он применяется для быстрого замораживания в потоке холодного воздуха пельменей, мясных полуфабрикатов, вареников, пирогов, блинчиков, сосисок в вакуумной упаковке, пиццы, теста, рыбы, и рыбного филе, частей птицы на подложках, закалки мороженого. Обычно аппарат выбирают для небольших количеств продукта. Он не требует значительных затрат и достаточно универсален.
Преимущества: - возможность замораживания разных видов продукции на разных уровнях тележки и на различных тележках;
- отсутствие опрокидывания продукта при движении по морозильной камере;
- простота конструкции аппарата;
- длительная (от 6 до 48ч.) работа оттайки.
Общие особенности конвейерных аппаратов: - возможность механизированной выкладки продукта;
- возможность увеличения длины входной части конвейерных аппаратов с целью обеспечения ручной выкладки продукта без его деформации;
- применение дополнительных приемных и отводящих транспортеров с независимыми приводами и блоками управления и регулирования скорости их движения;
- оптимальное распределение воздушных потоков в морозильной камере, способствующее быстрому замораживанию продукта;
возможность многократной сборки и разборки морозильной камеры.
Рисунок 1 Тележечный аппарат типа ТСТ
Наряду с этими общими для всех аппаратов характеристиками каждый тип аппаратов имеет еще и специфические преимущества.
Ленточный типа АСТЛ (рисунок 2) для быстрого замораживания в потоке холодного воздуха: пельменей, вареников, пирогов, блинчиков, котлет и гамбургеров, мясных и рыбных полуфабрикатов, теста, булочек. Производительность - 300, 600,900 кг/ч.
Рисунок 2 Ленточный типа АСТЛ
Особенности этих аппаратов: - время нахождения продукта в скороморозильном аппарате при «шоковой заморозке» существенно меньше, чем в тележечной системе;
- суточная производительность аппарата выше;
- возможность изменения времени пребывания продукта в морозильной камере за счет изменения скорости движения ленты;
- широкий спектр производительности.
Люлечный типа АСПЛ (рисунок 3) - для быстрого замораживания в потоке холодного воздуха: пельменей, мясных полуфабрикатов, вареников, пирогов, блинчиков, сосисок в вакуумной упаковке, пиццы, теста, рыбы, и рыбного филе, частей птицы на подложках, закалки мороженого. Производительность - 250, 400, 750, 1000 кг/ч.
Рисунок 3 Люлечный типа АСПЛ
Особенности этих аппаратов: - возможность изменения параметров работы за счет изменения числа секций и люлек;
- возможность замораживания различных видов продукции и закалки мороженого путем изменения количества и конфигурации люлек (корзин);
- возможность изменения времени пребывания продукта в морозильной камере за счет изменения скорости движения люлек;
- широкий спектр производительности;
- длительная (от 6 до 48 ч.) работа без оттайки.
Спиральный типа АСС (рисунок 4) для быстрого замораживания в потоке холодного воздуха: пельменей, мясных полуфабрикатов, вареников, пирогов, блинчиков, сосисок в вакуумной упаковке, пиццы, теста, рыбы, и рыбного филе, частей птицы на подложках. Производительность - 500, 1000, 1500кг/ч.
Особенности этих аппаратов: - замораживание любого вида продукции;
- отсутствие опрокидывания продукта (спиральная лента);
- оптимизация распределения воздушного потока в морозильной камере, что обеспечивает максимальную скорость замораживания продукта;
- малая занимаемая производственная площадь;
- широкий спектр производительности.
Рисунок 4 Спиральный типа АСС
Флюидизационный типа АСФ (рисунок 5) - для быстрого замораживания в потоке холодного воздуха: ягод, плодов, нарезных овощей и грибов, овощных смесей. Производительность - 500, 1000, 1500кг/ч.
Рисунок 5 Флюидизационный типа АСФ
Особенности этих аппаратов: - возможность замораживания мелких и крупных (резаные овощи и фрукты) продуктов в псевдоожиженном слое;
- отсутствие смерзания продукта;
- отсутствие примерзания продукта к ленте;
- широкий спектр производительности.
Плиточные аппараты (рисунок 6) нашли широкое применение для заморозки морепродуктов, овощей, мясопродуктов, фруктовой мякоти и концентратов, готовых блюд.
Рисунок 6 Плиточные аппараты
Особенности этих аппаратов: контакт с плитами, внутри которых испаряется хладоагент, наиболее экономичен благодаря эффективной передаче тепла;
замороженная продукция в ровных блоках легко укладывается и упаковывается.
1.3 Флюидизационные аппараты
Для овощей и фруктов характерна высокая ферментативная активность, низкая устойчивость к патогенным микробам и легкая потеря воды.
Сроки хранения их во многом определяются степенью зрелости, при которой происходи уборка. Обычно эта степень делится на съемную и потребительскую. У некоторых видов (виноград, вишня, арбузы) степени зрелости совпадают.
Важным процессом, происходящим после сбора, является испарение влаги. Оно ведет к снижению массы, увяданию, ухудшению товарного вида. Чтобы затормозить биохимические процессы, предотвратить образование микробов и уменьшить потери влаги, овощи и фрукты после сбора необходимо быстро охлаждать. Если съемная и потребительская зрелость совпадают, охлаждение должно быть сделано в течение 2?5 часов до температуры транспортировки или хранения. Если плоды достигают потребительской зрелости в процессе хранения (яблоки, груши, помидоры), то охлаждать можно в течение 20?24 часов.
В связи с тем, что после уборки в продуктах этого вида происходит процесс дыхания, при расчете охлаждающих устройство необходимо учитывать теплоту дыхания. Продукты, требующие быстрого охлаждения, должны поступать в аппараты туннельного типа, где обеспечивается скорость воздуха до 5м/с и кратность воздухообмена до 150 объемов в час. Для медленного охлаждения приемлемы скорости 1?2 м/с и кратность воздухообмена 30?40 объемов в час.
Для большинства овощей и фруктов оптимальная температура хранения на 0,5 град. С выше температуры замерзания, но некоторые виды (цитрусовые, бананы, огурцы, картофель) хранят при более высоких температурах. В камерах хранения важно поддерживать стабильную температуру и влажность, исключающие подмораживание, выпадение конденсата, усушку. Скорость движения воздушных потоков обеспечивается не более 0,5 м/с. Расчетная влажность воздуха в помещении поддерживается индивидуально для каждого вида продукта. В таких камерах необходима действующая обменная вентиляция. Продукт загружается в железных контейнерах, которые устанавливаются вверх в несколько ярусов. Для некоторых овощей возможна укладка "навалом", в таких камерах длительное время сохраняется овощи и фрукты не выделяющие теплоту дыхания - картофель, лук, капуста, морковь.
Одним из наиболее совершенных методов консервирования является быстрое замораживание плодов и овощей. Замороженные плоды и овощи почти полностью сохраняют витамины и вкусовые свойства свежих продуктов.
Высокое качество замороженной продукции при длительном хранении достигается использованием сортового сырья необходимой зрелости и правильной технологической обработкой с соблюдением санитарно-гигиенических условий, применением рациональной тары, низкотемпературным режимом холодильной обработки.
Замораживание плодов может производиться в скороморозильных аппаратах туннельного и конвейерного типа. Наиболее удобны для сыпучих, мелкозернистых или нарезанных овощей и фруктов специальные флюидизационные морозильные аппараты. Они предназначены для замораживания продукта находящегося во взвешенном состоянии в восходящем потоке воздуха. В таких аппаратах продукты замораживаются достаточно быстро и без деформации и слипания, что важно для продуктов влажных, с нежной консистенцией.
Во флюидизационном слое (во взвешенном состоянии) можно замораживать только мелкоштучные продукты или продукты, нарезанные на мелкие кусочки, которые близки по форме, размерам (20?25 мм) и массе, например, зеленый горошек, кубики моркови, ломтики яблок, клубнику, малину, смородину и т.д.
В последнее время в связи с появлением эффективных морозильных камер появилась возможность сохранять в замороженном виде грибы. Хотя этот метод хранения грибов более энергоемкий, чем консервирование, но при правильном ведении процесса замораживание позволяет сохранять в грибах все ценные питательные вещества. Для замораживания используют некрупные молодые грибы, тщательно очищенные, не поврежденные вредителями, не содержащие горечей и неприятного запаха. На качество грибов влияет скорость и температура замораживания. Лучше всего проводить замораживание грибов при температуре -30°С не менее 2-3 часов. Хранят же замороженные грибы при температуре -18°С до одного года.
1.3.1 Аппарат малой производительности
Такой аппарат (рисунок 7) состоит из изолированного контура, воздухоохладителя, под которым расположен поддон с перфорированным дном, вибрационной решетки и центробежных вентиляторов.
Из технологического цеха влажный продукт транспортером через окно подается к загрузочному устройству аппарата, которое оборудовано вибрационной решеткой для подсушивания продукта. Подсушивание предотвращает примерзание влажного продукта к поддону с перфорированным дном. Попадая на поддон, продукт обдувается холодным воздухом и во взвешенном состоянии быстро замораживается. Образовавшаяся ледяная корочка сокращает усушку. Из аппарата замороженный продукт удаляется через разгрузочное окно и направляется для расфасовки и упаковки.
Движение воздуха в аппарате производится центробежными вентиляторами. Воздух нагнетается вентиляторами в грузовой отсек.
Из воздухоохладителя воздух направляется к поддону с перфорированным дном. Воздухоохладитель аппарата оттаивается горячими парами аммиака.
В аппарате быстро замораживается мелкоштучный продукт, аппарат прост в эксплуатации и надежен в работе. Недостатком аппарата является необходимость периодических остановок для удаления снеговой шубы с площади поверхности воздухоохладителя.
Рисунок 7 Флюидизационный морозильный аппарат малой производительность
Техническая характеристика флюидизационного морозильного аппарата малой производительности приведена ниже. u Производительность, т в сутки 0,6?0,8 u Емкость, кг 100?150 u Площадь поверхности охлаждающего в воздухоохладителя 800 u Температура воздуха в аппарате, С - 25 ? -30 °С u Скорость движения воздуха в аппарате, м/с 4?5 u Количество вентиляторов, шт. 4 u Производительность вентиляторов, м3/с 10,5 u Мощность электродвигателей, КВТ 28 u Продолжительность замораживания, мин 10?20 u Габаритные размеры, мм длина 400 ширина 2300 высота 3400 u Масса, кг 3800
В аппарат средней производительности (рисунок 8) воздухоохладитель состоит из четырех секций, отделенных друг от друга теплоизолированными перегородками. Секция воздухоохладителя имеют независимое питание жидким холодильным агентом. Такая компоновка воздухоохладители позволяет оттаивать снеговую шубу горячим паром холодильного агента с каждой секции, не останавливая аппарат. Специальное командное устройство отключает секцию для оттаивания. При этом автоматически закрывается щит (шибер) и прекращается движение холодного воздуха через секцию. Для ускорения оттаивания секция орошается теплой водой.
Рисунок 8 Флюидизационный морозильный аппарат средней производительности
Техническая характеристика флюидизационного морозильного аппарата средней производительности приведена ниже. u Производительность (по жареному картофелю), т/ч 2,4 u Емкость, кг 540 u Площадь поверхности воздухоохладителя, м2 1200 u Температура воздуха в аппарате, °С -30 С u Скорость движения воздуха в аппарате, м/с 4?5 u Количество вентиляторов, шт. 4 u Производительность вентиляторов, м3/с 25 u Мощность вентиляторов, КВТ 54 u Продолжительность замораживания, мин 15?20 u Габаритные размеры, мм
Длина 5600
Ширина 6500
Высота 4800 u Масса, кг 16000
Флюидизационные аппараты большой производительности /2/ могут быть с орошаемым воздухоохладителем, многоярусными решетками, механическим приводом решеток, а также с промежуточной средой.
Аппарат с орошаемым воздухоохладителем (рисунок 9) представляет собой изолированный контур с поддоном, воздухоохладителем, вентиляторами, каплеотделителями, теплообменником и реконцентратором этиленгликоля.
Орошение воздухоохладителя этиленгликолем исключает образование снеговой шубы на его площади теплопередающей поверхности и создает условия для длительной и эффективной работы аппарата.
Раствор этиленгликоля для орошения воздухоохладителя циркуляционным насосом забирается из поддона под перфорированным дном и направляется к оросительной гребенке. Поглощая из циркулирующего через воздухоохладитель воздуха влагу, раствор этиленгликоля деконцентрируется и для восстановления концентрации часть его направляется в реконцентратор. Пройдя через теплообменник, концентрированный раствор вновь сливается в поддон. Проходящий с большой скоростью воздух захватывает капельки этиленгликоля. Попадание капелек ядовитого раствора в грузовой отсек аппарата предотвращается каплеотделителями, установленными после воздухоохладителя.
Рисунок 9 Флюидизационный морозильный аппарат большой производительности с орошаемым воздухоохладителем
Орошение воздухоохладителя раствором этиленгликоля, хотя и упрощает конструкцию аппарата и его автоматизацию, однако связано с необходимостью расхода энергии па работу реконцентратора и циркуляционного насоса.
Флюидизационный аппарат с многоярусными решетками (рисунок 10) включает изолированный контур, состоящий из двух отсеков, устройство предварительного охлаждения и жалюзийные шторки, предназначенные для изменения количества воздуха и направления его движения, центробежные вентиляторы и воздухоохладитель.
В первом отсеке изолированного контура замораживаются мелкоштучные продукты, а во втором - крупнокусковые.
Продукт, подлежащий замораживанию, попадает в устройство предварительного охлаждения и подсушки. Это устройство оборудовано вибрационной решеткой и индивидуальным центробежным вентилятором, интенсивно обдувающим вибрационную решетку. Устройство предварительного охлаждения исключает намораживание и нагромождение теплого и влажного продукта в начальной части аппарата.
Рисунок 10 Флюидизационный морозильный аппарат большой производительности с многоярусными решетками
Если в аппарате замораживаются продукты небольших размеров (горошек, малина, резаная стручковая фасоль и др.), продолжительность замораживания, которых мала, то используют только одну верхнюю решетку. При этом замороженный продукт выгружается через верхнее выпускное окно.
Крупнокусковые продукты, время замораживания которых относительно велико, замораживаются на трех решетках, последовательно ссыпаясь с решетки на решетку. В этом случае замороженный продукт удаляется через нижнее выпускное окно.
Регулирование направления движения потока продукта производится с помощью шиберов. Скорость движения потока продукта зависит от скорости и направления движения воздуха у решетки. Под каждой решеткой расположены жалюзийные шторки, предназначенные для регулирования движения воздуха.
Двухскоростные электродвигатели центробежных вентиляторов воздухоохладителей позволяют регулировать производительность вентилятора и скорость движения воздушного потока. Для точной регулировки скорости движения воздушного потока в аппарате имеются задвижки с дистанционным управлением. Воздух, нагнетаемый вентиляторами, проходит через диффузоры в воздухораспределительный канал и далее направляется к решеткам с продуктом, где он нагревается. Теплый воздух охлаждается в воздухоохладителе.
Воздухоохладитель состоит из восьми секций, расположенных в изолированном контуре. Секции оттаиваются водопроводной водой последовательно и независимо друг от друга. При оттаивании секции она автоматически изолируется от грузового отсека аппарата передвижными закрывающимися шторками.
Достоинства аппарата - высокая универсальность, позволяющая замораживать в аппарате мелкоштучные и крупнокусковые продукты, непрерывность работы, компактность.
Аппарат с механическим приводом решетки (рисунок 11), установленный в поточной линии замораживания гарнирного картофеля, состоит из изолированного контура, подсушивающей вибрационной решетки, бункера-дозатора, решетки механизма равномерного распределения продукта на ленте, вариатора скоростей, приспособления для мойки и сушки ленты, воздухоохладителя и вентиляторов.
Аппарат собирается из нескольких стандартных модулей. Постоянными в аппарате являются головной и хвостовой модули, длина которых равна 3,6 м. Количество средних модулей (длина модуля составляет 3 м) зависит от производительности аппарата. Модули легко транспортируются и собираются на месте эксплуатации аппарата.
В каждом модуле имеется свой воздухоохладитель и два высоконапорных вентилятора. Модули аппарата собираются с помощью болтов.
Из бункера-дозатора продукт попадает на решетку. Через окно загрузки, проходя зону подсушивания, продукт поступает в золу замораживания, где через плотный слой продукта продувается холодный воздух.
Из аппарата замороженный продукт направляется к месту разгрузки. В зависимости от вида продукта аппарат может оснащаться пневматическим, плиточным или шнековым транспортером разгрузки, который направляет замороженный продукт на фасовку, упаковку и далее на храпение.
Последовательное оттаивание секций воздухоохладителя, расположенных в изолированном контуре, создает условия для непрерывной работы аппарата.
Аппарат компактен, прост в монтаже и эксплуатации, позволяет быстро замораживать продукты, легко вписывается в технологические линии производства готовых продуктов и полуфабрикатов.
Рисунок 11 Флюидизационный морозильный аппарат с механическим приводом решетки
В аппаратах с промежуточной средой, состоящей из манной крупы, соли и сахара, можно замораживать крупные куски мяса, вторые блюда, томаты, абрикосы, дыни, цыплят.
Аппарат (рисунок 12) состоит из изолированного контура, сетчатого транспортера, специальных окон (шлюзов) для загрузки и разгрузки продуктов, центробежных вентиляторов, гладкотрубной змеевиковой батареи и воздухоохладителей.
Рисунок 12 Флюидизационный морозильный аппарат с промежуточной средой
Таблица 1 Техническая характеристика флюидизационных аппаратов большой производительности
Показатели Флюидизационные морозильные аппараты
С орошаемым воздухом охладителем С многоярусными решетками С механическим приводим решетки С промежуточной средой
Производительность, т/ч 3 1 2?8 1
Емкость, кг 600?700 240 240 200
Площадь поверхности воздухоохладителя, мг 1800 1200 1800 800
Температура воздуха в аппарате, С -28 -30 -30 -30
Скорость воздуха, м/с 3?4 3?5 4?5 0,5?1
Количество вентиляторов, шт. 4 8 6 4
Производительность вентиляторов, м3/с 40 24 24 6
Мощность электродвигателей вентиляторов, КВТ 80 60 30-100 12
Продолжительность замораживания, мин 3?5 10?20 14?30 20?30
Габаритные размеры, мм
Длина 5600 8450 10200 6400
Ширина 6500 5650 6500 4200 высота 4800 5600 5200 3400
Масса, кг 24000 16000 18000 8000
Через окно загрузки продукт попадает на сетчатый транспортер аппарата. Проходя через промежуточную среду, взвешенную в воздухе (высота флюидизированного слоя 400?500 мм), продукт быстро замораживается и через окно разгрузки удаляется из аппарата. Если продукт не упакован, то он направляется для расфасовки и упаковки.
Движение воздуха в аппарате создается центробежными вентиляторами, которые через перфорированные воздуховоды направляют его в грузовой отсек аппарата.
Охлаждение промежуточной среды производится гладкотрубной змеевиковой батареей, расположенной под конвейером. Воздухоохладители, которые работают при пониженной температуре кипения холодильного агента (для этой цели в схеме холодильной установки можно предусмотреть эжекторы), расположены в верхней части аппарата. Проходя через воздухоохладители, воздух переохлаждается. Охлаждение воздуха до температуры ниже, чем температура смеси, исключает прилипание частиц к поверхности продукта и их унос из аппарата.
Аппараты с промежуточной средой универсальны, компактны, малоэнергоемки.
2. Обоснование и выбор режима холодильной обработки
Интенсивность и характер изменений продуктов при замораживании зависят от условий и параметров процесса, а также от качественных характеристик плодов и овощей. Специфика состава и строения плодов и овощей, особенности и взаимосвязь протекающих в них физико-химических и биохимических реакций оказывают существенное влияние на степень сохранения их свойств при замораживании.
При замораживании вода превращается в лед, в результате чего создаются неблагоприятные осмотические условия и резко сокращается скорость биохимических реакций в плодах и овощах. Замораживание приводит к повышению концентрации растворенных веществ вследствие миграции влаги из микробной клетки во внешнюю среду на первой стадии замораживания и к внутриклеточной кристаллизации воды на последующих стадиях, а также к нарушению согласованности биохимических реакций за счет различий в степени изменения их скоростей. По этим причинам возможны повреждения мембранных структур клетки изза изменения состояния белково-липидных комплексов и механического разрушения оболочки микробной клетки кристаллами льда.
Устойчивость микробной клетки замораживанию зависит от вида и рода микроорганизмов, стадии их развития, скорости и температуры замораживания, состава среды обитания. Наиболее высокая степень отмирания микроорганизмов при температурах минус 4?6 0С, а полностью исключается их рост при температуре минус 10?12 0С. В этих условиях хранения плоды и овощи не подвергаются микробиологической порче, хотя полного уничтожения микроорганизмов при замораживании и хранении не происходит /2/.
При определении условий и режимов замораживания и хранения плодов и овощей исходят из задачи не только предотвращения размножения микроорганизмов, но и предупреждения существенных изменений пищевой ценности и свойств продуктов.
Особенности состояния плодов и овощей при замораживании определяются фазовым переходом воды в твердое состояние и повышением концентрации растворенных в жидкой фазе веществ. Процесс кристаллообразования приводит к изменению физических характеристик плодов и овощей и сопровождается изменениями их физико-химических, биохимических и морфологических свойств.
Размер, форма и распределение кристаллов льда в структуре плодов и овощей зависят от их свойств и условий замораживания. Состояние мембран и клеточных оболочек, их проницаемость, ионная, молярная концентрация растворенных веществ отдельных структурных образований растительных тканей, степень гидратации основных компонентов предопределяют особенности распределения льда в системе, размер и форму кристаллов.
Более низкая концентрация растворенных веществ в межклеточном пространстве обусловливает разницу в значениях криоскопических температур структурных элементов, поэтому кристаллы льда в первую очередь формируются в межклеточной жидкости. При понижении температуры ниже точки замерзания водяной пар в крупных межклетниках начинает конденсироваться в виде капелек влаги на прилегающих клеточных стенках.
Эта вода и превращается в первые микроскопические кристаллики льда, которые распространяются по межклетникам, обволакивая стенки клеток. Кристаллики бывают в виде линз или разветвленных кристаллов, разрастающихся между клетками эпидермиса и паренхимы. Процесс этот сопровождается повышением осмотического давления за счет роста концентрации растворенных в жидкости солей, что в свою очередь обусловливает миграцию влаги из клеток. Далее рост кристалликов происходит за счет воды, содержащейся в клетках, что объясняется разностью между давлениями пара внутри клетки и вне ее.
При понижении температуры в клетках сначала наступает состояние переохлаждения, а затем в них спонтанно возникают центры кристаллизации, приводящие к образованию внутриклеточного льда /1/.
При медленном замораживании с образованием крупных кристаллов вне клеток происходит изменение первоначального соотношения объемов межклеточного и внутриклеточного пространства за счет перераспределения влаги и фазового перехода воды. Быстрое замораживание предотвращает значительное диффузионное перераспределение влаги и растворенных веществ и способствует образованию мелких, равномерно распределенных кристаллов льда.
С изменением скорости замораживания по мере перемещения границ фазового перехода от периферии к центру продукта меняются размер и характер распределения кристаллов льда. Наиболее мелкие кристаллы образуются в поверхностных слоях продукта.
Максимальное кристаллообразование в плодах и овощах происходит при температуре минус 2?8 0С, предотвращение знач