Вспомогательное аппаратура холодильных машин

 

Вспомогательные аппараты обеспечивают безопасную эксплуатацию холодильных машин и способствуют повышению их эффективности.

Отделители жидкости. Они служат для от­деления пара рабочего ве­щества от капелек жид­кости, увлекаемых из испарительной системы, и предотвращения попадания жидкого рабочего вещества в цилиндры компрессора. Кроме того, отделители жидкости применяют в качестве питаю­щих сосудов в различных схемах подачи жидкого рабочего веще­ства в испарительную систему. Пар отделяется от жидкости вслед­ствие резкого уменьшения скорости и изменения направления движения рабочего вещества при прохождении через аппарат.

Промежуточные сосуды. Эти аппараты предназначены для ох­лаждения находящимся при промежуточном давлении жидким рабочим веществом перегретого пара после компрессора нижней ступени в двухступенчатых холодильных машинах, а также для охлаждения в змеевиках жидкого рабочего вещества после кон­денсатора перед его дросселированием.

Маслоотделители и маслосборники. При работе машины на рабочих веществах, ограниченно растворяющих в себе смазочное масло, последнее уносится из компрессора в систему, оседает на стен­ках теплообменных труб аппаратов и ухудшает их работу. Для удаления мас­ла из системы в машинах, работающих на таких ра­бочих веществах, как R717, служат маслоотделители и маслосборники.

Маслосборники предназначены для перепуска масла из маслоотделителей и последующего удаления его из системы при низ­ком давлении. Они способствуют уменьшению потерь рабочего вещест­ва и повышают безопасность обслуживания системы.

Теплообменники и переохладители. В холодильных машинах, работающие по регенеративному циклу, используется теплообменник. Переохлаждение жид­кости в них перед дроссельным вентилем происходит за счет по­догревания пара рабочего вещества, отсасываемого компрессором из испарителя. Теплообмен осуществляется в специальном парожидкостном регенеративном теплообменнике. Кроме охлаждения жидкости, в теплообменнике одновременно подогревается и осу­шается пар, что позволяет осуществить сухой ход компрессора и обеспечить возврат масла в компрессор.

Грязеуловители, фильтры и осушители. Грязеуловители пред­назначены для предотвращения попадания в цилиндры компрес­сора частиц ржавчины, окалины и т. д. Монтируют их либо на всасывающем трубопроводе в непосредственной близости от компрессора, либо непосредственно во всасывающей полости компрессо­ра.

Ресиверы. По назначению ресиверы делятся на линей­ные, циркуляционные и дренажные. Назначением ли­нейного ресивера является освобождение конденсатора от жидкого рабочего вещества и обеспечение равномерной подачи его на регулирующую станцию. Циркуляционные ресиверы при­меняют в насосных, циркуляционных схемах подачи рабочего вещества в испарительную систему. Дренажные ресиверы предна­значены для выпуска в них жидкого рабочего вещества при ремонте основных аппаратов и оттаивании снеговой шубы с батарей непосредственного испарения.

Воздухоотделители. Из-за наличия в системе неконденсирую­щихся газов ухудшается энергетическая эффективность холодиль­ной машины, так как снижаются коэффициенты теплопередачи в аппаратах, повышается давление конденсации и увеличивается расход энергии на сжатие пара рабочего вещества в компрессоре. Для удаления попадающего в холодильную систему воздуха устанавливают воздухоотделитель.

 

Глава 8. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ                   НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

 

8.1 Способы получения низких температур

 

Любое нагретое тело можно охладить естественным путем только до температуры среды, в которой находится это тело. Искусственное охлаждение предполагает получение температуры охлаждаемой среды ниже температуры окружающей среды, используя один из методов охлаждения.

Охлаждение – процесс отвода теплоты от охлаждаемого тела к другому телу (к среде), имеющему более низкую температуру.

Охлаждаемой средой является воздух холодильной камеры, холодильного шкафа или охлаждаемой витрины…

Для получения низких температур используют физические процессы, ко­торые сопровождаются поглощением теплоты. К числу основных таких про­цессов относятся фазовый переход вещества, сопровождающийся поглощением теплоты извне: плавление, кипение (испарение), сублимация; адиабатное дрос­селирование газа с начальной температурой, меньшей температуры верхней точки инверсии (эффект Джоуля - Томсона); адиабатное расширение газа с отдачей полезной внешней работы; вихревой эффект (эффект Ранка); термо­электрический эффект (эффект Пельтье).

Диапазон низких температур, получаемых для удовлетворения потребно­сти различных отраслей народного хозяйства, весьма широк - от температур окружающей среды до температур, близких к абсолютному нулю. Поэтому он условно подразделяется на область умеренно низких (до -153 ⁰С, или 120 К) и криогенных (ниже 120 К) температур.

Фазовый переход ряда веществ при плавлении, кипении (испарении), суб­лимации происходит при низких температурах и с поглощением значительного количества теплоты.

Наиболее доступным веществом, применяемым для получения низких температур, является водный лед, который при атмосферном давлении плавится при 0 ⁰С и имеет относительно большую величину удельной теплоты плав­ления 335 кДж/кг. Более низкую температуру плавления можно получить, сме­шивая лед с некоторыми солями. Таким путем можно понизить температуру смеси до так называемой криогидратной (эвтектической) - температуры - самой низкой температуры плавления данной смеси. График изменения температуры плавления смеси хлорида кальция со льдом в зависимости от концентрации соли показан на рис.8.1.

В криогидратной точке при массовой концентрации хлорида кальция 29,9 % смесь плавится при -55 °С.

 

Рис. 8.1. Диаграмма состояния системы хлорид кальция-лед

 

Получение низких температур в результате использования процесса кипения нашло наиболее широкое распространение. Температура кипения вещества зависит от давления: с уменьшением давления температура кипения понижается, и наоборот. Следовательно, с помощью одного вещества можно получить интервал низких температур, а выбирая вещества с нужными свойствами - любую из низких температур.

Процесс испарения используют в основном для понижения температурыводы или влажных поверхностей. Источником низкой температуры может быть твердая углекислота (сухой лед), которая при атмосферном давлении имеет температуру сублимации-78,5 ⁰С и удельную теплоту 574 кДж/кг.

Сублимация водного льда при давлении ниже атмосферного происходит при температуре ниже 0°С, что используют при сублимационной сушке пищевых продуктов.

Адиабатное дросселирование - необратимое расширение газа (жидкости) при его прохождении через устройство с малым проходным сечением (дрос­сель, пористая перегородка).

Адиабатное расширение газа. Получение низких температур в результате адиабатного расширения газа с отдачей полезной внешней работы возможно при любом состоянии газа, так как температура изменяется в сторону понижения. Кроме того, в отличие от дросселирования величина понижения температуры газа при прочих равных условиях больше и эффект возможен для идеаль­ного газа. Адиабатное расширение газа в детандере (расширительная машина) применяют для получения криогенных температур.

Вихревой эффект. При подаче сжатого воздуха, имеющего температуру окружающей среды, по тангенциальному вводу в трубу скорость вращения воздуха будет обратно пропорциональна радиусу. Центральная часть потока будет обладать большей скоростью, чем периферийная. В связи с этим температура воздуха у стенки трубы будет выше, а в центре - ниже, чем температура подаваемого в трубу воздуха.

Разделяя периферийную и центральную части потока, можно получить по­токи воздуха с низкой и высокой температурами. Это явление называется эффектом Ранка.

Термоэлектрический эффект (эффект Пельтье) заключается в том, что при прохождении постоянного электрического тока через цепь, состоящую из двух разнородных металлов, один из спаев имеет низкую температуру, а другой -высокую.

Для осуществления процесса охлаждения достаточно иметь два тела: охлаждаемое и охлаждающее - источник низкой температуры. Охлаждение может продолжаться до тех пор, пока между телами происходит теплообмен. Охлаж­дение осуществляется непрерывно, поэтому источник низкой температуры должен функционировать постоянно.

 

8.2 Холодильные агенты и хладоносители

 

Холодильным агентом (или хладагентом) называют вещество, используемое в любом холодильном процессе для поглощения теплоты, отводимой от охлаждающего объекта. От характеристики холодильного агента зависят конструкция холодиль­ной машины и расход энергии. Поэтому при выборе учитывают его термодина­мические, теплофизические и физико-химические свойства.

Холодильные агенты при нормальном атмосферном давлении имеют низ­кую температуру кипения, например, для аммиака она составляет минус 33 ⁰С. Холодильные агенты используют в теплонасосных и холодильных установках и установках кондиционирования воздуха. В настоящее время наиболее распространенными холодильными агентами являются вода, аммиак, хладоны и воздух.

Вода. Воду применяют главным образом в установках кондиционирования воздуха, где обычно температура теплоносителя t_н>0°С. Воду как холодильный агент в основном используют в установках абсорбционного и эжекторного типов, температура тройной точки t=0°С (р=0,633 кПа).

Аммиак. Аммиак применяют в поршневых компрессионных, а также в абсорбционных установках при температуре кипения t₀> -70 °С. Основные преимущества аммиака: малый удельный объем при температурах испарения основной области его использования, большая теплота парообразования, незначительная растворимость в масле. К недостаткам аммиака относят его ядовитость, горючесть, а также взрывоопасность при концентрациях в воздухе 16-26,8 %.

Хладоны. Значительное применение находят хладоны - галоидопроизводные предельных углеводородов. Все они химически инертны, мало- или невзрывоопасны.

Сокращенное обозначение холодильного агента строится по форме R-N (где R - символ, обозначающий холодильный агент; N-номер хладона или присвоенный номер для других холодильных агентов).

По характеру взаимодействия с маслом все холодильные агенты можно разделить на две группы. К первой группе относят холодильные агенты с ограниченной растворимостью в масле, ко второй - с неограниченной растворимостью. Это означает, что при ограниченной растворимости в жидкой фазе смеси наблюдаются два слоя, из которых в одном преобладает масло, в другом - холодильный агент. При неограниченной растворимости в жидкой фазе не наблюдается расслоения.

К первой группе относят холодильные агенты: аммиак R717, углекислоту R44, близко подходят хладоны R13, R14, R115. Хладоны R22 и R114 имеют пределы растворимости при низких температурах, т. е. составляют промежуточную группу. Все другие хладоны, в том числе R11, R12, R13, R21, R40 являются телами с неограниченной растворимостью, т. е. относятся ко второй группе. Поэтому если кипит не чистый хладагент, а, например, смесь хладона R12 и масла, то для получения той же температуры кипения, что и в случае чистого вещества, приходится поддерживать более низкое давление кипения и, следова­тельно, затрачивать излишнюю работу на сжатие пара.

Растворимость холодильных агентов в воде имеет важное значение для нормальной работы холодильной машины. Аммиак неограниченно растворяет воду. Присутствие небольшого количества воды в нем заметно не нарушает работу холодильной машины. Хладоны почти не растворяют воду. R12 способен растворить при 0°С всего 0,006 % воды по отношению к своей массе.

Холодильный агент должен быть невзрывоопасным и не воспламеняющимся в смеси с воздухом и паром масла. R11, R12, R13, R22 невзрывоопасны.

По физиологическим свойствам холодильные агенты не должны быть ядовиты. Аммиак вызывает раздражение глаз и верхних дыхательных путей. Допустимая концентрация его в воздухе не более 0,02 г/м³.

Хладоносители - это вещества осуществляющие передачу теплоты от охлаждаемого объекта к приемнику теплоты.  Подразделяются на жидкие и твердые. К жидким относятся водные растворы солей - рассолы и однокомпонентные вещества, замерзаю­щие при низких температурах (этиленгликоль, кремнийорганическая жидкость, хладон R3О). Твердые хладоносители - это эвтектический лед, образующийся при криогидратной температуре, представляющий собой смесь льда и соли и имеющий постоянную температуру плавления.

В холодильной технике применяют водные растворы солей NаСl, МgСl₂, СаСl₂, которые не замерзают при относительно низких отрицательных температурах.

В качестве промежуточного хладоносителя используют также этиленгликоль и хладоны. Этиленгликоль является бесцветной и не обладающей запахом жидкостью. Температура кипения при атмосферном давлении 197,2 ⁰С. В зависимости от концентрации этиленгликоля в воде можно подобрать хладоноси-тель с температурой замерзания от - 0 ⁰С (вода) до -67,2 °С при концентрации этиленгликоля 70 % по объему.

Хладон R30 является хорошим хладоносителем благодаря низкой температуре замерзания и малой вязкости. Его используют для температур до -40°С, при температурах от -90 до-100°С применяют R11.

 

Глава 9. ХОЛОДИЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Холодильная технология как наука изучает влияние холодильной обработки и хранения на продовольственные продукты и определяет оптимальные условия проведения технологических процессов (охлаждение, замораживание, хранение и др.) с учётом особенностей продуктов и свойственных им изменений.

Задачи:

- изучение состава, свойств, изменений, происходящих в пищевых про­дуктах при холодильной обработке и хранении;

- выбор рациональных режимов холодильной обработки и хранения.

Способ консервирования холодом основан на том, что при понижении температуры значительно снижаются жизнедеятельность микроорганизмов и активность тканевых ферментов.

При охлаждении и замораживании надо как можно быстрее понижать температуру, т.к. при постепенном понижении микроорганизмы могут приспособиться к этим температурам. Кроме того, при быстром понижении температуры структурные и химические изменения в продуктах будут незначительными.

 

9.1 Принципы сохранения пищевых продуктов

 

Известно, что некоторые пищевые продукты, например мука, крупы, сахар и т.п., не портятся при хранении длительное время в обычных условиях. Для кратковременного и особенно длительного хранения других продуктов требуются специальные условия, так как качество их относительно быстро ухудшается - изменяются присущие свежим продуктам вкус, запах, консистенция и цвет. Такие пищевые продукты называются скоропортящимися. К ним относятся мясо и мясопродукты; рыба и морепродукты; молоко и молочные продукты; яйца и яичные продукты; масло животное и растительные жиры; свежие плоды и овощи; дрожжи хлебопекарные; фруктовые соки и минеральные воды; пиво; виноградные и плодово-ягодные вина; сиропы; мороженое и многие другие.

Эти продукты являются скоропортящимися, поскольку содержание в них значительного количества воды, а также органических соединений создает благоприятные условия для развития и жизнедеятельности различных микроорганизмов и ферментов.

Совокупность свойств, от которых зависит степень использования пищевых продуктов по назначению, определяет их качество. Важно, чтобы пищевые продукты были свежими, питательными и вкусными.

Все скоропортящиеся продукты во время хранения подвергаются значительным изменениям. Если по отношению к ним не применить своевременно те или иные способы консервирования, то они относительно быстро придут в негодность. Следовательно, консервирование пищевых продуктов заключается в специальной их обработке для предохранения от порчи при хранении.

Продукты могут портиться под влиянием различных факторов: под действием кислорода воздуха и солнечных лучей;

вследствие чрезмерно низкой или очень высокой влажности воздуха;

вследствие биохимических процессов (деятельность тканевых ферментов);

под влиянием микробиологического фактора.

Все методы консервирования подразделяют на физические, физико-химические, химические, биохимические и комбинированные.

В основу физических методов положено использование высоких и низких температур, а также ионизирующих излучений, ультрафиолетовых лучей, ультразвука и фильтрации.

Физико-химические методы включают сушку, соление и использование сахара.

Химические методы консервирования основаны на применении химических веществ, которые должны быть безвредными для человека и не должны изменять вкус, цвет и запах продукта.

В настоящее время в России в качестве консервантов разрешены следующие химические препараты: этиловый спирт, уксусная, сернистая, бензойная, сорбиновая кислоты и некоторые их соли, борная кислота, уротропин, отдельные антибиотики, озон, углекислый газ и ряд других.

Биохимические методы консервирования основаны на подавляющем действии молочной кислоты, образующейся в результате сбраживания сахаров продукта молочнокислыми бактериями.

К комбинированным методам консервирования относят дымное и бездымное копчение, а также некоторые другие способы, основанные на использовании нескольких видов консервантов одновременно.

Микроорганизмы и ферменты вызывают разложение белков, гидролиз жиров, глубокие превращения углеводов и другие изменения. Поэтому основная задача консервирования пищевых продуктов сводится к ограничению или устранению разрушительного действия микроорганизмов и тканевых ферментов.

Применяемые методы сохранения пищевых продуктов, в основу которых положено внешнее воздействие на биологические факторы порчи, классифицированы одним из основоположников товароведения проф. Я.Я. Никитинским, предложившим свести все существующие способы консервирования к четырем принципам - биозу, анабиозу, ценоанабиозу и абиозу.

Биоз - (жизнь) поддержание жизненных процессов сохраняемых продуктов и использование для этих целей иммунитета. Этот принцип применяют при хранении овощей, транспортировки и реализации живой рыбы, предубойном содержании скота, птицы.

Анабиоз - (торможение жизни) подавление жизнедеятельности микроорганизмов и активности тканевых ферментов при помощи таких способов консервирования, как холодильная обработка и хранение, сушение и вяление, маринование и т.д.

Ценоанабиоз -(новое или вторичное торможение жизни) подавление вредной микрофлоры за счёт создания условий для жизнедеятельности полезной микрофлоры, способствующий сохранению продуктов (квашение, молочнокислое и спиртовое брожение).

Абиоз – прекращение жизнедеятельности микроорганизмов в продуктах (высокотемпературная обработка, применение лучистой энергии, токов высокой и сверхвысокой частоты, антибиотиков и др).

С биологической точки зрения все методы консервирования отличаются друг от друга тем, что при применении их достигается различная степень торможения нежелательных процессов в продуктах. При выборе метода консервирования, кроме основной цели (торможение нежелательных процессов), стремятся добиться максимальной сохраняемости продукта, а также экономичности процесса. Поэтому в практической деятельности часто разные способы консервирования комбинируют.

Лучшим способом консервирования является тот, который позволяет возможно более длительное время хранить продукт с наименьшими потерями пищевой ценности и массы. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает применение искусственного холода.

В зависимости от решаемых задач продукты подвергаются разной глубине холодильной обработки (охлаждение, переохлаждение, подмораживание, замораживание, домораживание), а для восстановления натуральных свойств к продукту подводится теплота (отепление, размораживание).

Охлаждением называется процесс отвода теплоты от продуктов с понижением их температуры не ниже криоскопической.

Криоскопической температурой принято считать температуру начала выпадения твердой фазы (кристаллов) из тканевой жидкости продукта.

На практике все более широко применяют предварительное охлаждение, предшествующее любому последующему этапу технологического цикла обработки холодом и существенно снижающее потери при последующем хранении.

Переохлаждение - это процесс с понижением его температуры ниже криоскопической, сопровождающимся частичной кристаллизацией влаги в поверхностном слое. Продолжительность хранения продуктов в подмороженном состоянии.увеличивается в 2-2,5 раза по сравнению с охлажденными.

Замораживание - отвод теплоты от продуктов с понижением температуры ниже криоскопической при кристаллизации большей части воды, содержащейся в продукте, Это предопределяет стойкость продуктов при длительном холодильном хранении.

Домораживание - понижение температуры до заданного уровня при отводе теплоты от частично замороженного продукта.

Отепление - подвод теплоты к охлажденным продуктам с повышением их температуры до температуры окружающей среды или несколько ниже.

Размораживание - подвод теплоты к продуктам с целью декристаллизации содержащегося в них льда. В конце процесса температура продукта достигает 0°С и выше, кристаллы льда плавятся, и ткани поглощают влагу. Целью процесса размораживания является максимальное поглощение тканями влаги и полное восстановление первоначальных свойств продуктов.

Продолжительность холодильной обработки исчисляется минутами, часами, иногда сутками и влияет на качество и сохранность продуктов при последующем холодильном хранении.

Холодильное хранение - это хранение продуктов после холодильной обработки при заданном режиме в камере. Под режимом холодильной обработки и хранения понимают совокупность параметров и условий, влияющих на их качество (температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, состав среды, укладка, продолжительность процесса).

Наиболее эффективное использование холодильного консервирования требует соблюдения единой непрерывной холодильной цепи на протяжении всего пути продукта от производства до потребителя.

 

9.2 Состав и свойства пищевых продуктов как объектов консервирования

 

Различают пищевые продукты растительного (плоды, овощи, ягоды и др.) и животного происхождения (мясо животных, рыба, птица, молоко, яйца). Они богаты белками и жирами.

Основными составными элементами пищевых продуктов являются вода, жиры, белки и углеводы, а также минеральные соли, витамины.

Белки являются наиболее сложной и биологически важной составной частью всех пищевых продуктов. С ними связаны разнообразные жизненные проявления - пищеварение, сокращение мышц, раздражимость, движение, способность росту и размножению.

В состав белковых веществ входят двадцать наиболее известных аминокислот. В природе белковые вещества находятся в жидком, полужидком и твердом состояниях (молоко, мышцы, волосы).

Углеводы - органические вещества, имеющие в своем составе углерод, водород и кислород, являются необходимой частью пищи человека и животных. В продуктах растительного происхождения углеводы составляют до 80% от сухой части, а в продуктах животного происхождения - не более 2%.

Углеводы делятся на две группы: простые (моносахариды) и сложные (полисахариды). Представителями моносахаридов, имеющими наибольшее значение в пищевом отношении являются глюкоза, фруктоза и галактоза.

Из полисахаридов наибольшее пищевое значение имеют три - сахароза, мальтоза и лактоза, а также крахмал, клетчатка, пектины и др.

Жиры и жироподобные вещества (липоиды) по химической природе представляют собой сложные эфиры глицерина (трехатомный спирт) и жирных кислот. Из наиболее распространенных в животных и растительных тканях липоидов следует выделить лецитин (снабжает фосфором мозговую и нервную ткани) и стерины (холестерин).

Витамины - органические вещества, необходимые в небольших количествах человеку и животным, - имеют огромное значение для обмена веществ в организме.

Сохранность витаминов в пищевых продуктах в течение срока хранения может использоваться в качестве показателя, использующего метод хранения. Наилучшим можно признать метод, обеспечивающий максимальную сохранность витаминов в хранимых продуктах.

Минеральные соли входят в состав межклеточной жидкости и регулируют осмотическое давление, создавая необходимую реакцию среды. Количество минеральных солей в пищевых продуктах невелико - около 1% от общей массы.

Вода служит растворителем и элементом, участвующим в биохимических реакциях, осмотических и диффузионных явлениях. Присутствие воды в пищевых продуктах создает условия для развития микроорганизмов и активизирует деятельность ферментов, что отрицательно сказывается на их сохранности.

 

Состав некоторых пищевых продуктов

 

Продукты	Массовая доля, %					Энергетическая ценность, кДж/кг
	белков	липи- дов	углево- дов	воды	золы
Говядина,1 кат	18,6	14,0	-	66,4	1,0	7165
Баранина,1 кат	15,6	16,3	-	76,2	6,9	9428
Суб. продукты (говяжьи) печень	17,9	3,7	-	71,8	1,4	5535
Куры	18,2	18,4	-	62,5	0,95	5384
Молоко	3,2	3,6	4,9	87,3	0,7	4230
Творог жир.	14,0	18,0	2,8	63,2	1,0	9450
Сметана 30%	2,4	30,0	3,2	63,3	6,5	12260
Мороженое сливочное	3,3	10,0	22	66	0,8	8015

 

9.3 Воздействие низких температур на клетки и ткани

 

Как правило, действие низких температур на клетки, ткани и организмы носит в большей или меньшей степени повреждающий характер.

Это происходит, во-первых, вследствие глубокого нарушения обмена веществ при быстром понижении температуры, получившего название "температурный шок". Такое явление объясняется нарушением динамического равновесия биохимических процессов вследствие того, что активность разных ферментов при резком снижении температуры различна. В результате в клетках накапливаются промежуточные, зачастую токсичные, продукты обмена веществ (метаболиты). Если процесс охлаждения проводится быстро, то может наступить гибель биологического объекта. При постепенном снижении температуры организм может адаптироваться, т.е. приспособиться к изменяющимся условиям, и в этом случае выжить. Очень часто температурный шок сопровождается структурными изменениями в клетках.

При охлаждении биологических объектов ниже температур, при которых происходит превращение воды в лед, основную роль начинает играть повреждающие факторы процессов кристаллообразования. Процесс льдообразования при постепенном понижении температуры начинается после более или менее глубокого переохлаждения.

Сначала кристаллы льда образуются в межклеточной жидкости, концентрация растворенных веществ которой вследствие вымерзания воды начинает увеличиваться. Возникает разность между концентрациями растворов в межклеточном пространстве и внутри клеток, что приводит к перемещению влаги из клеток к кристаллам в мёжклеточном пространстве. Таким образом, увеличиваются кристаллы снаружи клеток и обезвоживается их содержимое. В дальнейшем процесс кристаллизации может начаться и в самих клетках. При оттаивании рассмотренные явления развиваются в обратной последовательности. В случае быстрого понижения температуры биологических объектов кристаллизация может происходить одновременно внутри клеток и в окружающей их межклеточной жидкости.

В процессе хранения наблюдается миграционная перекристаллизация - увеличение размеров крупных кристаллов вследствие исчезновения мелких.

Одной из причин повреждения клеток является механическое действие на них кристаллов льда, которое приводит к разрыву клеток, проколам и порезам. Кроме того, из-за разрастания кристаллов льда в межклеточном пространстве уменьшаются размеры клетки, что вызывает сжатие и образование складок в оболочке, в результате чего может произойти механическое повреждение протоплазмы. При поступлении воды в клетку во время размораживания тесно соприкасающиеся слои протоплазмы начинают расходиться и при этом часто происходит отрыв протоплазмы от оболочки, что приводит к повреждению структуры клетки.

Еще более сильным повреждающим фактором является денатурация протоплазматических белков, вызванная обезвоживанием клетки в результате вымораживания воды.

Наконец, еще одним фактором повреждающего действия является повышение концентрации минеральных солей (электролитов) в незамерзшей клеточной жидкости при обезвоживании в процессе кристаллообразования. Под действием образующихся концентрированных солевых растворов происходит денатурация белков, причем развитие ее зависит не только от концентрации солей, но и от величины рН среды.

Поскольку с повышением концентрации солевых растворов возрастает осмотическое давление, весь комплекс рассмотренных явлений, развивающихся при замораживании, получил название "осмотический шок".

Степень повреждающего действия низких температур зависит от места образования кристаллов льда в клетках и тканях биологических объектов. Так, при внутриклеточной кристаллизации интенсивно разрушаются элементы протоплазмы. При замораживании растительных организмов образование льда внутри клеток всегда приводит к их гибели. Подавляющее большинство клеток животного организма также не выдерживает внутриклеточного льдообразования.

Благодаря использованию защитных веществ (глицерин, сахарный сироп, полиэтиленоксид и др.) при замораживании возможно применение очень высоких скоростей замораживания.

 

Глава 10. ВИДЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

 

10.1 Процесс охлаждения

 

Охлаждением называют процесс понижения температуры продукта не ниже криоскопической.

Криоскопической температурой принято считать температуру начала выпадения твердой фазы (кристаллов) из тканевой жидкости продукта. Значения криоскопической температуры t_кр различны для каждого вида продуктов.

 

Криоскопические температуры пищевых продуктов

 

Пищевой продукт	Криоскопическая температура, ^0С
Говядина	-0,6…-1,3
Телятина	-0,8…-0,9
Птица	-2,0
Пресноводная рыба	-0,5
Колбасы вареные	-1,2…-3,3
Колбасы полукопченые и варенокопченые	-4,0…-7,8
Мясные консервы	-1,6…-2,5
Сыры твердые	-5,3…-9,8
Сыры плавленые	-3,8…-11,5
Яблоки	-1,4…-2,1
Груши	-1,8…-2,8
Виноград	-1,4…-3,5
Картофель	-0,94…-4,7
Морковь	-1,0…-3,3
Капуста	-0,4…-1,4
Лук	-0,9…-3,0
Томаты	-0,5…-0,9
Зеленый горошек	-1,0…-1,2

Основная задача охлаждения заключается в создании неблагоприятных условий для развития микробиальных и ферментативных процессах в пищевых продуктах.

Целью охлаждения является сохранение первоначального качества продукта в течение определенного времени.

Процесс охлаждения принято представлять в прямоугольных координатах (рис. 10.1). По вертикальной оси откладывается температура охлаждаемого продукта, а по горизонтальной оси - время процесса охлаждения.

Охлаждение начинается при температуре t_нач, т. е. температуре продукта перед помещением в камеру охлаждения. Как правило, процесс охлаждения представляет собой кривую, приближающуюся к криоскопической температуре, но никогда не достигающую значения t_кр.

Охлаждение пищевых продуктов является сложным тепломассообменным процессом, сопровождаемым метаболическими процессами, происходящими внутри продукта. Помимо отвода теплоты через внешнюю поверхность продукта с указанной поверхности происходит испарение влаги.

Рис.10.1. Процесс охлаждения пищевых продуктов

 

10.2 Замораживание пищевых продуктов

 

Замораживанием называют процесс частичного или полного превращения тканевой жидкости замораживаемого продукта в лед. Наличие фазового перехода - отличительная особенность процесса замораживания. Скоропортящиеся пищевые продукты замораживают для увеличения сроков хранения (мясо, птица, рыба, овощи) или получения продуктов с новыми вкусовыми товарными качествами (мороженое, плоды, ягоды). Замораживание используется и как составной элемент некоторых технологических процессов - концентрирована плодовых соков, уксуса, сублимационная сушка и др.

Рис.10.2. Процесс переохлаждения пищевых продуктов

Наибольшее распространение замораживание получило как подготовительный процесс для длительного холодильного хранения продуктов. Длительность хранения скоропортящихся продуктов с высоким содержанием влаги в замороженном виде значительно больше, чем в охлажденном. Превращение влаги продукта из жидкого состояния в кристаллическое приводит к существенному торможению жизнедеятельности микроорганизмов, а также значительно снижается скорость биохимических и химических реакций, происходящих в пищевых продуктах. При замораживании в пищевых продуктах происходят изменения, не позволяющие полностью восстановить их первоначальные свойства. Поэтому в технологическом отношении процесс замораживания считается не полностью обратимым. Технологическая необратимость не является недостатком, если не ухудшаются пищевые и вкусовые показатели, а также товарный вид продукта. Замораживание требует более сложного холодильного и технологического оборудования, чем охлаждение. Процесс замораживания более длительный и энергоемкий, что приводит к увеличению стоимости замороженных продуктов по сравнению с охлажденными.

Технологически процессу замораживания предшествует процесс охлаждения продукта до криоскопической температуры t_кр, после чего начинается льдообразование - фазовый переход жидкой среды в твердое состояние.

Переохлаждение пищевых продуктов. При достижении криоскопической температуры t_кр кристаллы льда в тканевой жидкости не образуются вследствие остаточного теплового движения молекул (рис.10.2). Для образования устойчивых кристаллов льда требуется некоторое понижение температуры относительно криоскопической. Такое понижение температуры принято называть переохлаждением Δt_по. Для каждого вида пищевых продуктов предельное переохлаждение Δt_по имеет конкретные значения: 5 ⁰С - для мяса, птицы, рыбы; 6 ⁰С - для молока; 11 ⁰С - для яиц.