автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка и исследование быстрого замораживания рубленых полуфабрикатов в условиях дискретного теплоотвода

ч Чд, дЧЧ^ *;4 *",''УУ,% 4* Ч лЧ . Л » Ч /Ч * 1 * 'i^V''V 4 ЛЧ

Ч 4 Чч* Ч ' У» ' Чд 'Чч* ЧЧ.' ''■'У,У1' ' у' - ' * *'t ■/ Ч 4 ' ЧдЧ ; >4* У 4 Ч 4 ' ЧЧ* 44/4' ЧЧЧЧЧЧЧ. i'%Ч уч '/*Ч;дЧ; чу44t ЧЧ; . ч'У ЧЛЧ У */.ч*Ч Уч1 .4 ЧЧЧ-'v ч * Ч!Ч .'•'À' Ч*-' чч.* ч'V'VЧ ч!Ч '*Учу/чу чу/ чу/ чу чу* чу чу чу 44 ч;s

m

Д .4 /w ' Л. * < .4, Д Д Д / Д. л.9i ,X-, Л. *í Ч ?, -*4, Ч' , , <*( £ /4 ¿, 'i

i/ Ч V 4л'»' ЧЧ* ЧЧ-' ЧЧ* "I-''-* У'Ч' Ч'-i.* ЧЧ* ЧЧ/ ЧЧ* ЧЧ* ЧЧ * ЧЧ* ЧЧ* ЧЧ* Ч д* ЧЧ*ЧЧ* ЧЧ* ' »Ч*ЧЧ/ч r'S ^''v f"'.'> Ч** « f~ \ f'"-'- <»*4 »V*

>v>1:- Î.4'-'. У'-i íрук'опй^^

^У-^ У.^4**4 Л ■*' ЧЧ; ЧЧ <\Ч'* Ч"' /ч Ч/чУ' ЛЧ Vs 4 fi

' чу чуг 4 * » ' '-»j'.* YS' ' yy4 ' * Уч''/',' 'V1-* 'А* w *>\* v '

*ч ■ '<% *\,\*У !***'»"^»^i^T'ilíT'í

'*:» ."*»■ V* ^'v* *.'' s,'*.« 'У ' >• u* V " * * '.""л v> * v* V Vv' v' у 4* '

* * - ' 'У'~*У / "ч"^ "--*,• **-*.'* " \ ' ' /Ч /4

Vv ■ ' / * г.' ^ ' * 'í' .4' - * >' ■ ' _ v' >j s O i' "j и -i." '-/'».* i* v v' t'- v* '

- *\ -J VJ _ -'^"•"-•J ' s' * V ^ _ ' Л-; ;v, Л*'-,' л*Г**

v.*4 ^^ v* • ' ** f Г--'«4 'V"' .'Y*' * v * 'v^*.' '

V г"\ r',~ \ »■"•, % j, HV' ■«»"•Л'Ч^'Ч''"1. *'■ f* '4V"л%/W/'*V'4

V ^ ,\''У,\ , '"l rl,% \f4 \ f . * 1' **. 'i , 'J "г* Sí )ч У

ч' ^^' ^ j ' у. * '/>.'! ; I * ^»v ' ^ Г"* ' ', Г'!***' Г'!4,11 *

./ л* vt 'у с j i.1 V. ' vy 'Л' ,>jV-^ ' - ^ ' .'"'«'■I ^ *> ' .v**l4. •'ф'"1 *''Г " ^ Г'*4! ч'j '*'Nч^.*-'У,''.*'i* V Г'!*-* v*>'z*1 *v*v>

" 4 «»J- * 14* ^ * J î'4?''} . * »' '^T*" ^ лТ^ . l"1*?^ . Î^T'-Î"* >

1 '.^à"''<*ч'•'.У*У'.-"r^'"-'y'\"^ч*Xj'

- "* • Ч- Ч4' ' 44' '«.* "4/-* ^4' / 4 -4' 'li'/ Vi '-.* ^j'. /''■»''и." v'Vv'v

г \ >> с, « f Г/ * \ г.-*->- Д -'«f^ "Ч \ '""г. Л ». с, -, f, \ .N

РУБЛЕНЫХ-ПОЛУФАБРИКАТОВ ,'в> УСЛОВИЯХ- ЯЙСХРЙТНОГО^Ч'ЙГ'Х:^

г/ .Л^**« Л."с N ''/i Л.'-! / ■ '*> \rí>*. 'о-.' í* /'-S4* .Л. r*

^ Ve V уЧ'Vv*у'^ _v\ _>^ч' 'Уi/ч/*.■ ; • / ТЕПЛООТВОДА^/ч^/чХЧГ'л-'чХ^^Х*'' чХ^..^ Ч."

г"у 'У*** "«'л'ч^Тч•Г\'*.**\г 4 Ч 4 ''к 4 r* ^ Ч*^'Ч

ч/ ^ ч. Ч' Ч'-х" * ЧЧ" * • Ч* "••'ч' ' .* ' •.' " 'Ч' V'..' Ч' Ч' s' Ч^1* У'-' У Г-*'4' ЧЧ* ЧЧ* ЧЧ* ЧЧ' Ч ' ч' ЧЧ'ЧЧ*ч;

rysyySs'Ч*»'У. 'У,\'У,\*У^УУ \'У .'ч"ч"л1 *! Ч*Ч^''Ч/\*4**•■."ч.\Л • ^iчч^ч*^l14*^/*.чч

к' /Ч' '* v' *j4'__"j4*_■* к у к v/'v*ч с'ч'чЧ' v;r%<4 4Av*чч'у у чч*'а*ч ч^*.*ч v.

г ЧЧ;,'^Ч ^."'-Ч^Ч ЧЧЧ^'ЧЧ^* "ч ^.'ЧЧ'ЧЧ^ЧЧ'ЧЧ^Ч4^-^ '¿ЧЧ^Ч^-ЧЧ^*'

/'. Ч' ' 'с J ' ' .-'*/"-* ЧЧ'' ~.*4• Ч' ЧЧ" '• * ".'Ч* Ч\ у ' ЧЧ' Ч^ч* ЧЧ.* ч* Ч'ч* ЧЧ* ЧЧ' Ч '.*чу

' лЧ"гЧ^Ч д *" Чд' У * ' /У*У ^ *,''Ч*Ч » Г-чЧ ^ Ч ^ " ч ' , Ч Ч^ ' s »> * Ч ^ 4*^ "*

v'*.' 'уЧ' ЧЧ V. '■^•s,' *yt'.' Ч^-.* 'ЧЧ' Ч'"у'ЧЧ' %Ч* ЧЧ" ЧЧ' ЧЧ' Ч^ч" Vv4 ЧЧ' 4VviV vy/Ч'v,

^ч,-ч*ч ♦ "s |*,Ч/, Д'"чЧ:чч;чч ч>:чч:ч '.'Ч"^'ЧЧ",ЧЧ/Ч ^^уч*'^>*\ч..ч

чч-'ч^' vчч* Х-: v-.,.' Vv' Ч'"' ч^'' ' чл .* у у* '•>'■*■" ^ ^ * -, * ч^-, ч^-/ ч^-* чЧ' ч'ч' "Ч4' чЧ' ч^о чЧ' ч^' \

л^* 4*e" Ч* / УУ'У 4J ЧI г" * '-.у, 4*4 Ч f ' д Ч * * д 4 Ч Ч ^ Ч Ч ^е / Ч t ^ Ч ( г Ï * ^s'4 !Чд^Ч ^ * Ч Чд/дЧ4* Чд/Ч . V4* ЧЧ..' Чд/ у v.* * Ч^ч* fV Чд.' ЧЧ* ' / 'УЧ" 4.'ЧЧ* У У Ч^С* 'УЧ' "4^4,' *>Ч* '¿д-' Ч^ц* ;Л' ЧЧ" Чд- ЧЧ* ч

►уд^^ч УУУ "У<•" s г" ^

/ v*.* чч*' ч^».' чу." ЧЧ' ч^ч"1- чч* чч* чЧ* чу * ^ чу чч - чу чЧ" ч^.-,* ч^,'4 »у чу,* чучч^ 4*l* чу чч* чч'чч* чу чч.* ч

>4' д д ^ Ч ^ Vf^ » ч %4.4>,'4%<4V, "ч**, % f. »4. % ^ v'» > л. ч /'ЧЧ Ч в< ч г '¿Ч д ^ > д /^д

-* ' * v* Чу.' У'^'ч' Ч „' Ч v* у »^ч* Ч^ь* ЧЧ* V*-.' ЧЧ' Ч_ч* Ч ЧЧ." чучучучу ЧЧ," Ч w' ЧЧ! ЧЧ' ЧЧ.* Ч ЧЧ* ЧЧ* ЧЧ- Чд-.'4'C ч '■''ir4 ^iV'Ví' *чу,* д""* ^;чч;чч:дд:Д%:ДУДХ:^t*^-** X'í'У^УУ^'У.^'У'^ 'У^.^ЧД^Ч

дУдУ ддл/ ^^ дд. дд, дУ дд^ °¿ .47 Л. . \ í .чГч

У > fiy ; ^ : ^ Т íMK1^: ' íí^Р - yi* k г" п ^ « >

чЧ.' Ч' 1Ч д* у у.* чуч У у- ' Ч Ч" чу.учч' чу- ;>УЧ.ЧЧуч'ч' чу ЧЧ' ЧЧ' чу.' чч.' чч/чу чу чу ЧЧ' чучуч'ч*.у 4." ЧЧ' у v* ч чуУ*УУУУУ'Ч'7***.'г\'/ч'ч.ЧVsЧi*.ЧЛ.Чö41!'.',Ч/''Тч'Л?'«:лЧЛ '.«у ч*ч^ чу.у^у, ;^учч.'хч'_У';счч-чч* чч<чучч' чу чч- чу чу чу ч'ч' чу чч;чу чу чу чучу чу ч д * ч

У»^^чч;ДД.д^.ддд^дУд^дt'J^'4дÍДд\д,*"i,v4Ч;***г[дд^44¿дд4-дЧ*дд^-Чд^д д.^^*д>^Чд^д,Ч.'•.'ЛТчЛ

' ...............................'у* чу чу чЧ' чу 'чч/чч^ЧЧ-ЧЧУ'У чу/'Ус1 _чу чч/чч'чучч'чу у\?чучу ч

Удд; чч: у дЧ-чч* ч уу. чyj ч д.- У/j чу чу д чЧ^- чч; чу ч ^ чу чу д t ч

>^ЧЧ>К>><.ГчЧ>'Ч.'-чЧ,чЧу *í.1 У'у**учЧчГ*1 ЧЧЧ.v*''ЧУÍЧ>¡4ГУ!ЧЧЧч ' .""УУУ*УУ*УУf"Sч'^.ч'л ч*^ ч'л 'У Чд; чч- У*к' *чч* уу y^f чу."'.«д' ч^уу у'ЧУУ.У*-'.'"ЧЧv>14Г'У ч

чч^чу чуу,;чу/>учучу/;ч.'>учч'ччу,у чу ЧЧ У У чч* ч»'^ ч'Ч Ч v< Г*1Ч Ч**' ''i'»* 4W* ЧЧ Ч^* ' чч; д д^ д4j чу чч; д д.;ч дУ,"*/.'í i-4,4 ,^Vv*«Ч "Л.4 ,4Л .4*чЧ

ЧЧ/ЧЧ* ЧЧ* ЧЧ' чч* чч* чу.* ЧЧ* ЧЧ* Чд' ЧЧ' ЧЧ/ Ч'С чч* чу чу ЧЧ' ч\* чч* чч* чу чу ч

_ чу/ ч*'." >y4yv<>y>v4y;4y чу ч ' чу чу* чч* чу чу/ЧЧЧ^ 4vv<>v4y>y>y>y4v чу чу V : « Ч ч , ч" л. ч . ч ч д; ч* г; чу д > чч; ч ч; ч < r¿ д _ ч _ ч д; д ^ дч; s > д чуч уч t *д д;ч( ^ ; чу дд;ч( д' 1 чу чу чч* чу чу чу/ ч'ч* чч* чу:чч* чч* чч/ чу чу ч'ч* чу чу чу* чу ч ч' чч* чу чч*. чу* чу* чучу чу чу Ч'

/чч Чд; Чд; >; у; у

ч, ЧЧ/ Ч'ч' Ч'ч* у Ч'

>дУ у /* Ч г' у/ у ч* чу

Ч'ч* V' ч' чч* Ч' у

чЧ; чЧ; чч; чч; д' у у чу

чч* У ' v' чу ч ' -/ ч: ч* V

ч Ч; у г" Ч д у Ч 'V чу

чч* Ч V* ЧЧ* Ч'ч* Ч' ч ч* '

дЧ; д у ч;

ч ' »/ чч* Ч'ч чч* Ч' у у;

ДД/ дЧ; д' Ч' ч:

чч^ чу чч* Ч'ч Ч' у ч; '/ '

. д.'4'чд > Г/У.*, л Í

Работа выполнена в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Буянов О.Н.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Шихов Г.Л. кандидат технических наук, Горшкова Л.В.

Ведущее предприятие - Научно-внедренческое предприятие "Сибагропереработка"

Защита диссертации состоится " .1998 г. в -$час. на

заседании диссертационного совета Д 064.67.01 в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности по адресу: 650060, г. Кемерово, бульвар Строителей,47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кемеровского технологического института пищевой промышленности.

Автореферат разослан "О&ЛфЬъъъ г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, проф. ¿/^¿¿¿¿¿¿^ Н.Н.Потипаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие производства быстрозамороженных продуктов остается преобладающим направлением пищевой технологии в стране и за рубежом, т.к. обеспечивает рациональное использование сельскохозяйственного сырья, энергии, позволяет разнообразить рацион питания населения.

В связи с этим принципиально по-новому должен рассматриваться вопрос о совершенствовании процесса замораживания, как завершающей стадии в поточной линии производства такого вида продуктов.

Мировая практика показывает, что наиболее целесообразно для быстрого замораживания применять воздушные аппараты, несмотря на ряд существенных их недостатков, в том числе-относительно высокий уровень энергозатрат на обеспечение технологических режимов. Поэтому в основу совершенствования данного процесса и аппарата исследователи и конструкторы ставят принцип интенсификации замораживания при сокращении энергозатрат.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование процесса быстрого замораживания рубленых полуфабрикатов в условиях дискретного теплоотвода, обеспечивающих энергетическую эффективность процесса и максимальное сохранение исходных свойств продукта и разработка скороморозильного аппарата для его осуществления.

для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: разработать аналитический метод расчета продолжительности отдельных стадий замораживания продукта при дискретном теплоотво-де; разработать и создать экспериментальный стенд для изучения процесса теплообмена при быстром замораживании; провести экспериментальные исследования с целью проверки результатов аналитических решений и составления программы быстрого замораживания объекта исследования; разработать принцип технического решения воздушного скороморозильного аппарата.

Научная новизна. Разработана математическая модель для расчета продолжительности отдельных стадий дискретного теплоотвода при быстром замораживании пищевых продуктов. Установлены рациональные, энергетически эффективные режимы организации процесса быстрого замораживания мясных рубленых полуфабрикатов при дискретном теплоот-

воде и обоснованы его режимные параметры. Изучен характер изменения показателей качества объекта исследования, хранившегося прк температуре -18° С после быстрого замораживания при рационально!1 режиме дискретного теплоотвода.

Практическая ценность. Предложен иегод инженерного расчета нг ЭВМ продолжительности отдельных стадий программного замораживания. Составлена номограмма для определения процессовых характеристик 1 программа организации быстрого замораживания объекта исследования Разработана техническая документация на четырехмодульный воздушны; скороморозильный аппарат производительностью 500 кг/час, котора: принята научно-внедренческим предприятием " Сибагропереработка" Опытно-промышленный образец данного аппарата успешно прошел пронэ водственные испытания и показал экономический аффект в сокращена энергозатрат на 11,2%, по сравнению с рациональным режимом непре рывного теплоотвода.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-технической конференции "Новые технологии" Кемерово,1996; научно-технической конференции "Отчетная сессия Кузбасского научно-образовательного комплекса за 1993-1995 г.", Кемерово, 1996; научно-технической конференции "Проблемы рационального питания", Кемерово,1997; международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности", Воронеж, 1997; международной научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии пищевых производств",СПб,1998.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных рабе Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе ния, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения, вклк чает 23 рисунка, 7 таблиц. Основной текст изложен на 117 странице машинного текста. Список использованной литературы включает 14 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы и основные направл« ния ее решения.

В первой главе представлен анализ теплофизических особенно тей процессов низкотемпературного воздействия, влияния его услов) на свойства мясопродуктов, рассмотрены тенденции развития прои

водства и потребления быстрозамороженных продуктов питания, современные способы и технические средства для осуществления этого процесса .

Быстрое замораживание - наименее изученный способ холодильной обработки пищевых продуктов и представляет собой передовое направление з области интенсификации технологических процессов.

Основной задачей быстрого замораживания является целенаправленное сохранение качества конечного продукта. Изменение показателей качества мясопродуктов, подвергаемых быстрому замораживанию и хранению зависит от гидратации белков к моменту холодильной обработки, размеров, формы, характера распределения кристаллов льда и уровня рекристаллизации; быстрому замораживанию можно подвергать любые мясные продукты, учитывая особенности их структуры и обеспечивая рациональную скорость процесса.

Разработка скороморозильной техники должна выполняться на основе научного подхода к выбору рациональных режимов замораживания, которые обеспечивают энергетическую эффективность процесса и высокий уровень качества продукта. Отечественный парк скороморозильной техники отстает в своем развитии от мировых лидеров в области замораживания пищевых продуктов.

Проведенный анализ литературных данных позволил сделать выводы, сформулировать цель работы и задачи исследований.

Во второй главе описаны технические средства для проведения экспериментальных исследований, разработаны и предложены методические приемы проведения эксперимента.

Схема экспериментального стенда для исследования теплообмена при быстром замораживании объектов исследования представлена на рис.1. Экспериментальная установка представляет собой конструкцию, состоящую из четырех самостоятельных модулей, каждый из которых имеет грузовой и охлаждающий отсеки. В грузовом отсеке на направляющих устанавливается тележка со стеллажами, на которые помещаются противни с полуфабрикатами. В охлаждающих отсеках находятся сребренные батареи и по две пары вентиляторов. Батареи охлаждаются жидким азотом, который подается из сосудов Дыоара АДС-15.

Конструкция установки позволяет изменять и поддерживать температуру в каждом модуле независимо друг от друга до -100°С и обеспечивать скорость воздуха до 10 м/с. Температуру образцов и воздуха в камере измеряли хромель-Копелевыми термопарами, подклю-

ценными к потенциометру КСП-4, а плотность теплового потока-специ-

Рис.1. Схема экспериментального стенда. 1-теплоизолированный модуль; 2-уплотнитель; 3-оребренные батареи; 4-вентиляторы; 5-сосуды Дьюара; б-выпрямитель; 7,8,15-автотрансформаторы; 9-клиноременная передача; 10-тележка; 11-продукт; 12,13-потенциометры КСП-4; 14-привод транспортера.

альными датчикани-тепломераии ДПТП, подключенными к другому потенциометру КСП-4.

Объектом исследования служил мясной фарш изготовленный из охлажденного и измельченного мяса говядины 1-ой категории упитанности, формовали брикеты массой 250 г размерами 110x70x28 мм. Мясные брикеты занораживали при различных режимах теплоотвода. Исследовали качественные характеристики образцов после замораживания и хранения при температуре -18°С через 1,2 месяца.

Замораживание проводили в потоке воздуха с температурой от -20°С до -70°С и скоростью воздуха от 4 до 10 м/с. Замороженные фарши упаковывали в подложку для хранения.

В процессе проведения экспериментов измерялись и контролировались следующие параметры: температура воздуха в камере стенда; температурное поле замораживаемого продукта; плотность теплового потока от продукта к воздуху; скорость воздуха в камере стенда; толщина продукта.

За продолжительность процесса принималось время достижения

- 7 -

объектом среднеобъемной температуры -18°С.

Коэффициент теплоотдачи рассчитывался по уравнению Ньюто-на-Рихмана, используя экспериментальные значения плотности тепло-

Рис. 2. Методика определения процессовых характеристик быстрого замораживания.

вого потока, а среднеобъемная температура продукта в любой момент времени его замораживания - по известной формуле:

1¥= Ч - О.ЗЗ^ц - <:„). (1)

Средняя скорость замораживания определялась по рекомендациям Международного института холода.

Показатели качества объекта исследования определялись по общепринятым методикам.

В третьей главе представлены экспериментальные исследования процесса быстрого замораживания. Проведен анализ математических моделей для определения продолжительности замораживания, который позволил выбрать уравнение, адекватно описывающее реальные условия протекания процесса - предложенное д.т.н. проф.Венгер К.П.

Данное уравнение использовалось для инженерного расчета про-

должительности быстрого замораживания объекта исследования и разработки математической модели дискретного теплоотвода.

Для объективной оценки теплофизических характеристик быстрого замораживания объектов исследования был поставлен эксперимент по быстрому замораживанию мясных фаршей в режиме непрерывного тепло-отвода в исследуемом диапазоне температур и скоростей воздуха.

Исследования проводились с применением математических методов планирования эксперимента. Основным критерием эффективности являлась плотность теплового потока от продукта к охлаждающей среде,

2

как непосредственно связанная с энергозатратами(У 1,кВт/м ), а ограничивающим - продолжительность замораживания, влияющая на производительность скороморозильного аппарата(Уг,час).

Для реализации опытов были приняты два основных фактора, которые влияют на интенсивность теплообмена-это температура(КгС) и скорость воздуха(Х),к/с). Эксперимент проводился согласно плана матрицы, после чего был дан статистический анализ результатов и получена экспериментально-статистическая модель, адекватно описывающая условия теплообмена в изучаемой области факторного пространства :

У1=3,53+0,427Х1-1,37Хг+0.049Х)Хг-0,1бХ21-0,54Хг2

(2)

У2=0,34-0,078Х1+0,318Хг-0,03Х,Хг+0,ог9Хг1+0,166Х2г

Математическая обработка уравнений регрессии на ЭВМ позволила получить графическую интерпретацию критериев эффективности при различном сочетании факторов, а также характер изменения скорости замораживания и коэффициента теплоотдачи.

Было установлено, что понижение температуры воздуха ниже -50°С нецелесообразно, т.к. не приводит к существенной интенсификации процесса. Если температуру воздуха поддерживать на уровне -40° С-=--50° С, то средняя скорость замораживания мясных фаршей будет находиться в пределах (11,6-14,6)•10~6 и/с, что соответствует понятию "быстрое замораживание".

При исследовании дискретного теплоотвода(ДТО) было принято, что соотношение внутреннего и внешнего теплового потока необходимо приближать к единице, для обеспечения оптимальных условий использования холодильного потенциала воздуха. Установлена динамика из-

менения соотношения Ц = Чвнутр/Чвнеин на протяжении всего цикла замораживания объекта исследования. Обозначено Явнешн ~ холодильный потенциал воздуха, т.е. тот максимальный тепловой поток, который способен отвести от продукта воздух с заданной температурой и скоростью; Чвнутр - действительное среднеинтегральное значение плотности теплового потока, отводимого от того же продукта за полный цикл замораживания при тех же параметрах воздуха.

Объект исследования по геометрической форме можно рассматривать как пластину продукта, тогда дВНутр = Х/Я^ц-^!)» Чвнешн= =£Щ;„-1;Ср). Отсюда

Чвнутр л ) 1 (^-Ъп) в

Т1 = -- = — " - = — ' - = — • (3)

Чвнеын ЯК В1

На рис.3 показан характер изменения рассматриваемого соотношения во времени. Для приближения к Ц=1 в первый период замора-

4.0

П 2.0

0 5 10 15 20 Т.мин 30

Рис.3. Изменение соотношения 6/в1.

живания критерий В1 необходимо несколько уменьшить,варьируя коэффициентом теплоотдачи. Этого можно добиться изменением температуры или скорости воздуха.

Однако, если повышать температуру среды, то безразмерная температура 8 станет также уменьшаться в пределах изменения соотношения . Значит, необходимо временное снижение скорости потока воздуха.

На следующем этапе технологического процесса происходит выравнивание значений В1 иве дальнейшим преобладанием избыточной

температуры.

Это объясняется тем, что температурный напор между поверхностью продукта и охлаждающей средой уменьшается более существенно, чем температурный фронт продвигается к термическому центру. Критерий Био здесь начинает резко уменьшаться, т.к. теплоотдача от поверхности продукта к воздуху снижается после замерзания влаги продукта.

В этом, очевидно, и заключается особенность теплоотвода при замораживании мелкокусковых продуктов, т.к. в соответствии с законом Ньюгона-Рихмана, плотность теплового потока в такой ситуации не может изменяться прямо пропорционально температурному напору слишком быстро продвигается температурный фронт и фронт кристаллизации, а термическое сопротивление, в силу малой толщины объекта, невелико и существенно повлиять на внутренний теплоперенос не может.

Тогда, чтобы сбалансировать соотношение Ц в оптимальных рамках, нужно интенсифицировать теплообмен между поверхностью продукта и воздухом. Причем этого можно добиваться не только увеличением скорости воздуха, но и понижением его температуры в пределах рациональных значений.

Это связано с тем, что наряду с ростом абсолютного значения коэффициента теплоотдачи возрастает температурный напор между поверхностью продукта и воздухом. А поскольку перестройка температурного поля внутри продукта уже не может быть столь существенной, то это приводит к снижению значения избыточной температуры.

Таким образом, появляется возможность обеспечения оптимальных условий в пограничной зоне теплообмена и выравнивания тепловой нагрузки на холодильное оборудование.

Если первая стадия цикла по времени невелика, то вторая оказывается в несколько раз больше. Но не это главное в гипотезе дискретного теплоотвода. Важнее то, что увеличение ступеней изменения внешнего воздействия положительно влияет на показатель Т|.

В связи с этим была поставлена задача по определению оптимального времени нахождения продукта в ступени(модуле), при котором обеспечивается наименьшая конечная температура объекта, при условии, что режимные параметры процесса замораживания (зависимость среднеобъемной температуры продукта от времени) известны для каждого модуля. Эта часть работы выполнена совместно с кафедрой

высшей математики КемТИПП под руководством доцента Астракова С.Н.

Данная ситуация рассмотрена на примере двух модулей, в которых поддерживаются постоянные температуры на уровне, соответственно, Ъ] и (1 ), а исследуемый продукт последовательно проходит через обе камеры по равному промежутку времени 1/2.

Пусть 1 - общее время теплоотвода, которое равно 1=11+Т2 сумме продолжительности пребывания продукта, соответственно в первом и втором модулях. При известных X, Ьи, tк определяются Х1 и Та, при условии, что решение существует.

Условием существования решения, очевидно, будет:

* (Сн-Сг)-ехр(-а2Т) < (4)

где С£ - функция, характеризующая интенсивность конвективной теплоотдачи.

Проведены расчеты с использованием промежуточных температур и продолжительностей ступеней процесса.

^-п с

Конечная температура достигается во второй камере, поэтому

Ьк = С? + (£Н-Ьг) ехр£-аг{Тпр+Т2)], где промежуточное время Тпр определено из уравнения

^■п р = + (Ьн-1н)ехр(-агТПр) = Ъ! + (Ъ„-1,)ехр(-Й,Т,) Откуда

(5)

1пр

аг

1п

Подставляя найденное значение Тпр в (5) получаем

Ьк = Ьг + (Ь1-Ьг)ехр1-агХг) + ^tи-ti)^exp^-atXt-a.2*г)

Чтобы решить уравнение, сделаны преобразования:

-а1х1-агхг = -о.1(х-хг)-агхг = -а,т + (а|-аг)т2 =

( аг-<*1 \ г а1 \

•■[—) ' - «Ц1 - ¿т)

(6)

(7)

= с^г - а2хг^--j = а,х - а2гг)

Введено новое обозначение X = ехр(-<Х2Т2). Тогда с учетом (5) и (6) имеен:

п-ах/аг)

1К = ьг + (^1-1^2) *х + (^-^ехрС-С^-ОХ

Получено одно уравнение относительно X:

(1-а,/а2)

А = в-х + сх или

А = ВХ + СХ ,

(В)

1

где о < к < 1; а = (1К-Ъг); в = (^-гг); с = и,,-^)ехр(-а!Т).

Если такое решение X будет найдено, то из соотношения Х0 = ехр(-агХг)

находим:

Хг = - 1/а2-1п[(Ьк-Ъср>/ии-1Ср)]; Х1 = X - тг.

Это решение найдено с помощью итерационных методов с исполь-

_ о

зованием метода Ньютона(касательных). При погрешности Е=1-10 Х= 0.1783326 за п = 3 итерации.

Постановка данной задачи позволяет сделать обобщение, что в зависимости от ситуации можно рассматривать задачу с двух модулей на любое конечное.

Обоснование рациональной, энергетически эффективной температуры воздуха проведено с использованием термоэкономического анализа. При этом термоэкономическое совершенство процесса выражено через приведенные затраты:

Чэл

Пцр = Цщ(Сш+Су)1ц + — ~(ех + ев)10(,14 (9)

3600

где Пцр - затраты на замораживание, приведенные к 1 часу работы аппарата, у.е./кг:

Цга - цена замораживаемого продукта, у.е./кг;

Цэл - стоимость единицы электроэнергии, у.е./(кВт-ч);

ех,ев - эксергия.соответственно, понижения температуры воздуха и организации его движения, кДж/кг;

Сга - потери массы продукта при усушке, кг/(кг-ч);

Су - потери массы продукта в упаковке, кг/(кг-ч);

Т„ - продолжительность замораживания продукта до заданной среднеобъемной температуры, час;

Т0бц - общая продолжительность цикла замораживания, включая Т -время выхода скороморозильного аппарата на заданный режим, час;

На рис.4 показаны результаты термоэкономического анализа.

Анализ изменения приведенных затрат свидетельствует о той, что они существенно снижаются до температуры воздуха -40 °С; затем этот темп несколько падает, а после -50 °С + -55 °С начинают увеличиваться, в среднем на 10-15%.

Установлено, что главную роль в этом играет продолжительность

процесса. Поскольку наибольшее ее сокращение отмечается в диапазоне температур воздуха от -20 "С до -50 ° С, там и затраты уменьшаются почти в 3 раза.

Рис.4. Изменение приведенных затрат при

быстром замораживании мясного фарша.

В результате полученных данных можно сделать вывод, что в качестве рациональных условий быстрого замораживания мясных рубленых полуфабрикатов следующие: температура воздуха - на уровне (-40 *-50) °С, скорость потока - на уровне 4-6 м/с.

Для проверки адекватности математической модели и вариантного расчета продолжительности отдельных стадий дискретного теплоотвода были проведены серии опытов по заданной программе в условиях переменного внешнего воздействия, осуществляемого в четырех модулях.

Главная цель этих опытов - на основе аналитических и экспериментальных исследований обосновать и практически реализовать такой порядок организации внешнего воздействия с помощь» воздушной системы охлаждения, при котором появится возможность сокращения энергозатрат без ухудшения качества продукта.

Учитывая, что при различных вариантах составления модулей будет сложно рассчитать с достаточной точностью продолжительность процесса, повторность опытов была увеличена до 10.

Сравнительная характеристика проведена с рациональным режимом непрерывного теплоотвода: температура воздуха -40 "С, скорость 5 м/с. Основные критерии оценки - продолжительность и скорость процесса, приведенные затраты и их соотношение с контрольными.

Анализ результатов первой серии эксперимента свидетельствует о следующем. Когда в первом модуле создаются интенсивные условия теплообмена, это в меньшей степени оказывает влияние на сокращение продолжительности процесса. Приведенные затраты несколько увеличиваются, по сравнению с контрольными.

Во 2 и 3 модулях кинетика теплоотвода указывает на резкое падение плотности теплового потока, т.е. холодильный потенциал воздуха используется не в полной мере. Такой режим не может рассматриваться как энергетически совершенный.

Наилучшее сочетание условий внешнего воздействия получено в опыте, когда в первом модуле интенсивность воздействия снижалась, а в следующих модулях обеспечивалось активное воздействие более низких температур и высоких скоростей воздуха. На рис. 5 показаны экспериментальные кривые, изображающие физическую картину происходящего В ЭТОМ ОПЫТе. ре«и.ч: (»>*»». р«-и«:

»„»-ЮТ 1*- 50*С 1»- -40'Г I,- 10"С

q,КВт/и7

г.з

>-5

О.»

О 5 10 15 20 24 *.1>ин

Рис.5. Термограмма и кинетика теплоотвода при замораживании в условиях ДТО.

1 1 - - | иепр*р«»нмК ji-еплоотвод при It, —4VC, t f

г V S. кч 'ч. ч ЯИС1 таги г - (МТМЫЙ ооткч » I л.— 1

I '

Такой порядок организации условий внешнего воздействия привел почти к 30%-иу сокращению продолжительности процесса при 18%-ом снижении приведенных затрат.

Новый способ организации внешнего воздействия, кроне улучшения энергетических показателей предусматривает необходимость максимального сохранения исходных свойств продукта.

Установлено, быстрое замораживание объекта исследования в рассматриваемых условиях теплоотвода не дало оснований считать существенным изменения показателей качества продукта. Результаты исследований свидетельствуют о том, что дискретный теплоотвод, имея преимущества в сокращении приведенных затрат на замораживание, не ухудшает качества продукта, а по некоторым показателям улучшает их.

В четвертой главе рассмотрено практическое использование результатов исследований. Разработана методика инженерного расчета организации дискретного теплоотвода. Результаты исследований представлены в виде номограммы для определения процессовых характеристик и программы быстрого замораживания объекта исследования. Эта форма представляется наиболее удобной для практического использования. Приведена методика их составления и работа с ними.

Результаты проведенных исследований легли в основу разработки принципа конструктивного оформления воздушного скороморозильного аппарата, построенного на модульной основе с использованием двухсторонней симметричной циркуляцией воздуха.

Приведена техническая характеристика опытно промышленного образца такого аппарата. Сравнительная оценка данной разработки с действующими аналогами из отечественного и зарубежного парка скороморозильной техники показывает, что производительность таких аппаратов на единицу занимаемой производственной площади составляет 2

от 30 до 60 кг/(м ч) при расходе холода на замораживание продуктов 500-545 кДж/кг, в то время, как предлагаемый четырехмодульный

?

аппарат имеет показатели, соответственно, 35 кг/(м ч) и 409 кДж/кг.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны рациональные режимы быстрого замораживания мясных фаршей в условиях дискретного теплоотвода потоком воздуха, гарантирующие сокращение энергозатрат на процесс и сохранение исходных свойств продукта.

2. Обоснована физическая сущность теплоотвода в дискретном режиме, когда быстрое замораживание осуществляется по заданной программе изменения температуры и скорости воздуха в пределах от -30 до -50°С и от 4 до 6 м/с, предложена математическая модель для расчета продолжительности отдельных стадий процесса.

3. Разработана термоэкономическая модель и проведен анализ приведенных затрат различных вариантов программного замораживания, что позволило выявить рациональное сочетание параметров охлаждающего воздуха, обеспечивающих энергетическую эффективность и сокращение продолжительности процесса.

4. Изучен характер изменения показателей качества мясных фаршей, хранившихся в течение двух месяцев после быстрого замораживания при рациональных режимах непрерывного и дискретного теплоотвода. Анализ показателей свидетельствует о том, что дискретный теп-лоотвод, имея преимущество в снижении приведенных затрат на процесс до 182^ не ухудшает исходных свойств продукта.

5. Предложен инженерный метод расчета на ЭВМ продолжительности отдельных стадий программного замораживания. Составлена программа организации быстрого замораживания объекта исследования.

6. Разработана техническая документация на четырехмодульний воздушный скороморозильный аппарат производительностью 500 кг/час, опытно-промышленный образец аппарата успешно прошел производственные испытания и показал экономический эффект в сокращении энергозатрат на 11.2%, по сравнению с режимом непрерывного теплоотвода.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Лифенцева Л.В., Буянов О.Н.,Астраков С.Н.Теоретические основы дискретноциклического теплоотвода при замораживании продуктов.-Тезисы докладов "Отчетная сессия Кузбасского научно-образовательного комплекса за 1993-95 г."- Кемерово,1995.- с.42-44.

2. Лифенцева Л.В. Новые сведения о производстве быстрозаморо-

женных продуктов питания.-Тезисы научных трудов "Новые технологии".- Кемерово,1996.- с.51.

3. Лифенцева Л.В., Буянов О.Н. Динамика изменения средней скорости замораживания рубленых полуфабрикатов.-Тезисы научных трудов "Проблемы рационального питания".-Кемерово,1997.-с.58-61.

4. Лифенцева Л.В., Буянов О.Н. Изменение количества связанной влаги при холодильном консервировании в комбинированных полуфабрикатах. -Тезисы научных трудов "Проблемы рационального питания".- Кемерово,1997.-с.61-64 .

5. Лифенцева Л.В.,Буянов О.Н. Определение интегральных характеристик математической модели быстрого замораживания продукта. -Тезисы докладов научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и оборудования для пищевой промышленности".-Вороне«, 1997.-с.226-227.

6. Лифенцева Л.В., Буянов О.Н. Перспективный метод анализа энергоемкой системы при замораживании пищевых продуктов.-Сборник научных трудов."КемТИПП 25 лет:достижения,проблемы,перспективы".-Кемерово, 1998.-с.125-132.

7. Лифенцева Л.В.,Буянов О.Н.,Астраков С.Н. Выравнивание нагрузки на холодильное оборудование воздушного скороморозильного ап-парата/Сб.научн.трудов"Новме технологии и продукты".-Кемерово,1998. -с.118- 121.

8. Лифенцева Л.В.,Буянов О.Н.,Астраков С.Н. Расчет конечной температуры продукта при замораживании в условиях переменного внешнего воздействия/Сб.научн.трудов"Новые технологии и продукты" .-Кемерово,1998.-с.118-121.

9. Лифенцева Л.В., Буянов О.Н. Программирование быстрого замораживания пищевых продуктов/В кн: тезисов доклада Международной научно-технической конф." Ресурсосберегающие технологии пищевых производств".-СПб,1998.

Обозначения

Х-коэффициент теплопроводности,Вт/(M'К); Я-коэффициент теплоотдачи , Вт/ ( м2 - К); tH.tK,tKp,t„,tn.tcp-температуры продукта, соответственно, начальная, конечная, криоскопическая, центра, поверхности

и среды; Bi-критерии Био; R-толщина пластины(продукта)/,' ^

•

А/'-.- '

КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ~

На правах рукописи

ЛИФЕНЦЕВА ЛЮДМИЛА ВЛАДИМИРОВНА

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БЫСТРОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ РУБЛЕНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ В УСЛОВИЯХ ДИСКРЕТНОГО

ТЕПЛООТВОДА

Специальности 05.18.04-технология мясных, молочных

и рыбных продуктов 05.18.12-процессы и аппараты пищевых производств

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Руководитель:

кандидат технических наук, доцент Буянов О.Н.

Кемерово 1998

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7

1.1. Теплофизические особенности процессов низкотемпературного воздействия 9

1.2. Влияние условий низкотемпературного воздействия на свойства мясопродуктов 17

1.3. Тенденции в развитии производства и потребления быстрозамороженных продуктов питания 23

1.4. Современные способы и технические средства для

для быстрого замораживания 26

1.5. Выводы, цель и задачи исследований 42 ГЛАВА II. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 45

2.1. Аппаратурное оснащение эксперимента 45

2.2. Методика экспериментальных исследований 50 ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА

БЫСТРОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ 53

3.1. Анализ методов определения продолжительности быстрого замораживания 53

3.2. Определение процессовых характеристик быстрого замораживания непрерывного теплоотвода 61

3.3. Анализ условий внешнего воздействия при

быстром замораживании 73

3. 4. Термоэкономический анализ процесса замораживания 78

3.5. Постановка и решение задачи дискретного

теплоотвода при быстром замораживании 87

3.6. Определение процессовых характеристик быстрого

замораживания дискретного теплоотвода 90

3.7. Анализ изменения показателей качества полуфабрикатов 97 ГЛАВА IV. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 104

4.1. Инженерные основы организации дискретного

теплоотвода 104

4.2. Справочно-информационные материалы 106

4.3. Принципы технического оформления скороморозильного аппарата 109

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 116

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 118

ПРИЛОЖЕНИЕ 132

ВВЕДЕНИЕ

Опыт бывшего СССР и зарубежных стран свидетельствуют о важном значении температурного воздействия на пищевое сырье и продукты питания.

Увеличение производства продуктов тесно зависит от наиболее полного и рационального использования сырья и его переработки, технического перевооружения предприятий пищевой промышленности за счет применения нового комплектного высокопроизводительного оборудования с высоким уровнем комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. Прогнозные разработки показывают, что в области совершенствования технологии и техники замораживания необходимыми являются дальнейшая интенсификация процессов переработки пищевых продуктов, увеличение единичной производительности, улучшение технико-экономических показателей и расширение сферы применения морозильных установок. Поэтому проблема повышения эффективности морозильного оборудования для ряда отраслей пищевой промышленности, и в первую очередь для мясной, рыбной и молочной, приобретает первостепенное значение.

Замораживание пищевых продуктов является отраслью холодильной техники и технологии, главная цель которых - обеспечение стойкости продуктов при длительном хранении в условиях низких температур. Поставленная цель должна достигаться с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами, экономным расходованием энергии и материалов. В соответствии с современными требованиями в процессе замораживания и последующего хранения должны быть сведены к минимуму потери массы и качества пищевых продуктов[64,127].

Считается, что потери сырья или пищевых продуктов в разных

странах составляет 3-5, а в развивающихся - 50 % [29].

Условием дальнейшего увеличения производства замороженных продуктов и реализации их в торговой сети является совершенствование всей холодильной цепи в агропромышленном комплексе - неотложная и остро актуальная задача как в сельскохозяйственном производстве, так и в основных отраслях пищевого производства - мясной, рыбной, молочной и др. [45,61]

Не менее важная проблема - обеспечение населения продуктами, сбалансированными с точки зрения их питательной ценности. Увеличение количества и расширение ассортимента замороженных пищевых продуктов является одним из путей решения проблемы полноценного питания.

Замороженные продукты по сравнению с продуктами, консервированными другими способами, имеют ряд преимуществ, важнейшим из которых является более высокая степень сохранности питательной ценности [31]. Поэтому одним из путей увеличения продуктов питания является развитие производства быстрозамороженных блюд и полуфабрикатов.

По данным Международного института холода из 3902 млн т/г продуктов питания, производимых в 80 - годах во всем мире, почти половина требовала холодильной обработки. Это молодая отрасль пищевой промышленности динамично развивается во многих странах мира. Среднегодовой темп роста производства быстрозамороженной продукции в мире составляет около 10% [4].

Научное обеспечение развития холодильной промышленности предусмотрено Государственной научно - технической программой России " Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК \ а также программой РАСХН " Научные основы безотходных ресурсосберегаю-

щих технологий и технических средств для хранения, производства, транспортирования сельскохозяйственной продукции и создание биологически полноценных продуктов питания " и согласуется с перспективами развития АПК, выдвинутыми в программе " Стабилизация и развитие агропромышленного производства " Минсельхозпродом Российской Федерации на 1996 - 2000 годы[4],

В качестве приоритетных определены следующие научные направления развития холодильной техники:

- создание и совершенствование оборудования для производства быстрозамороженных пищевых продуктов, мороженого и других;

- разработка экологически безопасного энергосберегающего оборудования и систем хладоснабжения предприятий перерабатывающей промышленности промышленных холодильников;

- высокоэффективного холодильного оборудования;

- специализированного холодильного транспорта[4].

ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Холодильные мощности, предназначенные для консервирования пищевых продуктов растут высокими темпами. Мировой потенциал холодильных емкостей позволяет одновременно складировать до 70 млн. т скоропортящихся продуктов.

Россия располагает 5100 тыс т холодильных емкостей, что позволяет одновременно складировать до 12 % продукции сельскохозяйственной и пищевой промышленности[4]. Однако этого недостаточно, и в настоящее время на развитие холодильной промышленности вкладываются дополнительные крупные затраты.

Значительная часть сельскохозяйственной продукции обрабатывается и хранится по устаревшим технологиям, что ведет к слишком большим потерям пищевых продуктов. В 1994 г. на промышленную переработку было направлено всего 3.7 % от валового сбора овощей и бахчевых, 5.7 % и ягод. Это значительно меньше, чем в индустриально развитых странах, где доля переработанной продукции 50 % и более [4]

Мировое производство пищевых продуктов составляет примерно 4 млрд т в год. Ежегодные инвестиции в создание образцов холодильной техники достигают примерно 100 млрд долл. ( без бывшего СССР ). Только холодильных компрессоров в мире выпускается около 80 млн шт.

Однако из-за несовершенства отдельных звеньев холодильной цепи, существенная часть продуктов ( 20 - 30 % ) портится и не доходит до потребителей[45].

Такая статистика заставляет строго подходить к перспективным способам холодильной обработки, обеспечивающим быстрое замораживание.

Для интенсификации процессов в холодильной технологии используют различные методы [26,38,139,144], а в последнее время стаж использовать и физические, такие как воздействием электрического поля [26], флюидизационное замораживание [51,94], замораживание посредством одновременного воздействия охлаждающей среды и вибрационных колебаний [26], замораживание при пониженном давлении [26,77], замораживание в условиях электроконвективного теплообмена [37,47], замораживание при ультравысоком давлении со стерилизующим эффектом [73], наложением магнитного поля [73] и др.

Однако любая интенсификация должна в конечном итоге привести к увеличению производительности оборудования при энергетически эффективной организации его работы. И тот и другой факторы в полной мере определяются сокращением продолжительности замораживания,чего можно достичь уменьшив толщину замораживаемого слоя, увеличив внешнее воздействие охлаждающей среды и т.д.

Толщина изделия очень значительно влияет на продолжительность замораживания. Это очевидно из формулы (1.1):

т = А12 + В1 , (1.1)

ц р 1 % р 1 где А=--- Ф- — ; В= - • Ф-

е 2\ е &

но, обычно а » 2 X , значит А»В

Тогда, даже при средних значениях В1, продолжительность процесса становится пропорциональной квадрату толщины слоя продукта. Следовательно, наиболее целесообразно организовывать замораживание

мелкокусковых продуктов, например, в виде полуфабрикатов или готовых блюд.

1.1. Теплофизические особенности процессов низкотемпературного воздействия

Современная технология консервирования основана на методах обработки, с помощью которых можно направленно влиять на микрофлору, активность ферментов и развитие физико-химических процессов. Среди различных методов консервирования особо важная роль отведена методам, основанным на воздействии низких температур:охлаждению, подмораживанию, замораживанию и быстрому замораживанию[5].

Охлаждение. Основным фактором, влияющим на увеличение стойкости продукта, является температура 0°С, обуславливающая замедление развития процессов распада, протекающих в охлажденных пищевых продуктах. Условия хранения охлажденных пищевых продуктов зависят от их специфических свойств. При хранении большинства пищевых продуктов в охлажденном виде температура колеблется от 2°С ( для продуктов растительного происхождения) до - 2°С (для продуктов животного происхождения).Также существенное значение имеют и другие параметры режимов хранения, в частности относительная влажность и скорость циркуляции воздуха. Рекомендуется относительная влажность воздуха 80 - 90% и скорость движения воздуха на поверхности продукта 0.1 - 0.3 м/с. Пищевые продукты в охлажденном состоянии можно хранить до 20 дней[120].

Подмораживание. Продлить сроки хранения продуктов до 40 суток позволяет подмораживание - процесс консервирования при отрицательных температурах, близких к криоскопическим, с частичным льдообразованием влаги продукта.

Подмораживание бывает медленным и быстрым. Первый путь состоит в том, что продукт помещают в камеру, где поддерживается температура до -3°С; иногда температуру воздуха в самой камере постепенно понижают от более высокой начальной до заданной. В обоих случаях температура продукта медленно понижается, приближаясь к температуре воздуха камеры. При этом льдообразование в продуктах необязательно и не всегда желательно.

Второй путь состоит в том, что продукт помещают в морозилку, в результате чего замораживается периферийный слой ограниченной толщины. Затем продукт помещают в камеру хранения, где поддерживается температура от -2 до -3°С; в результате внутреннего теплообмена во всем продукте достигается такая же температура как и в камере хранения.

Теплофизическая задача о подмораживании требует определения продолжительности пребывания продукта в морозилке, так чтобы образовался замороженный периферийный слой нужной толщины. В свою очередь толщина замороженного слоя должна быть быть такой, чтобы при последующем внутреннем теплообмене во всем объеме тела устанавливалась заданная температура, равная температуре хранения[26,139].

Замораживание. Применяется для стабилизации свойств продуктов, предназначенных для более длительного хранения. Этот процесс сопровождается частичным или полным льдообразованием влаги объектов, в этом его главная особенность. Режимы замораживания, которые определяются скоростью процесса, выбираются строго определенно для различных групп пищевых продуктов.

В зависимости от скорости льдообразования влаги и распространения его от поверхности вглубь объекта, принято классифицировать медленное замораживание - 0Л...1 см/ч, замораживание со средней

скоростью -1...5 см/ч, быстрое - 5...20 см/ч и сверхбыстрое - свыше 20 см/ч[5,139].

Здесь рассматривается средняя скорость замораживания по рекомендациям МИХ, как отношение расстояния от поверхности продукта до его термического центра к промежутку времени достижения температуры на поверхности 0°С и в термическом центре на 10°С ниже криоско-пической[23].

Замораживание медленное и со средней скоростью - наиболее распространенный способ при холодильной обработке крупнокусковых продуктов (туши, полутуши мяса, масло в коробках и т.д.).

Сверхбыстрое замораживание специфично, осуществляется, в основном криогенными жидкостями и для определенных групп продуктов.

Быстрое замораживание.Подчеркивает значимость сокращения длительности процесса. Замораживание должно быть достаточно быстрым, чтобы предотвратить развитие микробиологических и ферментативных изменений в продуктах. С теплофизической точки зрения быстрое замораживание представляет собой интенсивное понижение температуры продукта ниже криоскопической, сопровождаемое льдообразованием. Главная особенность быстрого замораживания состоит именно в скорости льдообразования, для осуществления которой должно быть отведено гораздо больше тепла, чем при охлаждении. Совокупность двух, совместно протекающих явлений - льдообразования и понижения температуры - в основном определяет физическую картину и возможности технологического использования быстрого замораживания пищевых продуктов. Физические изменения, вызываемые быстрым замораживанием пищевых продуктов, влияют на теплофизические и механические свойства. В технологическом отношении этот процесс обеспечивает высокую стойкость пищевых продуктов при их последующем хранении[5].

Быстрое замораживание можно разделить на три этапа: первый - охлаждение от начальной температуры до криоскопичес-кой на поверхности;

второй - кристаллообразование;

третий - понижение температуры замороженного тела до заданной среднеобъемной температуры.

Тепло, отводимое от замораживаемого продукта выражается формулой:

я С с о С £н-£Кр) + Ы(л) + схакр-1;к)], (1.2)

где с0 и сх ~ усредненные значения теплоемкостей незамороженного и замороженного продукта, соответственно;

1Н, ^ и 1;кр - соответственно, начальная, конечная среднеобъ-емные и криоскопическая температуры.

Сумма в прямых скобках представляет собой тепло, отводимое от единицы массы продукта. Здесь первое слагаемое выражает тепло охлаждения, второе - тепло собственно льдообразования, а третье-тепло, отводимое для понижения температуры при одновременно происходящем льдообразовании, а также и после завершения, если оно закончилось при более высокой температуре чем

От конечной температуры продукта зависит длительность процесса и общее и общее количество отведенного тепла.

В качестве конечной температуры общепринято брать среднеобъем-ную температуру продукта в конце замораживания, а теплоемкость замороженного продукта принимать усредненной[1393.

Скорость замораживания является существенной теплофизической характеристикой эффективности процесса быстрого замораживания.Изменение скорости замораживания зависит от теплофизических свойств

тела, его стереометрической формы и условий замораживания[26].

Наиболее адекватным понятием является выражение линейной скорости замораживания. Линейная скорость замораживания представляет собой скорость перемещения границы раздела в замораживаемом теле. Так, как во время замораживания существенно изменяется толщина замерзшего слоя, то можно сказать, что чем она больше, тем меньше линейная скорость замораживания. На поверхности же она становится бесконечной.

На скорость замораживания существенно влияет коэффициент теплопередачи, который может изменяться в широких пределах.

Если коэффициент теплопередачи очень велик, то скорость замораживания поверхностных и внутренних слоев может изменяться в весьма широких пределах. Чтобы избежать неопределенности, вводится понятие средней линейной скорости замораживания, которая получается как частное от деления полутолщины замораживаемого продукта плоской формы на продолжительность замерзания ( плюс доморажива-ние):

Согласно Планку, для- различных процессов замораживания характерны следующие значения средней скорости замерзания ( в см./ч): быстрое замораживание 5...20, замораживание