Главная | Обратная связь

Продуктов и температурные графики

 

Вымораживание воды в биологических системах при пониже­нии их температуры ниже криоскопической существенно изменя­ет теплофизические свойства продуктов. Основной причиной из­менения теплофизических свойств продуктов при замораживании является превращение воды в лед, так как свойства сухих веществ практически постоянны.

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

В тепловых расчетах процесса замораживания пользуются ус­ловной теплоемкостью замороженных продуктов, в которую не включают скрытую теплоту льдообразования.

Условная удельная теплоемкость, Дж/(кг • К)

 

c_м = с_с (1 - W) + с_ЛWω + c_B W (1- ω), (41)

 

где c_c — удельная теплоемкость сухих веществ, Дж/(кг • К); ДЛЯ продуктов животного происхождения она составляет 1,34—1,68 кДж/(кг • К), растительных — не более 0,9 кДж/(кг · К); с_л — удельная теплоемкость льда — 2,12 кДж/(кг • К); с_в — удельная теплоемкость воды — 4,24 кДж/(кг • К); W— массовая доля воды в про­дуктах; ω — относительное количество вымороженной воды (опре­деляется при температуре вычисляемой удельной теплоемкости).

Преобразовав выражение и подставив в него значения с_л и с_в, получаем

 

с_м = с₀ - 2,12 Wω, (42)

 

где с₀ — удельная теплоемкость незамороженного продукта (при начальной температуре), кДж/(кг • К).

Теплоту льдообразования для единицы массы продукта при изменении температуры на один градус находят по формуле

 

q_ω = (ω₂ – ω₁) W r_л, (43)

 

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

Удельную теплоту льдообразования при различных температу­рах приближенно вычисляют по формуле, кДж/(кг · К),

 

r_л = 335 + 2,12 t, (44)

где t— температура замороженного продукта, °С, взятая по абсолютной величине.

Полная удельная теплоемкость замороженного продукта со­ставит

 

с_ω = с_м + q_ω, (45)

 

где с_м — условная удельная теплоемкость замороженного продук­та, кДж/(кг · К); q_ω — теплота льдообразования единицы массы продукта при изменении температуры на один градус, кДж/(кг · К).

Разница между значениями с_ω и с_м максимальна при началь­ной криоскопической температуре, когда с_м = с₀, a q_ω имеет наи­большее числовое значение. После окончания вымерзания воды q_ω ис_ω равны с_м.

Для вычисления полной удельной теплоемкости некоторых продуктов при температурах ниже криоскопической пользуются приближенной эмпирической формулой

 

с_ω = n - m/t, (46)

где п и т — постоянные теплоемкости продуктов, их значения приведены в табл. 2; t — температура, при которой определяется полная теплоемкость мороженого продукта, °С.

 

Таблица 2

Значения постоянных п и т теплоемкости продуктов

 

Продукт	п	т
Говядина	0,670	39,40
Свинина:
при W=52 %	0,545	29,20
при W=77 %	2,810	11,53
среднее значение	1,885	17,35
Пикша, треска	0,755	37,50

 

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

 

λ = n₁ + m₁/t, (47)

 

где n₁ и m₁ - постоянные теплопроводимости продуктов, их зна­чения приведены в табл. 3.

 

Таблица 3

Значения постоянных n₁ и т₂ теплопроводности продуктов

Продукт	n1	m2
Говядина	1,50	1,08
Свинина	3,36	1,55
Пикша, треска	1,23	0,58
Судак	1,19	0,77

 

Увеличение теплопроводности продукта при понижении темпе­ратуры практически завершается с окончанием льдообразования.

Плотность продуктов при замораживании уменьшается тем доль­ше, чем больше воды они содержат и чем ниже температура, кото­рая достигается при замораживании. Это объясняется расширением воды при превращении ее в лед. Учитывая, что изменение плотности при замораживании, как правило, не превышает 5 —8 %, при расчетах ее условно можно считать постоянной.

Температуропроводность продуктов при понижении темпера­туры увеличивается и достигает максимальной величины с завер­шением льдообразования. Коэффициент температуропроводности рассчитывается по формуле

 

а_м = λ_м /(с_м γ_м), (48)

 

где λ_м — коэффициент теплопроводности замороженных продук­тов; с_м — удельная расчетная теплоемкость замороженных продук­тов, кДж/(кг • К); γ_м — плотность замороженного продукта, кг/м³.

Для большинства продуктов питания коэффициент температу­ропроводности можно вычислить по формуле

 

а_м = а₀ + (2,08 • 10^-6) ω, (49)

 

где а₀ — коэффициент температуропроводности продуктов при температуре выше криоскопической, м²/с; ω — относительное количество воды, вымороженной из продуктов при данной темпе­ратуре.

При повышении содержания воды в продукте числовой коэф­фициент тоже увеличивается.

Температурные графики замораживания характеризуют изме­нения температуры в различных точках продукта во времени и различаются в зависимости от размеров и теплофизических свойств замораживаемых продуктов, а также интенсивности теплоотвода (рис. 18).

По внешнему виду и с точки зрения процессов, протекающих в продуктах, каждый такой график можно разделить на три участка.

Первый участок будет соответствовать охлаждению продукта (различных его частей) до криоскопической температуры. При­чем крутизна этого участка определяется быстротой отвода тепло­ты от продукта.

На втором участке снижение температуры замедляется вслед­ствие выделения скрытой теплоты льдообразования и наклонная кривей может переходить в пологую или даже горизонтальную линию. Замедление снижения температуры для большинства продуктов характерно в диапазоне от -1 до -5 ⁰С, который называют критическим, так как именно в этот период в продуктах происходят наиболее существенные изменения в результате вымораживания воды и увеличения концентрации солевых растворов. Одна из основных целей интенсификации процесса замораживания – быстрое прохождение именно этого участка, что достигается при­менением быстрых и сверхбыстрых способов замораживания (см. рис. 18, б).

 

Рис. 18. Температурные графики замораживания рыбы:

а — на воздухе при температуре -35 °С и скорости циркуляции воздуха 5 м/с;

б— в растворе хлорида натрия при температуре -20°С

 

Третий участок графика показывает изменение температуры после перехода основной части воды в твердокристаллическое состояние.

Изменение теплофизических свойств продуктов (увеличение теплопроводности и температуропроводности) стимулирует про­цесс отвода теплоты от их внутренних слоев, что отражается на графике увеличением наклона кривой.

 

 

ГЛАВА 12