Главная | Обратная связь

Промышленные способы охлаждения продуктов животного происхождения

 

Сущность охлаждения продуктов животного происхождения со­стоит в понижении их температуры посредством теплообмена с охлаждающей средой, но без льдообразования.

Охлаждение обеспечивает сохранение высоких потребительских свойств продуктов (аромата, вкуса, консистенции, цвета) при наименьших изменениях в них. Поэтому если планируемый срок хранения небольшой, продукты выпускают в охлажденном виде. Однако охлажденные продукты длительному хранению не подле­жат, так как при близкриоскопических температурах многие виды вредных микроорганизмов активно развиваются и продукт может быстро испортиться.

В настоящее время на основе комбинированных методов кон­сервирования удается значительно повысить сроки хранения ско­ропортящихся пищевых продуктов в охлажденном состоянии.

При охлаждении имеют место процессы тепло- и массообмена между продуктом и охлаждающей средой, что вызывает испаре­ние влаги с поверхности продукта (усушку) и переход теплоты от продукта в охлаждающую среду.

В промышленности наиболее распространены способы охлаж­дения, которые осуществляются передачей теплоты от продукта конвекцией, радиацией и вследствие теплообмена при фазовом превращении.

В соответствии со способом теплообмена для охлаждения ис­пользуют следующие охладительные системы:

типа воздушных кондиционеров (конвективный способ);

применяющие сжиженные газы (конвективный способ);

охлаждающие некипящими жидкостями (кондуктивный способ);

охлаждающие некипящими жидкостями, движущимися относительно объекта (смешанный способ);

вакуумные, действующие до уровня давления 665 Па (испарительно-конденсационный способ).

Современные направления совершенствования холодильной обработки основаны на доведении температуры продуктов до уров­ня, неблагоприятного для развития микрофлоры и обеспечиваю­щего их сохранность и уменьшение потери массы.

Конкретные режимы охлаждения для каждой группы продук­тов определяют с учетом криоскопической температуры и в соот­ветствии с особенностями их состава, свойств, микроструктуры, биохимических процессов, а также целевого назначения и эконо­мичности.

Сравнительно новые методы охлаждения следующие:

воздушное при повышенном давлении;

гидроаэрозольное;

вакуумное;

с использованием электрофизических способов;

снегообразным диоксидом углерода;

глубокое в среде инертных газов.

Наиболее распространенным методом охлаждения мяса явля­ется воздушный.

Охлаждение говядины и свинины.Воздушному охлаждению туши или полутуши подвергают в камерах и туннелях, специально обо­рудованных подвесными путями и системой регулирования режи­ма холодильной обработки.

В камере охлаждения говяжьи и свиные полутуши подвешива­ют на крючьях подвесных путей, а бараньи — на рамах. Расстояние между тушами не менее 5 см. В камеру охлаждения загружают мясо одного вида, одной категории упитанности и по возможности одинаковой массы, благодаря чему вся партия одновременно ох­лаждается до конечной температуры. Средняя нагрузка на 1 м под­весного пути составляет около 250 кг мяса. В процессе охлаждения относительная влажность воздуха самоустанавливается на уровне 85 — 92 % за счет испарения влаги из продукта.

Охлаждение мяса в воздухе проводят одно-, двух- и трехстадийным, а также программным способами. Одностадийное охлаж­дение проводят при температуре 0 °С и скорости движения воздуха 0,5 — 2 м/с до температуры в толще мышц бедра на глубине не менее 6 см от поверхности до 4 °С. Температура и скорость возду­ха — основные параметры, влияющие на коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта к охлаждающей среде и, следовательно, на продолжительность охлаждения. Для говяжьих полутуш температура воздуха может быть понижена до -2 °С, а для сви­ных — до -5 °С. Продолжительность охлаждения при этом состав­ляет 14 — 24 ч.

Наметившаяся тенденция снижения температуры охлаждающего воздуха ниже криоскопической и повышения скорости его дви­жения до 2 м/с объясняется желанием интенсифицировать про­цесс охлаждения. При этом дополнительные энергозатраты по сравнению с традиционным способом вполне оправданны, посколь­ку уменьшается продолжительность процесса на 30 — 40%, в та­ких же пределах снижается усушка, повышается качество мяса и мясных продуктов и увеличивается оборачиваемость камер охлаж­дения.

При дальнейшем снижении температуры охлаждающей среды возможно подмораживание мяса, поэтому используют двух- и трехстадийное охлаждение с применением переменных парамет­ров воздушной среды. Стадийное охлаждение полутуш может осу­ществляться в одной или разных камерах. Так, свиные полутуши на первой стадии охлаждают при температуре -10...-12 °С в тече­ние 1,5 ч, на второй — при -5 ...-7 °С в течение 2 ч и при доохлаждении (для равномерного распределения температуры по толщи­не полутуш) — около 0 °С в течение 6 — 8 ч. На первой и второй стадиях скорость движения воздуха 1 — 2 м/с, а при доохлаждении — 0,5 м/с при его относительной влажности 95 — 98 %.

При программном охлаждении мясо вначале охлаждают при тем­пературе -4...-5 °С и скорости движения воздуха 4 — 5 м/с, а затем при температуре 0 °С и переменной скорости движения воздуха, изменяющейся по заданной программе от начальной до 0,5 м/с.

Интенсифицированный способ охлаждения говядины предус­матривает использование на первой стадии воздуха температурой до -25 °С, движущегося со скоростью 5 — 10 м/с. По достижении на поверхности полутуш криоскопической температуры начинается вторая стадия охлаждения, в течение которой температура воздуха поддерживается на уровне криоскопической, а скорость его не превышает 0,5 м/с. При фронтальном способе охлаждения полутуш, когда они движутся на конвейере навстречу потоку ох­лажденного воздуха, холодильная обработка ведется с изменяю­щимся в течение процесса коэффициентом теплоотдачи. Это по­зволяет уменьшить продолжительность холодильной обработки на 10 % по сравнению с процессом, проведенным при постоянном значении коэффициента теплоотдачи, усушка при этом снижает­ся еще на 30 —40 %. Скорость воздуха в камерах изменяют подбо­ром определенных сечений воздухораспределителей. Полутуши перемещаются конвейерным способом по камере, размеры которой рассчитывают исходя из того, что за время продвижения в камере предварительного охлаждения температура поверхности полутуш не должна быть ниже криоскопической, а в камере доохлаждения должна достигать заданного конечного значения. Избежать холодового сокращения мышц (температурного шока) можно посред­ством электростимуляции или путем выдержки мяса в период предварительного охлаждения при температуре воздуха 10— 12 °С в течение 12—15 ч.

Гидроаэрозольное охлаждение изначально применяли только для обработки фруктов, овощей, цветов, зелени. В настоящее время таким образом охлаждают колбасы, мясо в тушах, полутушах и четвертинах.

Гидроаэрозольное охлаждение представляет собой охлаждение мяса в интенсивно циркулирующей и насыщенной до 100 %-ной относительной влажности воздушной среде. Для предотвращения порчи мяса в воду могут быть добавлены бактерицидные вещества. Процесс интенсифицируется за счет испарительного охлаждения с поверхности полутуш и по расходу энергии вдвое экономичнее традиционного воздушного охлаждения. Модификацией этого способа является применяемый за рубежом способ охлаждения мяса и мясных продуктов в капельно-жидкой среде пропиленгликоля. При этом продукты охлаждаются раствором пропиленгликоля тем­пературой -8... -15 °С до достижения требуемой температуры в тол­ще продукта; эффективность процесса в два-три раза выше, чем при воздушном охлаждении.

В технологии охлаждения и замораживания может использо­ваться способ гидрофлюидизации с применением «айссларри» (жидкий или текучий лед), который позволяет получить высокий коэффициент теплоотдачи и существенно увеличить скорость за­мораживания.

Для сокращения усушки при охлаждении мяса с последующим замораживанием разработан способ комплексной термовлажностной обработки после убоя. Для этого полутуши сначала охлаждают в камере перенасыщенным влагой воздухом при температуре -1°С, а затем быстро (за 5 —10 мин) обдувают сухим горячим воздухом (температура 50 —70 °С, влажность 5—10 %). В холодном отсеке камеры благодаря интенсификации теплоотдачи от про­дукта к перенасыщенному воздуху время охлаждения сокращает­ся до 9 ч, а усушка — до 0,5 — 0,6 %.

Вакуумное охлаждение ранее применяли только для обработки растительного сырья, а сейчас в ряде стран используют при ох­лаждении туш крупного и мелкого рогатого скота, свиней, кус­кового мяса. Так, свиные полутуши, имеющие температуру 37 °С, разделывают, производят обвалку и жиловку мяса в помещении при температуре 8 °С. Отрубы поступают на вакуумупаковочную линию, где подвергаются вакуумному охлаждению при температуре 0...-2 °С. В зависимости от размеров отрубов через 4 —9 ч температура в толще продукта снижается до 7 °С, а через 14 ч — до 2 ⁰С. При таком способе охлаждения значительно улучшается са­нитарное состояние мяса, увеличивается до 15 сут срок его хране­ния, снижается усушка.

Разрабатывается технология охлаждения с использованием элек­трофизических способов, к которым относятся способ охлаждения при помощи электрически заряженных капель жидкости, обра­ботки мясопродуктов ионизирующими газами, электроконвектив­ное охлаждение и др.

Принцип охлаждения при помощи электрически заряженных капель жидкости заключается в том, что к поверхности мяса, пред­назначенного для охлаждения, подводится электрод, на который подается высокое напряжение с положительным зарядом. Охлаж­дающая жидкость поступает по трубопроводу, заряженному отри­цательно. Охлаждение происходит при контакте электрически за­ряженных капель жидкости с поверхностью продукта.

Охлаждение при помощи ионизирующих газов позволяет уве­личить срок хранения полуфабрикатов в 1,3—1,5 раза при вы­соком их качестве, сокращении энергозатрат и уменьшении усушки.

В условиях электроконвективного охлаждения значительно воз­растает плотность теплового потока от охлаждаемого продукта (для разных видов мяса — в 1,1 — 1,8 раза). С увеличением напряжения электрического поля максимум теплоотвода смещается на более раннюю стадию процесса и по времени сокращается примерно в два раза, что очень существенно, так как наибольшие потери массы приходятся на первую половину процесса охлаждения. Потери массы из-за препятствия электрических сил испарению влаги сокращаются на 10 — 20 %.

Субпродукты, уложенные в противни, ящики, формы, распо­лагают в камере охлаждения на многоярусных стационарных стел­лажах либо на передвижных этажерках или рамах не позже чем через 5 ч после убоя скота. Их укладывают слоем не более 10 см; почки, сердце, мозги и языки — в один ряд; рубцы охлаждают в подвешенном состоянии на крючьях. Продолжительность охлаж­дения субпродуктов при температуре 0 °С и относительной влаж­ности воздуха 85 — 90 % около 24 ч. Для ускорения процесса используют скороморозильные аппараты (-2...-4 °С), а также не­прямой контакт с жидкой охлаждающей средой.

Для субпродуктов и мясных полуфабрикатов, уложенных в картонные коробки, эффективным является охлаждение снегообраз­ным диоксидом углерода. Охлаждение проводят в специальных туннелях, количество снегообразного диоксида углерода, подаваемого на продукт, регулируют с помощью реле времени. Для быстрого снижения температуры фарша из говядины свежих (парных) полутуш до 2 °С, что необходимо для заключительной стадии получения фарша, в мясо добавляют замороженные хлопья диокси­да углерода в соотношении 1 : 10.

Для создания инертной среды и охлаждения колбасного фар­ша из парного мяса в процессе куттерования применяют жидкий азот. Удельный расход жидкого азота зависит от качества и темпе­ратуры обрабатываемого сырья и окружающей среды и составляет от 0,15 до 0,35 кг на 1 кг колбасного фарша. Охлаждение жидким азотом позволяет поддерживать в куттере необходимый темпера­турный режим и соответственно оптимальную продолжительность процесса, исключив при этом отрицательное воздействие повы­шения температуры на состав и качество фарша. Увеличение про­должительности куттерования вареных колбас при охлаждении жидким азотом способствует значительному улучшению раство­римости мясного белка и в результате повышению водо- и жиросвязывающей способности фарша, что позволяет в принципе от­казаться от применения фосфатов.

Охлаждение мяса птицы. Тушки птицы охлаждают воздухом, водоледяной смесью, ледяной водой, диоксидом углерода и азо­том. Применяют также комбинированное охлаждение (орошение тушек или погружение их в ледяную воду, а затем в воздушную среду).

Достаточно эффективен с точки зрения условий теплоотдачи, затрат труда, продолжительности и технологичности процесса метод погружного охлаждения тушек птицы в чистой ледяной воде или в водоледяной смеси.

Водоледяную смесь или ледяную воду получают путем добав­ления к обычной водопроводной воде чешуйчатого льда либо про­пускания ее через специальные испарители, в которых она ох­лаждается до нужной температуры. В современных условиях этот эффект достигается барботированием через воду диоксида угле­рода или азота с низкими температурами.

После охлаждения ледяной водой кожа на тушках становится светлой и чистой, исчезают пятна от ушибов и кровоизлияний. Тушки птицы поглощают некоторое количество воды, вследствие чего они округляются и приобретают лучший товарный вид.

Температура ледяной воды должна быть не выше 2 °С, а время охлаждения — 0,5—1 ч. Для уменьшения возможного обсемене­ния микроорганизмами применяют антисептированную воду, а также гидроаэрозольный метод охлаждения: тушки в подвешенном состоянии орошаются ледяной водой из специальных форсу­нок в течение 30 — 35 мин.

В санитарном отношении наиболее эффективно комбинирован­ное охлаждение (орошение — погружение, орошение — погруже­ние — воздушная обработка).

При методе орошение — погружение потрошеные тушки пред­варительно охлаждают, непрерывно орошая водопроводной водой из центробежных форсунок в течение 10—15 мин в зависимо­сти от вида птицы, затем погружают в воду температурой 0 — 2 °С на 25 — 35 мин до достижения температуры в толще грудной мыщцы 0 —4°С.

При воздушном доохлаждении происходит частичное удале­ние приобретенной при орошении тушками воды и одновремен­но их охлаждение в результате испарения.

При охлаждении в ледяной воде тушки поглощают от 3 до 8 % влаги, в среднем же (с учетом испарения) их масса увеличивает­ся на 4 %.

Продолжительность охлаждения птицы интенсифицированным воздушным методом (температура 0...-2 °С, скорость движения воздуха 4 м/с) составляет от 3 до 6 ч в зависимости от массы и упитанности тушек. Воздушное охлаждение применяют только для тушек после сухой ощипки и тепловой обработки, в противном случае мясо обезвоживается и теряет товарный вид.

Очень эффективным для охлаждения тушек птицы является при­менение снегообразного диоксида углерода, который вводят в их внут­реннюю полость из расчета 0,07 кг на 1 кг массы. Этого достаточ­но, чтобы очень быстро охладить тушку до среднеобъемной тем­пературы 0 ⁰С.

Охлаждение колбасных и мясных консервов.Вареные колбасы обычно охлаждают в две стадии: тонкораспыленной водой с исполь­зованием испарительного эффекта охлаждения, затем интенсивно движущимся воздушным потоком, имеющим температуру 0 — 8 °С, скорость движения до 4 м/с. Продолжительность охлаждения во­дой 5 — 30 мин, воздухом 1 — 10 ч. Однако для вареных колбас наиболее эффективен трехстадийный способ: орошение водой из форсунок грубого распыления, охлаждение в гидроаэрозольной среде, воздушное охлаждение. На второй стадии может быть предусмотрен непрерывный или цикличный режим распыла воды в зависимос­ти от устройств, обеспечивающих ее подачу, и условий циркуля­ции воздушного потока.

Сравнительно новым является способ охлаждения в пенном воз­душно-жидкостном потоке. Колбасные изделия охлаждают в две стадии: на первой — за счет испарения воды при прохождении через нее воздуха, на второй — путем использования испаритель­ного эффекта в сочетании с холодом, с последующим подсуши­ванием батонов в течение 2 — 3 мин. Скорость движения воздуха 10—16 м/с. При начальной температуре продукта 70 ° С и темпера­туре воды -2 °С батоны охлаждаются за 50 мин (в 1,5 раза быстра по сравнению с охлаждением колбас водой, распыляемой форсунками). Усушка составляет менее 0,3 %.

Для варено-копченых и полукопченых колбас целесообразно воздушное охлаждение при температуре 8 — 12 °С и скорости движения воздуха 1,5 — 2 м/с.

Пастеризованные мясные консервы охлаждают водой, а затем воздухом при температуре 0 — 2 °С и скорости охлаждающей среды до 3 м/с. Продолжительность охлаждения до конечной температу­ры не превышает 24 ч.

Для охлаждения применяют туннели и аппараты конвейерного типа, в которых размещены этажерки с продуктом, картонные коробки, лотки, поддоны и т.д. Направление движения воздуш­ных потоков в аппаратах зависит от размера и формы продуктов и способа размещения их на конвейере.

Охлаждение яиц.Яйца при поступлении в холодильник предва­рительно охлаждают до температуры хранения в специальной ка­мере. Начальная температура в камере должна быть на 2 — 3 °С ниже температуры яиц, затем ее постепенно понижают (на 1—2 °С в течение 1 — 2 ч); относительная влажность воздуха в период охлаж­дения 75 —80 % при скорости его движения 0,3 — 0,5 м/с. Процесс охлаждения в зависимости от первоначальной температуры длит­ся двое-трое сут. Яйца по достижении температуры 2 °С направля­ют в камеры хранения.

Охлаждение рыбы.Рыбу охлаждают льдом, охлажденной прес­ной и морской водой, холодным воздухом, криогенными жидко­стями (жидкий азот), комбинированными методами (ледяная вода и лед, лед и жидкий азот и др.).

Охлаждение и замораживание относятся к важнейшим техно­логическим процессам в рыбной промышленности. Рыбу и море­продукты, обработанные холодом, широко используют в каче­стве полуфабрикатов в производстве различных видов рыбной продукции, а также в охлажденном или замороженном состоянии реализуют в розничной торговой сети. Согласно данным ФАО, на долю охлажденной и мороженой продукции приходится более 80 % всей вырабатываемой рыбной пищевой продукции.

Для охлаждения рыбы льдом используют различные его виды — чешуйчатый, трубчатый, плиточный и др. Наиболее распростра­ненный способ — охлаждение в таре (ящиках, контейнерах, кор­зинах, мешках и др.). Для этого рассортированную по размеру рыбу тщательно промывают чистой водой, дают ей стечь, после чего укладывают в тару со льдом в неразделанном или разделанном виде. При этом на дно тары помещают слой мелкодробленого льда толщиной 2 — 3 см, поверх него укладывают рыбу, затем опять слой льда. Крупную рыбу укладывают ровными рядами головами в разные стороны к стенкам тары, а мелкую насыпают равномерным слоем толщиной не более 10 см. Возможно и предварительное перемешивание рыбы со льдом с последующей укладкой рыболедяной смеси в тару; сверху насыпают дополнительный слой льда.

При хранении и транспортировке рыбы на судах с охлаждае­мыми трюмами расход льда в ящиках составляет от 30 до 40 % массы рыбы. При охлаждении рыбы в бочках на дно насыпают не менее 20 %, а на верхний ряд рыбы — не менее 30 % всего количества льда.

Контейнеры дают возможность повысить качество рыбы, обеспечивают экономию льда, доставляемого на промысел, так как при перевозке в них лед тает на 75 % медленнее, чем в ящиках. Термоизолированные контейнеры при использовании льда при­меняют только в районах с холодным климатом вследствие замед­ленного теплообмена.

В жарком климате термоизолированные контейнеры не обес­печивают длительное сохранение рыбы, так как из-за медленного снижения температуры начинается интенсивное развитие микро­флоры.

Охлаждение рыбы льдом имеет ряд недостатков — нерацио­нально используются производственные помещения, трюмы су­дов, камеры холодильников; затруднен количественный и каче­ственный контроль и учет рыбы, в некоторых случаях не обеспечивается быстрое понижение температуры улова и т.д.

Охлаждение рыбы охлажденной морской или пресной водой имеет ряд преимуществ, к основным из которых относятся более быст­рое снижение температуры рыбы, экономичность процесса при охлаждении, транспортных операциях и выгрузке в конечных пунк­тах транспортирования. Наиболее существенные недостатки — набухание мяса промысловых объектов и его просаливание при использовании охлажденной морской воды. Отрицательное влия­ние охлажденной воды уменьшается с понижением температуры, но оно достаточно выражено даже при близкриоскопических тем­пературах. Вследствие этого продолжительность хранения улова в охлажденной воде ограничена несколькими сутками, иногда ча­сами и зависит от технохимических особенностей объектов: про­ницаемости их кожного покрова, консистенции мяса, размеров и др. Особенно быстро отрицательное влияние охлажденной воды проявляется при хранении мелкой пелагической рыбы, ракообразных и моллюсков. Более рационально охлаждение водой и хра­нение во льду или в сухом холодном помещении.

Охлаждение рыбы в жидкой среде производится погружением или орошением. В качестве охлаждающей среды используют прес­ную, морскую воду или 2%-ный раствор хлорида натрия в прес­ной воде, осмотическое давление которого соизмеримо с давле­нием тканевого сока рыбы.

На промысловых судах рыбу сразу после вылова погружают в специальных корзинах в бак с циркулирующей охлаждающей сре­дой. Хорошие результаты дает добавление в холодную воду льда (соотношение рыбы, воды и льда соответственно 2 : 1 : 1). Охлаж­дение может проводиться и орошением холодным рассолом на конвейере, где рыба по мере продвижения орошается через форсунки или другие устройства.

Достаточно эффективно также использование вместо водоледяной смеси льда-шуги (канадский метод). Лед-шугу получают путем медленного снижения температуры воды или раствора до начала формирования мелких кристаллов (0,05 — 0,07 мм). Обра­зовавшаяся ледяная шуга может быть отфильтрована в виде сухо­го льда от незамерзшей части или же вместе с последней (около 30 %) может быть перекачана насосом в контейнеры либо другую тару. Этот способ отличается высокими показателями качества и экономичностью по сравнению с другими.

Продолжительность охлаждения в холодной воде зависит от раз­меров рыбы, температуры воды, скорости ее циркуляции, конст­рукции охладителя и составляет от нескольких минут до 3 ч и более.

Для охлаждения морской воды используют жидкий азот, кото­рый, кроме того, применяют вместе со льдом для охлаждения и хранения упакованной и неупакованной рыбы.

В первом случае жидкий азот впрыскивают в морскую воду для ее охлаждения до 0...-2 °С, после чего загружают рыбу. По мере отепления воды впрыскивание жидкого азота повторяют. При транспортировании грузовой объем может охлаждаться жидким азотом путем периодического впрыскивания его в кузов автореф­рижератора. Еще более эффективным является применение жид­кого азота в комбинации со льдом. В результате применения жид­кого азота для охлаждения значительно увеличиваются последую­щие сроки хранения рыбы (в два-три раза).

Охлаждение рыбы под вакуумом основано на частичном испаре­нии воды с ее поверхности при понижении давления (не ниже 400 Па), что существенно сокращает продолжительность охлаж­дения при незначительных потерях массы продукта.

Копченую рыбу, некоторые виды рыбных полуфабрикатов и продуктов кулинарии, для которых нежелателен контакт с водой или льдом, охлаждают в воздушной среде. Применение при этом диоксида углерода или жидкого азота интенсифицирует процесс и существенно улучшает качество продукта.

Охлаждение животных пищевых жиров.Жиры охлаждают перед упаковкой в тару для придания им плотной консистенции, одно­родной структуры, а также торможения окислительных и гидро­литических процессов. При упаковке в крупную тару жиры подвергают одностадийному охлаждению от 65 до 40 °С (говяжий и бараний) и 35 °С (свиной и костный). При упаковке в картонные контейнеры свиной жир охлаждают до 25 — 24 °С; при упаковке в мелкую тару на фасовочных автоматах (по 250, 500 г) жиры, предварительно охлажденные до 35 °С для большей пластичности, до­полнительно охлаждают до 21 — 12 °С. При охлаждении перед упа­ковкой в среде инертного газа в жирах замедляются химические и биохимические процессы, приводящие к их порче.

Охлаждение молока и молочных продуктов.При производстве, транспортировке, хранении и реализации молока и молочных продуктов требуется обязательное присутствие холода.

Для сохранения первоначальных свойств и продления бактерицидной фазы молоко фильтруют и охлаждают сразу же после доения до 10 — 2 ⁰С. В специальных охладителях для охлаждения молока бесконтактным способом применяют холодную воду, рассол др. В этом случае охлаждение осуществляется быстро — в течение скольких минут. Если молоко с ферм после каждого доения сразу отправляют на завод, нецелесообразно проводить низкотемпературное охлаждение. В таких случаях температуру охлаждения выбирают в зависимости от промежутка времени, которое проходит с момента конца охлаждения молока на ферме до момента доставки его на завод. Если этот промежуток не превышает 6 ч, молоко охлаждают до 10 ⁰С, 12 ч — до 8 °С, 24 ч — до 5 °С. На молочном заводе упакованные продукты охлаждают в воздушной среде при температуре 0 °С и скорости движения воздуха до 1 м/с.

 

 

ГЛАВА 14

ОСНОВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ВПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКЕ

 

14.1. Замораживание продуктов растительного происхождения

 

Консервирование плодоовощной продукции замораживанием позволяет сгладить сезонность в ее потреблении, насытить рацион жизненно необходимыми витаминами, минеральными элементами, сократить время приготовления пищи, значительно улуч­ишь ее санитарно-гигиенические показатели. В качестве полуфабриката замороженные плоды, овощи и ягоды — прекрасное сырье для промышленного производства многих других продуктов (фруктовые и молочные кремы, йогурты, мороженое, кондитерские изделия и др.). Значительную долю концентратов фруктовых соков в мире в настоящее время получают методом замораживания (криоконцентрация).

Потребление быстрозамороженной продукции за рубежом со­ставляет от 5 до 50 кг на душу населения, в СНГ — 0,5 кг.

Способы замораживания.Все способы замораживания подраз­деляют по виду теплообмена на конвективные, кондуктивные, испарительно-конденсационные, смешанные.

Замораживание воздушным способом проводят в морозильных камерах и туннельных морозильных аппаратах. Последние отлича­ются интенсивностью движения воздуха (4—12 м/с) и незначительной продолжительностью замораживания. В зависимости от вида продукта и типа холодильной установки продолжительность за­мораживания плодов и овощей при температуре -25...-45 °С со­ставляет от нескольких минут до нескольких часов.

Преимущество туннельных морозильных камер — универсаль­ность: в них можно замораживать пищевые продукты разной формы, размера и в различной упаковке.

Основные критерии при выборе способа замораживания — бы­строта и экономичность процесса. При этом количество теплоты, отводимой воздухом от продукта, прямо пропорционально пло­щади контакта воздуха с продуктом, разности температур воздуха и продукта и коэффициенту теплопередачи от продукта воздуху.

Замораживание в «кипящем слое» (флюидизационный способ) происходит под действием подаваемого восходящего потока хо­лодного воздуха, достаточного для поддержания продукта во взве­шенном состоянии. Последнее достигается с помощью мощного потока воздуха, подаваемого вентиляторами через охлаждающую батарею, а затем через слой замораживаемого продукта, находя­щегося, как правило, на сетчатой ленте конвейера. Проходя через отверстия ленты, воздух поднимает частицы продукта, отделяет их друг от друга и удерживает во взвешенном состоянии. В уста­новках без сетчатой ленты замораживаемый продукт не только поддерживается потоком воздуха во взвешенном состоянии, но и направленным движением перемещается в установке.

Способ флюидизации применяют для замораживания неупа­кованных мелких или нарезанных плодов и овощей диаметром до 40 мм длиной до 125 мм. Из продуктов, полученных этим спосо­бом, можно готовить различные смеси. Кроме того, легче механизировать упаковку таких овощей и плодов, осуществлять их дози­ровку и употреблять по мере надобности.

Флюидизационные аппараты имеют широкий диапазон про­изводительности — от 0,5 до 15 т/сут, а теплообмен в них проте­кает интенсивнее, чем в обычных воздушных аппаратах.

При контактном способе замораживания продукт зажимается между двумя металлическими плитами, в которых циркулирует жидкий или кипящий хладоноситель. Важное условие — равно­мерность толщины загружаемых порций по всей поверхности плиты. В противном случае ухудшается контакт плиты с остальным про­дуктом и увеличивается продолжительность замораживания. Кон­тактные плиточные аппараты непригодны для замораживания продуктов неправильной формы. При температуре кипения хла­дагента -35...-45 ⁰С продолжительность замораживания продукта в упаковке 0,5 кг составляет 1—3 ч, а небольших порций при толщине 50 мм — до 1 ч.

В кипящих хладоносителях (жидкий воздух, азот, фреон, диоксид углерода) обеспечивается сверхбыстрое замораживание продуктов. В этом случае вся поверхность продукта участвует в тепло­обмене, а очень низкие температуры (-40...-196 °С) обеспечивают замораживание за несколько минут.

Комбинированный способ замораживания с использованием низ­котемпературной газовой среды, создаваемой в результате испа­рения жидкого хладоносителя, позволяет избежать механических повреждений продуктов льдом.

Замораживание с использованием испарительно-конденсационно-го обмена применяют, как правило, в случаях, когда удаление влаги из продукта способствует проведению какого-либо после­дующего процесса, например сублимационной сушки. На первом этапе под вакуумом вследствие бурного испарения воды из про­дукта понижается его температура и образуются кристаллы водя­ного льда, а затем уже под глубоким вакуумом осуществляется сублимация водного льда, тем самым обеспечивается обезвожи­вание продукта.

Отбор сырья.Пригодность растительного сырья для заморажи­вания, а также качество замороженной продукции определяются прежде всего генетическими особенностями сортов и видов, сте­пенью созревания, условиями вегетации, сбора, транспортиров­ки и предварительной обработки.

Для получения высококачественной продукции следует отби­рать сырье соответствующей степени зрелости, пригодное для за­мораживания.

Плоды, собранные в стадии полной зрелости, при разморажи­вании часто размягчаются. Чтобы лучше сохранить форму плодов, быстрое замораживание следует проводить до наступления стадии биологической зрелости.

На качество продукции существенно влияет также время от сбора продукции до ее замораживания. При удлинении этого сро­ка до нескольких дней ослабляется консистенция мякоти после ее размораживания.

На крупнейших зарубежных предприятиях по производству за­мороженной плодоовощной продукции продолжительное хране­ние сырья от момента сбора до начала переработки сокращена до 1,5 ч. Если невозможно переработать продукцию сразу после убор­ки, свежие плоды и ягоды следует немедленно охладить и хранить до замораживания при температуре от 0 до 6 °С в зависимости от вида сырья от 5 ч до 7 сут.

Важный показатель пригодности растительного сырья для за­мораживания — влагоудерживающая способность, которая определяется его видовыми свойствами, а также зависит от условий обработки, замораживания и хранения.

Вода в тканях удерживается посредством химических связей с протеинами, полисахаридами, пектиновыми соединениями. Отдельные сорта плодов и ягод в большей степени подходят для замораживания, так как их ткани обладают высокой влагоудерживающей способностью.

Влагоудерживающая способность плодов и ягод при заморажи­вании снижается, так как кристаллы льда повреждают клеточные мембраны. При этом существенное значение имеет предваритель­ная подготовка сырья к замораживанию.

Основные этапы подготовки растительного сырья к заморажи­ванию — инспекция, сортировка, калибровка. В процессе этих опе­раций удаляют посторонние примеси, перезревшие, недозревшие, больные, поврежденные при транспортировании плоды, ягоды, овощи. Для каждой замораживаемой партии отбирают продукцию одинакового размера, одной степени зрелости и окраски.

Отсортированное сырье моют проточной водой, причем такие ягоды, как земляника, малина и др., должны находиться в воде минимальное время. После мойки проводят повторные сортиров­ку и калибровку, что обеспечивает однородность партий продукта. Подготовленное сырье подсушивают и замораживают без сахара, с сахаром и в сахарном сиропе. Замораживание с сахаром предох­раняет плоды от окислительного действия кислорода воздуха, тор­мозит ферментативные и микробиологические процессы, способствует лучшему сохранению вкуса и аромата. Кроме того, раство­ры сахара обладают криопротекторными свойствами, что позво­ляет уменьшить повреждающее действие кристаллов льда. Во из­бежание растрескивания плоды, ягоды, виноград предварительно охлаждают до 0 — 1 ⁰С, а затем быстро замораживают при -35 °С до заданной конечной температуры в центре продукта (-18...-25 °С).

Овощи при замораживании сортируют по качеству, иногда по размеру, моют, очищают, режут, как правило, бланшируют (кроме томатов, баклажанов, перца) в целях разрушения окислительных ферментов, вызывающих потемнение продукта, охлаждают и замораживают, иногда с применением 2%-ного раствора поварен­ной соли.

Замораживают плоды, ягоды и овощи россыпью или в таре (картонной, полимерной, стеклянной, металлической). Плоды и овощи, замороженные россыпью, быстро фасуют в тару, преиму­щественно в пакеты из полимерных материалов, которые затем герметизируют.

Изменение состава и свойств плодов и овощей при заморажива­нии.Интенсивность и характер изменений продуктов при замора­живании зависят от условий и параметров процесса, а также 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 сохранение их свойств.

При замораживании вода превращается в лед, что изменяет осмотические условия и резко сокращает скорость большинства биохимических процессов в плодах и овощах. Замораживание при­водит к повышению концентрации растворенных веществ вслед­ствие миграции влаги из микробной клетки во внешнюю среду на первой стадии и к внутриклеточной кристаллизации воды на пос­ледующих стадиях, а также нарушению согласованности биохи­мических реакций за счет различий в степени изменения их ско­ростей.

Устойчивость микробной клетки к замораживанию зависит от вида и рода микроорганизмов, стадии их развития, скорости и температуры замораживания состава среды обитания. Наиболее вы­сокая степень отмирания микроорганизмов наблюдается при тем­пературе -4...-6 °С, а их рост и размножение полностью исключа­ются при -10...-12 °С. В этих условиях плоды и овощи не подверга­ются микробиологической порче, хотя полного уничтожения мик­роорганизмов не происходит. В замороженных ягодах или фруктово-ягодных соках при температуре хранения выше -8 ⁰С под дей­ствием дрожжей происходит спиртовое брожение и накапливает­ся спирт.

При определении условий и режимов замораживания стремятся максимально учитывать особенности свойств и строения плодов и овощей, чтобы достичь максимальной обратимости процесса.

Особенности состояния плодов и овощей при замораживании обусловливаются фазовым переходом воды в твердое состояние и повышением концентрации растворенных в жидкой фазе веществ. Процесс кристаллообразования приводит к изменению физичес­ких характеристик плодов и овощей, сопровождающемуся изме­нениями 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 определяет разницу в значениях криоскопических температур структурных элементов, вследствие чего крис­таллы льда формируются в первую очередь в межклеточной жид­кости. При температуре ниже точки замерзания водяной пар в крупных межклеточных пространствах начинает конденсировать­ся в виде капелек влаги на прилегающих клеточных стенках. Эта вода и превращается в первые микроскопические кристаллики льда, которые распространяются, обволакивая стенки клеток. Кристаллы разной формы (в виде линз, разветвленные и др.) разрастаются между клетками эпидермиса и паренхимы. Процесс сопровождается повышением осмотического давления вследствие роста концентрации растворенных в жидкости солей, что, в свою очередь, обусловливает миграцию влаги из клеток. Дальнейший рост кристаллов происходит за счет влаги, содержащейся в клет­ках, что объясняется разницей в давлении пара поверхности раз­ных кристаллов.

При понижении температуры в клетках сначала наступает со­стояние переохлаждения, а затем спонтанно возникают центры кристаллизации, приводящие к образованию внутриклеточного льда. Граница перехода из одного агрегатного состояния в другое обусловлена не только концентрацией раствора, свойствами от­дельных его компонентов, но и рядом других факторов. Так, в тонких капиллярах воду можно переохладить до -20 °С. Граница переохлаждения отдельных растворов пищевых продуктов различ­на, а температура ниже этой границы или механическое встряхи­вание приводят к очень быстрому, практически массовому пре­вращению воды в лед.

При медленном замораживании с образованием крупных кри­сталлов вне клеток изменяется первоначальное соотношение объе­мов 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 из­меняются размер и характер распределения кристаллов льда. Наи­более мелкие кристаллы образуются в поверхностных слоях про­дукта.

Максимальное кристаллообразование в плодах и овощах про­исходит при температуре от -2 до -8 ⁰С. При быстром прохожде­нии этого интервала можно избежать значительного диффузион­ного перераспределения воды и образования крупных кристаллов. Степень повреждения тканевых структур плодов и овощей при замораживании зависит от размеров кристаллов льда и физико-механических превращений, протекающих в тканях на молеку­лярном уровне.

На размер кристаллов льда и характер их распределения между структурными элементами существенно влияют состав и свойства плодов и овощей. Так, лук, картофель и некоторые другие овощи покрыты плотной естественной оболочкой, что способствует переохлаждению, тогда как капуста белокочанная, не имеющая та­кой оболочки, не переохлаждается из-за крупных межклетников и большого содержания свободной воды.

Сильное влияние на характер кристаллообразования оказыва­ет также степень зрелости плодов. В недозрелых плодах содержится значительное количество свободной воды и происходит в основ­ном внутриклеточная кристаллизация, что губительно действует на клетки. В созревших плодах накапливается пектин, обладаю­щий высокими гидрофильными свойствами. Он связывает значи­тельное количество воды и способствует образованию гелеобразной структуры, что положительно сказывается на обратимости процесса замораживания.

Замороженные плоды и овощи приобретают новые свойства: твердость (следствие превращения воды в лед), плотность, ин­тенсивность и яркость окраски (результат оптических эффектов) и др.; кроме того, значительно изменяются их теплофизические свойства.

Вследствие снижения кинетической энергии молекул при по­нижении температуры, повышения вязкости внутриклеточной жидкости, уменьшения растворимости газов и диффузии веществ значительно снижается скорость химических реакций, однако полное прекращение их возможно только при абсолютном нуле (-273 °С).

При постепенном вымораживании влаги в жидкой фазе про­дукта повышается концентрация минеральных солей (электроли­тов), агрессивных по отношению к белкам и оказывающих наибо­лее повреждающее действие на ферментные системы. При этом происходит как ускорение, так и замедление отдельных реакций, меняется их направленность. В первую очередь при заморажива­нии повреждаются ферментные системы дыхательной цепи и окис­лительного фосфорилирования митохондрий, вследствие чего исчезают основные жизненные функции: дыхание и способность к генерации энергии.

Поскольку при замораживании плодов и овощей окислитель­но-восстановительные процессы, присущие свежим продуктам, сдвигаются в сторону окислительных реакций, качество получен­ного продукта зависит в основном от степени активности оксидоредуктаз, среди которых особое значение имеют полифенолоксидаза, аскорбатоксидаза, каталаза и пероксидаза.

Деятельность ферментов является, пожалуй, основной причи­ной появления посторонних привкусов в продуктах. При этом, как правило, снижается содержание крахмала и витамина С, уве­личиваются кислотность и количество редуцирующих сахаров, в результате ферментативного потемнения изменяется окраска про­дукта, ухудшаются консистенция, вкус, запах.

Из-за разрушения части ферментов при замораживании на­рушаются сбалансированность и координация отдельных реак­ций, их синхронность. При этом устойчивая к изменению рН инвертаза проявляет активность в широком диапазоне (3 — 7,5), что инициирует реакции накопления сахаров в замороженных плодах и овощах.

Сохранение активности пектолитических ферментов способ­ствует повышению гидрофильных свойств коллоидов и уменьше­нию степени повреждения клеток. В зависимости от вида продукта они оказывают различное действие: в ткани сливы эти ферменты теряют активность и замороженный продукт имеет плотную кон­систенцию, в яблоках же их активность приводит к размягчению ткани.

Каталаза и пероксидаза катализируют дегидрирование амино­кислот, фенолов, аминов, флавонов и др., при этом ухудшается качество плодов и овощей, которые приобретают посторонние привкусы. Каталаза и пероксидаза часто действуют антагонистически по отношению друг к другу. Так, в неразрушенных тканях каталаза тормозит действие пероксидазы; в разрушенных действие последней более активно. В отдельных случаях эти ферменты ока­зывают одинаковое действие.

Некоторые ферменты (липаза) сохраняют активность даже при очень низких температурах.

Изменения углеводов при замораживании в значительной сте­пени зависят от их состава. Так, имеются сведения, что высоко­молекулярные углеводы в процессе замораживания подвергаются агрегатированию. Для систем, богатых крахмалом, характерно сни­жение способности связывать воду.

Изменение состава и содержания витаминов при заморажива­нии зависит от их химической структуры, вида и строения ткани. Потери витаминов имеют место при предварительной обработке сырья и непосредственно в процессе замораживания. Наиболее устойчивы к замораживанию тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, каротин. Непосредственно при замораживании теряется около 10 % витамина С, а с учетом подготовки сырья (бланширо­вание, мойка и др.) потери могут составить до 20 — 30 %. Сохра­нению витамина С при замораживании способствует интенсифи­кация процесса.

При замораживании плодов и овощей в неупакованном виде неизбежны поверхностное испарение и сублимация части воды, что приводит к усушке продукта. Так, при замораживании разных видов неупакованных плодов и овощей в туннельном морозиль­ном аппарате с принудительной циркуляцией воздуха при -35 °С потери массы колеблются от 0,2 до 0,9 %.