Технологические процессы и средства холодильной обработки гидробионтов

1. Дисциплина

«Специальные процессы
пищевых производств»
Преподаватель – ДУБРОВИН Сергей Юлианович,
профессор кафедры технологий
пищевых производств

2. Распределение часов для изучения дисциплины

Виды учебной нагрузки,
часов
Номер семестра
10 (А)
Всего
часов
-
-
Практические занятия
18
18
Лабораторные работы
-
-
54
54
72
72
Лекции
Самостоятельная работа
Всего часов по дисциплине
Форма контроля - зачет

3. Технологические процессы и средства холодильной обработки гидробионтов

Охлаждение – способ консервирования, основанный на
снижении скорости микробиологических и ферментативных
процессов в продуктах питания за счет доведения
температуры тканевого сока до температуры близкой к
криоскопической.
Подмораживание - холодильная обработка продуктов,
сопровождаемая частичным льдообразованием.
Замораживание - технологический процесс полного или
частичного превращения в лед содержащейся в них влаги
вследствие отвода тепла при понижении температуры
(значительно) ниже криоскопической.

4.

Практическая работа № 1
Охлаждение и подмораживание
Продукт считается охлажденным, если его температура
близка к начальной температуре tкр- (криоскопической)
замерзания межклеточного сока, представляющего собой
растворы электролитов. Криоскопическая точка для
различных продуктов находится в пределах от минус 0,6 до
минус 2 C, а в среднем её принимают равной минус 1 °С
Температура
плавления
эвтектического
твердого раствора поваренной соли —21,2°С,
а теплота плавления - 236 кДж/кг.
Эвтектический раствор применяют для
зероторного охлаждения. Для этого в зероты
— наглухо запаянные формы — заливают
эвтектический раствор поваренной соли и
замораживают их. Замороженные зероты
используют для охлаждения прилавков,
шкафов, охлаждаемых переносных сумокхолодильников и т. д.

5.

Из охлаждающих средств наибольшее
распространение имеют: воздух, вода, лед,
растворы различных солей, а также аммиак,
фреон, криогенные жидкости (азот, кислород,
двуокись
углерода,
двуокись
углерода
твердая).
Теплофизические характеристики
охлажденной рыбы
Удельная теплоемкость;
Коэффициент теплопроводности;
Коэффициент температуропроводности;
Удельная энтальпия.

6. Теплоемкость

Количество
теплоты,
поглощаемой
телом
при
нагревании на 1 оК, называется теплоемкостью.
Теплоемкость единицы массы (кг) называется удельной
теплоемкостью.
С = Св·В + Сж·Ж + Сп.в ·П.в.
где
Св – удельная теплоемкость воды 4,19 кДж/кг • К
(1 ккал/кг • градус);
Сж, - удельная теплоемкость жира в среднем 2,075 кДж/кг • К
(0,50 ккал/кг • градус);
Сп.в. – удельная теплоемкость плотных веществ в среднем
1,505 кДж/кг • К (0,36 ккал/кг • градус)
В, Ж, П.в – массовые доли воды, жира и плотных веществ (доли
единицы)
С = Св·В + Сс.в.(1 – В)
Сс.в. – удельная теплоемкость сухих
1,42 кДж/кг • К (0,34 ккал/кг • градус)
веществ
в
среднем
Удельная теплоемкость льда составляет 2,17 кДж/кг • К (0,52 ккал/кг • градус)

7. Теплопроводность

Способность
рыбы
проводить
тепло
при
нагревании
или
охлаждении
называется
теплопроводностью,
которая
характеризуется
коэффициентом теплопроводности.
λ λ в В λ с.в (1 В)
где λв - коэффициент теплопроводности воды 0,6 Вт/ м • К
(0,52 ккал/м. • ч. • град);
λс.в - коэффициент теплопроводности сухих веществ рыбы,
который в среднем составляет 0,255 Вт/ м • К
(0,22 ккал/м. • ч. • град);
В - массовая доля воды в рыбе, доли единицы.
При положительных температурах коэффициент теплопроводности изменяется
незначительно, но при замораживании рыбы заметно возрастает. Это связано с
тем, что коэффициент теплопроводности льда почти в четыре раза больше, чем
у воды и составляет 2,4 Вт/м • К (2,07 ккал/м • ч • град).

8. Температуропроводность

Скорость изменения температуры тела рыбы при
подводе или отводе от нее тепла называется
температуропроводностью
и
характеризуется
коэффициентом температуропроводности.
λ
а
, м 2 /с
С ρ
Коэффициент
температуропроводности
зависит
от
удельной теплоемкости продукта С, его коэффициента
теплопроводности λ и плотности ρ.
Для упрощения расчетов плотность рыбы-сырца
охлажденной рыбы принимают равной 1000 кг/м3.
и

9. Удельная энтальпия

Удельная энтальпия (теплосодержание) –
количество тепла, содержащегося в единице
массы продукта.
За начало отсчета принимается значение
удельной энтальпии при температуре – 40 °С в
кДж/кг (или ккал/кг).
При элементарном
изменении температуры Δt приращение удельной
энтальпии ΔС есть удельная теплота изобарного
процесса.
Δi = C0·Δt

10. Расход холода при охлаждении

Q1 = G ∙ C ∙ (tн – tк)
Q2 = G (iн – iк)
В некоторых случаях необходимо учитывать возможность
повышения температур охлаждаемого объекта за счет посмертных
биохимических процессов (разрушение АТФ, гликогена и др.), кроме
того, тепло может быть израсходовано при кристаллизации жира и др.
Теоретически необходимое количество льда для
охлаждения рыбы определяют по формуле:
G = Q/r
r – скрытая теплота плавления льда 334,4 кДж/кг
(80 ккал/кг).

11. Расчет продолжительности охлаждения

расчет по формуле Дмитрия Aнтоновича Христодуло;
расчет по формуле Дмитрия Георгиевича Рютова;
номографический способ расчета.
Задания:
Определить
расход
холода
и
продолжительность
охлаждения рыбы от начальной температуры 15 оС до
криоскопической:
1. Трески крупной с помощью дробленого льда;
2. Скумбрии крупной с помощью неподвижного воздуха;
3. Камбалы крупной с помощью циркулирующей воды;
4. Семги крупной с помощью жидкого азота;
5. Мойвы с помощью циркулирующего воздуха;
6. Сельди средней с помощью воды в покое;
7. Палтуса синекорого с помощью дробленого льда.

12. Формула Д.A. Христодуло

t t
t
t
t к
lg н 0 t к
н
н
n
t
t
F
к 0
G c
0
– абсолютная погрешность определения
2,32
где
ttкн
tк
tн
tк
tн
10
tt
н
к
1
n – поправочный коэффициент, имеющий среднее значение от
1,03 до 1,1 (позволяет коррелировать теоретические результаты с
практическими)

13. Формула Д.Г. Рютова

Для плоской пластины, где l - полутолщина пластины, м
l 2,4
2,3 2,4 t H t 0 2,3 0,11 2
l l
lg
l
2,5a
t K t0
2,5a
l 1,3
Для бесконечного цилиндра, где l - радиус цилиндра, м
2,3 2,85 t H t 0 2,3 0,221 2 l 2,85
l l
l
lg
6a
t K t0
6a
l 1,7

14. Номографический способ расчета

Номограмма безразмерной температуры для оси цилиндра
- безразмерная температура

15. Перспективные пути увеличения продолжительности хранения охлажденных гидробионтов

Добавление жидкого азота (наряду с применением хлорного и биомицинового льда)
не только в процессе охлаждения, но и непосредственно в лед для торможения
развития микрофлоры, улучшения качества рыбы, для удлинения сроков ее
холодильного хранения на 30 % по сравнению с существующими в промышленности
стандартными методами.
Упаковка охлажденного продукта в полиэтиленовые газонепроницаемые пакеты с
добавлением в них газообразного азота, углекислоты или инертных газов в
количестве от 5 до 10 % объема, позволяет увеличить продолжительность
холодильного хранения объекта на 20...30 %.
Использование подмороженного мяса рыбы до среднеобъемной температуры
поверхностного односантиметрового слоя от минус 2 до минус 3 °С, а в толще мяса
от 0 до минус 1°С, позволяет увеличить вдвое срок хранения охлажденного продукта.
Использование многофакторных вариантов – предварительное подмораживание +
модифицированная газовая среда (N2, CO2) позволяет хранить охлажденный продукт
в хорошем качественном состоянии в 2,5...3,0 раза дольше, чем во льду/

16. Подмораживание рыбы

Способы подмораживания:
помещение продукта в камеру, где поддерживается
температура ≈-3 оС;
Помещение продукта в морозилку, в результате чего
замораживается периферийный слой ограниченной
толщины (от 1 до 2 см). Затем продукт помещают в
камеру хранения, где поддерживается температура от
минус 2 °С до минус 3 °С.
При подмораживании превращается в лед около 52...60 %
влаги.

17. Преимущества и недостатки подмораживания продукта

Преимущества:
увеличение продолжительности хранения продукта
(примерно в 2 раза);
улучшение условий транспортирования продукта;
по качеству подмороженная рыба незначительно
уступает охлажденной;
подмораживание менее энергоемко по сравнению с
замораживанием.
Недостатки:
изменение структуры тканей при кристаллизации влаги;
интенсивная денатурация белков.

18. Практическая работа № 2 Замораживание рыбы

В
общем
объеме
пищевой
продукции
рыбной
промышленности на долю мороженых рыбных продуктов
приходится около 80 %.
Замораживанием
пищевых
продуктов
называют
технологический процесс полного или частичного превращения
в лед содержащейся в них влаги вследствие отвода тепла при
понижении температуры ниже криоскопической.
При температуре -3оС вымораживается около 70% воды, при
- 5оС – около 80%, при -25оС – около 95%, при -60оС
вымораживается практически вся вода, находящаяся в рыбе.
Объем кристаллов льда на 9 % больше, чем объем воды, из
которой он образуется, что приводит к сжатию структур волокон и
локальным их нарушениям.

19. Расчет количества вымороженной воды в рыбе

,
1
AW
BW
lg t
где АW и ВW – постоянные,
равные соответственно 1.105 и
0,31.
1,105
1 0,31
lg t 1 t KP
Количество вымороженной влаги есть функция температуры,
необходимую для вычисления ω среднюю температуру находят в
интервале от tкр до tк по формуле:
t CP
t K t KP
t
ln K
t KP

20. Расчет условной теплоемкости и теплопроводности замороженных продуктов

CM CW W (1 ) C Л W CC (1 W )
Приняв СW = 4,19 кДж/(кг ·К) или 1 (ккал/(кг · °С) и СЛ = 2,1
кДж/(кг ·К), или 0,5 (ккал/ (кг · °С), получим удельную теплоемкость
λm рассчитывают по формуле:
A1
m 0
1
B
1
lg t
где λо – теплопроводность рыбы при температуре выше tкр
А'; В' – опытные коэффициенты, равные соответственно 0,669 и 0, 148;
t – температура °С.
При содержании влаги в замораживаемой рыбе до 80%
λm =λo + 0,9 w,
где W – относительное количество влаги в рыбе при данной
температуре в долях единицы массы.

21. Определение количества холода, отводимого от замораживаемой рыбы

Q G C0 t H t KP LW CM t KP t
где L – удельная теплота льдообразования;
G – масса продукта;
W – доля влаги в продукте;
ω – доля вымороженной влаги в продукте;
С0 и СМ – соответственно теплоемкости незамороженного
и замороженного продукта.

22. Расчет продолжительности замораживания

q x x
1
t 2
Формула Р. Планка для пластины
Δt = tкр - tср
q R R
1
Формула Р. Планка для цилиндра
t 2 2
q 1 0,0053t H m1C M
8 t KP t 0
2
Формула Д.Г. Рютова
t KP t 0
4
ln
0,21
t K t0

23. Задания

Определить расход холода и продолжительность замораживания
рыбы от начальной температуры 15 оС до минус 25 оС :
1. Трески крупной в воздушном морозильном аппарате tср=-30 оС,
скорость движения воздуха 5 м/с;
2. Скумбрии в блоках толщиной 6 см в плиточном аммиачном
морозильном аппарате;
3. Филе морского окуня в блоках толщиной 9 см в плиточном
аммиачном морозильном аппарате;
4. Камбалы крупной в жидком азоте;
5. Мойвы в блоках толщиной 6 см в роторном морозильном
аппарате;
6. Палтуса белокорого крупного в воздушном морозильном
аппарате tср=-30 оС, скорость движения воздуха 3 м/с;
7. Тунца среднего в воздушном морозильном аппарате tср=-30
оС, скорость движения воздуха 3 м/с.