Холодильное оборудование

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 град. 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 град. 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-механический 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 тепло-физические 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 град.).

При постепенном вымораживании  влаги и 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-востановительные 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 балансированность  и координация отдельных реакций, их синхронность. При этом устойчивая к изменению рН инвертаза проявляет  активность в широком диапазоне (3-7,%), 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 антогонистически 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 одинаковой 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 от -35 град. потери массы  колеблются от 0,2 до 0,9%.

1.4 Замораживание  продуктов животного происхождения

1.4.1 Замораживание  мяса крупного рогатого скота  и свиней

Мясо замораживают обычно в полутушах и четвертинах, баранину – в тушах. Кроме того, мясо замораживают в блоках, сортовых отрубах и мелкой фасовке.

Для замораживания мясо в  тушах и полутушах по подвесным  путям направляют в морозильные  устройства камерного типа. Камеры однофазного замораживания предназначены  для замораживания мяса в виде туш, полутуш в парном состоянии  с температурой в толще мышц бедра  не ниже 35 град. При отсутствии таких  камер мясо замораживают двухфазным способом, предварительно охладив до температуры 0…-4 град. в толще мышц бедра.

При однофазном замораживании  уменьшаются потери массы, сокращаются  затраты труда на транспортировку, рациональнее используются холодильные  емкости, не ухудшается качество мяса.

Говяжьи полутуши замораживают при следующих параметрах: температура  от -30…до-40 град., скорость движения воздуха 1-2 м/с, относительная влажность воздуха 95-100%; продолжительность процесса в  пределах 24ч. Время замораживания  свиных полутуш и бараньих туш  составляет соответственно около 80 (18-20ч) и 60% (14-16ч) времени замораживания  говяжьих полутуш.

Интенсификация процесса замораживания мяса идет по пути понижения  температуры кипения хладогента, увеличения скорости циркуляции воздуха, использования криогенных жидкостей, а также нетрадиционных физических методов.

При понижении температуры  охлаждающей среды до -40 град. и  ниже и скорости движения воздуха  до 5м/с можно заморозить парные полутуши до посмертного окоченения (за 18ч), с  которым связано холодовое сокращение. По органолептическим свойствам  такое мясо не будет отличаться от мяса, замороженного двухфазным способом с предварительным созреванием. Максимальная скорость замораживания  достигается применением криогенных хладогентов. При этом значительно  повышается коэффициент теплоотдачи, обеспечивается ускоренный теплообмен, в максимальной степени сохраняется  исходное качество продукта и уменьшается  до минимума его усушка. Кроме того, обеспечивается повышенная обратимость  биологических процессов. Продукты, замороженные криогенными жидкостями, меньше подвержены воздействию холодового шока, в них не происходит денатурации  белка; при варке мясо получается более нежным и сочным.

Интенсифицировать процесс  замораживания можно и с помощью  физических методов – повышения  давления воздушного потока, применения ультразвука, вибрации и т.д.

1.4.2 Замораживание  птицы

Птицу замораживают в воздушной  среде после предварительного охлаждения или без него. Продолжительность  замораживания птицы в таре зависит  от ее вида и упитанности, температуры  и скорости движения воздуха. При -18 град. и естественной циркуляции - 48-72ч, при -23…-26 град. и скорости движения воздуха 1-1,5 м/с – 20ч (куры и утки), 35-40ч (гуси, индейки).

Быстрее можно заморозить птицу в скороморозильных аппаратах  туннельного типа при -30…-40 град. и  интенсивном движении воздуха. Продолжительность  замораживания составляет 4,5-10ч в  зависимости от упитанности и  вида птицы. Потери массы при замораживании 0,2-0,4%.

При замораживании в жидких хладоносителях в качестве теплоотводящей среды применяют в основном водные растворы хлоридов натрия и кальция, пропилен- и этиленгликоль; птицу  предварительно вакуумируют в термоусадочной пленке. При температуре -25 град. и  скорости циркуляции среды 0,1 м/с продолжительность  процесса замораживания упаковочных  тушек кур массой 1-2 кг составляет 0,5-1 ч. Воздушный способ позволяет  достичь такой продолжительности  замораживания только при -50 град. и  скорости движения воздуха 3 м/с.

Еще более перспективно применение модульных скороморозильных аппаратов, работающих на жидком азоте или диоксиде углерода, распыляемых с помощью  форсунок в зоне замораживания. Под  действием образующихся при этом паров хладагента происходят предварительное  охлаждение и выравнивание температуры  по объему продукта. Предварительное  охлаждение продукта исключает последующее  растрескивание его и, следовательно, сокращает потери массы при размораживании и кулинарной обработке. Продолжительность  замораживание полутушек кур  до среднеобъемной температуры -18 град. составляет 6 мин.

1.4.3 Замораживание  субпродуктов

Субпродукты замораживают на противнях, которые укладывают на рамы, этажерки или стеллажи, либо в виде блока при температуре -30…-55 град. и скорости движения воздуха 1-2 м/с. Продолжительность замораживания  при двухфазном способе 12ч, при однофазном – 18ч; при замораживании в морозильных  аппаратах – соответственно 2-3 и 4-7 ч.

1.4.4 Замораживание  продуктов из яиц

Из общего мирового производства яиц (650 млрд. шт./год) 10% подвергают замораживанию  в различном виде. Замораживают продукцию  из яиц – яичный меланж, альбумин (белки) и желтки с сахаром для  выпечки хлебобулочных изделий. Кроме того, замораживают соленый  желток, применяемый при изготовлении майонеза и приправ для салата, а также простой желток без  сахара и соли, используемый для  детского питания и в рецептуре  лапши. Замораживают и специальные  яичные продукты (смесь для яичницы-болтуньи, омлеты, суфле, кубики, рулеты и т.д.).