Регулювання параметрів середовища, що відводить тепло, при холодильній обробці і збереженні продуктів

Основним способом регулювання всіх перерахованих процесів є вплив на продукт за допомогою зміни параметрів середовища, що відводить тепло. Таким середовищем є, як правило, повітря.

До регульованих параметрів середовища належать: температура повітря 4(°С); відносна вологість (р (%); вологоутримування d (г/кг), швидкість руху v (м/с); барометричний тиск повітря Р (мПа).

Відносна вологість повітря, вологовміст і барометричний тиск повітря взаємозалежні. Відносна вологість повітря може бути представлена як відношення вологовмісту при певній температурі до вологовмісту повітря при тій самій температурі і повному насиченні повітря вологою. Зв'язок вологовмісту з перерахованими параметра­ми визначається співвідношенням

(3.56)

де <р- відносна вологість повітря при заданій температурі, %; Р_н.п. - парціальний тиск насиченої пари, мПа; Р_б - барометричний тиск повітря, мПа.

Парціальний тиск насиченої пари залежить від температури

(3.57)

де і„ -температура насиченого повітря, °С.

Аналіз виразів (3.56) і (3.57) свідчить про те, що відносна вологість і вологовміст повітря залежить від температури. При охолодженні продукту чи при його холодильному зберіганні ефективним способом зменшення втрати вологи з поверхні продукту є зниження температури повітря, а за відсутності вологоізоляції поверхні продукту — збільшення вологовмісту повітря.

Це збільшення досягається за допомогою розпилення дрібнодис-пергованої краплинної вологи в охолоджуваному об'ємі чи внесенням вологи у вигляді пари.

Вплив барометричного тиску на втрату вологи з відкритої невологоізольованої поверхні суттєвий. Це твердження випливає зі структури виразу (3.57).

Вплив барометричного тиску на збереження вихідних власти­востей продуктів забезпечує зберігання вихідних властивостей, переважно рослинних продуктів. Передбачається, що невелике зниження тиску щодо атмосферного є комплексним, оскільки пов'язане з постійним видаленням летких речовин, що виділяються продуктами (етилен, вуглекислий газ та ін.). Крім того, частковий вакуум знижує вміст у повітрі кисню на 0,1%.

Збереження вихідних властивостей продуктів під час зберігання у холодильному устаткуванні визначається сукупністю параметрів середовища, що відводить тепло:

• температури;

• швидкості руху повітря;

• відносної вологості повітря;

• вологовмісту;

• складу повітряного середовища;

• барометричного тиску повітря.

Холодильне устаткування повинно передбачати технічні можли­вості регулювання перерахованих вище технологічних параметрів.

У переліку факторів зовнішнього впливу на продукт значення температури як фактора, що визначає зберігання продукту, превалює над іншими. Тому в холодильному устаткуванні визначальним регульованим параметром є температура, що недостатньо відповідає вимогам холодильної технології.

Визначаючи температуру як найважливіший фактор, що забез­печує збереження продуктів у холодильному устаткуванні, варто звернути увагу на вимоги холодильної технології не тільки до сталості температури в часі, але й в об'ємі устаткування. Це стосу­ється області позитивних і негативних температур, до того ж в області негативних температур сталість зазначених параметрів має особливе значення, оскільки пов'язана з кількістю вимороженої води в продукті.

3.7.2. Вплив зміни температури середовища, що відводить тепло, на умови холодильного зберігання продуктів

Відповідно до норм холодильного зберігання продуктів передбачається незмінність у часі температури повітря. Коливання температури повітря сприяють інтенсифікації масоперенесення в обсязі продукту, а також і з його поверхні. При виникненні теплової хвилі в продукті, тобто при зміні температури в його обсязі в часі, молекули вільної води відщеплюються від макромолекул, переміщу­ються до поверхні продукту і випаровуються, в середовище, що відводить тепло.

Щодо зберігання заморожених продуктів, то вони мають більшу теплопровідність порівняно з охолодженими. Існує функціональний зв'язок між кількістю вимороженої води і температурою.

Під вимороженою розуміється вода, що перетворилася при заморожуванні продукту в лід. Кількість її оцінюють як відношення кількості вологи, що перетворилася в лід, до повної кількості вологи харчового продукту (частки одиниць).

На практиці оцінку кількості вимороженої води у харчових продуктах з достатньою для розрахунків точністю визначають на основі формули

(3.58)

де е» -кількість вимороженої води (частки одиниць); t_K._p. -- крі­оскопічна температура (температура початку замерзання тканинного соку продукту), °С; ґ_к._р= 1 с; t -температура, до якої заморожений продукт, °С.

Зазвичай температуру / вважають рівною середній кінцевій температурі продукту І_сж, тобто середній за обсягом продуктів наприкінці процесу заморожування.

Частка вимороженої води змінюється в інтервалі від нуля (при t = 4._Р.) ДО величини, що прямує до одиниці при t= 4вт.; Д^е 4вт -евтектична температура, тобто температура, за якою вся тканинна волога продукту перетворюється в лід. Ця температура залежить від молярної концентрації розчинених компонентів тканинного соку продукту. Для більшості продуктів вона дорівнює температурі від -70 до — 80°С. Отже, в умовах низькотемпературного зберігання продуктів

у холодильному устаткуванні при температурі повітря від -10 до -15°С певна частина вологи знаходиться в краплиннорідкому стані, що визначає можливість розвитку ферментативних і мікробіологічних процесів.

Зв'язок між кількістю вимороженої води і температурою має нелінійний характер. Для продуктів тваринного походження і для більшості рослинних продуктів характер залежності близький до експонентної функції. В області температур від t\= -1°C до від?2= -6°С, тобто близької до температури початку замерзання тканинних соків більшості харчових продуктів у лід перетворюється 75-95% вологи продукту. При зниженні температури заморожування або при холодильному зберіганні продукту в торговому холодильно­му устаткуванні при змінній температурі повітря спостерігається послідовне утворення кристалів льоду з подальшим їхнім відтаван­ням. Така послідовна зміна температури спричинює явища перекристалізації льоду в тканинній структурі продукту і погіршення його якісних показників.

3.7.3. Сталість температури в охолодженому об'ємі

Відповідно до технологічних вимог умов зберігання продуктів температура повітря у всіх точках охолоджуваного об'єму повинна бути та сама і не змінюватися в часі.

Наприклад, стосовно домашнього холодильника ця технологічна вимога означає, що в кожній полиці по висоті холодильника температура повітря повинна бути одна й та ж і не змінюватися в часі.

Отже, рівень технологічної досконалості холодильного устатку­вання допускає наявність технічних засобів, що забезпечують незмінність температури у будь-якій точці охолоджуваного об'єму і в часі.

Аналіз значимості параметрів, що впливають на збереження вихідних властивостей продуктів, іншими словами, ранжирування цих параметрів, дозволяє виділити температуру як головний і визначальний параметр із усіх, що описують стан повітря. Якщо в області позитивних температур нижня межа - - це кріоскопічна температура, то в області негативних температур із упевненістю можна відзначити лише тенденцію щодо одержання можливо більш низьких негативних температур - від -24 до -35°С.

Прагнення знизити температурний рівень холодильного зберігання продуктів у холодильному устаткуванні, насамперед, пов'язане із забезпеченням незмінності вихідних властивостей продукту.

Якщо розглядати масоперенесення у продукті і з його поверхні (усушку), то воно також залежить від температури

(3.59)

де а -коефіцієнт тепловіддачі від поверхні продукту до середовища, що відводить теплоту, Вт/(м²-К); S - площа поверхні продукту, м; т - тривалість холодильної обробки чи збереження продукту, с; Я- психрометричний коефіцієнт; М- маса продукту, кг; L - теплота випарування чи сублімації, кДж/кг; ер- відносна вологість повітря, %; t - температура холодильної обробки чи збереження продукту, °С.

Як випливає з виразу (3.59), при збереженні продукту при температурі середовища, рівній -24°С, усушка (G) дорівнює нулю.

При вологоізоляції поверхні, наприклад, при упакуванні продукту в алюмінієву фольгу чи поліетилен, коли втрата вологи з поверхні продукту практично виключена, внутрішнє масоперенесен­ня, тобто масоперенесення вологи з центральних шарів продукту до його поверхні, продовжується і є значним лише при тривалому холодному збереженні продукту.

При короткостроковому зберіганні продуктів у холодильному устаткуванні відбуваються більш істотні біохімічні, насамперед, ферментативні процеси. У цьому випадку найбільш ефективним шляхом зміни швидкості протікання процесу є зміна температури холодильного зберігання.

Для побутових холодильників останнього покоління істотним фактором стає підтримування високої відносної вологості повітря.

У холодильниках створюються, так би мовити, камери "свіжості", у яких продукти зберігаються без втрати вологи і без зміни вихідної якості, насамперед, рослинні продукти.

Отже, регулювання відносної вологості повітря в сучасному холодильному устаткуванні стає важливим фактором його удоскона­лювання.