16. Определение количества теплоты, отводимой в процесса охлаждения

где Спр – удельная теплоемкость продукта, зависит от температуры, но при температурах выше криоскопической ее изменение незначительно, кДж/(кг·К); Gпр – масса продукта, кг.

Более точно можно рассчитать Qк через энтальпию, т.к. удельная теплоѐмкость продукта зависит от температуры, хотя при температурах выше криоскопической еѐ изменение незначительно:

где hнач , hкон – энтальпии продукта, соответствующие начальной и конечной температурам продукта, соответственно, кДж/кг. С учетом испарения и внутренних тепловыделений:

где Wисп – количество влаги, испарившейся с поверхности продукта (абсолютная усушка), кг;

rп – скрытая теплота парообразования, кДж/кг;

g – внутренние тепловыделения единицы массы продукта в единицу времени, кВт/кг. Усушка обусловлена наличием разности температур, а следовательно и разности

парциальных давлений водяного пара над поверхностью продукта рп и в воздухе холодильной камеры рв, Па, и может быть рассчитана по формуле:

где βисп – коэффициент испарения, кг/(м2 с Па);

Fпр – площадь поверхности, участвующая в массообмене, м2;

р˝п, рв – парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре поверхности продукта и парциальное давление водяного пара в окружающем воздухе, соответственно, Па;

101,325 – нормальное атмосферное давление, кПа; рб – текущее атмосферное давление, кПа.

Коэффициент испарения βисп при перпендикулярном к поверхности охлаждения направлении воздушного потока определяется по формуле:

При горизонтальном направлении потока

где vв – скорость движения воздуха, м/с.

26

Парциальные давления водяного пара определяются по h-d – диаграмме влажного воздуха. Разность парциальных давлений водяного пара (р˝п - рв), Па, характеризующая массообмен при охлаждении продукта воздухом, находится как средняя за весь процесс по формуле

Потери массы продукта в процентном соотношении ∆G, %, (относительная усушка продукта):

Внутренние тепловыделения учитывают при расчете количества теплоты, отводимой от продуктов растительного происхождения, как теплоту их дыхания. Интенсивность дыхания в процессе охлаждения зависит от вида продукта и температуры охлаждающей среды и приводится в справочной литературе

27

17. Усушка продуктов при холодильной обработке, пути ее снижения

Усушка обусловлена наличием разности температур, а следовательно, и разности парциальных давлений водяного пара над поверхностью продукта рп и

ввоздухе холодильной камеры рв, Па

Врезультате усушки продуктов значительно снижается их масса и ухудшается качество. Нередко они теряют свою естественную окраску, приобретают неприятный лежалый привкус и запах. Величина усушки зависит от очень многих факторов. Решающее влияние на нее оказывают количество поступающего за единицу времени в камеры внешнего тепла, температура и влажность воздуха, вид, состояние, размеры и вид упаковки продуктов, размещение, способ укладки и продолжительность их хранения, степень заполнения камер и система охлаждения.

Для снижения усушки следует также применять, возможно, плотную укладку мороженых продуктов; укрывать штабели мороженого мяса, птицы и рыбы чехлами из синтетических пленок, брезента или марли, покрывая брезент

имарлю слоем ледяной глазури; не допускать хранения продуктов в частично загруженных камерах; избегать совместного хранения мороженого мяса с продуктами в таре; при хранении замороженных продуктов поддерживать, возможно, низкую температуру воздуха в камерах. При воздушном охлаждении камер хранения радикальной мерой борьбы с усушкой охлажденных грузов является также применение искусственного увлажнения воздуха устройствами с автоматическим регулированием.

28

18. Замораживание пищевых продуктов. Сущность процесса, значение, область использования. Характер протекания (температурный график) процесса замораживания. Понятия криоскопической и эвтектической температуры. Понятие, характер изменения и определение доли вымороженной воды

Вода является основным компонентом сырья и готовых пищевых продуктов, поэтому изменение состояния воды при замораживании существенно влияет на изменения в продуктах, т.к.:

-именно переход воды в твердое состояние при замораживании обеспечивает торможение нежелательных диффузных, микробиологических, химических, биохимических процессов в продуктах;

-именно испарение воды с поверхности продукта приводит к потере его массы и ухудшению егокачества;

-вода существенно изменяет при превращении в лед свои теплофизическиесвойства;

-вода имеет большую теплоемкость, большую теплоту фазовых переходов (кристаллизации и испарения).

Все это говорит о том, что вода, содержащаяся в пищевых продуктах в виде истинных, коллоидных растворов и эмульсий, существенно влияет на ход процессов холодильной технологии.

Нижним пределом процесса охлаждения является криоскопическая температура. При дальнейшем понижении температуры продукта наступает либо переохлаждение, либо кристаллизация содержащейся в нем влаги, либо переохлаждение, сопровождающееся кристаллизацией. Обычно вещество, при понижении его температуры ниже температуры фазового перехода, изменяет свое агрегатное состояние. Одно из исключений – вода, которая не подчиняется этому правилу. При понижении температуры воды ниже 0 оС не наступает немедленного фазового перехода воды в лед, и вода не кристаллизуется, т.е. не переходит в твердое агрегатное состояние, а находится в жидком агрегатном состоянии при отрицательной температуре. В некоторых случаях, т.е. при определенных условиях, возможно достижение температуры воды при атмосферном давлении минус 70 оС без кристаллизации.

Понижение температуры воды ниже температуры ее кристаллизации, не сопровождающееся образованием кристаллов и возможное при малой величине ориентирующих сил, называется переохлаждением. Глубина переохлаждения ограничивается предельной температурой переохлаждения и зависит от чистоты, подвижности жидкости, интенсивности теплоотвода, сотрясения, углов и ребер на поверхности контакта.

Т.о., при отводе теплоты от продукта, после его охлаждения, при достижении криоскопической температуры наступает процесс частичного или полного превращения в лед содержащейся в нем влаги. При кристаллизации влаги в поверхностном слое происходит процесс подмораживания продукта, при дальнейшем отводе теплоты – частичное или полное замораживаниепродукта.

К замораживанию пищевых продуктов прибегают в следующихслучаях:

-для обеспечения стойкости продуктов во время длительного хранения при низких температурах;

-при сублимационной сушке пищевых продуктов и при концентрировании жидких пищевых продуктов;

-для производства своеобразных пищевых продуктов (мороженое);

29

- для изменения физических свойств продуктов (хрупкость, твердость) перед другими технологическими операциями.

Тканевая жидкость (сок) животных и растительных тканей представляет собой коллоидную систему растворов солей, белков и углеводов. Характер замерзания коллоидных растворов отличается от замерзания молекулярных солевых растворов. Чистый солевой раствор при замерзании разделяется на две фазы: воду и соль. При оттаивании соль снова равномерно распределяется в воде, образуя первоначальный раствор. Т.о., процесс замерзания солевого раствора является обратимым. В коллоидных растворах частицы веществ, распределенные в растворителе, значительно крупнее, чем частицы в молекулярных солевых растворах. При понижении температуры продукта ниже температуры замерзания тканевого сока, зависящей от концентрации солей в нем, раствор начинает замерзать. В простейшем случае (для двухкомпонентного раствора) процесс кристаллизации идет при переменной температуре. Фазовая диаграмма для двухкомпонентного раствора представлена на рисунке 3.

Образующиеся в начале замерзания кристаллы состоят преимущественно из чистого растворителя – воды. С вымерзанием воды концентрация тканевого сока возрастает, вследствие чего криоскопическая температура оставшегося раствора понижается (левая кривая). Этот процесс продолжается до тех пор, пока раствор не достигнет эвтектической концентрации, ξэ, при которой он замерзает без отделения чистого растворителя изотермически при температуре, называемой эвтектической (tэ). Эвтектическая температура пищевых продуктов соответствует температуре, при которой вся свободная жидкость, входящая в их состав, превращается в твердое состояние. Эвтектическая температура пищевых продуктов находится в пределах минус 60 ÷ минус 65 оС.

В холодильной технологии воду, превратившуюся при замораживании в лед, называют «вымороженной». Естественно, что по мере замораживания материала доля вымороженной воды в продукте растет. До начала замораживания количество вымороженной воды равно нулю, при эвтектической температуре вода вымораживается полностью. Доля вымороженной воды, ω, измеряется в долях или процентах (относительная величина), изменяется от 0 до 1 (либо от 0 до 100%) и представляет

отношение количества льда Gл, кг, при данной температуре к суммарному количеству льда

I – раствор; II – лед; III – растворенное вещество Рисунок 3 – Фазовая диаграмма двухкомпонентногораствора

30

Промежуточные значения доли вымороженной воды при расчетной температуре t для разбавленных молекулярных растворов наиболее просто можно вычислить по формула Рауля:

диссоциированного раствора сложного состава, каким является тканевый сок продуктов, следует пользоваться более точной зависимостью, выведенной проф. Чижовым:

Доля вымороженной воды зависит только от температуры и свойств продукта. Она значительно возрастает по мере приближения к криоскопической температуре продукта, причем экспериментально было выявлено, что более половины (в мясе примерно 3/4) воды, содержащейся в продукте, вымерзает при температуре на 3÷4 оС ниже криоскопической. Способ и продолжительность замораживания непосредственного влияния на количество вымороженной воды не оказывают.

31