Лекція 13 Тема. ОХОЛОДЖЕННЯ ТА ЗАМОРОЖУВАННЯ

Лекція 13

Тема. ОХОЛОДЖЕННЯ ТА ЗАМОРОЖУВАННЯ

Мета. Розглянути сутність процесу та методи охолодження.

План.

1. Сутність та області застосування процесів.

2. Способи охолодження.

3. Штучне охолодження.

4. Способи заморожування.

5. Апарати для охолодження та заморожування.

6. Розморожування харчових продуктів.

1. Сутність та сфери застосування процесів

У харчовій технології дуже часто виникає необхідність охолоджувати гази, пару, рідини і тверді тіла. Основними параметрами при цьому є кінцева температура продуктів і швидкість їхнього охолоджування. Кінцева температура залежить від вихідного стану продукту, його виду і вимоги технологічного процесу. Швидкість процесу визначається в основному видом продукту, що охолоджується. Особливо актуальне питання вибору швидкості при охолоджуванні та заморожуванні харчових продуктів з метою збільшення термінів їх зберігання без зниження харчової цінності. Якщо швидкість недостатньо велика, то в продукті часто відбуваються небажані зміни внаслідок руйнівної дії мікробіологічних і ферментативних процесів, що можуть випереджати процес охолоджування. Практика показує, що чим швидше та глибше охолоджені свіжі продукти, тим краще зберігаються їхні первісні якості і менші витрати їхньої маси. Це відноситься до всіх продуктів рослинного й тваринного походження, наприклад таких, як м'ясо, риба, морепродукти, деякі молочні й кулінарні вироби.

У промисловій практиці користуються такими трьома способами холодильного оброблення і зберігання продуктів за їх середньооб'ємною температурою:

1) на 1-4° С вище від кріоскопічної - це охолоджування і зберігання охолоджених продуктів;

2) на 1-3° С нижче від кріоскопічної - це підморожування і зберігання підморожених продуктів;

3) значно нижче кріоскопічної - це заморожування і зберігання заморожених продуктів.

Під кріоскопічною температурою розуміють температуру початку утворення кристалів льоду з тканинних соків продукту; її дуже часто називають температурою замерзання. Для більшості харчових продуктів ця температура знаходиться близько мінус 1,5° С

Продукти охолоджують у випадках відносно короткого терміну їх зберігання (до 10-15 діб), причому охолоджені продукти за своїми властивостями майже не відрізняються від неохолоджених.

Охолоджування дуже часто є одним з етапів технологічного процесу виробництва різноманітних харчових продуктів. Охолоджуванню піддають карамель, глазурі та шоколад з метою переведення їх з пластичного стану в твердий у кондитерському виробництві; маргаринову емульсію перед кристалізацією; пивне сусло та пиво перед освітленням; патоку та глюкозу після вакуум-випарювання з метою запобігання колірності; ковбаси після термічного оброблення; вина з метою прискорення їхнього визрівання та стабілізації; молочні продукти (масло, сир) і т. д.

Підморожування - процес охолоджування продуктів до середньо-об'ємної температури на 1-3°С нижче від кріоскопічної. До підморожування звертаються в тих випадках, коли необхідно продовжити термін зберігання харчових продуктів. При цьому тільки невелика частина води, наявна в продукті, перетворюється на лід.

Заморожування являє собою відведення теплоти від харчових продуктів з перетворенням у лід більшої частини рідини, що міститься в них. До заморожування вдаються звичайно для досягнення таких основних цілей: 1) забезпечення стійкості продуктів під час тривалого зберігання за низької температури (до них належать м'ясо, птиця, риба, тісто, випечені хлібобулочні вироби, торти, сир, пельмені, ягоди, плоди, овочі та ін.); 2) відділення вологи під час концентрування пива, фруктових соків та інших рідких харчових продуктів або під час сублімаційного сушіння продуктів; 3) виробництво продуктів зі своєрідним смаком (морозиво, креми, морожені плоди та ягоди); 4) виробництво харчового льоду.

Відзначимо деякі особливості заморожування продуктів з метою їх тривалого зберігання. Кінцевою метою технології заморожування, на жаль, недосяжною на сьогодні, є збереження оборотності процесу. Перетворення тканинної рідини на лід під час заморожування продукту призводить до фізико-хімічних змін, що впливають на його якість. Щоб звести до мінімуму шкідливий вплив низьких температур на продукт у результаті заморожування, слід передбачати оптимальне поєднання температури, швидкості та тривалості процесу заморожування.

Передусім необхідно враховувати, що розчини солей та цукрів, що містяться в тканинах харчових продуктів, замерзають за більш низької температури, ніж чиста вода (інколи за мінус 60° С). Встановлено, що за температури мінус 4° С виморожується 3/4 води, що міститься в м'ясі, рибі, яйцях, і 1/2 - в плодах і картоплі. Під час подальшого зниження температури кількість виморожуваної води різко скорочується. Під час заморожування продуктів в них утворюються кристали льоду. Під час повільного заморожування кристали льоду зароджуються насамперед у міжклітинному просторі, що зумовлено меншою концентрацією цукрів і солей у ньому, ніж у клітинах. Тому міжклітинна рідина замерзає при вищій температурі, ніж та, що міститься в клітинах. У процесі зростання кристалів льоду, що утворилися і підвищення концентрації рідини в міжклітинному просторі волога з клітин мігрує в міжклітинний простір і викликає подальше зростання кристалів. Великі кристали льоду деформують і своїми гострими гранями руйнують тканину клітини.

Під час швидкого заморожування в тканинах виникає велика кількість центрів кристалізації, причому вони виникають як у міжклітинному просторі, так і в клітинах. Це пояснюється великою швидкістю зниження температури. Утворення великої кількості центрів кристалізації зумовлює невелике збільшення розмірів кри-сталів і відсутність руйнування оболонок клітин. Під час швидкого  заморожування швидкість утворення кристалів вища ніж швидкість переміщення вологи, тому значна частина рідини заморожується там, де вона знаходилася до заморожування. Для запобігання пошкодження клітинної структури необхідно застосовувати температуру заморожування мінус 40° С. При цьому в лід переходить майже 90% вологи, що міститься в плодах, ягодах і овочах, до 85% вологи - при заморожуванні м'яса. Аналогічне явище спостерігається і при замо-рожуванні продуктів коагуляційної структури (сир і інші).

Таким чином, при високому темпі заморожування утворюються дрібні кристали і завдяки цьому створюються умови для максимальної оборотності структури і властивостей продукту під час розморожування. Температурний режим зберігання для заморожених продуктів залежить від виду продукту і тривалості його зберігання. В рекомендаціях Міжнародного інституту холоду температуру мінус 12° С названо як максимально допустиму, а температуру мінус 18° С і нижчу - як рекомендовану.

Концентрування рідких продуктів (пива, соків, вина, оцту та ін.) шляхом заморожуванням (кріоконцентруваиням) грунтується на тому, що за низької температури вимерзає розчинник (вода), а екстрактивні речовини (цукор, сіль, кислоти, фарбуючі речовини і т. ін.) залишаються в розчині й не кристалізуються. При цьому рідину, що концентрується, заморожують за температури мінус 10 - мінус 12° С і на центрифугах відокремлюють від льоду.

2. Способи охолодження

Охолодження може бути природним і штучним. Під час природного охолоджування тіло може бути охолоджене тільки до температури довкілля, наприклад, до температури повітря або води. Нижчі температури досягаються штучним охолоджуванням. Для штучного охолоджування може бути використаний будь-який фізичний процес, пов'язаний з вилученням теплоти (плавлення, сублімація, кипіння та ін.).

Найбільш поширеними й доступними теплоносіями, що охолоджують, є вода, повітря й лід, які дають змогу охолодити до 0° С. Для охолоджування до температур нижче 0°С застосовують суміші льоду з сіллю, сухий лід, холодильні розсоли (розчини №С1, СаС12), зріджені аміак, фреони та ін.

Вибір того або іншого способу охолодження залежить від техні-ко-економічних показників різноманітних способів і визначається цільовим призначенням процесу, видом продукту і його кількістю.

Процес охолодження продуктів здійснюється в газовому (повітряному) й рідкому середовищах, в апаратах з теплопередаючою поверхнею, у вакуумі.

Повітряне охолодження. Повітря - найбільш розповсюджений холодоагент. Воно не має запаху і на більшість харчових продуктів не виявляє шкідливого впливу (за винятком окислюючої дії кисню).

До недоліку охолоджування в повітрі можна віднести низький коефіцієнт тепловіддачі з боку повітря (до 58 Вт/(м -К), порівняно низька питома теплоємність повітря [близько 1 кДж/(кг-К)], випаровування вологи з поверхні продукту, що супроводжується втратою їхньої маси за недостатньої вологості повітря.

Для інтенсифікації теплообміну підвищують швидкість переміщення повітря (за допомогою вентилятора) і збільшують перепад температур між ним і продуктом, що охолоджується. Кількість теплоти (у Вт), що втрачає рідкий продукт при випаровуванні в повітряне середовище в апаратах відкритого типу, визначають за формулою:

Водяне охолодження. Вода має більшу теплоємність і вищі коефіцієнти тепловіддачі, ніж повітря. Залежно від часу року і кліматичних умов температура води з водойми становить 12-25° С. Артезіанська вода має температуру 4—15° С. Для економії води і охорони навколишнього середовища вводиться система водообігу, що дає можливість різко скоротити споживання свіжої води і зменшити стік. При цьому воду після теплообмінного обладнання охолоджують у градирнях за рахунок часткового випаровування в повітря, що рухається протитечією, і після очищення знову спрямовують на використання в якості холодоагенту.

Охолодження в холодній воді або розсолі може бути контактним або безконтактним. При контактному охолоджуванні продукт розміщують у рідкому охолоджувальному середовищі. Наприклад, охолоджують тушки птиці й варені ковбасні вироби до 4-6°С, розміщуючи їх у спеціальні ванни або зрошуючи холодною (льодяною) водою (температурою 1-4°С). При безконтактному охолоджуванні продукт відділений від рідкого охолоджувача металевою стінкою або волого-непроникною оболонкою. Широко використовується льодяна вода для охолоджування молока в пластинчатих охолоджувачах.

Охолодження льодом. Лід застосовують для одержання температури близько 0° С, оскільки за цієї температури він плавиться і віднімає теплоту від продукту.

Якщо додати до льоду або снігу кристалічну поварену сіль (NaС1), то температура танення цієї суміші буде нижча ніж 0°С, і величина її визначається кількістю солі в суміші. Найнижчу температуру (-21,2° С) можна отримати при вмісті солі 29% у суміші.

У тих випадках, коли продукт, що охолоджується, рідкий, хімічно не взаємодіє з водою і для нього допускається розведення, лід вноситься в нього безпосередньо. При цьому лід нагрівається рідиною до 0° С, а після цього плавиться, віднімаючи теплоту плавлення від рідини, що охолоджується.

Тривалість охолоджування льодом залежить від умов проведення процесу; вона зменшується зі зменшенням розмірів шматків льоду і збільшенням інтенсивності перемішування рідини.

3. Штучне охолодження

Штучне охолодження широко застосовують у різних галузях народного господарства, наприклад, для кондиціонування повітря, збереження харчових продуктів. До хіміко-технологічних процесів, здійснюваних при штучному охолодженні, відносяться процеси кристалізації, поділу газів, сублімаційного сушіння, деякі реакторні процеси. Холодильні процеси використовуються також у металургії, електротехніці й електроніці, ядерній, ракетній та інших галузях техніки. Охолодження завжди пов'язане з перенесенням теплоти від тіла з більш низькою температурою до тіла з більш високою температурою. Відповідно до другого початку термодинаміки, таке перенесення потребує витрати енергії. Тому для одержання холоду необхідно безупинно підводити енергію до холодильної установки.

Способи одержання штучного холоду класифікуються за необхідною температурою охолодження. Умовно розрізняють помірне охолодження (діапазон температур від +20 до -Т00°С) і глибоке охолодження (температури нижчі ніж -100° С). Температури, близькі до абсолютного нуля (4 К и нижчі), одержують тільки в лабораторних умовах.

У процесах штучного охолодження теплота від охолоджуваного тіла відводиться до холодильного агента, що виконує роль переносника теплоти. Температуру холодильного агента знижують за допомогою випаровування рідин з низькою температурою кипіння, наприклад NH3, фреонів (СС1F2, СНС1F2) тощо, або розширення попередньо стиснутих газів. Так, якщо випаровувати N113 при тиску 0,1 МПа, то він буде кипіти при температурі -34°С. Розширення газів і зниження тиску здійснюються в дроселюючих устроях або в детандерах.

Процес розширення ідеального газу відбувається без зміни ентальпії, і температура його не змінюється. Дроселювання ж реальних газів супроводжується зниженням температури, незважаючи на постійність ентальпії. Явище зміни температури реального газу при його дроселюванні називається дросельним ефектом. При проходженні газу через детандер (машину, подібну до компресора) він розширюючися, здійснює роботу.

Крім випаровування низькокиплячих речовин і розширення газів, для охолодження використовують тепловий ефект плавлення, звичайно льоду, але його можна використовувати тільки до температури його плавлення, тобто до 0° С. Для безперервного помірного охолодження найчастіше використовують компресійні холодильні машини. У цих машинах у якості холодильних агентів використовують речовини з низькою температурою кипіння, що здатні випаровуватися за температури нижчої від 0° С при підведенні теплоти від охолоджуваного тіла. Внаслідок наступного стиснення пари й охолодження до звичайної температури вона знову перетворюються на рідину. Стиснення пари здійснюється в поршневих чи турбокомпресорах.

Робота компресійної холодильної машини побудована за принципом замкнутого циклу. Компресор видаляє з випарника пару холодильного агента і стискує її до тиску, за якого вона може бути зріджена при охолодженні водою в конденсаторі. Рідкий холодильний агент із конденсатора подається через дросельний вентиль у випарник, де випаровується за низької температури, віднімаючи теплоту від охолоджуваного середовища. При дроселюванні ентальпія агента не змінюється, а тиск і температура знижуються. Пара холодильного агента, що виходить із випарника, находить у компресор, стискується, і цикл повторюється.

Основними вимогами до речовин, які застосовуються як холодильні агенти, є велика прихована теплота випаровування та можливо менший питомий об'єм пари. Велика прихована теплота випаровування дозволяє зменшити кількість агента, що циркулює в системі, необхідну для досягнення заданої холодопродуктивності, а малий питомий об'єм пари приводить до зменшення розмірів холодильної машини. Крім того, холодильний агент не повинен бути хімічно агресивний, має задовольняти вимозі пожежної безпеки і бути по можливості нешкідливим. Зараз найбільше як холодильні агенти використовують фреони й аміак. Фреони являють собою фторхлорпохідні метану. Фреони нешкідливі, пожежо- і вибухобезпечні, не спричинюють корозії конструкційних матеріалів. Недолік фреонів - їхня висока плинність, що потребує забезпечення високої герметичності системи, і здатність розчиняти мастила.

У деяких технологічних процесах потрібні нижчі температури, ніж ті, котрі можуть бути отримані при використанні одноступінчастих холодильних машин. Наприклад, одноступінчата машина з аміаком дозволяє одержати температуру не нижче ніж -34°С. Для досягнення нижчих температур одноступінчасті машини малоефективні або зовсім непридатні. Тому для одержання нижчких температур застосовують двоступінчасті або триступінчасті машини. Шляхом двоступінчастого стиснення аміачної пари можна одержати температури до -50° С, шляхом триступінчастого - до -70° С. У виробничих умовах холодильна установка звичайно обслуговує кілька апаратів, для охолодження яких використовують проміжні холодоносії. Як проміжні холодоносії використовуються охолоджувальні розсоли - водні розчини солей СаC12, МgС12, NaС1, що замерзають тільки за низьких температур. Охолоджувальні розсоли подаються с допомогою насосів від випарника холодильної машини, де вони охолоджуються, до споживачів холоду, де вони віддають холод і самі нагріваються. Вибір розсолу і його концентрації залежить від необхідної температури охолодження, що повинна бути вища за температуру замерзання розсолу.

Для штучного охолодження застосовуються також пароежекторні і абсорбційні холодильні установки. Дія абсорбційних холодильних установок грунтується на поглинанні пари холодильного агента яким-небудь абсорбентом і наступним виділенням її шляхом нагрівання. Замість стискання холодильного агента в компресорі, необхідного для наступної конденсації, в абсорбційній холодильній ус-тановці застосовуються десорбція і відгонка холодильного агента з розчинника під надлишковим тиском.

Найчастіше в якості холодильного агента в абсорбційних установках використовують аміак, а абсорбента - вода. Аміак дуже добре поглинається водою, причому температура кипіння розчину вища, ніж аміаку.

Абсорбційні й пароежекторні холодильні установки в харчових технологіях майже не застосовуються.

4. Способи заморожування

Основні способи заморожування в сучасній технології, як і охолоджування, поділяються на заморожування в рідкому середовищі і заморожування в повітряному середовищі. Найчастіше застосовують контактне заморожування в повітрі. Розрізняють заморожування з природним переміщенням повітря (в камерах) та зі змушеним рухом повітря (тунельні морозилки, гравітаційно-конвейєрні та флюїдиза-ційні швидкоморозильні апарати). Найбільш перспективне заморожування продуктів охолодженим повітрям в псевдозрідженому шарі. Цей вид заморожування називається флюїдизацією, а швидкоморозильні апарати, в яких здійснюється процес, називаються флюїдизаційними. Істотні переваги цих апаратів порівняно із звичайними - скорочення часу заморожування і вища якість заморожених продуктів.

Рідкими середовищами для контактного заморожування продуктів (риби, м'яса) є розчини солі (наприклад, кухонної солі). Водночас із перевагами (простота й доступність, прискорення процесу і відсутність втрати маси) цей спосіб заморожування має й недолік - проникнення солі в продукт, що приводить до зміни його кольору і погіршення зовнішнього вигляду. Застосовують і розсольне охолоджування продуктів, які упаковані в різноманітні плівки.

Заморожування киплячими холодоагентами буває безконтактним і контактним. Безконтактне заморожування здійснюється здебільшого в швидкоморозильних апаратах, де продукти затискаються між порожніми металевими плитами, в яких "кипить" холодоагент. Під час контактного заморожування використовують кріогенну рідину - азот або фреони (хладони). Цей метoд холодильного оброблення різноманітних продуктів (м'ясних, молочних, кулінарних виробів) найперспективніший, бо процес заморожування протікає швидко і за дуже низьких температур. Існує декілька способів заморожування харчових продуктів за допомогою рідкого азоту: під час безпосереднього контакту з газоподібним азотом; зануренням в азот; зрошенням рідким азотом. Азот - інертний газ без запаху і смаку; під час контакту з харчовими продуктами шкідливо на них не впливає. Зазначимо, що температура кипіння азоту під час нормального атмосферного тиску мінус 196°С, а заморожування в рідкому азоті обходиться в 3^ рази дорожче, ніж заморожування в повітряному середовищі.

5. Апарати для охолодження і заморожування

Залежно від призначення розрізняють апарати для охолоджування і апарати для заморожування продуктів. За видом продуктів, що піддаються охолоджуванню і заморожуванню, розрізняють апарати для рідких, пластичних і твердих продуктів. Залежно від агрегатного стану охолоджувального середовища розрізняють: обладнання для охолоджування і заморожування в повітряному середовищі, в рідкому середовищі, а також таке, що використовує твердий теплоносій (лід та "сухий" лід) і вакуум.

Охолоджування і заморожування харчових продуктів у повітряному середовищі - найбільш розповсюджений засіб. Розрізняють установки з природним переміщенням повітря (камери і тунелі) та зі змушеним рухом повітря (тунельні морозилки, гравітаційно-конвейєрні і флюїдизаційні швидкоморозильні апарати).

Якщо потрібно заморозити чи охолодити невелику кількість продукту, то використовують найпростіші апарати й пристрої. В умовах централізованого виробництва охолоджених і кулінарних виробів застосовують спеціалізовані апарати періодичної та безперервної дії.

Серед безперервно діючих апаратів для охолоджування рідких продуктів застосовуються пластинчасті, трубчасті і зрошувальні охолоджувачі, їхнє влаштування принципово не відрізняється від приладів теплообмінних апаратів, призначених для нагрівання.

До трубчастих теплообмінників (охолоджувачів) відносяться й спеціальні апарати - ультраохолоджувачі, в яких для охолоджування використовують безпосередньо випаровуваний холодоагент. Вони являють собою апарат, у якому є декілька горизонтально розташованих елементів типу "труба в трубі". По внутрішній трубі кожного елемента протікає продукт, що обробляється, а по міжтрубному простору - холодоносій (аміак або фреон). Для запобігання продукту (вина, соку та ін.) від замерзання в порожнину внутрішньої труби вставлена мішалка. Значна швидкість руху оброблюваного продукту і його перемішування забезпечують швидке охолоджування без замерзання. Ультраохолоджувачі можуть бути використані і для концентрування вин, соків та інших рідких продуктів їхнім виморожуванням.

Льодогенератор для одержання лускоподібного (снігового) льоду. В ньому застосовано принцип механічної інтенсифікації теп-лообміну за рахунок знімання шару льоду з охолоджувальної оболонки механічним способом (скрібками).

Апарат являє собою порожній циліндр - корпус, оточений охолоджу-вальної оболонкою. В оболонку через штуцер надходить рідкий холодоагент. На внутрішню поверхню циліндра насосом подають воду через форсунки. Стікаючи, вода замерзає тонким шаром льоду, який зрізується ножем, закріпленим на вертикальній осі що обертається. Ніж та трубка з форсунками для розбризкування води обертаються з однаковою частотою, оскільки їх насаджено на спільну раму. Отриманий лід разом з водою падає в піддон, звідки надходить у виробництво або для виготовлення брикетів.

Апарати для охолоджування і заморожування твердих продуктів за видом контакту продукту з холодоносієм бувають контактними та безконтактними. У контактних апаратах продукт (без упаковки або разом з нею) має безпосередню межу розподілу з холодоносієм, а в безконтактних безпосереднього контакту продукту з холодоносієм немає.

Як приклад контактного апарату з повітряним охолоджуванням розглянемо холодильну шафу Такі апарати застосовують для охолоджування і заморожування різноманітних за формою і розмірами продуктів, що надходять на оброблення у порівняно невеликих кількостях. Апарати універсальні, прості й надійні в експлуатації, не потребують значних затрат ручної праці. Всередині теплоізоляційної камери / знаходяться повітроохолоджувач, вагонетка та канал з відбивачами у верхній частині апарата для організації поперечного руху повітря. Повітря з каналу всмоктується вентилятором, проходить через повітроохолоджувач, після цього обдуває продукти і знову надходить у канал. Продукт (м'ясо, риба, птиця, овочі, плоди) в упаковці або без неї вкладають на металеві листи (лотки) з проміжком, необхідним для циркуляції повітря, і встановлюють на вагонетку, яку за-кочують в апарат через завантажувальні двері. У подібних апаратах режим оброблення продукту залежить від температури, що створюється в повітроохолоджувачі.

Заморожування в рідких холодоносіях або кріогенних рідинах більш ефективне, ніж у повітряному середовищі, оскільки інтенсивність тепловідводу від продукту при цьому різко зростає. Продукт у них заморожується швидко, що забезпечує його гарну якість і невеликий розмір втрат маси (до 0,5%).

Апарату для заморожування продуктів рідким азотом являє собою решітчастий конвейєр, теплоізольований камерою, в якій розміщені вентилятор і зрошувальний пристрій. Для максимального використання охоложувального ефекту азоту апарат по довжині розділений на три зони.

Пара азоту із середньої зони ІІ за допомогою вентилятора спрямовується в зону попереднього охолоджування, де продукт (може бути упакований в тонку, щільно прилеглу плівку) охолоджується до -1°С. Після цього - продукт надходить у зону зрошення, де відбувається його повне заморожування (температура в центрі до мінус 10°С). Рідкій азот, який не випарувався, стікає в резервуар для рідкого азоту і насосом подається знову в форсунки. В зоні температура продукту вирівнюється по об'єму в середовищі газу. Продукт виводиться з апарата з температурою близько мінус 20°С. Азот виходить з установки з температурою мінус 50-60°С.

Вартість кріогенного заморожування харчових продуктів рідким азотом дуже висока через високу ціну азоту (в 3—4 рази дорожче, ніж заморожування в повітрі). У таких апаратах доцільно заморожувати ті продукти, натуральні властивості яких можна зберегти лише під час дуже швидкого заморожування і дуже низьких температурах, наприклад рослинні продукти з ніжною консистенцією (малина, полуниця, цитрусові), продукти з панірованою поверхнею, пельмені.

Широке розповсюдження в харчових виробництвах отримали контактні морозильні апарати, що грунтуються на методі відведення теплоти з продукту під час безпосереднього контакту з охолодженою металевою поверхнею.

Останнім часом поширюється спосіб вакуумного охолоджування, в якому відведення теплоти здійснюється за рахунок прихованої теплоти фазового переходу частини вологи, що міститься в продукті. Такий спосіб застосовують для охолоджування плодів, риби, сиру, м'ясного фаршу, курей, кулінарних виробів. Процес вакуумного охолоджування рідких і пастоподібних продуктів, які містяться у відкритих функціональних ємностях, супроводжується їх розбризкуванням і віднесенням з паровими бульбашками, що утворюються під час кипіння. Спливаючи до вільної поверхні, бульбашки швидко збільшуються в об'ємі і, руйнуючись, викидають краплі продукту з ємності. Інтенсивність кипіння продукту, що охолоджується, залежить від швидкості зміни тиску в вакуум-камері.

Процес вакуумного охолоджування і заморожування продуктів здійснюється у вакуум-охолоджувачах і вакуум-заморожувачах. У них продукт охолоджується внаслідок випаровування частини води, бо при цьому витрачається теплова енергія на пароутворення. Кінцева температура залежить від глибини розрідження і відповідає температурі пари при тиску в апараті. Наприклад, при розрідженні в охолоджувачі 680 мм рт. ст. (остаточний тиск 80 мм рт. ст.) продукт за рахунок самовипаровування охолоджується до 50° С. Вакуум-охолоджувач являє собою герметичну посудину, з'єднану з конденсатором і вакуум-насосом. З цією метою може бути використаний вакуум-випарний апарат з двотільною нагрівальною камерою.

6. Розморожування харчових продуктів

Розморожування продуктів здійснюють перед випуском у реалізацію, кулінарним обробленням або промисловим переробленням. Метою цього процесу є повернення продукту в стан, близький до вихідного, який був перед заморожуванням. У підприємствах харчування процес розморожування є одним з основних, бо значна частина сировини і напівфабрикатів надходять на підприємства галузі в замороженому стані.

Процес розморожування продукту проходить зі зміною його агрегатного стану - кристали льоду в продукті перетворюються на рідину. Процес теплообміну в цьому випадку складається з двох стадій: теплота підводиться до поверхні замороженого продукту, а після цього передається на глибину продукту через талу зону; причому ко-ефіцієнт теплопровідності розмороженого продукту в 2-2,5 разу нижчий, ніж замороженого. Тому при великому перепаді температур між продуктом і навколишнім середовищем легко виникають місцеві перегрівання поверхні, які негативно впливають на якість продуктів.

Існують два методи розморожування продуктів: поверхневе і внутрішнє нагрівання. При поверхневому нагріванні енергія для відтавання надходить від поверхні продукту, а як носії теплоти використовують повітря, пароповітряні суміші, рідину (воду, розсіл). Під час внутрішнього нагрівання теплова енергія виділяється всередині продукту, при цьому для одержання теплоти використовують струми НВЧ, ІЧ-промені та ультразвук.

Методи внутрішнього нагрівання пов'язанні з більшими енергетичними затратами, ніж розморожування в повітрі або у воді, але вони дуже прості, гігієнічні і технологічні; вони застосовуються в основному для розморожування, розігрівання і приготування кулінарних виробів.

Найчастіше розморожування здійснюється у спеціальних камерах з посиленою циркуляцією повітря, яке кондиціонується - дефростерах. Температуру повітря, що циркулюється поступово збільшують, підтримуючи її постійно на 5-6°С вище від температури продукту, що розморожується, вологість повітря підтримують на рівні 80%.

Розморожування вважається завершеним при досягненні в товщі продукту кріоскопічної температури.  У воді продукти розморожують шляхом занурення (наприклад, м'ясо, рибу, птицю) або зрошенням. Під час розморожування у воді скорочується тривалість процесу і виключається втрата маси внаслідок випаровування вологи.

Перенесення теплоти під час розморожування описується рівняннями теплопередачі й теплового балансу. Кількість теплоти, яку треба підвести до продукта, складається з теплоти Q1, необхідної для підвищення температури продукту від tх до tк, Q2 - теплоти відтавання і Qз - теплоти, необхідної для можливого підвищення температури розмороженого продукту від tк до tн всередині, тобто теплоти отеплювання:

Q = Q1 + Q2 + Q3

Значення цих величин коливаються в широких межах залежно від виду, властивостей, розмірів і форми продуктів; вони визначаються в основному експериментально.

Апарати для розморожування продуктів розрізняють: з підведенням теплоти до поверхні продукту і з об'ємним нагріванням продукту. Апарати для розморожування з підведенням теплоти до поверхні продукту поділяють на повітряні і рідинні.

Апарати з повітряним обігріванням працюють аналогічно апаратам для заморожування. Тільки замість охолоджувальних у них встановлюють нагрівальні батареї. Апарат, де здійснюють розморожування, обладнують кондиціонерами або калориферами і системою повітряних каналів. Він має теплоізоляційну огороджуючу конструкцію, всередині якої знаходяться системи транспортування продукту, подачі повітря, автоматичного управління і регулювання. Під час розморожування в повітрі перепад температур між повітрям і продуктом повинен забезпечити відсутність точки роси з метою запобігання конденсації вологи. При розморожуванні продуктів (в основному м'яса) в пароповітряному середовищі досягається значне прискорення процесу, тому що отеплювання відбувається конденсуючою парою.

Рідинні апарати для розморожування бувають занурювальними і зрошувальними. У занурювальних апаратах продукт кладуть у гарячу воду, а в зрошувальних розморожувачах гаряча вода зрошує продукт зі спеціальних розбризкувальних приладів.

Під час розморожування НВЧ-енергією найбільш істотними факторами, які впливають на протікання процесу й кінцевий результат, є потужність НВЧ-енергії, маса продукту, що розморожується і тривалість процесу (до 4-5 хв). Такі фактори, як температура повітря навколишнього середовища, його відносна вологість, відіграють незначну роль і в деяких випадках взагалі не впливають на процес розморожування в НВЧ-полі. У промисловості використовується конвейєрна НВЧ-установка з частотою збудження 433 МГц, потужністю 6 кВт для розморожування м'ясних блоків. Тривалість впливу НВЧ-енергії при цьому становить 4 хв.

Питання для самоперевірки

1. Основні цілі процесу заморожування харчових продуктів.

2. Що розуміють під кріоскопічною температурою?

3. Як визначається тривалість охолоджування і заморожування продукту?

4. Сутність процесу розморожування продуктів.

5. Принцип дії компресійної холодильної машини.

6. Дайте порівняльну характеристику холодоагентам аміак і фреон.

7. Способи заморожування харчових продуктів.

8. Принцип дії льодогенератора.

9. Сутність процесу розморожування продуктів.

10. Які бувають апарати для розморожування продуктів?

Використана література.

19. Процеси і апарати харчових виробництв / За редакцією А.М.Поперечного.- К.:Центр учбової літератури, 2007, - 301 с.

20. Стабников В.Н., Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств.-М.:Пищ.пром-сть, 1984, -349 с.

21. Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. –М.: Агропромиздат, 1999, - 430 с.