Рубрики
Охолоджені та заморожені продукти

Контроль і вимір температури *

М. Л. Вульф, Агентство з харчових стандартів, Лондон

Вступ

Практика вимірювання і зберігання записів температури в харчовій промисловості не нова, і в певних областях, таких як, наприклад, консервування, застосовується багато років. Проте в охолодженні харчових продуктів вона широко застосовується порівняно недавно, за винятком налаштування апаратури вимірювання температури для холодильників. Основна причина уваги до контролю температури - це можливість харчового отруєння і введення нового законодавства, що стосується контролю температури охолоджених харчових продуктів там, де відхилення температури і можливе зростання патогенних мікроорганізмів можуть породити проблеми. Розвиток Європейського співтовариства призвело до розробки та прийняття узгодженої директиви по санітарії, яка охоплює зміни, зроблені в окремих країнах. У поєднанні з директивами по санітарії виробництва продуктів тваринного походження це ще більше підкреслило важливість управління ризиками. Тому практичне використання контролю температури за останні десять років швидко розвивалося, і такий контроль став складовою систем управління якістю та безпекою.

зміни законодавства

У Великобританії Правила харчової санітарії (поправка) (FoodHygiene (Amendment) Regulations) 1990 р [1] і Акт з безпеки харчових продуктів (Food Safety Act) 1990 р [2] значно змінили процес охолодження. Згідно [1] був впроваджений контроль температури для деяких видів охолоджених продуктів, застосовуваний на всіх етапах процесу охолодження. Додаткові невеликі зміни були зроблені в 1991 р [3]. До теперішнього часу далеко не всі споживачі холодильних установок використовували регулярний контроль (моніторинг) температури, але коли вони почали застосовувати такий контроль, вони усвідомили його гідності і користь для контролю якості.

Акт з безпеки харчових продуктів 1990 р дав уряду додаткові повноваження, що дозволяють видавати закони по багатьом новим областям. Одне із значних змін Акта 1990 р міститься в розділі 21. У ньому описані умови, при яких можлива захист від звинувачень, висунутих на підставі Акту. Захист на основі гарантій по Акту 1984 р була замінена захистом на основі «належної дбайливості». Щоб підтвердити «належну дбайливість», компанії повинні продемонструвати, що вони прийняли всі «розумні запобіжні заходи» і «повністю проявили належну дбайливість». Багато компаній перейшли на поліпшені системи контролю і перевірки з урахуванням існуючого паралельно в прецедентному праві закону про «належної дбайливості».

Директива по санітарії (Hygiene Directive 93 / 43 / EEC) [4] була введена в дію в Великобританії в 1995 р (див. [5]), і в ній основний упор робився на аналіз ризиків за методом НАССР (вказівка ​​4 (3 )), а не давалися розпорядження або докладні вказівки по санітарно-гігієнічним вимогам і методам. Існує загальна вимога, що тимчасові приміщення та обладнання для транспорту має бути в змозі підтримувати харчові продукти при відповідних температурах, а при необхідності конструкція приміщень і обладнання повинна дозволяти контролювати ці температури.

Вимоги Директиви, що стосуються контролю температури, встановлені в документі від 1995 р [6] Крім того, для забезпечення безпеки харчових продуктів і прогнозування зростання мікроорганізмів при різних температурних умовах уряд зміг використовувати математичну модель, що розроблялася протягом п'яти років (MAFFMicromodel). В результаті раніше прийняті вказівки по контролю температури були спрощені.

Законодавство ЄС вже містило вимоги з контролю в сфері харчових продуктів тваринного походження, наприклад, м'яса, м'ясних продуктів, птиці і т. Д. Для реалізації концепції єдиного ринку після січня 1993 р було погоджено близько десятка загальних директив, що стосуються гігієнічного виробництва продуктів тваринного походження - від свіжого м'яса до двостулкових молюсків. Деякі з цих директив були новими, а решта були заново узгоджені на основі директив, які діяли в ЄС. У всіх цих директивах містяться певні вимоги щодо контролю температури. Йде робота по об'єднанню всіх загальних санітарних директив в одну спрощену. Єдина обов'язкова вимога по контролю і реєстрації температури засноване на вказівці ЄС, що вимагає забезпечення холодильників і транспортних засобів для зберігання або транспортування свіжозаморожених харчових продуктів контрольною апаратурою [7]. Ця вимога прийнято також в угоді Європейської економічної комісії ООН, яке спрощує транспортування швидкопсувних харчових продуктів між сусідніми країнами [8] для узгодження вимог ЄС до транспортних засобів третіх країн.

Системи управління ризиками і якістю продукції

Коли компанії стали досліджувати і впроваджувати системи контролю (моніторингу) температури, незабаром стало ясно, що це дозволяє компенсувати капітальні та трудовитрати. Кращий контроль температури сприяє як підвищенню безпеки харчових продуктів, так і поліпшення їх якості, і може дати економічні вигоди за рахунок більш ефективного використання енергії.

Зміни в законодавстві також зажадали впровадження відповідних систем забезпечення безпеки харчових продуктів. Всі харчові виробництва відповідальні за визначення критичних моментів своїх технологічних процесів. В окремих країнах і в світовому співтоваристві прийнято метод НAССР {Hazard Analysis and Critical Control Points, аналіз ризиків по критичним контрольним точкам). При використанні цього методу визначаються ризики і контрольні точки технологічного процесу для управління цими ризиками. Тут важливо, що план НАССР визначається для конкретного продукту і технологічного процесу, а також те, що він повинен постійно контролюватися. Реалізувати НАССР допомагає Директива з гігієни і санітарії, що містить вказівки щодо конкретних напрямків (до 1990 р було опубліковано шість посібників) [9]. Залежно від конкретного продукту і технології контроль температури може бути включений або не включений в план НАССР. Особливої ​​вимоги вести реєстрацію перевірок температури немає, але ці записи можуть виявитися корисними, щоб продемонструвати, що вимоги законодавства виконуються. Важливо, що контроль температури пов'язаний з іншими контрольними точками і є частиною загальної системи НАССР. Зрозуміло, що НАССР рідко реалізується ізольовано - цей метод поєднується з системами контролю якості для забезпечення випуску на технологічному обладнанні безпечних харчових продуктів однорідної якості. Існує багато систем забезпечення якості, і найбільш широко використовувані з них засновані або на ISO 9000 або на TQM (система загального управління якістю, Total Quality Management). Система ISO 9000 [10] містить два основні стандарти (7509001 і 9002) і різні вказівки. Компанії визнаються відповідними цим стандартам (шляхом акредитації) після їх впровадження. Система TQM в більшій мірі відноситься до культури виробництва, мобілізуючи всіх співробітників організації на досягнення сталості якості і задоволення споживача, а також на постійне вдосконалення виробництва. Удосконалення технології Щодо дешеві кошти мікроелектроніки дозволили проводити відносно невеликі пристрої для зберігання великих обсягів інформації. Ці пристрої в даний час широко застосовують в поєднанні з комп'ютеризованими системами управління. За останні кілька років в комп'ютерній технології і техніці зв'язку зроблено величезний крок вперед. Супутникові системи стеження можуть відстежувати стан транспортного засобу і передавати на базу загальну інформацію про його холодильній установці і двигуні. Вітрини також можуть бути оснащені вбудованими системами контролю температури і вологості для забезпечення придатності нерозфасованих продуктів протягом усього терміну зберігання. Таким чином, там, де вимірювання температури є частиною системи забезпечення безпеки та якості, нова технологія допомагає накоплівать і обробляти дані. Важливість контролю (моніторингу) температури Вимоги по контролю температури в Англії і Уельсі застосовуються до тих харчових продуктів, в яких велика ймовірність зростання мікроорганізмів або утворення токсинів. Такі продукти повинні зберігатися при температурі 7 ° С або нижче, однак ця вимога повинна бути реалізовано в поєднанні з іншими умовами, заданими в загальних положеннях з гігієни і санітарії [27179]. Очевидно, що якщо можна виключити потрапляння патогенних мікроорганізмів в харчові продукти, то контроль температури необхідний тільки для продовження терміну придатності при зберіганні продукту. Однак так буває рідко, і підхід, прийнятий в системі НАССР, полягає у визначенні температури на кожній стадії обробки продукту, де є ризики, і можливостей їх контролю. Зниження температури не знищує мікроорганізми, а уповільнює їхній ріст, в зв'язку з чим зберігання сировини, проміжних і готових продуктів при низьких температурах грає свою роль в забезпеченні безпеки харчових продуктів. Інші важливі галузі - це відповідна підготовка операторів, запобігання механічного забруднення, застосування відповідної арматури і обладнання, правильні режими очищення та миття, а також боротьба з шкідниками. Холодильне обладнання створюється для роботи протягом тривалого часу без участі людини, проте впливати на регулювання температури можуть різні події і крім поломок. Важливо контролювати правильну періодичність циклів розмерзання і завантаження продуктів в холодильники, що принципово важливо для їх нормальної роботи і руху в них повітря. Моніторинг температури повітря здатний показати, чи правильно працює і управляється холодильне обладнання, хоча при цьому може виявитися важче визначити температуру продуктів. У деяких випадках моніторинг температури повітря неможливий, і потрібно визначати температуру продуктів або моделі продукту. Принципи моніторингу температури вибір системи В даний час багато різні системи моніторингу температури випускаються серійно - від простого термометра до повністю комп'ютеризованої системи, з'єднаної з локальною системою охолодження або навіть з центральною системою управління. Вибір системи залежить від обсягу інформації, яка необхідна оператору, і вартості одержання цієї інформації. Якщо система моніторингу повинна забезпечити детальну інформацію про роботу системи, з'єднаної з іншими системами регулювання, то очевидно, що потрібно більш досконала і складна система. Для отримання повної картини розподілу температури в системі охолодження вона може містити багато датчиків. Система може містити також датчики для отримання іншої інформації - наприклад, про циклах розморожування, тисках компресора і вентилі, про відкриття дверей і про споживання енергії. Система може бути пов'язана з системою аварійної сигналізації (і навіть телефоном), містити інформацію про запаси і кодах партій товару. З іншого боку, якщо потрібно тільки перевіряти, чи знаходиться температура зберігання продукту в певному діапазоні (критична контрольна точка), то кількість інформації, що збирається можна зменшити. В опублікованій літературі з моніторингу температури [7, 27179] міститься дуже мало конкретних рекомендацій. Керівництва, опубліковані IFSТ [15], дають інформацію про моніторинг температури повітря і доповнені в керівництві Міністерства охорони здоров'я [16]. Ці Керівництва були пізніше замінені Промисловими нормами і правилами [9]. Практичні рекомендації з моніторингу температури є в додатках до деяких з них (наприклад, до норм і правил роздрібної торгівлі та громадського харчування), але вони не є їх частиною. Яку температуру контролювати? При конструюванні системи контролю (моніторингу) і при виборі температури, вимірюваної в системі охолодження, слід враховувати наступне: вибір контрольованих температур (повітря, продуктів або їх моделей) залежить від конкретної системи і того, як вона працює; бажано поміщати датчики в такі місця, де вони не будуть пошкоджені при роботі; якщо показання зчитує оператор, датчики повинні бути доступні; обрані температури повинні повно характеризувати і відображати роботу системи, і, отже, повинні бути побічно пов'язані з температурою продукту. Контроль (моніторинг) температури повітря Для відповідного регулювання і як частина НАССР слід контролювати температуру харчових продуктів, однак час зберігання охолоджених продуктів відносно мало, що ускладнює моніторинг їх температури без порушення нормальної комерційної діяльності та необхідності втручання в роботу системи досвідчених операторів. Простіше встановити датчики поза завантажуються продуктів і з'єднати їх з системами зчитування, що дозволяють записувати температури автоматично або вручну. Системи охолодження переважно працюють шляхом проходження холодного повітря через випарник системи, а потім над завантаженими харчовими продуктами для відводу від них тепла. Рух повітря здійснюється за допомогою вентиляторів або в деяких випадках під дією конвекції, тобто за рахунок більшої щільності холодного повітря в порівнянні з теплим. У разі механічної циркуляції повітря повертається в випарник після проходження над продуктами, причому температура поворотного повітря дорівнює температурі охолоджуваних продуктів або вище її. Місцеві теплові ефекти, наприклад, від освітлення можуть привести до появи гарячих точок або нерівномірного розподілу температури і зробити невелику частину завантаженого продукту тепліше, ніж поворотний повітря. В цілому, зв'язок між температурами повітря і продукту найкраще встановлюється шляхом визначення різниці температур холодного повітря, що виходить з випарника, і більш теплого повітря, що повертається у випарник. Ця різниця є критерієм оцінки роботи холодильної системи і її ефективності для збереження продуктів холодними [13], а також основою моніторингу (контролю) температури повітря. Разом з тим для визначення співвідношення температури повітря і температури продукту необхідно виконати випробування під навантаженням. Випробування під навантаженням включає визначення різниці температур повітря і порівняння їх з температурою продукту протягом достатнього періоду часу, щоб переконатися в тому, що система працює в нормальному режимі. У закритих системах, таких як холодильники і транспортні засоби, де єдиними причинами зміни режиму є цикли розморожування, відкриття дверей і зміна партій товарів, визначення зв'язку між температурами повітря і продукту простіше. Необхідно визначити найтепліші місця в системі і відстежувати температури продуктів протягом деякого часу, щоб встановити їх зв'язок з температурами повітря. Робота відкритих систем, таких як прилавки-вітрини, більше залежить від умов навколишнього середовища і розташування. Зміни температури і вологості приміщення, порушення повітряної завіси протягами або рухом покупців може змінити розподіл температур. У цих умовах випробування під навантаженням може виявитися складніше. Виробники прилавків-вітрин виконують випробування під навантаженням для перевірки ефективності своїх виробів (BS ЕN7-27179: тисяча дев'ятсот дев'яносто шість [12]), використовуючи задану навантаження у вигляді стандартизованих блоків гелю (тілози) (BS EN5-605: 441 5 [1996] в регульованої температурі навколишнього середовища при постійному потоці повітря уздовж передньої поверхні прилавка-вітрини. Чи буде випробування під навантаженням, виконане виробником, відрізнятися від випробування під навантаженням на місці експлуатації, залежить від того, наскільки умови і навантаження відповідають реальним умовам роботи прилавка-вітрини. Вплив розташування і навколишнього середовища (протяги, освітлення) повинні перевірятися з використанням різних харчових продуктів. Альтернативи моніторингу температури повітря Існують ситуації, в яких моніторинг температури повітря неприйнятний або вимагає модифікації. У закритих прилавках-вітринах (наприклад, використовують холодильне зберігання з конвективним охолодженням) після відкривання дверей для відновлення температури повітря потрібно чимало часу [19]. Тому періодичне зчитування температури повітря мало б мало сенсу і не було б пов'язано з температурами зберігаються продуктів. У такому випадку було б краще контролювати пробу продукту або її модель (еквівалент). Тепловий потік проби робить її менш чутливою до швидких змін температури повітря. Можна також підібрати модель харчового продукту (імітатор), що володіє подібним коефіцієнтом теплопередачі або подібною температуропроводностью з контрольованим харчовим продуктом [20]. Використання такого моніторингу було важливо, наприклад, там, де охолодження відбувається за рахунок теплопровідності, як у випадку охолоджуючого столу, використовуваного при роздачі в громадському харчуванні, або там, де швидкість повітряних потоків мала (прилавки з подачею самопливом). Навіть там, де система примусово охолоджується повітрям, але зміни температури повітря високі - наприклад, в невеликих автомобілях для доставки і холодильниках вітрин (прилавків), результати контролю температури повітря інтерпретувати складно. Збільшуючи час відгуку або «демпфіруем» датчик або вимірювальну систему, можна відстежувати напрям зміни температури повітря, усуваючи короткочасні зміни. «Демпфування» може бути досягнуто шляхом збільшення теплового потоку через датчик або за допомогою електроніки за рахунок зміни електронної схеми зчитування. Реалізація моніторингу (контролю) температури Холодильне зберігання Малі холодильні камери Малі холодильні камери складаються з ізольованою камери, в залежності від розмірів охолоджувальної одним або декількома охолоджуючими вентиляторами. Розташування охолоджувальних пристроїв в камері буває різним, але зазвичай їх розташовують під стелею (рис. 5.1). Циркуляція повітря повинна бути такою, щоб забезпечити відповідний розподіл холоду в камері і виключити будь-які гарячі точки або виникнення повітряних шарів. У більшості випадків відновлення температури після відкривання дверей або розморожування (відтавання) відбувається швидко, що робить температуру повітря найбільш зручним контрольованим параметром. Збереження холодного повітря може бути додатково покращено шляхом використання у двері лаштунки з пластмасових смуг або повітряної завіси, що зводить до мінімуму доступ теплого повітря при відкриванні дверей. Кількість датчиків, що використовуються для контролю температури повітря в холодильній камері, залежить від її розміру і кількості охолоджувальних установок. У табл. 5.1 зазначено мінімальну кількість датчиків в залежності від обсягу камери, причому при обсязі камери менш 500 м3 можна використовувати для контролю температури повітря один датчик. Його розташовують так, що він контролює найвищу температуру Мал. 5.1. Циркуляція повітря в холодильній камері Таблиця 7. Изменения в законодательстве также потребовали внедрения соответствующих систем обеспечения безопасности пищевых продуктов. Все пищевые производства от­ветственны за определение критических моментов своих технологических процессов. В отдельных странах и в мировом сообществе принят метод НAССР {Hazard Analysis and Critical Control Points, анализ рисков по критическим контрольным точкам). При использовании этого метода определяются риски и контрольные точки технологичес­кого процесса для управления этими рисками. Здесь важно, что план НАССР опреде­ляется для конкретного продукта и технологического процесса, а также то, что он должен постоянно контролироваться. Реализовать НАССР помогает Директива по гигиене и санитарии, содержащая указания по конкретным направлениям (к 1990 г. было опубликовано шесть руководств) [9]. В зависимости от конкретного продукта и технологии контроль температуры может быть включен или не включен в план НАССР. Особого требования вести регистрацию проверок температуры нет, но эти записи мо­гут оказаться полезны, чтобы продемонстрировать, что требования законодательства выполняются. Важно, что контроль температуры связан с другими контрольными точ­ками и является частью общей системы НАССР.

Понятно, что НАССР редко реализуется изолированно — этот метод сочетается с системами контроля качества для обеспечения выпуска на технологическом оборудова­нии безопасных пищевых продуктов однородного качества. Существует много систем обеспечения качества, и наиболее широко используемые из них основаны или на ISO 9000 или на TQM (система общего управления качеством, Total Quality Management). Система ISO 9000 [10] содержит два основных стандарта (7509001 и 9002) и различные указания. Компании признаются соответствующими этим стандартам (путем аккре­дитации) после их внедрения. Система TQM в большей степени относится к культуре производства, мобилизуя всех сотрудников организации на достижение постоянства качества и удовлетворение потребителя, а также на постоянное совершенствование производства.

Совершенствование технологии

Относительно дешевые средства микроэлектроники позволили производить относи­тельно небольшие устройства для хранения больших объемов информации. Эти уст­ройства в настоящее время широко применяют в сочетании с компьютеризированными системами управления. За последние несколько лет в компьютерной технологии и тех­нике связи сделан огромный шаг вперед. Спутниковые системы слежения могут отсле­живать положение транспортного средства и передавать на базу общую информацию о его холодильной установке и двигателе. Витрины также могут быть оснащены встроен­ными системами контроля температуры и влажности для обеспечения годности нерасфасованных продуктов в течение всего срока хранения. Таким образом, там, где изме­рение температуры является частью системы обеспечения безопасности и качества, новая технология помогает накопливать и обрабатывать данные.

Важность контроля (мониторинга) температуры

Требования по контролю температуры в Англии и Уэльсе применяются к тем пищевым продуктам, в которых велика вероятность роста микроорганизмов или образования токсинов.

Такие продукты должны храниться при температуре 8 °С или ниже, однако это требование должно быть реализовано в сочетании с другими условиями, заданными в общих положениях по гигиене и санитарии [5].

Очевидно, что если можно исключить попадание патогенных микроорганизмов в пищевые продукты, то контроль температуры необходим только для продления срока годности при хранении продукта. Однако так бывает редко, и подход, принятый в сис­теме НАССР, заключается в определении температуры на каждой стадии обработки продукта, где имеются риски, и возможностей их контроля. Снижение температуры не уничтожает микроорганизмы, а замедляет их рост, в связи с чем хранение сырья, про­межуточных и готовых продуктов при низких температурах играет свою роль в обеспечении безопасности пищевых продуктов. Другие важные области — это соот­ветствующая подготовка операторов, предотвращение механического загрязнения, применение соответствующей арматуры и оборудования, правильные режимы очист­ки и мойки, а также борьба с вредителями.

Холодильное оборудование создается для работы в течение длительного времени без участия человека, однако влиять на регулирование температуры могут разные со­бытия и помимо поломок. Важно контролировать правильную периодичность циклов оттайки и загрузку продуктов в холодильники, что принципиально важно для их нор­мальной работы и движения в них воздуха. Мониторинг температуры воздуха спосо­бен показать, правильно ли работает и управляется холодильное оборудование, хотя при этом может оказаться труднее определить температуру продуктов. В некоторых случаях мониторинг температуры воздуха невозможен, и требуется определять темпе­ратуру продуктов или модели продукта.

Принципы мониторинга температуры

Выбор системы

В настоящее время многие различные системы мониторинга температуры выпускают­ся серийно — от простого термометра до полностью компьютеризованной системы, соединенной с локальной системой охлаждения или даже с центральной системой уп­равления. Выбор системы зависит от объема информации, которая необходима оператору, и стоимости получения этой информации. Если система мониторинга должна обеспечить подробную информацию о работе системы, соединенной с другими систе­мами регулирования, то очевидно, что требуется более совершенная и сложная систе­ма. Для получения полной картины распределения температуры в системе охлаждения она может содержать много датчиков. Система может содержать также датчики для получения другой информации — например, о циклах размораживания, давлениях компрессора и регулирующих вентилей, об открытии дверей и о потреблении энергии. Система может быть связана с системой аварийной сигнализации (и даже телефо­ном), содержать информацию о запасах и кодах партий продукта. С другой стороны, если нужно только проверять, находится ли температура хранения продукта в опреде­ленном диапазоне (критическая контрольная точка), то количество собираемой ин­формации можно уменьшить.

В опубликованной литературе по мониторингу температуры [11, 12,13,14] содер­жится очень мало конкретных рекомендаций. Руководства, опубликованные IFSТ [ 15], дают информацию о мониторинге температуры воздуха и дополнены в руководствах Министерства здравоохранения [16]. Эти Руководства были позднее заменены Про­мышленными нормами и правилами [9]. Практические рекомендации по мониторингу температуры имеются в приложениях к некоторым из них (например, к нормам и пра­вилам розничной торговли и общественного питания), но они не являются их частью.

Какую температуру контролировать?

При конструировании системы контроля (мониторинга) и при выборе температуры, измеряемой в системе охлаждения, следует учитывать следующее:

  • выбор контролируемых температур (воздуха, продуктов или их моделей) зави­сит от конкретной системы и того, как она работает;
  • желательно помещать датчики в такие места, где они не будут повреждены при работе; если показания считывает оператор, датчики должны быть доступны;
  • выбранные температуры должны полно характеризовать и отражать работу систе­мы, и, следовательно, должны быть косвенно связаны с температурой продукта.

Контроль (мониторинг) температуры воздуха

Для соответствующего регулирования и как часть НАССР следует контролировать тем­пературу пищевых продуктов, однако время хранения охлажденных продуктов от­носительно мало, что осложняет мониторинг их температуры без нарушения нормаль­ной коммерческой деятельности и необходимости вмешательства в работу системы опытных операторов. Проще установить датчики вне загружаемых продуктов и соеди­нить их с системами считывания, позволяющими записывать температуры автомати­чески или вручную.

Системы охлаждения преимущественно работают путем прохождения холодного воздуха через испаритель системы, а затем над загруженными пищевыми продуктами для отвода от них тепла. Движение воздуха осуществляется с помощью вентиляторов или в некоторых случаях под действием конвекции, то есть за счет большей плотности холодного воздуха по сравнению с теплым. В случае механической циркуляции воздух возвращается в испаритель после прохождения над продуктами, причем температура возвратного воздуха равна температуре охлаждаемых продуктов или выше ее. Мест­ные тепловые эффекты, например, от освещения могут привести к появлению горячих точек или неравномерному распределению температуры и сделать небольшую часть загруженного продукта теплее, чем возвратный воздух. В целом, связь между темпе­ратурами воздуха и продукта лучше всего устанавливается путем определения раз­ности температур холодного воздуха, выходящего из испарителя, и более теплого воздуха, возвращающегося в испаритель. Эта разность служит критерием оценки работы холодильной системы и ее эффективности для сохранения продуктов холод­ными [13], а также основой мониторинга (контроля) температуры воздуха. Вместе с тем для определения соотношения температуры воздуха и температуры продукта не­обходимо выполнить испытание под нагрузкой. Испытание под нагрузкой включает определение разности температур воздуха и сравнение их с температурой продукта в течение достаточного периода времени, чтобы убедиться в том, что система работает в нормальном режиме.

В закрытых системах, таких как холодильники и транспортные средства, где един­ственными причинами изменения режима являются циклы размораживания, откры­тие дверей и смена партий товаров, определение связи между температурами воздуха и продукта проще. Необходимо определить самые теплые места в системе и отслежи­вать температуры продуктов в течение некоторого времени, чтобы установить их связь с температурами воздуха.

Работа открытых систем, таких как прилавки-витрины, больше зависит от условий окружающей среды и расположения. Изменения температуры и влажности помеще­ния, нарушения воздушной завесы сквозняками или движением покупателей может изменить распределение температур. В этих условиях испытание под нагрузкой может оказаться сложнее.

Изготовители прилавков-витрин выполняют испытания под нагрузкой для про­верки эффективности своих изделий (BS ЕN441-5:1996 [17]), используя заданную нагрузку в виде стандартизованных блоков геля (тилозы) (BS EN441-4: 1995 [18] в регулируемой температуре окружающей среды при постоянном потоке воздуха вдоль передней поверхности прилавка-витрины. Будет ли испытание под нагрузкой, выполненное изготовителем, отличаться от испытания под нагрузкой на месте экс­плуатации, зависит от того, насколько условия и нагрузка соответствуют реальным условиям работы прилавка-витрины. Влияние расположения и окружающей среды (сквозняки, освещение) должны проверяться с использованием различных пищевых продуктов.

Альтернативы мониторингу температуры воздуха

Существуют ситуации, в которых мониторинг температуры воздуха неприемлем или требует модификации. В закрытых прилавках-витринах (например, использующих холодильное хранение с конвективным охлаждением) после открывания дверей для восстановления температуры воздуха требуется значительное время [19]. Поэтому пе­риодическое считывание температуры воздуха имело бы мало смысла и не было бы связано с температурами хранящихся продуктов. В таком случае было бы лучше конт­ролировать пробу продукта или ее модель (эквивалент). Тепловой поток пробы делает ее менее чувствительной к быстрым изменениям температуры воздуха. Можно также подобрать модель пищевого продукта (имитатор), обладающую сходным коэффици­ентом теплопередачи или сходной температуропроводностью с контролируемым пи­щевым продуктом [20]. Использование такого мониторинга было важно, например, там, где охлаждение происходит за счет теплопроводности, как в случае охлаждающе­го стола, используемого при раздаче в общественном питании, или там, где скорость воздушных потоков мала (прилавки с подачей самотеком).

Даже там, где система принудительно охлаждается воздухом, но изменения темпе­ратуры воздуха высоки — например, в небольших автомобилях для доставки и холо­дильниках витрин (прилавков), результаты контроля температуры воздуха интер­претировать сложно. Увеличивая время отклика или «демпфируя» датчик или измерительную систему, можно отслеживать направление изменения температуры воздуха, устраняя кратковременные изменения. «Демпфирование» может быть дос­тигнуто путем увеличения теплового потока через датчик или с помощью электроники за счет изменения электронной схемы считывания.

Реализация мониторинга (контроля) температуры

Холодильное хранение Малые холодильные камеры

Малые холодильные камеры состоят из изолированной камеры, в зависимости от раз­меров охлаждаемой одним или несколькими охлаждающими вентиляторами. Распо­ложение охлаждающих устройств в камере бывает разным, но обычно их располагают у потолка (рис. 5.1). Циркуляция воздуха должна быть такой, чтобы обеспечить соот­ветствующее распределение холода в камере и исключить любые горячие точки или возникновение воздушных слоев. Почти всегда восстановление температуры после открывания дверей или размораживания (оттаивания) происходит быстро, что делает температуру воздуха наиболее удобным контролируемым параметром. Сохранение холодного воздуха может быть дополнительно улучшено путем использования у двери кулисы из пластмассовых полос или воздушной завесы, сводящей к минимуму доступ теплого воздуха при открывании дверей.

Количество датчиков, используемых для контроля температуры воздуха в холодиль­ной камере, зависит от ее размера и количества охлаждающих установок. В табл. 5.1 указано минимальное количество датчиков в зависимости от объема камеры, причем при объеме камеры менее 500 м3 можно использовать для контроля температуры воз­духа один датчик. Его располагают так, что он контролирует самую высокую температуру

Рис. 5.1. Циркуляция воздуха в холодильной камере

Таблица 5.1. Kоличество датчиков, рекомендуемое для холодильной камеры

Объем камеры, м3, более

Кол-во

датчиков

500 2
5 000 3
20 000 4
50 000 5
85 000 6

воздуха и, следовательно, самые теплые продукты в камере. Расположение в камере самого теплого места зави­сит от ее конструкции, особенно от местоположения холо­дильной установки.

На рис. 5.2 представлена температура воздуха в течение 24 ч работы большой холодильной камеры. График позво­ляет сравнить изменения температуры при наиболее актив­ных перемещениях охлажденных продуктов днем, вечером и утром, в период менее активной загрузки.

В этом случае различия между показаниями настенных датчиков и температурой возвратного воздуха очень малы и могут зависеть от расположения датчиков в камере. Для холодильных камер объемом менее 500 м3 можно использовать один датчик, помещен­ный на пути возвратного воздуха холодильной установки. В замкнутой системе (та­кой, как камера с надлежащим распределением воздуха), температурные показания для возвратного воздуха приблизительно равны средней температуре загруженного продукта. Если хорошего распределения воздуха нет, может оказаться предпочтитель­ным поместить один датчик в точку с наиболее высокой температурой воздуха. Эта точка может находиться в следующих местах:

  • на максимальной высоте загруженных продуктов, в максимальном удалении от холодильной установки;
  • на высоте примерно две трети высоты камеры, вдали от двери и прямого движе­ния воздуха от холодильной установки;
  • на высоте два метра от пола, непосредственно напротив холодильной установки.

Рис. 5.2. Запись контроля температуры воздуха большой холодильной камеры (40 ООО м3)

Если охлаждающее устройство размещено над дверью, разрежение, создаваемое вентилятором, может увеличить количество всасываемого в камеру воздуха при от­крывании дверей. Поэтому контроль температуры возвратного воздуха (исходящей вентиляционной струи) в этом случае зачастую неприемлем. Для больших камер (хра­нилищ) для определения температур в разных частях камеры могут использоваться разные датчики. Кроме того, размещение дополнительных датчиков на выходе воздуха и воздухозаборниках одной или нескольких холодильных установок дает дополни­тельную информацию о работе холодильной системы.

Шкафы-холодильники

Шкафы-холодильники — это автономные установки небольшого размера с одной или двумя дверями. Эти шкафы могут охлаждаться холодным воздухом с помощью венти­ляторов или за счет естественной циркуляции от встроенного воздухоохладителя или охлаждаемой плиты (рис. 5.3, а, б и в). Как отмечалось выше, контроль температуры воздуха для холодильных систем этого типа не столь пригоден, как для малых холо­дильных камер.

Холодильные шкафы с вентиляторами относительно быстро восстанавливают тем­пературу после открывания дверей, но частое открывание дверей особенно в периоды активного использования делают сложной интерпретацию любых показаний темпера­туры. Контроль (мониторинг) температуры воздуха может быть более осмысленным, если используется демпфированный датчик с интервалом около 15 мин, расположен­ный на пути возвратного воздуха (рис. 5.3, а). Демпфировать датчик можно с помо­щью металлической или пластмассовой оболочки, а также помещая датчик в воду, масло или глицерин. На рис. 5.4 показан эффект демпфирования датчика путем помещения

Рис. 5.3. Шкафы-холодильники: а) холодильник с принудительной циркуляцией воздуха; б) холодильник с холодильным агрегатом; в) холодильник с охлаждаемыми плитами

Рис. 5.4. Эффект демпфирования датчика температуры воздуха

его в центр пластмассовой ванночки, при этом показания сравниваются с темпе­ратурой воздуха после открывания дверей.

Поскольку шкафы-холодильники, охлаждаемые с помощью охлаждаемых плит (па­нелей) или холодильного агрегата, имеют слабую циркуляцию воздуха и длительные периоды восстановления после открывания дверей, более правильно контролировать и температуру, используя температуру продуктов или, что еще лучше, температуру модельных продуктов.

Поскольку пищевые продукты микробиологически нестабильны, контроль темпе­ратуры продуктов требует использования различных продуктов каждый день и может вести к потерям. Постоянная установка датчика требует наличия стабильной модели пищевого продукта. При выборе модели продукта важно, чтобы он вел себя подобно контролируемому продукту и был устойчив к различным условиям работы. Рекомен­дуется определить коэффициент теплопроводности конкретной упаковки или порции продукта и подобрать модель с соответствующими характеристиками, или подобрать модель, соответствующую продукту по коэффициенту температуропроводности [20]. В литературе имеются значения коэффициентов теплопроводности для различных продуктов и размеров упаковок, а также коэффициенты температуропроводности ряда пластмассовых материалов [20]. Чтобы убедиться в том, что датчик, помещенный в модель, функционирует нормально и дает правильные показания, а также в том, что модель ведет себя нормально, необходимо проводить регулярные проверки системы с моделью пищевого продукта.

Холодильный транспорт

Загрузка охлажденных продуктов выполняется в различные транспортные средства — от больших 40-футовых (12 м) автомобилей большой грузоподъемности с автоном­ными холодильными агрегатами, до автомобилей малой грузоподъемности, в которых температура предварительно охлажденных продуктов поддерживается только за счет изотермических контейнеров. Так как конструкция большинства холодильных уста­новок рассчитана на поддержание температуры, а не на охлаждение груза, необходимо предварительное его охлаждение до соответствующей температуры.

Транспорт с регулируемой температурой

Автономная холодильная установка, обычно получающая энергию от дизеля (часто с дополнительным электродвигателем), обеспечивает в холодильной камере циркуля­цию холодного воздуха от испарителя, находящегося в передней части автомобиля. Зачастую в автопарках, занятых перевозкой различных грузов, используют транспорт с подвижными перегородками, что делает возможной одновременную перевозку за­мороженных и охлажденных продуктов при различной температуре. Каждый отсек (камера) при этом оснащен собственным испарителем, который может регулировать температуру независимо.

Холодный воздух распределяется в разных транспортных средствах различными способами, но в большинстве случаев холодный воздух выходит сверху воздухоохла­дителя рядом с крышей и возвращается через основание в переднюю часть автомобиля в заборник возвратного воздуха (рис. 5.5). Правильная загрузка и расположение в ав­томобиле частей груза на соответствующем расстоянии принципиально важно для обеспечения правильного распределения холодного воздуха в камере. Если нужные расстояния отсутствуют, циркуляция может быть затруднена, и могут возникнуть го­рячие точки. Максимальная длина и ширина транспортных средств задается правила­ми, и поэтому свободное пространство для груза в изотермической камере создает дополнительные ограничения для достижения правильной загрузки. Существует

Рис. 5.5. Контроль температуры воздуха в транспорте с регулируемой температурой

транспорт, охлаждаемый непосредственным испарением жидкого азота из резервуара на транспортном средстве. Преимущество таких транспортных средств в том, что они работают значительно тише, чем транспорт с механическим охлаждением, а регули­рование температуры в них может быть лучше. Однако при транспортировке необхо­дима соответствующая подача жидкого азота, что может ограничить дальность и коли­чество остановок такого транспорта.

Из-за необходимости считывания показаний температуры и использования на ав­торефрижераторах в течение многих лет одноканальных самописцев датчик помещали так, чтобы измерять температуру возвратного воздуха. Этот возвратный воздух харак­теризует среднюю температуру груза при условии хорошего доступа воздуха ко всем его частям. Малый круг обращения воздуха может привести к более низким темпера­турам возвратного воздуха.

Длинные рефрижераторы (особенно без распределения холодного воздуха по воз­духоводам у потолка камеры) рекомендуется оборудовать вторым датчиком, располо­женным ближе к задней части машины (см. рис. 5.5). Добавления второго датчика недостаточно, чтобы дать полную и точную картину распределения температуры в ка­мере, но измеряя температуру выходящего из испарителя холодного воздуха с помо­щью этого датчика, можно получить более полную картину циркуляции холодного воздуха в камере. Второй датчик служит для контроля работы измерительной систе­мы и затрудняет фальсификацию. С помощью этого датчика можно убедиться, что испаритель и вентилятор функционируют нормально, а холодный воздух достигает задней части рефрижератора. Этот датчик дает базовую температуру для измерения температуры возвратного воздуха и упрощает фиксацию моментов отключения ох­лаждающей установки или добавления недостаточно охлажденного груза. Кроме того, с помощью этого датчика легче предотвратить замораживание части груза. Сравнение разности температур заднего датчика и датчика возвратного воздуха с нормальной разностью может также выявить плохое воздухораспределение в камере.

Частота записи для электронных устройств зависит от длительности рейса. Мак­симальный рекомендуемый интервал для рейсов длительностью до 8 ч составляет 15 мин. Для более длительных рейсов могут использоваться более длительные интер­валы. Может потребоваться и другая информация, например, о циклах оттайки, от­крывании дверей и данные о грузе. Важно, чтобы водитель знал о возникновении лю­бых проблем, связанных с температурой груза. Температурные показания часто видны водителю в зеркале заднего вида, и в некоторых случаях показание присутствует в виде зеркального изображения. Очевидно, что внимание водителя должно быть пол­ностью направлено на дорогу, и лучше, чтобы была установлена специальная система сигнализации, предупреждающая водителя о различных нарушениях.

На рис. 5.6, а, иллюстрирующем мониторинг температуры в автомобиле, обору­дованном двумя датчиками, виден эффект открывания дверей. Рис 5.6, б показывает, как осторожно следует интерпретировать записи температуры воздуха. Система рабо­тает нормально до загрузки камеры. С этого момента датчик возвратного воздуха дает приемлемые показания, но несколько более длительные циклы. При этом датчик в задней части камеры индуцирует подъем температуры, который указывает на то, что груз ограничивает движение потока холодного воздуха. Это вызывает движение хо­лодного воздуха от испарителя по малому кругу и, следовательно, более длительные

Рис. 5.6. Мониторинг температуры в автомобиле: а) запись нормальной

температуры воздуха; б) запись температуры воздуха в плохо загруженном рефрижераторе с охлажденным пищевым продуктом (публикуется с разрешения Cold Chain Instruments)

циклы включения термореле. Сразу после перестановки груза водителем для возоб­новления потока воздуха в заднюю часть камеры температура падает. Это проблема не была бы очевидна при наличии только датчика в потоке возвратного воздуха.

Мониторинг в автомобилях с подвижными перегородками требует больше датчи­ков, чтобы обеспечить запись температуры в каждом отсеке. Этого можно добиться несколькими способами. Самый простой — это контролировать приток воздуха каж­дой холодильной установки. Другой вариант — это крепление большего количества датчиков на крыше камеры, чтобы сделать возможным контроль температур в отсе­ках, независимо от положения перегородки, дополнительно к измерению температу­ры возвратного воздуха. Другим решением является использование небольших ре­гистраторов температуры, положение которых можно менять с учетом расположения перегородок.

В рефрижераторах, охлаждаемых жидким азотом, датчики должны быть установ­лены так, чтобы определять любые градиенты температуры, возникающие в камере. Принудительная циркуляция воздуха должна исключать градиенты. Если вентилято­ры не используются, датчики должны размещаться над грузом и под ним.

Небольшие средства доставки

Многие небольшие автомобили, перевозящие охлажденные пищевые продукты, обо­рудованы холодильными установками, работающими от двигателя автомобиля или трансмиссии. Это значит, что охлаждение невозможно, когда автомобиль не движет­ся. Достижения холодильной техники сделали возможным переоборудование авто­мобилей объемом менее 3 м3 эффективными холодильными установками, работаю­щими от аккумулятора автомобиля.

Качество регулирования температуры зависит от количества и продолжительно­сти открываний дверей при подготовке и доставке заказов. Типичная система достав­ки в центре города может вести к тому, что двери открыты 40% рабочего времени, что может сделать регулирование температуры очень сложным, а также сделать неприем­лемым использование контроля температуры воздуха. Укрепление над дверью кулисы из пластмассовых полосок может помочь уменьшить поступление внутрь теплого воз­духа при открытых дверях. Тем не менее информация может быть получена, если дат­чики температуры воздуха демпфированы путем подвешивания их в бутылочках с жидкостью типа масла или глицерина. Большой разброс в записях температуры при этом устраняется, и отслеживается направление изменения общей температуры в ка­мере. Пример использования этого способа контроля показан на рис. 5.7.

В автомобилях с эвтектическими аккумуляционными плитами (типа «зеротор») или боксами с термоизоляцией для перевозки продуктов обычно для контроля темпе­ратуры в рейсе используют модель пищевого продукта или реальный продукт. Разме­щение датчика при этом должно как можно лучше отражать состояние груза. Значения температуры может считывать человек, но можно также подключить датчики к само­писцу или регистрирующей системе.

Рис. 5.7. Запись температуры воздуха в небольшом автомобиле для доставки продуктов

Прилавки-витрины

Охлажденные продукты в основном выкладывают в открытых витринах. В некоторых случаях используют закрытые прилавки-витрины; с точки зрения мониторинга их можно рассматривать как шкафы для холодильного хранения (см. выше раздел «Шка­фы-холодильники»). Открытые витрины можно разделить на две основные группы — многоэтажные открытые витрины (типа «multi-deck») и витрины для самообслужи­вания.

Многоэтажные витрины

Вентилятор втягивает воздух от передней решетки витрины и, проходя через испари­тель, охлаждается. Для охлаждения продуктов холодный воздух выходит в задней части полок и из верхней решетки для образования воздушной завесы перед полками (рис. 5.8, а). В конструировании витрин сделан ряд усовершенствований, среди кото­рых — снижение теплопритока от внутреннего освещения и стабилизация воздушной завесы за счет улучшенной конструкции или добавления второй завесы. Простота кон­троля температуры в многоэтажных витринах определяется их конструкцией и рабо­той. В принципе, показателем эффективности витрины служит разность температур воздуха, возвращающегося с полок, и воздуха, поступающего на полки. Размещение датчиков или считывание температуры производится вверху решетки воздушной за­весы (выход воздуха) и нижней решетки возвратного воздуха (возвратный воздух) (рис. 5.8, а).

Если типичную картину изменений температуры можно связать с температурой продукта на полках, то мониторинг (контроль) температуры воздуха можно использо­вать в повседневной работе. Если на изменение температуры воздуха влияют и другие факторы (например, избыточное поглощение инфракрасного излучения) или устано­вить связь между температурами воздуха и продукта невозможно, может оказаться необходимым измерять температуру продукта или его модели.

На рис. 5.9 показаны два варианта изменений температуры воздуха. На рис. 5.9, а видны регулярные циклические изменения температуры воздуха, а на рис. 5.9, б тем­пература значительно более стабильна (за исключением времени цикла оттаивания). В обоих случаях определение связи между диапазоном изменений температуры воз­духа и самыми высокими температурами продукта делает возможным эффективный мониторинг температуры воздуха.

Витрины для самообслуживания

В этой группе много различных витрин для выкладки мяса, рыбы, деликатесов, конди­терских изделий, пирожных, сыров и готовых к употреблению продуктов. Во многих случаях продукт охлаждается холодным воздухом от холодильной установки, но иног­да, особенно в общественном питании, пищевой продукт охлаждается за счет контакта с охлаждающей плитой (холодным столом), отсеком или дробленым льдом. Влияние инфракрасного излучения от освещения или солнечного света может быть более выра­женным в случае витрин самообслуживания и существенно влиять на температуру пищевых продуктов.

Рис. 5.8. Мониторинг температуры воздуха в витринах для розничной продажи: а) многоэтажная витрина; б) витрина для раздачи

На рис. 5.8, б показана типичная витрина самообслуживания для розничной прода­жи деликатесных продуктов с подачей холодного воздуха вентилятором. Воздух из зад­ней решетки подается к продукту и возвращается через переднюю решетку. В случае витрин с подачей самотеком, где воздух поступает в заднюю решетку и выходит у нижней полки, решетка для возвратного воздуха отсутствует. Скорости воздуха в вит­ринах самообслуживания малы для уменьшения обезвоживания продуктов в витрине; это еще более затрудняет измерение температуры воздуха. Положение датчиков или места измерения вручную температуры воздуха также показаны на рис. 5.8, б. Для ве­дения повседневных измерений температуры воздуха необходимо, чтобы между тем­пературами продукта и воздуха была установлена связь.

Рис. 5.9. Записи мониторинга температуры для двух различных витрин (публикуется с разрешения Бристольского университета)

Во многих случаях проще контролировать температуру витрины по температуре продуктов или их моделей. Температура в передней части витрины обычно характери­зует самые теплые места и, следовательно, самые теплые продукты в витрине. Монито­ринг температуры воздуха не годится для витрин, охлаждаемых за счет теплопровод­ности (в отсеках или при охлаждении дробленым льдом). В этом случае следует вести прямые измерения температуры продуктов, для которых, как и для всех измерений подобного рода, необходимо использовать чистый хорошо дезинфицированный зонд.

Добавить комментарий

Вашу адресу email не буде опублікований. Обов'язкові поля позначені *

Цей сайт використовує Akismet для боротьби зі спамом. Дізнайтеся як обробляються ваші дані коментарів.