Зберігання та транспортування охолоджених продуктів

Р. Д. Хіп, Кембридж Холодильні технології

Запровадження

Охолоджені продукти - це продукти, які охолоджені до температури більш високою, ніж їх точка замерзання і тому щоб уникнути втрати якості повинні зберігатися при цій температурі. У більшості випадків такі продукти при заморожуванні втрачають свою цінність, а в деяких випадках процесом заморожування можуть побут] повністю зіпсовані. Однак з точки зору заморожування асортимент охолоджених продуктів, який може бути підданий цій процедурі, досить широкий. У цьому розділі ми розглянемо свіжі фрукти і овочі (як тропічні, так і зростаючі в середніх широтах), всі види м'яса, рибу і молочні продукти, а також готові страви [6].

Абсолютно ясно, що холодильна обробка - важлива частина виробництва, зберігання і постачання охолоджених продуктів, однак слід врахувати, що для заморожування продуктів потрібна велика кількість різноманітного холодильного обладнання. Розглянемо для прикладу роботу підприємства з постачання попередньо приготованих і охолоджених напівфабрикатів. Сировина, що надходить з різних країн, охолоджується в холодильних камерах і перевозиться в усі кінці світу з використанням високотехнологічних рефрижераторних транспортних систем. Далі вони надходять в портові склади-холодильники і потім на автомобілях-рефрижераторах перевозяться на оптові склади, звідки вже або безпосередньо, або через посередників відправляються до споживача. Цей процес відображений на схемі, наведеній на рис. 4.1.

Як ми бачимо, перед використанням продукту його якість забезпечується в складах-холодильниках. Деякі вихідні продукти можуть бути заморожені більш глибоко, ніж охолоджені продукти, і тому для дефростації вони вимагають спеціального обладнання. Якщо розглянути процедуру охолодження, то продукти спочатку охолоджуються повітряним способом (або, в окремих випадках, контактним способом) і потім перед продажем їх зберігають в холодильній камері, або в рефрижераторному

Мал. 4.1. Ланцюжок охолодження і заморожування

 транспорті, після чого містять в холодильних камерах зберігання або холодильних вітринах. Відходи, отримані при переробці основної сировини, також можуть бути заморожені. Головна вимога в холодильній промисловості - це надійність холодильного обладнання та дотримання технологічного циклу. Охолодження продуктів - це фактично завжди забуваємо споживачем частина технологічного ланцюжка приготування охолодженої продукції, однак саме вона дає гарантії якості та свіжості продукту.

Сам процес охолодження продуктів далеко не новий. Вже тисячоліття в цих цілях використовуються природний лід і охолодження випаровуванням, але лише порівняно недавно для зберігання харчових продуктів при низьких температурах стало використовуватися механічне охолодження. Фактично зберігання яблук в низькотемпературних сховищах в США веде свій початок з 1870 р [15]. Рефрижераторний транспорт з охолодженим (не морожене) м'ясом пов'язав США і Великобританію близько 1875 р, а початок транспортних трансокеанських перевезень охолоджених продуктів між Австралією, країнами Азії та Європою датується 1895 р [9]. До 1901 р Англія імпортувала понад 160 ТОВ тонн охолодженої яловичини щорічно.

Принципи роботи холодильного обладнання

Основні принципи охолодження за допомогою компресії водяної пари були відкриті в XIX столітті, і цей принцип охолодження майже без змін дійшов до наших днів. Він дуже простий, так як холодильна система має всього чотири пов'язаних між собою елемента (рис. 4.2). Холодоагент в пароподібному стані стискається до великого тиску і, отже, до високої температури. Перегріта пара охолоджується і зріджується в конденсаторі, вступаючи далі через дросель в зону низького тиску, де конденсується в рідину, яка може використовуватися для відводу тепла з камер зберігання або охолоджувальної зони, а це тепло в випарнику сприяє випаровуванню

Мал. 4.2. Основний контур системи охолодження з компресією пари

охолодженої рідини при низькому тиску. Для завершення циклу охолоджений пар подається в компресор.

Отже, компресор, конденсатор, дросель і випарник - це основні елементи холодильного агрегату компресійного типу. Теплота, що відводиться в процесі випаровування, як і теплота, відведена із зони охолодження, плюс теплової еквівалент енергії, витраченої на стиск хладагента, повинні бути компенсовані в конденсаторі. Це означає, що будь-який холодильне обладнання повинно компенсувати якусь частину теплоти, яка тим більше, чим більша кількість теплоти забирається з продукту або охолоджуваного приміщення. Енергія, споживана холодильним обладнанням компресійного типу, залежить перш за все від конструкції обладнання, але в загальному випадку вона залежить від різниці температур між конденсатором і випарником. Чим більше ця різниця, тим більше енергії потрібно компресора для виконання свого завдання, і чим більше ця різниця температур, тим менше холодопродуктивність холодильної установки.

Теоретичний аналіз холодильних циклів і повний опис деталей можна знайти в численних інструкціях по холодильних установок [1,7,11] і виходить за рамки даної книги. Проте, ми дамо загальний огляд принципів холодильних систем, який може бути корисний для всіх, хто використовує холодильне обладнання.

Питання безпеки і якості продукції

Поняття безпеки харчових продуктів безпосередньо пов'язано з діяльністю патогенних організмів і токсинів. Їжа, зрозуміло, не повинна завдавати шкоди споживачеві, викликаючи захворювання або отруюючи його. Якість харчового продукту - це його харчова цінність і смакові відчуття, характер текстури і зовнішній вигляд безпечного харчового продукту. В ідеалі питання безпеки продуктів харчування - це предмет законодавства, де якість продукції - категорія, яка визначається ринком.

Для охолоджених харчових продуктів питання безпеки і якості можуть перетинатися, а можуть і не перетинатися. Для свіжих овочів і фруктів наявність мікроорганізмів і бруду може привести до того, що продукти стануть не тільки несмачними, але можуть призвести до виникнення ризику для здоров'я. Для багатьох видів готової продукції (включаючи м'ясні напівфабрикати) зростання кількості патогенних мікроорганізмів, які продукують токсини, у великій мірі залежить від температури і часу. Це призводить до псування продукту, який на вигляд і смак може виглядати задовільно. Для деяких молочних продуктів розвиток патогенних мікроорганізмів може впливати як на смакові якості, так і на вигляд продукту. У будь-якому випадку якість і безпеку продукту харчування грунтується на зберіганні продукту при якомога нижчій температурі, щоб виключити можливість росту мікроорганізмів, потенційно можуть призвести до псування продукту. Цей принцип проходить через весь технологічний ланцюжок приготування охолоджених харчових продуктів (див. Рис. 4.1).

Холодоагенти і навколишнє середовище

До початку 1990-х рр. питання вибору холодоагенту для холодильних установок мало турбує споживача. На жаль, як з'ясувалося в даний час, хімічні сполуки, які використовуються в якості холодоагенту в холодильних установках, при їх випуску в атмосферу виявилися здатними привести до небажаних і непередбачуваних ефектів.

Скорочення озонового шару і глобальне потепління - ось дві різних екологічних проблеми, з якими людство зіткнулося сьогодні. Озоновий шар, який захищає поверхню нашої планети від надмірних доз ультрафіолетової радіації, може бути пошкоджений стійкими сполуками хлору і брому. Ці сполуки - CFC (chlorofluorocarbon - хлор-фтор-вуглець) і HCFC (hydrochlorofluorocarbon - водень-хлор-фтор-вуглець) - містяться в хладагентах, в зв'язку з чим останні сприяють руйнуванню озону в стратосфері і глобального потепління клімату.

Глобальне потепління - це природний феномен, викликаний в основному відображенням сонячних променів від містяться в атмосфері вуглекислого газу і водяної пари. Страхи в зв'язку з надмірним глобальною зміною клімату асоціюються в основному з великим випуском в атмосферу вуглекислоти. Причину цього вбачають у великих викидах диму в атмосферу, що в основному відбувається при роботі електростанцій на твердому паливі і по ряду інших причин. Є і більш шкідливі для екології гази, але, на щастя, їх концентрація набагато меншою. Це в першу чергу гази класу HFC (водень-фтор-вуглець), що викликають «парниковий ефект».

Завдяки Монреальського Протоколу [2] виробники всього світу з 1990 р припинили випуск озоноруйнуючих сполук на основі СFС-з'єднань і замінили їх на менш екологічно шкідливі HСFС-з'єднання. Останні, як видно, будуть основними холодоагентами і в 2010-2020 рр., Так як для більшості випадків поки не знайдено більш підходящих з'єднань. У Європі застосування обладнання, в якому використовується хлор-фтор-вуглець, буде зупинено, а поставки нового обладнання на основі водень-хлор-фтор-вуглецю будуть заборонені (проте під час підготовки цієї книги ці обмеження поки не вступили в силу). Ці речовини наносять два удари по виробникам і споживачам холодильних установок. По-перше, будь-яка зміна технології коштує грошей і може привести як до зростання експлуатаційних витрат, так і вартості переобладнання. По-друге, заміна в майбутньому екологічно брудних хлор-фтор-вуглеців на більш безпечні в екологічному відношенні аміак і пропан в глобальних масштабах призведе до подорожчання устаткування і витрат на перепідготовку обслуговуючого персоналу. В якості альтернативи розроблені водень-фтор-вуглець, які не завдають шкоди озоновому шару, але, як з'ясували деякі екологи, вони можуть сприяти посиленню «парникового ефекту», в зв'язку з чим вони потрапили в список речовин, заборонених за Кіотським Протоколом.

Всі ці міркування повинен враховувати потенційний покупець холодильного обладнання. Незнання цих речей може призвести до того, що придбане за чималі гроші обладнання доведеться серйозно модернізувати ще задовго до того, як закінчиться його реальний ресурс. Також незнання подібних фактів може призвести до фінансових втрат, так само як і втрат часу і обладнання. Скорочення застосування СFС- і НСFС-з'єднань як герметизирующих пен в холодильних шафах і сховищах докладно описано в літературі, але поки що не знайшло широкого поширення.

З урахуванням глобального потепління, скорочення енергоспоживання і його ефективністю можна зробити наступний висновок. Нові холодоагенти можуть мати більш низьку ефективність, і, як наслідок, вимагати підвищеної витрати енергії, але цілком імовірно, що прийдешні екологічні обмеження можуть торкнутися і скорочення енергоспоживання. Потенційний споживач холодильного обладнання вже найближчим часом опиниться перед дилемою нелегкого вибору - зіткнутися з жорсткістю вимог до витоку холодоагенту, з вимогами забезпечити ефективне використання обладнання і вимогами використовувати тільки відповідним чином підготовлений персонал. Більш докладно про це див. [14].

Охолоджені продукти і заморожування

Головна вигода від зберігання продуктів в охолодженому стані складається в збільшенні термінів зберігання шляхом зменшення можливості псування продукту мікроорганізмами. Охолодження, та це повинно бути підкреслено, не може поліпшити якість дефектного продукту, не може зупинити процес псування - воно лише уповільнює його (див. Глави 7, 9,10).

Для міжнародних транспортних наземних перевезень охолоджених продуктів в Торговому угоді з міжнародних перевезень швидкопсувних продуктів і по спеціальному обладнанню, використовуваному в цих перевезеннях (UNECE) [15] перераховані багато вимог. Харчові продукти належним чином класифіковані, і для них в Угоді обумовлена ​​максимальна температура зберігання:

• тельбухи - + 3 ° С;
• масло - + 6 ° С;
• дичину - + 4 ° С;
• молоко для безпосереднього вживання - + 4 ° С;
• молоко для подальшої переробки - + 6 ° С;
• йогурти, кефіри, вершки, свіжий сир - + 4 ° С;
• риба, молюски, ракоподібні - 0 ° С (в крижаній крихті);
• нестабілізовані м'ясопродукти - + 6 ° С;
• м'ясо (НЕ тельбухи) - + 7 ° С;
• птах, кролики - + 4 ° С.

У цей список не включені приготовані рослинні страви з соусами або без них, а також свіжі фрукти і овочі.

Існує два абсолютно різних холодильних методу для охолоджених продуктів - процес охолодження сам по собі, при якому харчові продукти охолоджуються (від температури навколишнього середовища, наприклад, 30 ° С, або від температури приготування - понад 70 ° С), або зберігання в охолодженому вигляді при жорстко контрольованій температурі (від -1,5 ° С до + 15 ° С) в залежності від виду продуктів. Система охолодження або холодильні камери можуть сильно відрізнятися один від одного як за конструкцією, так і за характеристиками. Слід зауважити, що хоча деяке обладнання для охолодження може використовуватися в якості холодильника, самі холодильні камери призначені не для охолодження продуктів, а тільки для підтримки необхідної температури. Транспортні рефрижератори - це особливий випадок зберігання продуктів, так як холодильне обладнання цих рефрижераторів, як правило, не розраховане на швидке охолодження продукту.

 Охолодження

Швидкість, з якою буде охолоджений продукт, залежить від багатьох чинників. Розмір і форма контейнерів може мати значення для інтенсивності теплообміну з охолоджуючим повітрям (або в деяких випадках - з водою). Температура і швидкість повітря також впливають на процес охолодження. Маса факторів: упаковка, маса, щільність, вміст води, теплоємність, теплопровідність, прихований зміст тепла, початкова температура - все це і разом, і окремо впливає на швидкість охолодження.

У випадку з неупаковані продукцією фактори, що сприяють швидкому охолодженню, ведуть і до швидкої втрати вологості, так що може здатися, що кращий спосіб - це повільне охолодження. Насправді це не так. Збільшення часу на охолодження збільшує і час, в ході якого продукт втрачає вологу. Більш швидке охолодження можливо в разі тонкої упаковки, великій швидкості охолоджуючого потоку повітря і з найбільш низькою температурою повітря, проте це все веде до збільшення експлуатаційних витрат, і тому обладнання розробляється як певний компроміс для отримання найбільш прийнятною загальної технологічної системи. Це означає, що для різних технологічних операцій є різне обладнання, і в залежності від планованої операції можна вибрати найбільш відповідне їй обладнання.

 Холодильне обладнання

Системи охолодження

Для більшості видів готових харчових продуктів використовуються холодильні камери або тунелі з повітряним охолодженням. Для деяких овочів застосовується занурення в воду (гідроохлажденіе), а для свіжих, покритих листям продуктів може використовуватися вакуумне охолодження. Для деяких продуктів з відносно великими термінами зберігання процес охолодження може бути проведений в холодильних камерах, проте часто процес охолодження прискорюється спеціальними заходами щодо забезпечення циркуляції повітря. Будь-яка з цих схем має бути детально продумана.

Холодильні камери з повітряним охолодженням (з циркуляцією повітря)

Холодильні камери з циркуляцією повітря засновані на охолодженні продукту холодним повітрям, що обдувається продукт з великою швидкістю. Для підприємств з постачання напівфабрикатів і охолоджених продуктів і схожих з ними існують спеціальні довідники (типу англійських DHSS), де рекомендується використовувати обладнання, яке повинно забезпечувати охолодження продуктів товщиною до 50 мм з 70 0С до температури в центрі продукту в 3 ° С або нижче не більш ніж за 90 хв. Це вимагає швидкості руху повітря близько 4 м / с і температури повітря близько -4 ° С.

Є також невеликі холодильні шафи, здатні обробляти партії до 30 кг для створення резервних запасів продуктів, а також для навчання кадрів та ведення досліджень. Розроблено також великі моделі з ємністю до чверті тонни, призначені для використання візків або лотків. Типова візок для такої системи має номінальну місткість в 45 кг і зазвичай забезпечена 20 лотками для продуктів. Випарник і вентилятор знаходяться, як правило, у внутрішньої стінки камери, а компресор і конденсатор можуть бути розташовані над камерою (на або поза нею) - в залежності від того, припустимо чи ні в приміщенні відповідний рівень шуму від компресора. Температурний контроль повинен забезпечувати зберігання продукту при температурі 0-3 ° С або може використовувати цикл охолодження, що базується на необхідному контролі температури охолоджуючого повітря, на температурному контролі проб продукту або на використанні звичайного таймера. В кінці циклу охолодження цикл відтавання видаляє з випарника утворився лід і іній. Потужність, споживана установкою для охолодження 45 кг, складає близько 7 кВт.

При двогодинному циклі «завантаження-охолодження-відтавання» зручно використовувати в зміну чотири завантаження, де остання завантаження у пристрій продуктів залишається в холодильнику на ніч. Іноді для контролю процесу використовуються термометри-самописці. У великих системах дверцята можуть розташовуватися на кожній стороні так, що візки з охолоджуваних продуктом прокочуються усередині охолоджуваного сховища при температурі 0-3 ° С. Існує можливість комбінувати холодильні камери з холодильними шафами, що дозволяє замовникам забирати охолоджені харчові продукти, готувати, фасувати їх і в підсумку - упаковувати вже приготовані фасовані порції.

Інші види холодильних камер з циркуляцією повітря були розроблені для охолодження свежезабітой птиці. У них для забезпечення процесу охолодження використовується тунель з сухим льодом з вуглекислоти. Хоча в таких камерах і отримують бажаний результат, існує ризик поверхневого замерзання, що для багатьох харчових продуктів неприпустимо. Один з перспективних хладагентов для охладітелей- рідкий азот, проте при температурі -196 ° С і атмосферному тиску необхідний жорсткий контроль і суворе дотримання техніки безпеки. Альтернативою може служити «синтетичний скраплений повітря» (SLA - synthetic liquid air) [15], який усуває небезпеку удушення, властиву іншим криогенним речовин.

Всі подібні системи залежать від можливостей стиснення і скраплення газів. Можна помітити, що загальна енергоємність таких систем (з урахуванням витрат енергії на ежі- ються газу) може виявитися набагато більше, ніж у аналогічних холодильних систем, причому експлуатаційні витрати також можуть бути багато вище, але в окремих випадках для зниження загальних капітальних витрат або прискорення процесу охолодження подібні системи можуть бути цілком прийнятні.

 гідроохолодників

Використання охолодженої води, яка розбризкується в спеціальній камері або надходить в іммерсійний бак, забезпечує дуже швидке охолодження без ризику заморожування продукту, проте такий спосіб прийнятний лише для овочів і фруктів, які можуть витримати занурення в воду. Цей спосіб навряд чи можна застосувати до основного ряду охолоджуваних продуктів (крім готових страв, упакованих в вакуумну упаковку). Вода в подібних системах періодично оновлюється, а щоб уникнути прогресуючого забруднення води в неї додають протигрибкові засоби або інші добавки, які можуть бути необхідні для деяких видів продуктів. Зрозуміло, можливе суміщення процесу гідроохлажденія зі звичайними заходами з очищення продукту - такими, як очищення коренеплодів або коренів рослин.

 Вакуумні холодильні установки

Вакуумні холодильні установки - це високоспеціалізований і надзвичайно дорогий вид обладнання, добре адаптований для швидкого охолодження упакованих рослин з великою кількістю листя. Такі системи працюють при низькому тиску - зелень поміщають в герметичну камеру, і відбувається низькотемпературне випаровування вологи з продукту. Процес йде порціями з часом охолодження однієї порції в 15-30 хв, причому типове обладнання здатне обробити за раз кілька тонн продукту, розміщеного, як правило, на піддонах або візках.

 холодне зберігання

Для великої кількості «живий» продукції, особливо свіжих фруктів і овочів, охолодження може складатися в приміщенні упакованого в картон або ящики (кошика) продукту в холодну сховище і забезпеченні там циркуляції повітря з потрібною температурою. Цей вкрай повільний процес, що вимагає для охолодження продукту до потрібної температури декількох днів, залежить від циркуляції повітря в приміщенні і варіантів укладання продукту. У багатьох сховищах фруктів застосовується поєднання витяжної вентиляції, рулонів плівки і планування розміщення продукту (рис. 4.3). Від штабелів картонних коробок однакової товщини повітря витягується, а до коробок, закритим плівкою, він надходить уже іншим. При необхідності низ палет прикривають від повітря монтажною піною або іншим відповідним матеріалом.