ЗАМОРАЖИВАНИЕ ИКРЫ ЛОСОСЕВОЙ ЯСТЫЧНОЙ ЖИДКИМ АЗОТОМ
В мировой практике все больший ассортимент продуктов питания подвергает- ся быстрому замораживанию. Производство быстрозамороженных продуктов в раз- витых странах ежегодно увеличивается на 5–7%.
В настоящее время более 350 различных компаний мира производят быстро- замороженную продукцию. Ведущее место в производстве такой продукции зани- мают США, Венгрия, Польша, Голландия, Франция, Италия и др. Развитие произ- водства быстрозамороженных продуктов в России до настоящего времени не достигло желаемого уровня как по объему производства, так и по технологиче- ской оснащенности.
В этой сфере за рубежом широкое применение получил экологически чистый криогенный метод замораживания на базе жидкого и газообразного азота. При ис- пользовании холодильного потенциала кипящего азота, температура кипения кото- рого – 196oС, применяют метод орошения. При этом продукт замораживается в па- рожидкостной среде. При быстром замораживании продуктов биохимические изменения в них протекают менее интенсивно, замедляется развитие микроорганиз- мов вследствие бактерицидного свойства азота, уменьшаются потери влаги продук- та, сохраняется исходное качество, увеличиваются сроки хранения продукта. Опре- деляющую роль в сохранении продукта играет также мелкокристаллическая структура кристаллов льда, образовавшихся при замораживании.
Основным недостатком использования азота для замораживания является его высокая стоимость. По различным источникам [1, 2], стоимость жидкого азота со- ставляет 700–800 руб/т. Эксплуатационные расходы при этом выходят на один уро- вень с эксплуатационными расходами при использовании машинной системы охла- ждения, но при этом капитальные затраты сокращаются в 3 раза. На наш взгляд, вариации стоимости азота возможны в случае, если объединены интересы произво- дителей быстрозамороженной продукции и жидкого азота. К тому же в каждом регионе есть кислородные заводы, которые в большинстве своем используются не на полную мощность. Также следует отметить, что для деликатесных продуктов, стоимость которых высока и зависит главным образом от качества, а следовательно, и от способа холодильной обработки, использование азота трудно переоценить.
Обзор литературных источников [3, 4, 5] показал, что исследования по замора- живанию именно ценных пород гидробионтов (креветки, икра морского ежа, икра лососевых пород и т. д.) с использованием холодильного потенциала кипящего азота не имеют аналогов и требуют как теоретических, так и экспериментальных иссле- дований.
С этой целью разработана математическая модель для замораживании красной икры в брикетах стандартных размеров, предусматривающая три стадии процесса, а именно: – первая стадия – охлаждение от ской температуры – вторая стадия t кр
на – поверхности замораживание продукта; верхности до криоскопической температуры начальной температуры t н
до криоскопиче-
от криоскопической в термическом центре температуры продукта;
tкр
на по– третья стадия – от криоскопической до заданной Для проведения конечной расчетов температуры принимали, t
кон
.
температуры t
кр
в термическом центре
что продукт представляет собой неогра- ниченную пластину, а охлаждение происходит в среде с постоянной температурой tср
при граничных условиях третьего рода на поверхности пластины.
Тепло от продукта отводится как за счет кипения жидкого азота, попадающего на продукт в виде капель, так и за счет конвективного теплообмена между образовав- шимися парами азота и продуктом. Как известно, одним из важнейших параметров, влияющих на процесс теплообмена, является коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2 · К. Конвективный теплообмен характеризуется значениями α = 20 ÷ 30 Вт/м2 · К (в зависимости от скорости движения потока).
При кипении азота в большом объеме рассматривают три режима кипения: пу- зырьковый, переходной и пленочный. При пузырьковом режиме кипения α = 1 000 ÷ 7 000 Вт/м2 · К. Пленочный режим кипения характеризуется α = 100÷150 Вт/м2 · К, что обусловлено образованием паровой пленки на поверхности продукта, являющейся термическим сопротивлением. При орошении продукта жид- ким азотом имеют место как пленочный, так и пузырьковый режимы кипения. Оче- видно, что действительное значение α будет больше, чем при пленочном режиме, но меньше, чем при пузырьковом. Связано это с тем, что капли азота, распыленные че- рез форсунки, двигаясь в потоке с определенной скоростью, при попадании на про- дукт разрушают паровую пленку. При этом имеет место непосредственный контакт капель азота с поверхностью. Однако неизвестно, какова доля пленочного, пузырь- кового режима кипения и конвективного теплообмена в общем теплообмене при орошении. Для оценки величины α от продукта к азоту проведен анализ тепловых балансов, составленных для количества тепла, отдаваемого продуктом и восприни- маемого азотом при замораживании
Анализ полученных зависимостей показал, что доля отводимого тепла от про- дукта при кипении азота составляет 63% от общего количество тепла, отводимого от продукта при замораживании, а доля тепла, расходуемого на перегрев азота, состав- ляет 37%.
Полученные зависимости позволили рассчитать продолжительность каждой стадии при меняющихся значениях коэффициента теплоотдачи α в пределах от 80 до 2 000 Вт/м2 · К; средней температуры парожидкостной среды азота пределах от –70 до –196oС; толщины продукта δ в пределах от 0,01 до 0,05 м.
tсрв
Анализ полученных данных показал, что: 1) продолжительность первой стадии во всех случаях незначительна и колеб- лется в пределах от 5 до 20 с;
2) продолжительность второй стадии составляет около 70% от общей про- должительности замораживания и при различных значениях α, t
ср, δ колеблется от 5 до 30 мин; 3) продолжительность ставляет от 3 до 10 мин.
третьей стадии при различных значениях α, t
ср, δ со-
На основании полученных результатов разработана методика проведения экс- периментальных исследований, а также разработан и создан стенд для проведения экспериментов по замораживанию деликатесных морепродуктов с использованием холодильного потенциала азота.
Экспериментальная установка с двойным корпусом состоит из изолированного шкафа, сосуда Дьюара, баллона с жидким азотом, вентилятора, распылителей жид- кого азота, блок-форм, укладываемых на сетчатые перегородки, морозильной каме- ры, регулирующей и контрольно-измерительной аппаратуры, позволяющей менять скорость в пределах от 0 до 4 м/с; температуру среды от –196 до –70oС; расход азота в пределах от 1 до 1,2 кг на 1 кг продукта, а также фиксировать вес продукта до и после замораживания с точностью до 10 г. Вместимость камеры составляет 20 кг красной икры.
Для контроля тепловых потоков предусмотрены тепломеры, работающие в комплекте с прибором ИРТ-4.
В установке предусматривается контроль среднеобъемной температуры про- дукта его поверхности, а также парожидкостного азота в 6 точках по объему каме- ры. С этой целью используются хромель-копелевые термопары, работающие в ком- плексе с прибором УКТ-38 и ИРТ-4. При этом имеется возможность фиксировать изменения температуры с помощью персонального компьютера в виде графической зависимости t–τ (температура – время).
На кафедре ХМиУ на разработанном стенде проводились эксперименты по за- мораживанию икры лососевых пород рыб. Икра замораживалась в ястыках толщи- ной 30 мм. Температура парожидкостной среды над поверхностью икры составляет –120oС. Время достижения температуры – 25oС в центре ястыков составило 5 мин. После непродолжительного хранения при температуре –18 ... –20oС в морозильной камере осуществляем дефростацию икры на воздухе с последующим посолом туз- луком по известной технологии. После посола икры оказалось, что выход готового продукта составил 78–82%, цвет икры отвечал требуемому, почерневшей икры не наблюдалось. Готовую икру направили на хранение при температуре –6oС. Даль- нейшее наблюдение за икрой показало, что органолептические показатели качества в процессе хранения соответствуют показателям соленой икры, не подвергнувшейся холодильной обрабо
Проведенные опыты подтвердили адекватность разработанной математической модели. Разработанная методика проведения экспериментальных исследований по- зволяет на созданном стенде выявить наиболее эффективную технологию приготов- ления красной икры с использованием холодильного потенциала жидкого азота.
Литература 1. Азот – для замораживания, хранения и транспортировки пищевых продук- тов (круглый стол) // Холодильная техника. – 1998. – No 9. – С. 2–5.
2. Антонов А.А., Венгер К.П. Перспективные направления совершенствования процесса и оборудования для быстрого замораживания пищевых продуктов // Холо- дильный бизнес. – 2002. – No 2. – С. 32–33.
3. Алмаши Э., Эрдели Л., Шарой Т. Быстрое замораживание пищевых продук- тов / Пер. с венгерского. – М.: Легк. и пищ. пром-сть, 1981. – 408 с.
4. Бражников А.М. Теория теплофизической обработки мясопродуктов. – М.:Агропромиздат, 1987. – 270 с.
5. Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пище- вых продуктов. – М.: Пищ. пром-сть, 1979. – 270 с.
6. Архаров А.М., Марфенина И.В., Микулин Е.И. Криогенные системы. – М.: Машиностроение, 1988. – 464 с.
Балыкова Л.И., Юрков Ю.А.
