Роторно морозильный аппарат

      В туннельных аппаратах, предназначенных  для быстрого замораживания с  применением способа JQF (Jndividual Quick Freeging), используется одновременный эффект флюидизации и ленточного (сетчатого) конвейера. Флюидизация позволяет  разделять замораживаемые частицы с помощью воздушного обдува и интенсивного теплообмена, что не дает им возможности смерзания. Аппараты в основной своей массе имеют две зоны (конвейера). В первой происходит быстрое замораживание внешнего влажного, мягкого, легко повреждаемого продукта, и образовавшаяся замерзшая корочка («ледяная глазурь») в дальнейшем предохраняет продукт от смерзания, повреждения и применения к транспортирующему органу. Во второй зоне происходит домораживание продукта до конечной температуры. Аппараты этого типа имеют производительность от 0,2 т/ч до 12 т/ч и более (по зеленому горошку). Данные аппараты всех моделей обеспечивают: высокое качество продукта; быстрое замораживание (5÷10 мин) каждой частицы продукта, исключая его повреждение; отсутствие скапливания продукта; минимальные весовые потери продукта (в 2 раза меньше по сравнению с традиционными конвейерными аппаратами) в результате эффективного отвода тепла; свободный доступ для санобработки; возможность их использования в полностью механизированных линиях по производству быстрозамороженных продуктов растительного происхождения.

      При использовании конвективного способа  замораживания не меняется форма  замороженных продуктов, которые могут  быть заморожены как в упакованном, так и в неупакованном виде; имеется возможность для интенсификации процесса путем изменения температуры  потока воздуха. Конвективный способ замораживания  нашел широкое применение во всем мире в пищевой и картофелеперерабатывающей  промышленности.

      Контактный  способ замораживания осуществляется путем непосредственного контакта продукта с охлаждающей средой (раствор  поваренной соли, спирта, сахара, пропиленгликоля  и др.) или непрямого контакта через металлическую пластину.

      В аппаратах открытых горизонтальных непосредственного замораживания  продукт, находящийся в металлической  форме, перемещается в ванне, заполненной  холодным рассолом, который циркулирует и непрерывно охлаждается до минус 19 ⁰С. Аппараты такого типа могут изготовляться на любом предприятии, но имеют слишком низкую производительность. В аппаратах вертикальных (шахтных) продукт в закрытой упаковке помещается на непрерывную конвейерную ленту и орошается сверху хладоносителем. Оборудование для замораживания при непосредственном контакте продукта с охлаждающей средой выпускают фирмы Швеции, США, Дании.

      В аппаратах непрямого контакта продукт  помещается между металлическими плитами, которые имеют каналы для циркуляции холодильного агента, или на металлическую  ленту транспортера. Плиты или  транспортер охлаждаются до температуры  минус 30÷40 ⁰С в результате непосредственного испарения циркулирующего хладагента. В качестве хладагентов используются аммиак, фреон, пропиленгликоль, хлористый натрий и др.

      В зависимости от расположения плит применяются  горизонтальные и вертикальные скороморозильные аппараты. Наиболее распространенными  являются горизонтальные. Характерной  особенностью плиточных аппаратов, как горизонтальных, так и вертикальных, является возможность регулирования  производительности (путем изменения  числа плит), которая по сравнению  с аппаратами конвективного охлаждения выше в 2 раза. Основное преимущество этих аппаратов – сохранение правильной формы и товарного вида упакованных  продуктов в результате подпрессовки, которая сокращает продолжительность  замораживания. Основные недостатки плиточных  аппаратов: периодичность процесса замораживания; наличие слоя воздуха  между упакованным продуктом  и охлаждающими плитами, что уменьшает  коэффициент теплопередачи; сложность  механизации процессов загрузки и выгрузки. В странах СНГ наиболее известны скороморозильные плиточные  аппараты типа QFP (Quick Freesing Plants) марки  АСМП, предназначенные для замораживания  мясо- и рыбопродуктов, выпускаемые  АО «Гран» (г. Волжск), которые могут  быть также использованы и для  замораживания других пищевых продуктов. 
В отечественной промышленности для замораживания мясных и картофельных полуфабрикатов (пельменей, вареников, фрикаделек) применяется конвейерный скороморозильный аппарат В2-ФМА 1, разработанный Минским ЭКБ «Мясомолмаш» и выпускаемый производственным объединением «Одессапродмаш». Продукт прилипает к металлической ленте конвейера, которая охлаждается холодильным воздухом.

      Одними  из перспективных являются роторные скороморозильные агрегаты, которые  характеризуются высокой степенью механизации и автоматизации  процессов загрузки и выгрузки и  обеспечивают непрерывность процесса замораживания. Криогенный способ является наиболее интенсивным способом замораживания  в криогенных жидкостях – азоте, фреоне, жидком воздухе, жидкой или  твердой углекислоте.

      За  рубежом самое широкое промышленное распространение получил жидкий азот; использование которого обусловлено  инертностью и низкой температурой кипения (минус 195,8 ⁰С). Данный способ обеспечивает продолжительность замораживания в течение 2÷5 мин. Интенсивность и качество получаемого продукта зависят от способа использования азота – погружения продукта непосредственно в жидкий азот; распыления жидкого азота через сопла на продукт (орошение); обработка струей газообразного азота.

      Криогенный  способ замораживания способствует сохранению исходного качества продуктов  – структуры, содержания витаминов, ароматические вещества, тканевые соки, вкусовые и питательные свойства при дефростации (оттаивании). Однако быстрое замораживание может  привести к нежелательному растрескиванию продукта вследствие быстрого образования  кристаллов льда и повышения внутреннего  давления. Происходит быстрый перепад температур между затвердевшей поверхностью и центром продукта, в толще которого только начинается фазовое превращение влаги. Поэтому замораживание способом орошения жидким азотом или в потоке газообразного азота с применением постадийного охлаждения целесообразнее, чем замораживание погружением.

      Проведенные экспериментальные исследования по замораживанию пельменей погружением  в жидкий азот показали, что наиболее целесообразно осуществлять комбинированнное замораживание не более 10 с путем  погружения, орошения и обдува продукта холодными парами азота. По результатам  исследований, проведенных в Болгарии, жидкий фреон применялся для быстрого замораживания зеленого горошка (30 секунд), стручковой фасоли (60 секунд), кукурузы в початках (60 секунд), жареного картофеля (60 секунд), пирогов с мясом (180 секунд) и др. пищевых продуктов. Его температура кипения  минус 29,7 ⁰С, что делало его более удобным по сравнению с жидким азотом. Замораживание происходило почти мгновенно. При этом форма, цвет, вкус и др. органолептические показатели продуктов сохранялись полностью.

      Сжиженная двуокись углерода, применяемая за рубежом для замораживания продуктов, оказывает на них бактерицидное  действие: содержание бактерий в продукте и в морозильном аппарате снижается  до минимума, что создает оптимальные  условия для длительного хранения продуктов. Замораживание в установках с использованием СО₂ происходит при температуре минус 70 ⁰С продолжительностью немного большей, чем в жидком азоте. За рубежом криогенные морозильные аппараты выпускаются фирмами США (сжиженный СО₂, жидкий азот), Швеции (фреон), Канады (жидкий азот), Англии, Франции, Японии (жидкий азот), Германии (сжиженный СО₂). В Одесском СКТБ «Продмаш» разработан и изготовлен опытный образец аппарата А9-КОГ с использованием жидкого азота.

      Замораживание с использованием криогенных сред по сравнению с замораживанием в  воздушных туннельных и камерных морозилках имеет ряд достоинств:

• большая скорость замораживания, обеспечивающая образование мелкокристаллической структуры льда;
• уменьшение потерь продукта при замораживании в результате испарения влаги;
• сокращение потребности в производственных площадях;
• лучшее сохранение влагоудерживающих (гидрофильных) свойств ткани при ее замораживании;
• высокая производительность при меньших размерах установки;
• легкость управления;
• компактность и малогабаритность установки, а также механизация и автоматизация всех процессов, что ведет к снижению общих затрат на погрузочно-разгрузочные работы.

      Большинство овощей перед замораживанием подвергаются бланшированию, при этом нарушается полупроницаемость клеточных мембран, вытесняется воздух из межклеточных пространств, которые заполняются  водой, т.е. создается непрерывная  жидкая фаза. Замораживание таких  бланшированных продуктов протекает  равномерно по всей массе. Процесс бланширования  оказывает на картофель и овощи  многостороннее воздействие и не ограничивается только разрушением  оксидаз или торможением ферментативных процессов.

      Так, например, исследование структуры бланшированного, резанного столбиками картофеля  показало, что при бланшировании  под воздействием высокой температуры  структура тканей картофеля изменяется, но характер этих изменений неодинаков по всей толщине резаного картофеля. Структура поверхностных слоев  при бланшировании претерпевает более глубокие изменения, чем центральные  слои столбиков. В случае нарушения  режима бланширования наблюдается  неравномерное изменение структуры  картофеля по толщине столбиков. В поверхностных слоях клетки пробланшированы, они набухшие, крахмальные  зерна клейстеризованы, а в центральных  слоях столбиков встречаются  клетки с частично клейстеризованными зернами крахмала. В случае перебланшировки  картофеля поверхностные слои очень  размягчаются, при механическом воздействии  клетки мацерируют и содержимое их вытекает, что также отражается на качестве полуфабриката. Установлено  также, что подсушка как бы смягчает «удар холода». Исследованию подвергали овощи, предварительно подсушенные  до 50 % от начальной массы. Поскольку  при подсушивании меньше всего повреждаются мелкие клетки, для технологических  целей следует использовать сорта  с более мелкоклеточной паренхимой. Одной из основных причин изменения  свойств пищевых продуктов при  замораживании является денатурация  некоторых белковых веществ и  растворение липопротеинов под  влиянием повышения местных концентраций электролитов вследствие фазового превращения  воды.

      Качество  замороженной растительной ткани в  большей степени зависит от условий  замораживания, влагоудерживающей  способности и количества связанной  воды. Замерзанию подвергается прежде и легче всего свободная вода. Связанная вода играет в протоплазме  клетки структурообразующую роль. Считается, что если вымерзает хотя бы часть  связанной воды, то исключается возможность  полного восстановления первоначальных свойств. Опыты, проведенные с картофелем, показали, что, когда замерзало 35 % содержащейся в тканях воды, не погибала ни одна клетка. Дальнейшее вымораживание стало  действовать на клетки губительно и, когда вымерзало 70 % воды, все они  погибали.

      Основными параметрами в процессе замораживания  продуктов являются температура  в толще продукта и скорость замораживания. Обычно замораживание проводят до достижения температуры в толще продукта –15 ⁰С. Так как к этому времени наружные слои продукта имеют более низкую температуру, то при последующем хранении температура выравнивается до минус 18÷минус 20 ⁰С. Существует определенная зависимость между скоростью замораживания материала и степенью разрушения его структуры. Быстрое замораживание способствует образованию мелких, равномерно распределенных кристаллов льда. Большая скорость замораживания обеспечивает следующие преимущества по сравнению с медленно замораживаемыми продуктами:

• образующиеся кристаллы льда гораздо меньше по размеру, что способствует сокращению разрыва клеток;
• меньше времени остается на диффузию солей и их концентрацию, так как период замораживания значительно короче;
• рост микроорганизмов, окисление и другие нежелательные изменения в продукте сводятся к минимуму.

      Медленное замораживание, наоборот, способствует образованию крупных кристаллов льда, расположенных преимущественно  в межклеточном пространстве. В результате давления кристаллов льда на оболочку клеток, особенно в местах наиболее интенсивного их скопления, происходит разрыв клеток, что приводит к частичному или полному разрушению микроструктуры объекта замораживания. По-видимому, с точки зрения сохранения первоначальных свойств пищевых продуктов, быстрое  замораживание более предпочтительно, т.к. механическое повреждение клеток при этом незначительно. Исследование влияния различных режимов замораживания  и сроков хранения на структуру некоторых  овощей показало, что микроструктура замороженных в кипящем слое в  течение 2÷4 мин (быстрое замораживание) нарезанных кусочками моркови и  баклажанов при температуре 0 ÷ минус 42 ⁰С до конечной температуры минус 20 ⁰С лишь незначительно отличалась от микроструктуры ткани свежих образцов. При более быстрых режимах замораживания (0,75 минут) степень повреждения клеток была меньше, что позволило сохранять овощи в течение 4÷5 месяцев. В криобиологической терминологии быстрым замораживанием считают условия, когда температура объекта понижается на десятки градусов в секунду, а сверхбыстрым – на сотни градусов. Способность клеток и тканей переносить замораживание оценивается по восстановлению их жизнедеятельности после оттаивания. Условия оттаивания могут быть не менее важны для конечного эффекта, чем условия замораживания. После обжаривания полуфабриката обоих видов структура картофельных клеток полностью восстанавливается. Структура картофеля приобретает такое же состояние, какое было перед замораживанием. Клетки округляются, становятся плотными, компактными, межклеточные пространства не видны, крахмальные зерна набухшие, клейстеризованные. Внутреннее содержимое клетки вновь заполняет весь объем и прилегает к оболочке, границы между отдельными крахмальными зернами слабо видны.