Раздел IV. Приложение…………………………..…………………………...….268 1 страница

Приложение........................................................................................................................... 269

Метод интерполяции для оценки величин А₁ и тел стандартной стереометрической формы............................................................................................................................... 269

i – d диаграмма влажного воздуха............................................................................ 271

Порядок пользования номограммами.................................................................... 272

Исходные данные для оценки коэффициентов Р и К в формуле 4.23............ 273

Режимы холодильного хранения скоропортящихся продуктов на холодильниках предприятий торговли и общественного питания............................................... 274

Рекомендации по замене холодильных агентов................................................... 277

Диаграммы состояния холодильных агентов........................................................ 280

Моноблочные холодильные машины MAZ, BAZ................................................... 282

Приборы автоматики холодильной машины......................................................... 283

Холодильные камеры................................................................................................... 286

Условия хранения и физические характеристики пищевых продуктов......... 289

Физические свойства сухого воздуха....................................................................... 290

Литература…………………………………………………………………………………..295

Введение

Сохранность исходных свойств скоропортящихся продуктов в течении технологически установленного времени или придание им специфических потребительских свойств, является определяющей задачей холодильной технологии пищевых продуктов.

Закономерности протекания процессов в продуктах зависят от комплекса факторов - индивидуальных свойств продуктов, их исходного состояния, структурных особенностей и т.д., поэтому анализ и описание этих процессов нуждается в привлечении сведений и знаний из широкого круга, как фундаментальных наук, так и прикладных дисциплин.

К этим дисциплинам относят: биологию растений и животных, гистологию, цитологию, биохимию, органическую, коллоидную и физическую химию, а также привлекаются знания из областей, далеких от пищевой отрасли, но имеющих общую физическую основу явлений и процессов – из металлургии, кристаллографии и.д.

Как и всякая синтетическая область знаний, заимствуя сведения и логику из других наук, холодильная технология приспосабливает их к решению своих специфических задач, совмещая и согласуя их так, как того требуют ее особенности и поставленные практические задачи.

Поскольку определяющей задачей холодильной технологии является обеспечение неизменности исходных свойств продуктов в течении длительного времени, то для реализации этой задачи перед холодильным хранением подчас прибегают к методам внешнего воздействия на продукты, а именно – их охлаждают, подмораживают, замораживают, или, реже – выполняют сублимационную сушку продуктов.

Применение методов холодильной обработки продуктов, которые могут сопровождаться изменением агрегатного состояния тканевой влаги, приводят к некоторым изменениям исходного состояния продуктов, наиболее заметных при замораживании продуктов. Однако, пищевая ценность продуктов при этом практически не изменяется.

Для восстановления исходного состояния продукта или, пользуясь терминологией холодильной технологии, для достижения технологической обратимости процесса, приходится прибегать к дополнительным технологическим методам - отеплению и размораживанию.

Таким образом, состояние продукта после холодильного хранения определяется совокупностью всех процессов, как предшествующих холодильному хранению, процессов холодильного хранения, так и последующей технологической обработки продуктов.

Холодильное хранение продуктов зависит от специфики процессов, протекающих в продуктах животного и растительного происхождения, закономерностей тепло- и массопереноса в тканевых системах, т.е. от свойств продуктов – состояния и распределения в продуктах тканевой влаги, состояния клеточной или волоконной структуры ткани и способности ткани к переносу влаги через биологические мембраны.

Таким образом, эффективность холодильного хранения продукта зависит от совокупных свойств самого продукта и факторов внешнего воздействия на него. Совершенствование технологии холодильной обработки продукта предполагает оптимизацию этих воздействий, т.е. разработку эффективных способов и технических средств охлаждения, замораживания, подмораживания, сублимационной сушки, холодильного хранения, отепления и размораживания.

Следовательно, поставленная задача является комплексной задачей холодильной технологии и холодильной техники. Причем, холодильной технологии в большей мере отводится роль дисциплины, формулирующей задачу исследования или технические условия на создание средств холодильной обработки и хранения продуктов. Холодильной технике отводится роль создания технических устройств холодильной обработки и хранения продуктов, оценке эффективности их применения в общественном питании, торговле и в пищевых отраслях, которые нуждаются в применении холода.

Таким образом, в рамках учебного процесса холодильная техника и холодильная технология пищевых продуктов являются составляющими единого процесса познания. Структурная логика представления учебного материала состоит в последовательном изложении сведений, касающихся пищевых продуктов и в описании всех аспектов холодильной техники - от методов получения искусственного холода до его применения в торговом холодильном оборудовании и в специализированных устройствах - аппаратах по охлаждению, замораживанию продуктов, льдогенераторах, фризерах мягкого мороженного и т.д.

В учебном пособии представлены сведения, касающиеся кондиционирования воздуха в помещениях предприятий общественного питания и торговли, применения кондиционеров на транспорте.

Раздел I

Основы холодильной обработки

и хранения продуктов

Глава 1

1. Состав и свойства пищевых продуктов

С точки зрения приоритетных задач холодильной технологии, любая обработка продукта, включая его холодильное хранение, связана с достижением биологической или, что является основной целью холодильной обработки продуктов, технологической обратимостью процесса. Это значит, что по окончании технологического процесса, свойства продукта должны остаться практически неизменными, аналогичными тем, которыми он обладал до технологической обработки. Это – задача-максимум холодильной технологии. Поэтому, разработка рекомендаций, касающихся методологии холодильной обработки и хранения продуктов, включая краткосрочное хранение, должна базироваться на представлениях о составе, структуре, свойствах, продуктов, знании процессов в продуктах, предшествующих его холодильной обработке и возможных изменениях, полученных ими при холодильной обработке и последующем хранении. Равным образом сказанное относится и к методам восстановления исходных свойств – к отеплению и размораживанию продуктов.

Пищевые продуты животного и растительного происхождения являются сложными биологическими системами. В отличие от продуктов животного происхождения, продуты растительного происхождения, являются биологически активными.

Выбор способа воздействия на продукт и анализ процессов технологической обработки в холодильной технологии принято рассматривать на основе представления о продукте, как о полидисперсной системе, включающей растворитель - тканевую влагу и растворенные компоненты, - белки, жиры, углеводы, минеральные вещества.

Изменчивость свойств продуктов при холодильной обработке и хранении влияет на их потребительскую ценность и определяет методы последующей холодильной обработки.

1.1. Связь влаги с компонентами продукта

Определяющим компонентом продукта (дисперсионной средой) является тканевая влага. Ее состояние и прочность связи с растворенными компонентами продукта (дисперсной фазой) определяет консистенцию и структуру продукта, влияя на условия холодильной обработки и последующего хранения продукта.

В продуктах животного происхождения количество влаги составляет 75...80%, растительного - до 99%.

Тканевая влага не является свободной. Она связана с компонентами продукта. Представление различных авторов о прочности этой связи отражено в таблице 1.1.

Наиболее четкую классификацию форм связи с компонентами продукта представил П.А.Ребиндер.

Химически связанная влага - влага, оцениваемая в точных количественных соотношениях. Химически связанная влага прочно связана с компонентами продукта и может быть удалена из него при химическом взаимодействии или при жесткой тепловой обработке, например, при прокаливании. При обычной сушке продукта химически связанная влага не удаляется.

Таблица 1.1

Формы связи влаги с компонентами продукта.

Физико-химическая связь- удержание влаги в неопределенных количествах. Этой форме соответствуют следующие виды связи:

- адсорбционно-связанная влага, т.е. влага, удерживаемая за счет электростатического заряда мицелл. Коллоидные частицы имеют дисперсность 0.1...0.001 мкм в силу чего обладают огромной внутренней поверхностью,

- осмотически удержанная влага, т.е. влага набухания и структурная влага, захваченная при формировании геля. Этой влаге соответствует весьма малая энергия связи.

Как полагает С.М. Липатов, высокомолекулярные соединения состоят из смеси фракций различной молекулярной массы, которые разнообразно взаимодействуют с водой. Высокомолекулярные фракции нерастворимы в воде, низкомолекулярные - растворимы.

При формировании геля образуется скелет из замкнутых клеток, стенки которых состоят из нерастворимых фракций. Растворимая фракция при этом частично попадает внутрь клеток, а частично находится на их внешней поверхности. Так, как внутри клеток концентрация растворимой фракции больше, чем вне клеток, то влага попадает внутрь скелета путем осмоса, через стенки клеток. Часть влаги попадает внутрь клеток непосредственно при формировании геля.

Физико-механическая связь- удержание влаги в неопределенных количествах. Этой связи соответствуют следующие виды влаги:

- влага макрокапилляров со средним радиусом пор более 10^{-7 м. Давление водяного пара над поверхностью воды не отличается от давления водяного пара над поверхностью чистой воды,}

- влага микрокапилляров - заполняет поры размером менее 10^{-7 м. Эта влага перемещается в продукте как в виде жидкости (от центральных слоев продукта до зоны испарения), так и в виде пара (от зоны испарения через сухой слой в теплоотводящую среду).}

Применительно к практическим задачам пищевой технологии, формы связи влаги можно свести к представлению всего о двух формах влаги: свободная и связанная.

Свободная влага по свойствам не отличается от свойств чистой воды. Связанная влага отличается рядом особенностей. Она труднее испаряется, является плохим растворителем и может находиться под повышенным давлением, обусловленным силовым молекулярным полем. По расчетным данным, количество связанной влаги в клетке не превышает 10%. По экспериментальным данным, для разных продуктов, она составляет от 8 до 20%.

Упрощенная классификация форм связи влаги с компонентами продукта не отражает полноты природы взаимодействия, но может быть использована для простоты логических построений, связанных с оценкой меры совершенства технологических методов обработки продуктов, влияния этих методов на выполнение технологического процесса и качество конечного продукта.

1.2. Структурные компоненты продуктов, изменение их свойств

Продукты, как отмечено ранее, принято подразделять на продукты животного и растительного происхождения. Продукты животного происхождения содержат наибольшее количество белков и жиров, продукты растительного происхождения - углеводов.

Наиболее сложной и биологически важной частью пищевых продуктов являются белковые вещества - высокомолекулярные органические вещества, молекулы которых состоят из аминокислот. Пищевая ценность белка определяется составом аминокислот.

Белки подразделяют на простые (протеины) - альбумины, глобулины, гистоны, протамины, склеропротеины и на сложные (протеиды) - нуклеопротеиды, хромопротеиды, глюкопротеиды, фосфопротеиды, липопротеиды. Альбумины легко растворяются в воде, глобулины в воде практически нерастворимы, но легко растворяются в солевых растворах слабой концентрации. Это следует учитывать при холодильной обработке продуктов, прежде всего при их замораживании.

Липопротеиды являются важнейшей частью биологически активной структуры, регулирующей процесс переноса вещества и влаги через белковые мембраны, в силу чего они вызывают интерес, связанный с решением задач холодильной обработки и хранения продуктов.

В тканевых системах белкимогут находиться в жидком, полужидком, и твердом состояниях.

Влага с белком может быть связана посредством адсорбции, под действием осмотических сил и механически. Эта часть влаги в основном захвачена белковыми структурами. Доля этой влаги превалирует над остальными формами связанной влаги.

Потребительские свойства продуктов животного происхождения зависят от направленности и глубины процессов, влияющих на изменчивость свойств мышечной ткани, составляющей наибольшую пищевую ценность мяса.

Мышечная тканьсостоит из двух основных белков, - актина и миозина. Актин находится в глобулярной (лат. globulus - шар) форме. В этом состоянии он не связан с миозином. Его переход в фибриллярную (лат. fibrilla - волокно) форму зависит от концентрации в мышечных волокнах АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты).

Постепенное снижение pH в процессе автолиза мяса приводит к переходу глобулярного актина в фибриллярный. В результате взаимодействия с АТФ, актомиозина происходит его сокращение. При этом АТФ распадается на аденозиндифосфорную (АДФ) и ортофосфорную кислоту с выделением значительного количества энергии, расходуемой на сокращение мышечного волокна.

В этом состоянии мышечная ткань обладает минимальной водоудерживающей способностью, уменьшается ее эластичность, нарастает сокращение ткани. Это - первая фаза созревания мяса. В этом состоянии мясо приобретает жесткость. Данное состояние принято называть процессом окоченения. Оно наблюдается сразу после прекращения жизни животного.

В основной стадии созревания мяса происходит процесс постепенного размягчения мышечной ткани. Кислотность (pH) среды сдвигается в щелочную сторону (pH>7), наблюдается распад волокон, мясо приобретает вкусовые и ароматические качества свойственные мясу, пригодному к употреблению.

Длительность автолиза, т.е. длительность биохимических процессов, зависит от вида животного. Для крупного рогатого скота процесс может протекать 24...30 часов. Для рыбы, в зависимости от породы и ее размеров, процесс более скоротечен и может завершиться в течение 10...30 минут.

Процесс улучшения пищевого достоинства мяса, обусловленный совокупным воздействием ферментов, носит название созревание.

Зависимость продолжительности созревания от температуры может быть выражена формулой:

, (1.1)

где: - длительность созревания, выраженная в сутках; t - температура, ^оС.

Белки являются лабильными компонентами тканевой системы. Белковая молекула легко распадается под действием внешних факторов - температуры, кислоты, щелочи и т. д. При этом происходит изменение свойств белка с потерей им биологической активности (ферментативной, гормональной). Кроме того, под влиянием внешних факторов происходит денатурация белка. Нарушается его внутренняя структура. Белок теряет гидрофильные и приобретает гидрофобные свойства, что в конечном итоге, влияет на способность белка повторно присоединять к себе тканевую влагу, которая, например, отщепляется от белка при замораживании продукта. Восстановление исходных свойств белка определяется свойствами белка и мерой совершенства выполнения технологического процесса, например, скоростью выполнения процесса замораживания и размораживания продукта. Все это вместе взятое определяет меру обратимости процесса (биологическую и технологическую).

Биологическая обратимостьпредполагает полное восстановление исходных свойств белка и продукта в целом. Она представляет практический интерес, прежде всего при замораживании продуктов растительного происхождения, поскольку после размораживания продукта предполагается достижение полного восстановления его исходных свойств. Эта область является сферой интересов биологов и прежде всего тех, кто решает проблемы криобиологии, связанные с достижением сохранности клеток и тканей при их замораживании.

Достижение технологической обратимости, связывают с холодильной обработкой продуктов, которые не нуждаются в восстановлении биологической активности. При технологической обратимости восстанавливают те свойства, которые в потребительском плане определяют ценность продукта. При этом, однако, чем более совершенен технологический процесс, тем больше продукт после технологической обработки сохраняет исходные качества, что является желательным, но не обязательным.

Основным процессом, определяющим изменчивость свойств растительных продуктов, является процесс дыхания. Он характеризуется окислением органических соединений, в основном моносахаридов, кислородом воздуха (аэробное дыхание) или их распадом на более простые компоненты (анаэробное дыхание).

Процесс аэробного дыханияпродуктов сопровождается выделением в окружающую среду углекислого газа, водяных паров и, в расчете на одну грамм-молекулу глюкозы, значительного количества теплоты (2824 кДж).

При анаэробном дыхании, аналогичном спиртовому брожению, с выделением углекислого газа и образованием спирта, выделяется 113 кДж теплоты.

Интенсивность дыхания зависит от вида, сорта плодов и овощей и степени их зрелости.

С повышением температуры увеличивается скорость ферментативных процессов, приводящих к их созреванию, перезреванию и, в конечном итоге, к их порче.

Интенсивность дыхания выражают в милиграммах углекислого газа (СО₂), выделяемого 1кг. продукта в 1ч.

Зависимость интенсивности дыхания от температуры выражается соотношением:

, (1.2)

где: i_о - интенсивность дыхания при 0^оС ; t - температура; b - температурный коэффициент интенсивности дыхания, постоянный для данного вида продукта (табл.1.2).

Таблица 1.2

Интенсивность дыхания некоторых видов продуктов

Аналогичной закономерностью выражают интенсивность тепловыделения (1.3).

, (1.3)

q_o - тепловыделение при 0^оС (табл.1.2).

Главной составной частью растительной ткани являются углеводы. Их количество составляет в среднем 80% от общего количества органических веществ. В животных тканях их количество незначительно (не более 2%).

Углеводы подразделяют на моносахариды и полисахариды. В продуктах наиболее распространены гексозы. В технологическом плане, прежде всего, выделяют глюкозу и фруктозу, как компоненты тканевого сока, существенно влияющие на величину криоскопической температуры (температуры начала замерзания тканевого сока продукта).

Полисахариды - сложные углеводы, состоящие из большого числа моносахаридов. Они находятся в продуктах животного и растительного происхождения. Из полисахаридов в технологическом плане представляет интерес крахмал, целлюлоза (клетчатка) и пектиновые вещества.

Крахмал откладывается в клетках корней, клубнях в виде зерен. Крахмал выделяется после разрушения клеточной структуры. Зерна крахмала не растворимы в холодной воде. Крахмал состоит из двух компонентов: амилозы (20% всего крахмала) и амилопектина. Поверхность зерен крахмала покрыта амилопектином, который разрушается при тепловой обработке с образованием коллоидных растворов. Коллоидные растворы при замораживании разрушаются. Влага отщепляется, образуется структурный каркас, который не восстанавливает своих исходных свойств. На свойстве коллоидных растворов формировать структурный каркас возможна организация производства, например, шоколадных конфет с наполнителем в виде ликера или иным наполнителем.

Целлюлозасоставляет структурный каркас клеток. Она не обладает избирательной проницаемостью по отношению к растворенным компонентам вне и внутри клетки.

Пектиновые веществасодержатся в плодах и овощах в виде протопектина (нерастворимого в воде) и пектина (растворимого в воде). Пектин обеспечивает связывание влаги, что следует учитывать при замораживании при сохранении исходного состояния продукта.

Липиды - вещества с общими физико-химическими свойствами. К липидам относят жиры, высокомолекулярные жирные кислоты, воска, фосфолипиды, стерины и другие соединения. Жиры состоят из молекул трехатомного спирта - жирных кислот (насыщенных и не насыщенных) и глицерина, соединенных эфирными связями. При комнатной температуре они остаются твердыми. Ненасыщенные жирные кислоты способны к прогорканию в условиях доступа к ним кислорода воздуха. Образовавшиеся в жире перекиси быстро разлагаются до альдегидов, придавая продукту, неприятный вкус и запах.

Тканевая влага продукта содержит витамины, органические кислоты, минеральные вещества.

Витамины - биологически активные вещества, участвующие в регулировании основных процессов продукта.

Минеральные веществав продуктах находятся растворенными в тканевой влаге или входят в состав органических соединений в виде солей, кальция, натрия, магния, марганца, хлора и т.д. С учетом их количественного присутствия в тканях, минеральные веществапринято подразделять на две группы: макро- и микроэлементы. Макроэлементы - соли кальция, натрия, магния, хлора, фосфора, марганца содержатся в сотых долях процента. Микроэлементы - железа, меди, цинка, йода, бария и д.р. содержатся в тысячных долях процента.

Кроме влияния на кислотность тканевого сока и, следовательно, на состояние тканевых компонентов, минеральные веществаопределяют биологическую активность ферментов и тканевых белков.

Осмотическая концентрациятканевого сока, в соответствии с законом Рауля, определяется концентрацией присутствующих в растворе низкомолекулярных соединений: витаминов, органических кислот, минеральных веществ. Поэтому, понижение температуры замерзания раствора и, соответственно, повышение температуры кипения связано с молярной концентрацией растворенных компонентов.

Для недиссоциированных растворов, это соотношение может быть представлено в следующем виде:

, (1.4)

где: - понижение температуры замерзания раствора относительно температуры замерзания чистой воды, ^оС,

- криоскопическая постоянная, =1.859

С - молярная концентрация тканевого раствора, моль/л.

Изменение концентрации тканевого сока при его замораживании влияет на величину осмотического давления раствора. Для разбавленных растворов, не электролитов, осмотическое давление находится из выражения:

(1.5)

где: R - универсальная газовая постоянная, равная 8.31 , или, соответственно, равная 0.082, ,

T - абсолютная температура, K.

Из выражения (1.5) следует, что при температуре раствора, равной 0^оС осмотическое давление раствора, концентрация которого равна 1моль/л, составляет 22.4 атм.

Для диссоциированных на ионы веществ, формула (1.5) представляется в виде:

(1.6)

где: i - изотонический коэффициент, равный отношению фактического числа частиц растворенного вещества в растворе к числу частиц, которое было бы при отсутствии диссоциации. При полной диссоциации i =2.

1.3. Гистологические и цитологические особенности структуры продуктов

С точки зрения приоритетных задач холодильной технологии, любая обработка продукта, включая его холодильное хранение, связана с достижением биологической или, что является целью холодильной обработки продуктов, технологической обратимостипроцесса. Это значит, что по окончании технологического процесса свойства продукта должны остаться практически неизменными, аналогичными тем, которыми он обладал до технологической обработки. Это – задача максимум холодильной технологии. Поэтому выработка рекомендаций, касающихся методологии холодильной обработки продуктов должна базироваться на представлениях о структуре продукта, процессах протекающих в продуктах, предшествующих его холодильной обработке, возможных изменениях, протекающих в продуктах в процессе холодильной обработки и последующего хранения.

Продукты животного происхождения (гистологические основы).

Тканевая система животного происхождения представляется четырьмя основными видами ткани: эпителиальной, соединительной, мышечной, нервной.

Пищевая ценность мяса в основном определяется мышечной тканью.

По морфологическому строению различают поперечно - полосатую мышечную ткань и гладкую, входящую, например, в состав стенок желудка, сосудов и т.д.

Мышечная тканьпредставляет волокнистую структуру, состоящую из отдельных мышечных волокон, скрепленных соединительной тканью. Срез мышечной ткани, при увеличении 120^х в оптическом микроскопе, представлен на рис. 1.1.

Мышечное волокно представляет вытянутую клетку толщиной от 10 до 100 мк и длиной 0.1...0.12 м. Поверхность клетки покрыта прочной эластичной оболочкой - сарколеммой. Внутри мышечного волокна находятся волокна небольшой толщины - миофибриллы, обеспечивающие сократительную деятельность мышцы в целом. Миофибриллы погружены в саркоплазму, обладающую коллоидными свойствами.

Продукты растительного происхождения (гистологические основы).

Рассматривая растительную ткань, как ранее животную, как объект последующей технологической обработки и, прежде всего мощного воздействия на ткань - процесса замораживания, можно выделить особенности клеточной структуры. Содержимое цитоплазмы клеток окружено полупроницаемой биологической мембраной. Цитоплазмаприлегает к клеточным стенкам – каркасу и, вследствие разности концентраций веществ с внутренней и внешней сторон мембраны клетки, внутри клетки создается давление, называемое тургурным. Тургурное давление является интегральным показателем нахождения клетки в живом состоянии. Внешнее давление является осмотическим. Разность давлений тургурного и осмотического влияет на скорость обмена веществ между клеткой и межклеточным пространством, а размеры микрокапилляров биологической мембраны (плазмолеммы) и ее структура, определяют проницаемость мембраны для растворенных веществ, поступающих в клетку и удаляемых из нее. На рис. 1.2 представлена в оптическом микроскопе структура ткани лука при увеличении 120^х.