Данная дипломная работа посвящена разработке технологии вакуумного охлаждения и замораживания пищевых продуктов. В качестве исследуемого объекта использовали воду.
В первом разделе приведён литературный обзор и постановка задачи исследования.
Во втором разделе разработана схема, произведен тепловой и конструктивный расчет и подбор элементов холодильной установки.
В третьем разделе рассмотрены методики проведения эксперимента в условиях вакуума и принудительной конвекции воздуха, результаты исследования и анализ полученных данных.
По данным экспериментальных исследований получены выводы о возможностях работы данной установки.
Введение
Многим людям, а в индивидуальности тем, которые, так или иначе, связаны с пищевой индустрией известно, что свойство продукта поступающего на линию научно - технологического процесса или покупателю, находится в зависимости во многом от того, какие виды морозильной обработки были над ним осуществлены. От того, как охлаждался, замораживался, а впоследствии, в каких условиях осуществлялось хранение продукта, зависит конечное его состояние. До сих пор во всем мире создаются новые или подвергаются улучшению известные способы замораживания. Главной характеристикой замораживания, это скорость. Всем известно, что от скорости замораживания зависит качество конечного продукта, так как при быстрой заморозке усушка его минимальна, в нем сохраняется максимум полезных веществ и структура тканей свежего продукта. За счет скорости замораживания сокращается и периоды активности бактериологической среды. При медленной же заморозке в продукте появляются и остаются следы жизнедеятельности бактерий. Что касается вкусовых качеств и пищевой ценности, то они остаются неизменными, так как из-за предотвращения высыхания при быстрой заморозке ароматические и питательные вещества не успевают выйти из продукта. Поэтому для качественной заморозки важно использовать такой способ и оборудование, которые позволят ускорить процесс замораживанияВэтом отношении вакуумный способ замораживания является сегодня весьма актуальным, потому что имеет ряд важнейших преимуществ по сравнению с обычными, традиционными способами, а именно:
-уменьшение потерь массы продукта;
-значительная экономия времени и энергоресурсов;
-повышение качества продукта;
-быстрая окупаемость оборудования.
Вакуумное замораживание основано на том, что при создании разряжения происходит испарение части воды, содержащейся в продукте, за счет чего он замораживается. Данный способ был исследован многими учеными (Д. Г. Рютов, Д. А. Христодуло , А. А. Соколов, В. И. Ивашов, Н. А. Головкин, Г. Б. Чижов, В. М. Горбатов, А. П. Шеффер, Р. Планк, Г. Раймонд и др.).
Таким образом, можно сказать, что способ заморозки существенно влияет на качество продукта. С другой стороны, хорошее качество свежемороженых продуктов (мясо, рыба, полуфабрикаты и т. д.), сохраняемое при замораживании и холодильном хранении, может быть полностью утрачено в процессе неправильного и неконтролируемого размораживания. Например, при размораживании рыбы влага, образующаяся при таянии льда, полностью или частично поглощается клетками ткани.
Клетки увеличиваются в размерах, и происходит некоторое восстановление свойственной рыбе структуры мышечной ткани, однако такие свойства, характерные для свежей рыбы, как прочность на разрыв, эластичность, упругость тканей, оказываются полностью или частично утраченными. Наиболее достоверным показателем обратимости свойств, при размораживании, является величина потерь тканевого сока.
При быстром размораживании рыба имеет сочную консистенцию и приятный вкус после варки.
Предприятия пищевой промышленности применяют в настоящее время несколько способов размораживания, при которых теплоносителями являются воздух, паровоздушная среда, вода и рассол. Известны также способы размораживания с помощью ультразвука, инфракрасных лучей, электрического тока высокой, сверхвысокой и промышленной частоты и под вакуумом.
Существующие способы размораживания могут быть разбиты на три основные группы.
К первой группе относятся все методы, основанные на использовании теплопередающей среды (теплоносителя) с различными теплофизическими свойствами, при ведении которых всегда имеет место температурный градиент, т. е. используется конвективный нагрев паровоздушной смесью, в жидкости, в среде насыщенных паров и т. п.
Вторая группа -- методы размораживания, в основе которых нагрев путем преобразования энергии того или другого вида в тепловую энергию непосредственно в обрабатываемом продукте. К таким видам энергии относятся энергия электрического поля различной частоты и энергия ультразвуковых колебаний. С использованием энергии переменного электрического поля нагрев продукции при определенных условиях может осуществляться равномерно по всему объему, т. е. происходит безградиентный нагрев.
В третью группу входят комбинированные методы, использующие одновременно конвективный и безградиентный нагрев. При комбинированном способе размораживания может использоваться воздушный, микроволновый, вакуумный, электроконтактный и другой нагрев.
Проектируемая холодильная установка позволит осуществить размораживание в вакууме, т.е. метод, относящийся к третьей группе способов размораживания.
В данном проекте будет осуществлен расчет холодильной установки, который состоит из подбора теплоизоляции и определения теплопритоков в холодильную камеру, подбора холодильного оборудования и приборов измерения и регулирования. Проектирование установки производится с целью проведения дальнейших исследований. Результаты исследований покажут на деле, насколько эффективен способ замораживания и размораживания продуктов в вакууме.
1.Литературный обзор
1.1 Вакуумное охлаждение
Вакуумное охлаждение применяют сравнительно недавно, но оно является весьма перспективным. Сущность его заключается в следующем. Над охлаждаемыми плодами или овощами создают разрежение, при котором из тканей интенсивно испаряется часть влаги (1--2%), на что расходуется значительное количество их внутреннего тепла и поэтому они быстро охлаждаются. Практически вакуумное охлаждение осуществляется в специальных металлических камерах, где с помощью многоступенчатых пароэжекторных машин создается вакуум. Охлаждаемые продукты, уложенные в картонные коробки -- контейнеры, устанавливают на тележки и вкатывают в камеры. Затем камеры герметически закрывают и начинают процесс охлаждения. Длится он 15--20 мин. Такой способ применяют и для охлаждения плодов и овощей непосредственно в вагонах. Для этого пользуются большими вакуумными камерами, вмещающими железнодорожные вагоны. Процесс охлаждения происходит тоже очень быстро. При достаточно глубоком вакууме вагон овощей охлаждается за 25--30 мин. [3]
Пока вакуумным охлаждением относительно широко пользуются в США, главным образом для овощей с большой поверхностью, например, для салата, шпината, листовой петрушки и др.[3]
Сущность процесса замораживания. Замораживание, как физическое явление, представляет собой превращение в лед влаги, содержащейся в продукте, вследствие понижения его температуры ниже криоскопической точки. [3]
Продукт подвергают замораживанию для сохранения его полезных свойств и качества, так как в результате этого процесса сводятся к минимуму физические, биохимические и микробиологические изменения, протекающие в продукте. Достигается это благодаря снижению температуры продукта и превращению большей части воды в лед. Снижение температуры ниже точки замерзания тканевой жидкости замедляет рост и жизнедеятельность многих микроорганизмов. Превращение воды в лед, сопровождающееся ростом концентрации растворимых веществ, снижает биологическую активность воды в продукте до предела, при котором невозможен рост большинства микроорганизмов. [3]
Химические реакции также замедляются при снижении температуры. Однако в отличие от микробиологической деятельности организмов они продолжают протекать даже при низких температурах хранения. [3]
С другой стороны, превращение воды в лед вызывает комплекс физических и физико-химических изменений, которые, в свою очередь, вызывают изменение качества продукта (обычно ухудшают его). Поэтому для каждого продукта, чтобы свести к минимуму вредное влияние на его качество таких реакций, следует выбирать определенные условия замораживания и хранения, а также условия, предшествующие замораживанию. [3]
Для большинства продуктов, подвергаемых промышленному замораживанию, вода является главным компонентом. В большей ее части находятся растворимые вещества клетки, меньшая часть идет на образование гидратов и макромолекулярных коллоидов. Кроме того, водный раствор составляет часть желеобразной или нитеподобной структуры клетки. Наиболее характерный процесс при замораживании -- это превращение воды в лед, в результате чего она изменяет свое нормальное состояние в ткани. [3]
Переход воды в лед увеличивает концентрацию растворимых веществ клетки, изменяет рН водного раствора и воздействует на воду, которая входит в состав коллоидных комплексов. [3]
1.2 Применение вакуумирования для увеличения продолжительности хранения пищевых продуктов
Процессы охлаждения и нагрева изучаются веками и несправедливо считать, что они изучены досконально и полно. Источники тепла и способы его подвода многообразны и по времени протекания процесса порой просто несравнимы, например, как конвективный поверхностный способ нагрева и нагрев токами высокой частоты и микроволнами. А для отвода тепла (охлаждения) до сих пор в серьез рассматривали только поверхностный способ.
В последнее время появились попытки использовать для объемного охлаждения вакуумно-испарительное охлаждение, которое положительно зарекомендовало себя при охлаждении овощей и фруктов, хотя в их случае оно использовалось как более быстрый поверхностный способ охлаждения. Этот способ охлаждения требует размещения изделий в вакуумной камере с остаточным давлением, соответствующим температуре насыщенных паров воды, близкой к +2 ОC. При этом влага изделия интенсивно испаряется и тем охлаждает его. Скорость испарения влаги и соответствующая ей скорость охлаждения определяются производительностью системы вакуумирования.
Традиционные способы охлаждения пищевых продуктов конвективным потоком холодного воздуха не всегда могут быть использованы для промежуточного охлаждения пищевых продуктов. Это связано с ограничениями по температуре охлаждающей среды, которая, будучи достаточно низкой, должна оставаться положительной и не допускать замораживания продукта. Из-за малых перепадов температур (Тпрод - Ткамеры) длительность процесса растет, (особенно на его последней стадии) становятся существенными усушка и неравномерность распределения влаги по объему охлаждаемого объекта. Все это приводит к ухудшению условий последующего хранения и отклонению от стандартов качества продукта по внешнему виду, кислотности, микрофлоре и т.п.
Технология вакуумирования продуктов, необходима для магазинов, заведений общественного питания, производителей продуктов быстрого приготовления, она существенно увеличивает срок хранения скоропортящихся продуктов: мясо, рыба свежие овощи, защищая от усушки. Продукты, упакованные в вакуум, не накапливают чужеродных запахов, портящих их вкус, и не обветриваются, как при хранении в холодильнике. На продуктах, упакованных в вакуум, не развиваются болезнетворные бактерии, а значит, они остаются безопасны после долгого хранения, полностью сохраняя все вкусовые качества присущие свежим продуктам. Вакуумный упаковщик продуктов, поможет небольшому магазинчику, кафе, существенно расширить ассортимент, оптимизировать систему хранения и более рационально организовать торговлю. А значит существенно увеличить оборот и прибыль. Тем более на профессиональной кухне (кафе, рестораны) мелочей не бывает, качество продуктов - основа стабильной торговли, а значит бизнеса. Заведениям общественного питания, метод вакуумирования продуктов существенно облегчить процесс заготовки продуктов, которые затем можно использовать при большом наплыве клиентов. Ведь вакуумной упаковке, нарезки из овощей и фруктов хранятся значительно дольше, чем в обычных условиях. Вашим работникам не нужно беспокоиться о том, что - то испортится или они не успеют приготовить заказанные блюдо. В вакуумную упаковку, можно помещать продукты уже подвергшиеся тепловой обработке, полуфабрикаты, для продления срока хранения. А для любителей замораживать на зиму овощи и фрукты, вакуумный упаковщик - находка, так как благодаря вакуумированию, плоды сохраняют большинство полезных веществ и вкус лета. Что касается обслуживания вакуумных промышленных аппаратов, то в конце дня нужно чистить запаивающие слои, с помощью куска ткани смоченном в моющем средстве или спирте. Теперь, вы понимаете, необходимость вакуумных упаковочных машины для продовольственных магазинов, фабрик, ресторанов, кухонь быстрого питания, кондитерских и прочих пищевых производств, связанных с хранением или приготовлением пищевых полуфабрикатов. Для сравнения, в холодильнике свежее мясо хранится 2 - 3 дня в вакуумной упаковке: 8- 9 дней, увеличения срока хранения продуктов в два раза. Что существенно расширяет ваши возможности, теперь вы сможете хранить продукты дольше и готовить по- новому. В вакууме мясо быстрее пропитывается маринадом, что сокращает время маринования Вакуумный упаковщик, герметично упаковывает не только продукты питания, но и любые предметы, защищая их от влаги и повреждения. Вакуумную упаковку широко применяют в фармацевтической промышленности, текстильном производстве для защиты от влаги, повреждений.