Охлаждение мяса и мясных продуктов

Охлаждение мяса и субпродуктов заключается в отводе от них тепла с понижением температуры до уровня, близкого к криоскопической точке (0-4⁰С).
На качество мяса в период охлаждения существенное влияние оказывает его взаимодействие с внешней средой и изменения, вызываемые деятельностью тканевых ферментов. Взаимодействие с внешней средой приводит к возникновению тепло - и влагообмена и окислению составных частей тканей кислородом воздуха.

Мясо и мясопродукты охлаждают в воздушной среде или в жидкостях (воде или рассолах). Охлаждение говяжьего и свиного мяса в полутушах и бараньего мяса в тушах производят в помещениях камерного или туннельного типа. Туши и полутуши подвешивают к троллеям подвесных путей, по которым их передвигают вручную или с помощью конвейеров. Камеры (туннели) для холодильной обработки мяса могут быть цикличного или непрерывного действия, с вмонтированными устройствами для охлаждения.
Главными регулируемыми параметрами охлаждения мяса в воздушной среде являются температура, скорость движения воздушной среды и её влажность. Интенсивность теплоотдачи во внешнюю среду зависит от размеров и конфигурации охлаждаемого объекта.

Охлаждение мяса осуществляется одно- и двухстадийными методами. При одностадийном охлаждении мясо доводят до температуры 0- 4 ⁰С в толще мышц бедра непосредственно в камере при температуре воздуха от -1 -2 до -3 -5 ⁰С с относительной влажностью 90-92 % и скоростью циркуляции воздуха от 0, 1 до 2, 0 м/с.

Температура и скорость движения воздуха в холодильных камерах должны быть одинаковы во всех точках. Расстояние между полутушами и тушами на подвесных путях 30-50 см. Нагрузка на один погонный метр подвесного пути для говядины составляет 250 кг, для свинины и баранины 200 кг.

Двухстадийное охлаждение проводят при температуре на первом этапе -4 -15 ^оС, скорости движения воздуха 1-2 м/с в течение 6-10 часов, на втором этапе (доохлаждение) температура воздуха -1 -1, 5 ⁰С, скорость его движения 0, 1-0, 2 м/с.

Потери массы у различных видов мяса (усушка) составляют: при одностадийном охлаждении – для свинины 1, 1-1, 5 %, для говядины 1, 4-1, 6 %, для баранины 1, 5-1, 8 %. При двухстадийном способе охлаждения потери уменьшаются на 20-30 %.

Помимо одностадийного и двухстадийного способов охлаждения существует гидроаэрозольный способ охлаждения.. Он заключается в том, что свиные и говяжьи полутуши, имеющие температуру в толще бедра 35-37 ⁰С и на поверхности 20-25 ⁰С, орошаются через форсунки тонкодиспергированной водой при температуре 9 ⁰С; скорость подачи воды 1-2 м/с.

Через три часа охлаждения температура в толще бедра и на поверхности становится соответственно 22-24 ⁰С и 10-12 ⁰С, после чего мясо доохлаждают в камерах при 0 -1 ⁰С в течение 10-13 часов. Общая продолжительность охлаждения не превышает 16 часов. При таком способе охлаждения снижаются потери массы, однако происходит увлажнение поверхности, что значительно сокращает срок хранения продуктов, а также приводит к ухудшению товарного вида и качества мяса. Для сохранения качества мясо и мясопродукты необходимо упаковывать в полимерный материал, после чего применять контактное охлаждение.

Медленное охлаждение парного мяса имеет ряд недостатков. Прежде всего, из-за значительных потерь влаги поверхность туш покрывается сплошной, чрезмерно толстой корочкой подсыхания, которая не всегда сохраняется, и под действием влажного воздуха может набухать, что снижает устойчивость мяса к микробиальной порче при хранении. Недостаточная интенсивность охлаждения внутри мышц бедренного сустава говядины и свинины при неблагоприятных санитарных условиях первичной переработки может привести к росту гнилостных бактерий в толще мяса и образованию «загара» с появлением неприятного сильного запаха и нехарактерного (серовато-красного) цвета.

Быстрое двухстадийное охлаждение обеспечивает хороший товарный вид, сохранение яркого цвета, получение тонкой корочки подсыхания, снижение потерь массы (20–30 %) и высокую стабильность сырья при хранении. Следует иметь в виду, что при быстром охлаждении, особенно на первом этапе воздействия холода, может произойти изменение направленности автолитических процессов, сопровождающееся развитием так называемой холодной контрактации (холодового шока, холодового сокращения), приводящей к увеличению жесткости мяса и снижению водосвязывающей способности, особенно в периферийных слоях туши и у красных мышечных волокон. Данное явление присуще говядине, баранине и птице. Чаще всего холодовое сокращение возникает в говядине, если температура снизилась ниже 11 ⁰С прежде, чем величина рН достигла уровня ниже 6, 2.

Развитие холодной контрактации обусловлено спецификой изменения миофибрилл в парном мясе: под действием резко снижающейся температуры между сократительными белками актином и миозином образуются поперечные мостики, и происходит сокращение (сжатие мышц), малообратимое при последующем хранении мяса. Механизм холодной контрактации, несмотря на внешнее сходство, отличается от процесса образования актомиозинового комплекса в ходе посмертного окоченения тем, что в последнем случае между актином и миозином образуются ионные связи, и мышечные волокна расслабляются по мере распада АТФ в процессе созревания.

Во избежание появления холодной контрактации необходимо:
1. выдержать мясо после убоя при 10-15 ⁰С в течении 10-12 часов для распада основной части АТФ;

2. осуществлять охлаждение туш в подвешенном состоянии, так как механическое растягивание волокон снижает вероятность холодной контрактации;

3. рекомендуется применять электростимуляцию, позволяющую ускорить ферментативные процессы.

Существует так же трехстадийный способ охлаждения мясных туш, который предусматривает переменные параметры воздушной среды: на первой стадии охлаждения -10 -12 ⁰С; на второй -5 -7 ⁰С при скорости движения воздуха 1–2 м/с в течение соответственно 1, 5 и 2 часа; на третьем этапе - доохлаждение проводят при температуре около 0 ⁰С и скорости движения воздуха не более 0, 5 м/с.

Охлаждение мяса птицы. При максимальной механизации и автоматизации переработки птицы целесообразно использовать интенсивное охлаждение тушек.

Мясо птицы охлаждают на воздухе, в льдо-водяной смеси или ледяной воде до достижения температуры в толще грудной мышцы 4 ⁰С.

Воздушное охлаждение осуществляется при 0-1 ⁰С и скорости движения воздуха 1-1, 5 м/с. Продолжительность охлаждения тушек, уложенных в деревянные и металлические лотки, в зависимости от вида и категории упитанности, составляет 12-24 часа. Процесс охлаждения можно интенсифицировать, понижая температуру до -4 -5 ⁰С и увеличивая скорость движения воздуха до 3-4 м/с. В этом случае продолжительность охлаждения снижается до 6-8 часов. При охлаждении тушек птицы на воздухе происходит их усушка (0, 5-1 %). С целью уменьшения усушки необходимо предварительно охладить тушки сначала до 15-20 ⁰С, орошая их водопроводной водой, а затем продолжить охлаждение в подвешенном состоянии при -4 -6 ⁰С и скорости движения воздуха 3-4 м/с.
С точки зрения условий теплообмена, сокращения затрат труда и улучшения товарного вида тушек наиболее эффективен процесс охлаждения в ледяной воде при температуре около 0 ⁰С. Различают несколько вариантов этого процесса: погружение, орошение и их комбинация. Продолжительность охлаждения тушек птицы 20-50 минут. Полупотрошеную птицу для предотвращения микробиальной порчи лучше охлаждать методом орошения. При погружении тушек в холодную воду происходит поглощение влаги (от 4, 5 до 7 % массы остывшего мяса). Для уменьшения количества поглощенной воды тушки оставляют до полного её стекания, а потом удаляют влагу с тушек с помощью бильных машин.

Скорость и продолжительность охлаждения. Чем быстрее температура мяса будет доведена до уровня, неблагоприятного для развития микрофлоры, тем лучше оно будет сохраняться. Быстрое охлаждение выгодно и в экономическом отношении, так как увеличивает коэффициент использования холодильных ёмкостей. Эти два обстоятельства вызывают тенденцию к повышению скорости охлаждения. Академик Д. А. Христодуло предложил уравнение для определения продолжительности процесса охлаждения

(1)

где τ - продолжительность охлаждения, ч;

F - поверхность охлаждения, м²;

G - масса тела, кг;

α - коэффициент теплоотдачи, кДж/(м^2. ч ^. град);

с- теплоёмкость, кДж/(кг ^. град);

t_н - начальная температура тела, ⁰С;

t_k - конечная температура тела, ⁰С;

t_c – температура среды, ⁰С;

n - коэффициент, учитывающий замедление процесса, n =0, 5.

Из уравнения (1) темп охлаждения выражается по формуле:
(2)
где m_t – темп охлаждения, 1/ч;

F - поверхность охлаждения, м²;

G - масса тела, кг;

α - коэффициент теплоотдачи, кДж/(м^2. ч ^. град);

с - теплоёмкость, кДж/(кг ^. град).

Из уравнения (2) следует, что темп охлаждения зависит от размеров, формы тела, состава продукта и скорости движения среды.

В свою очередь состав продукта влияет на теплоёмкость, а скорость движения среды на коэффициент теплоотдачи.

Н. А. Головкиным предложено уравнение, выражающее влияние скорости и толщины бедра на темп охлаждения.

(3)
где m_t - темп охлаждения, 1/ч;

v - скорость циркуляции воздуха, м/сек;

δ - толщина бедра, м.

Своеобразие испарения влаги мясом в процессе его охлаждения обусловлено двумя причинами: во-первых, поверхность мяса увлажнена при мокром туалете, во-вторых, диффузия влаги от центра к поверхности происходит не только вследствие влагопроводности материала, наличия градиента влажности, но и в результате явления влагопроводности, обусловленного градиентом температуры (влага перемешается в направлении теплового потока). Так как в период охлаждения градиент температуры уменьшается во времени, скорость внутренней диффузии также падает. Всё это приводит к тому, что скорость испарения очень большая в начале и резко снижается по мере охлаждения мяса. Около 80 % всей усушки падает на первую половину времени охлаждения. Через 12 часов усушка уменьшается примерно в 5 раз, а через 24 часа примерно в 25 раз по сравнению с начальными параметрами.

Важным фактором в процессе охлаждения является массообмен с внешней средой, поскольку потери влаги (усушка) в процессе охлаждения мяса могут достигать 2 % и более. Связь между величиной усушки и условиями охлаждения можно выразить уравнением:

(4)

где G – усушка, %^. час;

r - теплота испарения при температуре поверхности, кДж/кг;

α - коэффициент теплоотдачи кДж/(м^2.ч^.град);

μ - поправочный коэффициент меньше единицы, учитывающий

снижение интенсивности испарения по отношению к чистой воде;

t_п- температура поверхности продукта, ⁰С;

F - поверхность охлаждения, м²;

G - масса тела, кг;

φ - относительная влажность, %.

Как следует из уравнения (4), величина усушки пропорциональна влажностному дефициту воздуха. Поэтому один из путей уменьшения усушки мяса в период охлаждения - это повышение относительной влажности воздуха вплоть до величины, близкой к 100 %. Для уменьшения усушки полутуш их обертывают простынёй или упаковывают в полимерные пленочные материалы. Применение этого способа помимо снижения усушки позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия охлаждения и способствует сохранению внешнего вида мяса: задерживает обесцвечивание жира, сохраняет естественный цвет мяса, предотвращает образование морщинистости на поверхности. На усушку влияют также вид мяса, размеры тушек и содержание жира в мясе. Допускаемые пределы усушки регламентируются в зависимости от конкретных условий охлаждения и особенностей охлаждаемого продукта.

Техника охлаждения. В зависимости от условий теплоотвода и конструкции приборов охлаждения различают батарейное, воздушное и смешанное охлаждение. При батарейном охлаждении в камерах устанавливают батареи, в которые подают жидкий хладагент или теплоноситель. Воздух может охлаждаться благодаря нагреванию теплоносителя, поступающего в батарею с температурой на 8-10 ⁰С ниже, чем температура охлаждаемого воздуха. Распространенными теплоносителями являются рассолы – водные растворы хлоридов натрия и кальция. Такое охлаждение называют рассольным, а камерные приборы охлаждения – рассольными батареями.

Воздушное охлаждение камер осуществляется воздухом. Холодный воздух из воздухоохладителя нагнетается вентилятором в камеру, соприкасаясь с мясом, отепляется, увлажняется и вновь поступает в воздухоохладитель. При воздушном охлаждении в отличие от батарейного, когда в камерах происходит естественная циркуляция воздуха со скоростью 0, 05-0, 15 м/с, циркуляция воздуха принудительная со скоростью до 2, 5 м/с.
Смешанное охлаждение сочетает в себе батарейное и воздушное охлаждение. Этот вид охлаждения не нашел применение на предприятиях мясной промышленности.

Воздушное охлаждение, несмотря на такие недостатки, как энергозатраты на работу вентиляторов, необходимость установления воздухоохладителей, воздуховодов и вентиляторов находит широкое применение. К преимуществам воздушного охлаждения относятся: более равномерное распределение температуры и влажности воздуха по объему камеры, чем при батарейном охлаждении; интенсификация процессов охлаждения и замораживания; возможность регулирования влажности воздуха благодаря большой скорости движения воздуха; небольшая металлоёмкость.
Субпродукты охлаждают в отдельных камерах, в тазиках слоем толщиной не более 10 см, которые размещают на стеллажах или этажерках. Длительность охлаждения субпродуктов при 0-1 ⁰С составляет 18-24 часа.
Птицу охлаждают в аппаратах туннельного типа с поперечным движением воздуха, на многоярусных тележках при температуре воздуха -8 ⁰С и скорости движения 2-3 м/с до температуры 2-3 ⁰С в течение 4-5 часов.
Хранение охлажденного мяса. Продолжительность хранения охлажденного мяса зависит как от температуры, относительной влажности и циркуляции воздуха в камере, так и от начальной бактериальной обсемененности поверхности мяса. Температура в камере должна быть 0 –1⁰С, относительная влажность воздуха 85-90 %, скорость его движения 0, 1-0, 2 м/с.

Для увеличения сроков хранения мяса, мясопродуктов и мяса птицы применяют различные упаковки с регулируемыми газовыми средами, ультрафиолетовое и ионизирующее излучения, упаковку под вакуумом.
Использование полиэтиленовых, сарановых, вискозиновых полимерных пленочных покрытий предохраняет продукт от внешних воздействий, что улучшает санитарное состояние мяса, а также снижает потери массы, бактериальную обсемененность, способствует сохранению окраски и предотвращает окисление жиров.

Перспективным является хранение мяса в газовых средах с регулируемым составом. Так, срок хранения мяса в среде, содержащей 10 % СО₂, при температуре -1 -15 ⁰С и относительной влажности 90-95 % увеличивается в 2 раза по сравнению с хранением в обычной атмосфере, а в смеси азота (70 %), диоксида углерода (25 %) и кислорода (5 %) срок хранения увеличивается в 2, 5-3 раза.

На срок хранения охлажденного мяса влияют способ охлаждения и относительная влажность воздуха. Мясо, охлажденное медленным способом, может храниться 15-20 суток при 0-1 ⁰С и относительной влажности воздуха 85-90 %, а охлаждение быстрым способом - до 4 недель при температуре -1 ⁰С и относительной влажности воздуха 90-95 %.

Охлажденное мясо птицы хранят в холодильниках при 0-2 ⁰С и относительной влажности воздуха 80-85 % - до 5 суток. При хранении тушек, упакованных в полиэтиленовые или сарановые пакеты, срок увеличивается до 7-10 суток.