Способы замораживания мяса. Технологические параметры процесса.

(более развернутый ответ, чисто так почитать)))))

По продолжительности процесса замораживание характеризуется как медленное (тихое), интенсивное и быстрое. Эти понятия скорости процесса замораживания условны и точные границы, отделяющие быстрое замораживание от медленного, не установлены.

Среднюю скорость замораживания наиболее удобно рассматривать как отношение расстояния, проходимого фронтом кристаллообразования в продукте, к продолжительности его прохождения — в см/час. Условно можно принять следующее деление характера замораживания, в зависимости от скорости процесса:

а) медленное замораживание — при скорости от 0, 1 до 1 см/час;

б) интенсивное (среднескоростное) — при скорости от 1 до 5 см/час;

в) быстрое—при скорости от 5 до 20 см/час.

Основные требования, которые должны быть соблюдены при замораживании мяса, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Применять охлаждающие среды (твердые, жидкие и газообразные), не оказывающие вредного действия на замораживаемый продукт.

2. Отводить тепло от продукта по возможности одновременно со всех сторон.

3. Выбирать такую скорость замораживания, которая будет удовлетворять условиям наилучшего сохранения качества продукта и наилучшим условиям эксплуатации.

4. Применять аппараты для замораживания простые и надежные в эксплуатации.

Замораживание мяса может производиться различными методами:

1) в воздухе — медленное (тихое), интенсивное и быстрое;

2) в жидкой фазе — рассоле, контактное и бесконтактное;

3) бесконтактным методом — между охлажденными металлическими плитами;

4) в контакте с хладагентом (применяется СО2 и др.).

Замораживание мяса в воздухе — наиболее старый и до настоящего времени наиболее распространенный способ. Тепло отводится от мясопродукта омывающим его воздухом, который охлаждается либо полностью в камерах размещенными в них батареями с непосредственным испарением хладагента, или с рассолом, либо частично батареями и частично воздухоохладителями, расположенными вне или внутри камер.

К воздушному замораживанию относится и способ замораживания за счет наружного воздуха, поступающего в зимнее время года. При естественной циркуляции воздуха длительность замораживания очень велика. Такое замораживание носит название тихого. Ускорение процесса воздушного замораживания и более равномерное распределение температуры в камере достигаются искусственной циркуляцией воздуха, осуществляемой вентиляторами либо за счет подачи воздуха из воздухоохладителей, либо установленными в камере в качестве циркуляторов-болтунов. Такое воздушное охлаждение при движении воздуха со скоростью до 2 м/сек. носит название интенсивного.

Воздушное замораживание мясных туш и полутуш, в зависимости от температуры в камере и условий циркуляции воздуха, а также размеров и упитанности туш, длится от 24 до 32 часов по способу Всесоюзного научно-исследовательского холодильного института (И. Н. Кульбин), а при температуре —23° в камере и искусственной циркуляции — до двух суток при той же температуре и естественной циркуляции и до четырех суток при температуре—8°, —12°

Такие режимы замораживания являются относительно медленными и сопровождаются неблагоприятными условиями кристаллообразования. Всесоюзным научно-исследовательским холодильным институтом смонтирована камера с температурой воздуха —66° для воздушного замораживания различных продуктов, в том числе и мясных. Процесс замораживания в таких камерах сокращается до нескольких часов.

Ускорение процесса замораживания зависит, в большой степени, от температуры среды, так как скорость теплопередачи пропорциональна разности температур продукта и охлаждающей среды. Поэтому и при воздушном замораживании следует поддерживать возможно более низкую температуру на протяжении всего процесса замораживания. Постоянная температура замораживания устанавливается, однако, лишь к концу процесса. Непосредственно после загрузки камеры температура в ней резко повышается вследствие интенсивной отдачи тепла продуктом воздуху, что продолжается до тех пор, пока вся система не придет в равновесие и скорость отдачи тепла продуктом будет равна скорости поглощения тепла холодильным агентом в холодильной системе морозильной камеры. По мере промораживания продукта скорость отдачи тепла снижается, но охлаждение продолжается до тех пор, пока не установится небольшая разность между температурой камеры и температурой хладоносителя, соответствующая условиям термического сопротивления хладопередающих поверхностей. Циркуляция воздуха ускоряет замораживание, но влияет на величину потери веса продуктом или уморозку. Поэтому при низких температурах замораживания (температура воздуха ниже —23°), когда влияние циркуляции на характер кристаллообразования невелико, циркуляция воздуха в камерах зачастую исключается в целях сокращения потери веса, излишнего высыхания поверхности и улетучивания ароматических веществ из продукта.

В связи с накоплением паров и газов во время замораживания необходимо вентилировать камеры (один-два объема в сутки) при помощи воздухоохладителей, или открыванием дверей. Относительную влажность воздуха в камерах замораживания, исходя из необходимости снижения потерь на уморозку, поддерживают на уровне от 85 до 90—92%.

В последние годы все большее распространение получает ускоренное замораживание в специальных скороморозильных аппаратах с быстро движущимся воздухом, имеющим низкую температуру и высокую относительную влажность: продукт в этих аппаратах укладывают на противни или конвейерные ленты слоем небольшой высоты, или подвешивают в виде кусков небольших размеров.

В таких воздушных скороморозильных аппаратах можно быстро замораживать мясо в мелких разрубах и в блоках, эндокринное сырье, субпродукты и другие мясопродукты.

В скороморозильном аппарате с воздушном охлаждением (Всесоюзный научно-исследовательский холодильный институт, Ш. Н. Кобулашвиля), продолжительность замораживания при температуре циркулирующего воздуха —50°—60° и скорости его 5—6 м/сек. составляет, в зависимости от толщины мясопродукта, от 30 минут до 4 часов. Воздушные скороморозилки ряда систем работают с кондициями воздуха: t = 25°, v = 2, 5 м/сек. и t =—40°, v = 10 м/сек.

Такие скороморозильные воздушные аппараты по продолжительности замораживания конкурируют со скороморозильными аппаратами, в которых хладоносителем является жидкая среда — рассол, или с плиточными бесконтактными аппаратами.

А. П. Шеффер (Гипромясомолпром) предложил для интенсификации процесса замораживания применять так называемые эжекторные воздухоохладители, у которых теплопередача охлаждающих элементов в 2, 5—3 раза выше, чем у обычных батарей (подтверждено приведенными испытаниями на Ташкентском холодильнике).

Эжекторные воздухоохладители представляют собой систему трубопроводов с хладоносителем — непосредственно испаряющимся хладагентом или рассолом, интенсивно обдуваемых воздухом из эжекторов, в которые он нагнетается вентиляторами (рис. 87). Скорость выброса воздуха из эжекторов около 20— 30 м/сек. Длительность замораживания мясных полутуш весом 70 кг при температуре воздуха—18°С около 40 часов (при этой системе).

Рис. 87. Эжекторные воздухоохладители.

В целях снижения размеров уморозки и сохранения товарных качеств продукта при воздушном замораживании применяются естественные или искусственные оболочки. Так, туши телят, содержащие много влаги, замораживаются в шкуре или в специальных простынях, тушки дичи — в оперении. Отдельные отрубы мясных туш и, в особенности, мелкой расфасовки — в искусственной оболочке из различных тканей — из пергамента, целлофана, различных сортов упаковочной бумаги, алюминиевой фольги и т. д. Это имеет также большое значение при дальнейшем хранении продукта в замороженном виде. Применяется глазуровка замороженного продукта, дающая очень хорошие результаты в смысле большей стойкости продукта, сокращения весовых потерь и сохранения качества, например, глазуровка дичи, глазуровка шпига (опыты Всесоюзного научно-исследовательского института мясной промышленности).

Замораживание в воздушной среде требует надлежащего регулирования температуры, влажности и скорости движения воздуха.

Большое значение имеет правильная развеска туш и полутуш на подвесных путях и раскладка отрубов и блоков на противнях и вешалах или непосредственно на змеевиках и полное омывание их воздухом, а также равномерное распределение по камере воздушных потоков холодного воздуха, поступающего из воздухоохладителей, и правильный отсос отеплившегося воздуха.

Замораживание в жидкой среде в применении к мясу производится в форме замораживания в рассоле.

Способы замораживания в рассоле разделяются на две группы:

а) контактное замораживание, когда продукт непосредственно соприкасается с рассолом и

б) бесконтактное замораживание, когда продукт заключается в оболочки, формы, соприкасающиеся с рассолом.

Контактное замораживание бывает двух видов: замораживание погружением и замораживание орошением. Замораживающей средой при контактном способе служит раствор поваренной соли. Использование растворов таких солей, как хлористый кальций или магний, недопустимо, так как они придают мясу горький вкус. Оба контактных способа имеют наряду с большими преимуществами — ускорением процесса и отсутствием весовых потерь — два основных недостатка:

а) проникновение соли внутрь продукта на определенную глубину и

б) изменение цвета, ухудшающее внешние товарные качества продукта.

Мокрое замораживание пищевых продуктов в рассоле в примитивном виде начало применяться впервые в конце XIX в. на рыбных промыслах России (в смеси льда с солью) и позднее путем погружения в раствор соли, охлаждаемый различными хладагентами. При всех этих способах соль сильно проникает в продукт вследствие разности осмотического давления растворов, даже в тех случаях, когда замораживание ведется в растворе, охлажденном до криоскопической точки.

Насыщенный раствор, охлажденный до криоскопической точки, выделяет чистый лед. Если в такой раствор прилить воды или погрузить лед, они не будут поглощены раствором; если в такой раствор погрузить продукт, то он не в состоянии воспринимать из продукта влагу и отдавать ему соль: в нем не происходит обменной диффузии, основанной на разности осмотических давлений.

При отклонении состояния рассола от криоскопической точки продукт просаливается.

Основной причиной невозможности устранить проникновение соли в продукт является совершенно неизбежный при замораживании перепад температуры между продуктом и раствором.

У поверхности замораживаемого продукта рассол всегда будет теплее остальной его части, даже если средняя температура всей массы его и соответствовала бы криоскопической точке. Следовательно, осмотическое проникновение соли в продукт будет происходить в течение всего периода замораживания.

Ввиду того, что практически невозможно поддерживать температуру рассола на криоскопической точке замерзания (отепление продуктом раствора, ухудшение теплоотдачи приборами охлаждения вследствие оседания на них льда), становится необходимым предварительно, до погружения в рассол, продукт охлаждать, а также добавлять к рассолу вещества, снижающие температуру замерзания рассола, например, глицерин, причем каждые 5% глицерина позволяют понизить температуру замерзания на 1° ниже криоскопической точки рассола.

Однако от применения глицерина продукт приобретает сладковатый привкус, на поверхности все же остается тонкий слой рассола, могущий при хранении привести к изменению цвета продукта (потемнение мяса).

Количество и скорость проникновения соли в ткань зависят не только от температуры замерзания рассола, но и от характера мышечной ткани, свежести и сорта мяса, а также от содержания жира в подкожных мышцах. Толстый слой жира на поверхности мяса может почти полностью предотвратить проникновение соли.

Добавление к рассолу различных ингредиентов, способствующих сохранению цвета замороженного мяса, не дает стойких результатов: после некоторого периода хранения начинается потемнение и побурение мяса.

Срок замораживания при контактном способе для мясных туш и полутуш средней упитанности при температуре рассола и пределах от —23° до —25° составляет 6—8 часов. Замораживание контактным способом путем орошения рассолом, предложенное впервые для рыбы, для мяса несколько модифицировано, причем в основном оно применяется для замораживания свинины и баранины.

Процесс распадается на три фазы: предварительное обмывание мяса посредством душа; на второй фазе продукт замораживается в среде тонко распыленного форсунками рассола, после чего процесс заканчивается третьей фазой — смыванием под душем капиллярного слоя рассола, осевшего на продукте. Первая фаза не является обязательной, если продукт имеет хорошо подготовленную и чистую поверхность. Для удобства ведения процесса туши, полутуши и крупные отрубы размещают на подвесных путях, мясопродукты малых размеров — на рамах или в сетчатых корзинах. Температура замораживания рассола — 16°. Распыление рассола, способствующее его испарению, повышает теплоотдачу.

Процесс замораживания контактным способом путем орошения протекает все же медленнее, чем при способе замораживания погружением. При одинаковой температуре охлаждающего рассола срок замораживания орошением удлиняется примерно на 50%.

Недостатков контактного замораживания в жидкой среде — рассоле — можно избежать замораживанием продукта в оболочках, так называемым бесконтактным способом. При этом в растворах можно применять соли с более низкой, чем у хлористого натрия, криоскопической точкой (хлористый кальций, хлористый магний и др.).

Бесконтактное замораживание. Для предохранения продукта от воздействия рассола применяются мягкие рассолонепроницаемые оболочки и металлические формы (для отрубов мяса малых размеров, субпродуктов и блочного мяса). Весьма важно при этом обеспечить максимальное удаление воздуха из пространства между поверхностью мяса и оболочкой. В качестве оболочки для мяса применяются мешки, резиновые или из прорезиненной ткани, из которой удален воздух.

Опыты замораживания туш и полутуш мяса в оболочках (резиновых бинтах) были проведены Д. А. Христодуло в 1933—34 гг. Можно применять также бинты из прорезиненной марли, целлофана и другие оболочки. Туша или половинка туши плотно обертывается бинтом снизу вверх так, чтобы каждый виток находил на край нижележащего для предотвращения попадания рассола под оболочку.

При температуре рассолов —17°, —22°, —27° охлаждаемая полутуша говядины весом в 90 кг при орошении 0, 329 л/кг/мин, замораживалась до температуры —8° в течение соответственно 16, 4; 12 и 9 часов: охлажденные бараньи тушки весом 12—16 кг при температуре рассола —17° в течение 6—9 часов, а охлажденные свиные полутуши весом 18—28 кг — в течение 10—12 часов, при весе 40—45 кг — за 16—18 часов при среднем расходе рассола 0.251 л/кг/мин. Потеря веса при замораживании по способу Христодуло составляла всего 0, 1—0, 2%.

Товарные показатели мяса, замороженного в защитных оболочках, почти не отличаются от мяса воздушного замораживания. Недостатком способа замораживания в оболочках является трудоемкая операция надевания мешков и отсоса воздуха, как и надевание бинтов. Мясо, замороженное в мешках или бинтах, можно хранить в тех же оболочках, что улучшает санитарные условия хранения и снижает потери на уморозку.

Замораживание блоков мяса и субпродуктов в металлических формах погружением в рассол или орошением требует значительно меньше времени, по сравнению с воздушным замораживанием. По сравнению же с контактным замораживанием оно протекает значительно медленнее (из-за неплотного прилегания продукта к форме). Для ускорения процесса приходится прибегать к значительному понижению температуры рассола.

Б. А. Василёв замораживал бескостное блочное мясо в закрытых формах из оцинкованного железа размерами: верх 22 X 22 см, дно 20 X 20 см, высота 21 см. При температуре рассола от —16° до —18, 5° мясо средней упитанности с температурой +20° внутри блока перед замораживанием за 23 часа промерзло до температуры в центре блока—5°С. При извлечении из форм блоки мяса покрывались инеем и показывали поэтому привес.

В гравитационном аппарате Христодуло мясо замораживалось в железных контейнерах, орошаемых рассолом. Замораживание блоков мяса толщиной от 54 до 96 мм при температуре рассола 25° и температуре мяса перед замораживанием +12° продолжалось соответственно от 74 мин. до 179—222 минут до достижения температуры внутри блока —12° и от 82 мин. до 198—241 минут до температуры внутри блока —18°.

Подача рассола на 1 м2 орошаемой поверхности контейнера составляла от 50 до 100 л в минуту.

Широкое распространение расфасованных продуктов, а также необходимость удобного и быстрого замораживания продуктов малых размеров (субпродукты, эндокрины и т. д.) и их хранения привели к применению метода бесконтактного замораживания между охлаждаемыми металлическими плитами. Основные варианты бесконтактного замораживания между двумя плитами могут быть представлены в четырех типах (рис. 88), в зависимости от хладоносителя, конструкции плит и способов охлаждения. Если хладоноситель — воздух, то наружная сторона плиты делается либо гладкой, либо ребристой; если хладоноситель — рассол, то он может либо орошать плиту с внешней стороны, либо проходить внутри последней. При охлаждении плит непосредственным испарением хладагента последний испаряется внутри плит.

	Рис. 88. Схемы бесконтактного замораживания:
1 — гладкая плита, холодоноситель — воздух;
2 — ребристая плита, хладоноситель—воздух;
3 — гладкая плита, хладоноситель — испаряющийся хладагент или рассол;
4 — гладкая плита, хладоноситель — рассол.

Продолжительность замораживания в плиточных морозилках зависит от величины коэффициента теплоперехода между хладоносителем и охлаждаемой поверхностью плиты (рис. 89). Наиболее короткие сроки замораживания могут быть достигнуты, как это видно из кривой замораживания, при использовании в качестве хладоносителя рассола или испаряющегося хладагента. Процесс замораживания продуктов в упаковке замедляется тепловым сопротивлением упаковочного материала и наличием изолирующих воздушных прослоек. а рис. 90 представлена зависимость продолжительности замораживания от толщины упаковки и воздушной прослойки: 1) между ребристыми плитами и воздухом и 2) гладкими плитами и рассолом (в часах).

Рис. 89. Зависимость продолжительности замораживания в час от коэффициента теплоперехода: α 1 — соответствует замораживанию между гладкими плитами в воздухе; α 2 — замораживанию между ребристыми плитами в воздухе; α 3 — замораживанию в рассоле; α 4 — замораживанию при непосредственном испарении

Коэффициент теплопроводности для обычного упаковочного материала — бумаги, картона, целлофана — при толщине его 0, 05— 0, 1 мм колеблется в пределах от 0, 1 до 0, 2 кал/м час°С.

При рассольном охлаждении аппаратов коэффициент теплоперехода зависит от скорости движения рассола в аппарате.

	Рис. 90. Зависимость продолжительности замораживания от толщины упаковки и воздушной прослойки:
1 — кривая замораживания между ребристыми плитами (α == 120 кал/м2 час °С).
2—кривая замораживания в рассоле (α == 1000 кал/м2 час °С).

Экспериментально (П. П. Лобзин, Всесоюзный научно-исследовательский институт холодильной промышленности) установлено, что оптимальная скорость рассола 0, 2—0, 3 м/сек., поскольку при больших скоростях продолжительность замораживания снижается весьма незначительно. При указанных скоростях рассола α о составляет около 500 кал/м2.

В скороморозильных плиточных аппаратах фасованный продукт обычно замораживается в упаковке, так как упаковывать замороженный продукт, в частности мясо, при достаточной низкой температуре крайне трудно, а более высокая температура может вызвать его оттаивание.

Неблагоприятное влияние теплового сопротивления тары и изолирующих воздушных прослоек может быть сведено к определенному минимуму. Спрессовывание упакованных продуктов между охлаждающими поверхностями, имеющими большую теплопроводность, уменьшает сопротивления промежуточных слоев, так как часть воздуха из полостей будет выжата; небольшое сдавливание упакованных продуктов полезно и в том отношении, что удаление воздушных прослоек уменьшает выпадение конденсата между продуктом и упаковкой.

На основании опытов Всесоюзного научно-исследовательского холодильного института (Д. Г. Рютов и Д. А. Христодуло) можно заключить, что давление на плитку мяса не следует давать выше 0, 1 кг/см2 во избежание выжимания мясного сока.

Создание рассольных плиточных скороморозилок осложняется корродирующими свойствами рассолов. Конструирование аппаратов с испаряющимся хладагентом, в особенности непрерывно действующих систем, также затруднительно, так как необходимо добиваться их полной герметичности.

Замораживание в непосредственном контакте с испаряющимся хладагентом заключается в том, что продукт приводится в соприкосновение с испаряющимся хладагентом. Первые опыты подобного замораживания мяса были проведены в СССР в 1926 г. Н. С. Комаровым, который предложил замораживать продукт в углекислоте. Схема такого способа замораживания следующая: жидкая углекислота направляется в морозилку, где пары углекислоты омывают продукты, расположенные в камере, замораживают их и через фильтр отсасываются компрессором. При одинаковых температурах процесс замораживания в углекислоте требует несколько меньшего времени, чем в рассоле.

Наряду с положительной стороной замораживания в углекислоте — быстротой и экономичностью — следует отметить весьма серьезные дефекты такого процесса; опасность отравления обслуживающего персонала газом, необходимость обеспечения герметичности морозильного аппарата (бака, камеры) и трудность регулирования холодильной машины.

Помимо углекислоты для замораживания мяса и мясопродуктов предложены и другие безвредные для пищевых продуктов хладагенты, как, например, дифтордихлорметан (CF2Cl2) и др. Замораживание в испаряющихся хладагентах целесообразно применять при обезвоживании мяса и мясопродуктов, а в особенности эндокринного сырья, где требуется хорошая обратимость продукта или эффективное сохранение его активных начал.

Из сравнения и анализа различных методов быстрого замораживания мяса можно сделать следующие выводы:

1. Погружной и оросительный методы замораживания с непосредственным контактом в настоящем виде неприменимы как вследствие того, что практически нет возможности устранить влияние осмотических свойств жидких замораживающих средств (растворы NaСl и др.), так и вследствие громоздкости и трудоемкости процесса замораживания.

Метод этот при соблюдении строгих санитарных условий может быть допущен при замораживании колбасного мяса в растворах NaCI, когда поверхностное обесцвечивание мяса и проникновение в него соли может быть разрешено. Он может применяться с успехом, если будет найдена подходящая жидкая замораживающая среда.

2. Методы замораживания в жидких средах через защитную оболочку отличаются громоздкостью и трудоемкостью технологического процесса и отсутствием удобных, дешевых, отвечающих всем требованиям оболочек.

Широкое применение этот метод может получить, если будет предложена недефицитная защитная оболочка для продукта, безвредная, влаго- и жиронепроницаемая, прочная и эластичная, с тем, чтобы продукт можно было в ней замораживать, хранить и отпускать потребителю.

3. Значительное промышленное значение в настоящее время могут иметь два метода: метод замораживания при непрямом контакте с холодными металлическими плитами и метод замораживания в потоке холодного воздуха.

Скороморозильные аппараты непрямого контакта, рассольные или с непосредственным испарением хладагента, имеют преимущества перед воздушными только при замораживании блоков небольшой толщины. По мере увеличения этой толщины это преимущество все уменьшается. По расчетам Д. А. Христодуло (“Мясная индустрия СССР”, 1948, № 4: “О конструировании екороморозильных аппаратов”), продолжительность замораживания блоков мяса в рассоле и в воздухе дает такую картину (табл. 31).

Таблица 31