2015-04-08
1338
Кинетику процесса замораживания наилучшим образом характеризует так называемая температурная кривая замораживания (рис. 5). На кривой четко выделяются три основных этапа процесса:
I этап – процесс понижения температуры пищевого сырья или продукта от любой начальной до криоскопической;
II этап – процесс кристаллообразования или перехода воды в составе тканей пищевого сырья из одного агрегатного состояния (жидкость) в другое – (кристаллы льда), этап представляет собой фазовый переход, сопровождается выделением скрытой теплоты фазового перехода – скрытой теплоты кристаллизации воды (
кДж/кг); на данном этапе происходит резкое изменение ТФХ пищевого сырья, в нем протекают глубокие физические, химические и микробиологические изменения;
III этап – процесс переохлаждения уже замороженного сырья или продукта до требуемой температуры.
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 5 – Температурная кривая замораживания пищевого сырья или продукта
Тепло, отводимое от продукта при замораживании, называется в холодильной технике расходом холода на замораживание. В соответствии с тремя основными этапами процесса замораживания, расход холода складывается из трех слагаемых.
В первый период происходит отвод тепла от продукта, при понижении его температуры от начальной до криоскопической. Это количество тепла может быть рассчитано по формуле
, (40)
где 
- теплота, отводимая от продукта, кДж;
- масса продукта, кг;
- удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг·К);
- начальная температура продукта, ºС;
- криоскопическая температура продукта или пищевого сырья (осредненное значение составляет минус 1 ºС).
На втором этапе замораживания имеет место фазовый переход – изменение агрегатного состояния воды в составе тканей пищевого сырья или в составе продукта. Теплота, отводимая от продукта на этом этапе, может быть рассчитана по формуле
, (41)
где 
- теплота, отводимая от продукта, кДж;
- масса продукта, кг;
- долевое содержание воды в продукте;
- количество вымороженной воды (рассчитывается по формуле (10) или (11));
- скрытая теплота кристаллообразования, 334 кДж/кг.
На третьем этапе замораживания происходит переохлаждение уже замороженного продукта до требуемой температуры (чаще всего до минус 18 ºС). Теплота, отводимая от продукта на этом этапе, может быть рассчитана по формуле
, (42)
где 
- теплота, отводимая от продукта, кДж;
- масса продукта, кг;
- удельная теплоемкость замороженного продукта, кДж/(кг·К);
- криоскопическая температура продукта или пищевого сырья, ºС;
- конечная температура продукта, ºС.
Тогда, суммарная теплота, отводимая от продукта при замораживании, или расход холода на замораживание составит
. (43)
Варианты заданий: задание (номер варианта практической работы) студент выбирает по сумме двух последних цифр шифра зачетной книжки в Приложении № 6.
Порядок выполнения работы:
Студент получает в соответствии с вариантом задания экспериментальные данные изучения кинетики процесса замораживания пищевого сырья или кулинарного блюда определенным способом (см. Приложение 6).
Условия проведения эксперимента следующие: перед замораживанием пищевое сырье тщательно промывается, при необходимости разделывается указанным в задании способом или нарезается. После разделки сырье при необходимости дополнительно тщательно промывается проточной водой, температура которой не должна превышать 20 °С. Готовая кулинарная продукция фасуется и упаковывается в тару указанного в задании вида. Затем экспериментально определяется содержание влаги в сырье или кулинарной продукции стандартным методом. Пищевое сырье взвешивается на лабораторных весах с точностью ±1 г. В геометрическом центре сырья или продукта определяется его начальная температура , °С, (перед замораживанием), после чего сырье или продукт направляется на замораживание указанным в задании способом.
При замораживании воздухом сырье или продукт размещается в морозильной камере таким образом, чтобы обеспечивалось свободное обтекание его воздушным потоком. В камере предварительно производится измерение температуры охлаждающей среды - воздуха 
, °С.
При замораживании льдом или льдосолевой смесью пищевого сырья животного происхождения производят его перемешивание со льдом или смесью в заданном соотношении в чистой металлической емкости, после чего оставляют для замораживания в холодильной камере при температуре от 3 до 7 °С.
При замораживании контактным способом пищевое сырье или продукт укладывается в специальную металлическую форму так, чтобы был обеспечен наибольший контакт с поверхностью формы. Затем форма помещается в лабораторную морозильную камеру непосредственно на плиту (металлическую поверхность), температура которой известна из технической характеристики морозильной камеры и составляет минус 25 °С.
В процессе замораживания через равные промежутки времени производят измерение температуры в геометрическом центре сырья или продукта, данные заносят в таблицу 3. Замораживание считается оконченным, когда температура пищевого сырья или кулинарной продукции достигнет минус 18 ºС в геометрическом центре.
Данные из задания (Приложение 6) представляют в отчете о выполнении практической работы в виде таблицы 3.
Таблица 3 – Температура в геометрическом центре замораживаемого объекта в процессе замораживания
 , с
| … | … | … | 
| ||
  , °С
|
| 
| … | … | … |
|
По данным таблицы 3 строят эмпирическую температурную кривую замораживания в координатах: ось ординат – температура в геометрическом центре кулинарной продукции или пищевого сырья в процессе замораживания, °С; ось абсцисс – продолжительность замораживания, , с.
На полученной кривой необходимо выделить три основных периода замораживания и оценить их продолжительность, указав в отчете длительность периодов.
Далее рассчитывают экспериментальное значение коэффициента теплоотдачи охлаждающей среды, используя формулу Планка. Затем, сравнивая полученное значение с данными таблицы 2, определяют, какая охлаждающая среда была использована в эксперименте для замораживания пищевого сырья или кулинарной продукции.
Затем рассчитывают линейную скорость замораживания сырья или кулинарной продукции 
, м/ с, по формуле:
, (44)
где 
- продолжительность замораживания, с;
- половина толщины пластины, при условии, что сырье или продукт по своей геометрической форме приближается к пластине, а замораживание - двустороннее, если же одностороннее – то в расчетах используют полную толщину; или радиус, при условии, что сырье или продукт по своей геометрической форме приближается к цилиндру, м, вне зависимости от того одно- или двустороннее замораживание применялось.
В завершении работы необходимо на основе анализа экспериментальных и расчетных данных сделать вывод об эффективности различных способов замораживания, о факторах, влияющих на продолжительность и скорость замораживания.
Пример выполнения практической работы: условия и результаты исследования процесса замораживания картофеля, нарезанного брусочками (полуфабрикат для картофеля фри) приведены в виде таблицы 4 (вариант задания).
Таблица 4 – Условия проведения эксперимента
| Объект замораживания | Способ замораживания | Характеристика объекта | |
плотность,  , кг/м3
| содержание воды, , %
| ||
| Картофель брусочки (полуфабрикат картофеля фри) россыпью, 5 т | В скороморозильном аппарате с виброкипящим слоем, температура охлаждающей среды
 ºС
| 1120,0 | 75,0 |
Значения температуры в геометрическом центре брусочка картофеля составили, ºС, 15,0; 8,0; 3,0; минус 1,0; минус 1,2; минус 2,5; минус 3,1; минус 4,0; минус 6,0; минус 11,5; минус 12,7; минус 15,0 для продолжительности процесса от начала замораживания, с, 0; 20; 37; 70; 168; 225; 340; 457; 614; 628; 654; 680 соответственно.
