Изменения, происходящие в пищевых продуктах при хранении

Вид материала

Документы

Содержание Окислительные и гидролитические изменения жиров. Рис. 1 – Изменения показателей, характеризующих качество жира замороженной свинины в процессе хранения при температуре –18 °С 4 – кислотное число Рис. 3 – Кривые, характеризующие образование свободных жирных кислот в липидах тканей замороженной трески Рис. 4 – Изменение содержания растворимого азота миозина А – исходные значения отдельных показателей качества Денатурация белков. Изменения углеводов и нуклеотидов. Рис. 5 – Зависимость ферментативного распада солей фосфорной кислоты в говядине от температуры и продолжительности хранения Ферментативные изменения. Микробиальные процессы. Рис. 6 – Выживаемость микроор­ганизмов в замороженной фасоли при хранении при различных тем­пературах Рис. 8 – Схема течения про­цессов тепло- (q) и массообмена (т) внутри упаковки с за­мороженными продуктами Рис. 9 – Влияние условий хра­нения на внутреннюю усушку замороженных продуктов, вы­держиваемых в упакованном виде Изменение окраски замороженных продуктов. Потери аромата продуктов. Потери витаминов при хранении замороженных про­дуктов. Рис. 10 – Изменение содержания витамина С при хранении

Подобный материал:

• И микроорганизмы-возбудители порчи, характеризующие безопасность, санитарно-гигиеническое, 1225.32kb.
• «Некоторые проблемы качества питания, или как не утонуть в мире рекламы», 263.77kb.
• Микробостатические средства, которые применяются при холодильном хранении пищевых продуктов, 90.98kb.
• Научно-производственное объединение «Химавтоматика» Новый измерительный комплекс для, 111.73kb.
• Право потребителя на качество, безопасность и достоверную информацию о пищевых продуктах, 51.48kb.
• Государственное санитарно-эпидемиологическое нормирование Российской Федерации, 1424.69kb.
• Ые, экономические и идеологические изменения, происходящие в России в настоящее время,, 223.75kb.
• Исследование работы термосифонов при обработке дисперсных и вязких пищевых сред, 136.56kb.
• «Преподавание информатики в начальной школе», 72.61kb.
• Документальная электросвязь, 632.28kb.

Изменения, происходящие в пищевых продуктах при хранении


Изменения, происходящие в замороженных пищевых продуктах при хранении, ничем не отличаются от изменений, происходящих в процессе их замораживания. В ряде случаев их следует рассматривать совместно как общий эффект холодильной обработки, при котором происходит углубление физико-химических процессов, начавшихся при замораживании. Эти процессы могут проявляться частично также при хранении в замороженном состоянии.

Для качества замороженных пищевых продуктов решающее значение имеют изменения сенсорных свойств и пищевой ценности, которые зависят от вида и состава продукта.

Окислительные и гидролитические изменения жиров. Процессы порчи жиров, а также продуктов, содержащих жиры, сложные и происходят в результате химических, биологических и ферментативных изменений, часто протекающих параллельно и приводящих к образованию тех же промежуточных и конечных продуктов (перекисей, свободных жирных кислот, альдегидов и кетонов), а также сопутствующих им изменений внешних свойств продукта.

Процессы окисления жиров относят к типу цепных реакций инициируемых самопроизвольно. Способность жиров соединяться с кислородом зависит от степени не насыщенности жирных кислот, воздействия сопутствующих веществ, являющихся активаторами и ингибиторами окисления, в частности природных пигментов пищевых продуктов, следов тяжелых металлов, а также тепла и света.

Начальная стадия изменений, так называемый индукционный период, протекает сравнительно медленно; только на более поздних стадиях динамика процессов резко возрастает. Активные радикалы жирных кислот интенсивно соединяются с кислородом, образуя лабильные соединения, вступающие во вторичные реакции десмолиза и полимеризации, в результате которых происходит распад или увеличение размера жировых частиц. При хранении наиболее низкой стойкостью обладают продукты с высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот (свинина, жирная рыба). На рис. 1 приведены результаты исследований изменений показателей, характеризующих процессы, протекающие в жире при хранении.

Степень окисления жира замороженного мяса может быть различной в зависимости от вида мяса, температуры застывания жира, продолжительности абсорбирования липазы частицами жира. Интенсивность окислительных процессов зависит также от характера технологической обработки, в частности, эти процессы ускоряются при измельчении мяса и добавлений поваренной соли.

Происходящие в жировом компоненте продукта процессы определяют стойкость мяса птицы и рыбы при хранении. Особенно быстро окисление протекает в мышцах рыбы с розовой окраской, что является результатом каталитического действия гематина.

Изменения, обусловленные окислением, являются главной причиной изменений вкуса и запаха замороженного сливочного масла, особенно соленого, изготовленного из сильно подкисленных сливок. Изменения вкуса и запаха замороженных овощей, прежде всего не подвергаемых бланшированию, также обусловлены процессами, протекающими в жировой фракции этих продуктов, содержание которой (0.6 %) является незначительным.

Для ограничения изменений жировой фракции и удлинения сохранности замороженных пищевых продуктов в последнее время предпринимаются попытки применять дополнительные защитные средства, в частности соединения, обладающие антиокислительным действием: бутилоксианизолы, пропиловые эфиры галловой кислоты, -токоферол, аскорбиновая кислота и др. Применяют упаковку под вакуумом (рис. 2).

Вторым основным направлением изменений липидной фракции в замороженных продуктах являются гидролитические процессы. Гидролитическое расщепление триглицеридов наблюдается в широких пределах температур. Биологический и ферментативный гидролиз протекает более интенсивно, чем чисто химический процесс. Свободные жирные кислоты могут образоваться также в результате ферментативного распада фосфатидов, локализованных в саркоплазматической сетке клеток. Влияние увеличения кислотности, обусловленной гидролизом, на пригодность жира для потребления зависит от вида жира (количества кислот с короткими цепями).




Рис. 1 – Изменения показателей, характеризующих качество жира замороженной свинины в процессе хранения при температуре –18 °С:

1 – перекисно число; 2 – тиобарбитуровое число; 3 – бензидиновое число;

4 – кислотное число






Рис. 2 – Влияние антиокислителей, а также различных упаковок на увеличение сохранности замороженной свинины:

1, 5, 9 – контрольные образцы; 2, 6 – образцы с добавленным бутилгидрооксиапизолом и пропиловым эфиром галловой кислоты; 3, 7 – образцы с добавлением токоферола и аскорбиновой кислоты; 4, 8 – образцы, упакованные под вакуумом






Рис. 3 – Кривые, характеризующие образование свободных жирных кислот в липидах тканей замороженной трески:

1 – температура 14 С; 2 – температура –22° С; 3 – температура –29° С




Рис. 4 – Изменение содержания растворимого азота миозина:

1 – в % общего азота; 2 – в мл тканевого сока; 3 – оценка консистенции (в баллах) трескового филе, хранившегося в течение 5 месяцев при различных температурах;

А – исходные значения отдельных показателей качества



Глубина гидролитических процессов в некоторых случаях является значительной (рис. 3) и решающим образом определяет качество продуктов. При хранении замороженной сельди в течение нескольких месяцев при –12 °С происходит быстрый рост содержания свободных жирных кислот (до 300 мг на 100 г ткани и более). Увеличению содержания свободных жирных кислот предшествует фаза окисления липидов. Другие исследования показали, что идентичный рост содержания свободных жирных кислот наблюдается в рыбе при 0 °С после 9 дней хранения, при –14 °С после 28 дней, при –22 °С после 250 дней и при –29 °С после 1000 дней хранения. Согласно данным Кастелла, образование свободных жирных кислот не способствует ускорению процессов окисления, а, наоборот, вместе с увеличением содержания свободных жирных кислот скорость прогоркания снижается.

Существует мнение (его придерживаются Дейер, Фрасер, От и Нискимото), что свободные жирные кислоты, образующиеся в результате гидролиза липидов, могут быть причиной денатурации структурных белков замороженных продуктов, причем подверженность денатурации возрастает в продуктах с более высоким содержанием жирных кислот типа С₂₂.

Более поздние исследования показывают на существование такой зависимости между гидролизом жиров и денатурацией белков в мышцах замороженной птицы и рыбы.

Денатурация белков. Процесс денатурации представляет собой в основном комплекс необратимых изменений белков, связанных с потерей некоторых биологических их свойств, в частности ферментативной, серологической и гормональной активности. При денатурации разрушается вторичная и третичная структура белков при сохранившейся последовательности аминокислот. В результате денатурации вместо организованной структуры нативного белка появляются случайные структуры. Развитие денатурации в энергетическом отношении характеризуется значительными приростами энтропии. Характер изменений в денатурированном белке определяет фактор, вызывающий денатурацию. Изменения, вызванные воздействием низких температур, проявляются прежде всего в структурных изменениях тканей (рис. 4), хотя существуют экспериментальные данные, показывающие, что эти изменения не всегда должны влиять на ускорение вымораживания воды или на внешний вид продукта после размораживания.

Белковые вещества в денатурированном виде быстрее атакуются как собственными тканевыми, так и микробиальными ферментами и подвергаются гидролитическому распаду с образованием более простых соединений. Этот распад многоэтапный, а промежуточные продукты реакции представляют собой альбумозы, пептоны, пелипептиды, аминокислоты и в случае сложных белков образуются дополнительно входящие в их состав небелковые группы.

Изменения углеводов и нуклеотидов. Из компонентов, входящих в состав пищевых продуктов, углеводы подвержены наименьшим изменениям при замораживании. Вместе с тем имеются данные, свидетельствующие о наличии агрегации высокомолекулярных полисахаридов при низких температурах. Этот процесс распространяется прежде всего на амилозу – одну из основных фракций систем, богатых крахмалом. В результате ретроградации снижается способность связывать воду, увеличивается устойчивость к распаду под влиянием –амилазы и появляются характерные изменения микроструктуры, наблюдаемые на рентгеновских снимках.

При особенно неблагоприятных условиях хранения (продолжительное замораживание, высокие температуры хранения) в замороженных плодах, особенно с добавками сахара или сахарного сиропа, возможны также ферментативные изменения.

Параллельно с изменениями углеводов происходят изменения нуклеотидов. Некоторые из них определяют вкус и запах мяса. Продукты распада нуклеотидов обнаружены, например, в сельди после нескольких месяцев хранения.

При хранении мяса, замороженного до наступления посмертного окоченения, существенное значение имеет расположение фосфорорганических связей. Течение этих процессов в говядине, хранившейся при –8 и –24 °С, показано на рис. 5. При –8 °С полный распад происходит в течение 40 дней хранения, при –24 °С они сохраняются в продукте (около 80 %) в течение нескольких месяцев хранения.

Неферментативные реакции коричневения, происходящие между аминными группами белков и редуцирующими сахарами, в замороженных пищевых продуктах не имеют практического значения.




Рис. 5 – Зависимость ферментативного распада солей фосфорной кислоты в говядине от температуры и продолжительности хранения:

Р – начальное содержание



Ферментативные изменения. Динамика ферментативных изменений в замороженных продуктах обусловлена их химическим составом, свойствами и условиями хранения. Ферменты отличаются большой специфичностью действия, заключающейся в том, что данный фермент катализирует определенную группу близких соединений, а иногда только один субстрат или строго определенное пространственное расположение атомов в частице. В связи с этим сложные процессы, происходящие в пищевых продуктах, катализируются не одним, а группой ферментов, соответствующим образом подобранных и активирующих очередные стадии изменений. Специфичность действия ферментов является свойством, обусловленным белковым носителем и связанным с его третичной структурой.

В соответствии с данными Виеланда каталитическая активность ферментов, которая может быть выражена термодинамически способностью снижать энергию активации, является функцией третичной структуры белкового носителя.

Отрицательные температуры не вызывают длительной инактивации ферментов, в лишь временное, неполное заторможение их активности, обусловленное изменением условий окружающей среды – ограничением количества жидкой фазы в результате кристаллизации воды, увеличением концентрации ионов, изменением рН.

Каталаза и пероксидаза, а также растительные протеазы сохраняют активность при температуре –15  –17° С, липазы –25  –30 °С, инвертаза до –40 °С. При достаточно длительных сроках хранения эти ферменты вызывают уловимые органолептические качественные изменения замороженных продуктов главным образом в результате изменений жировой фракции и накопления определенных промежуточных продуктов распада. Ограничение контакта с кислородом замедляет ферментативные процессы окисления, стимулирует ферментативные изменения углеводов, происходящие без участия кислорода и сопровождающиеся образованием веществ, используемых в процессах окисления, а также летучих соединений, снижающих органолептические свойства продукта (альдегидов, кетонов, спиртов).

В замороженных плодах и овощах в результате ферментативных процессов (действие аскорбиназы и других оксидаз) значительно снижается содержание редуциру­ющих веществ, в том числе витамина С.

Ферментативные процессы в замороженных продуктах трудно подчинить определенным закономерностям.

Микробиальные процессы. Нормальная жизнедея­тельность микроорганизмов возможна только при нали­чии определенных условий окружающей среды. Основ­ным условием обмена веществ микроорганизмов являет­ся наличие воды. Фактором, характеризующим роль воды в изменениях пищевых продуктов, является так называемая активность воды _:


_ = p / p₀ = n₂ / (n₁ – n₂),


где p – парциальное давление паров раствора; p₀ – парциальное давление паров растворителя (воды); n₁ – количество частиц растворенных веществ; n₂ – количество частиц растворителя.

Значение _ зависит от количества молей растворен­ного вещества, а не от процентного содержания сухих веществ. Минимальное значение _ для проявления активной жизнеспособности микроорганизмов составляет 0.9, для дрожжей – 0.88, плесеней – 0.8. Активность во­ды замороженных пищевых продуктов является функци­ей температуры:

Температура, С	–5	–10	–15
Активность воды	0.9526	0.9074	0.8642

В результате исследований, проведенных в практи­ческих условиях, установлены следующие нижние тем­пературные границы способности развития: для микроорганизмов от –5 до –8 °С, для дрожжей от –10 до –12 С и для плесеней от –12 до –15 °С.

В целом устойчивость микроорганизмов к воздейст­вию низких температур значительно выше, чем к воздей­ствию высоких температур. Часть микроорганизмов, находящихся в свежем продукте, инактивируется при замораживании, часть – при хранении в замороженном виде. Бактериальная обсемененность замороженных продуктов значительно ниже, чем свежих или охлажден­ных. Уничтожение, микрофлоры при низких температу­рах протекает медленно и в различной степени в зависи­мости от вида микроорганизмов, их состава, свойств продуктов и применяемых технологических параметров. Escherichia coli и другие грамотрицательные бактерии более чувствительны к воздействию низких температур, чем грамположительные. В результате этого наблюдается общая закономерность, заключающаяся в том, что в свежих продуктах преобладают грамотрицательные бактерии, а в замороженных – грамположительные. Эта закономерность подтверждена многочисленными всесто­ронними исследованиями, показавшими в частности особую устойчивость энтерококков к низким температу­рам. Не установлена значительная разница в выживаемости микроорганизмов в продуктах при низ­ких температурах, хотя некоторые из них могут быть при определенных условиях более устойчивы, чем мик­рофлора, вызывающая порчу продуктов.

Влияние вида продуктов на устойчивость микроорга­низмов при низких температурах обусловлено условия­ми их развития, рН среды и химическим составом продукта. Более эффективное снижение бактериальной обсемененности достигается при медленном заморажи­вании и повышенных температурах хранения. На рис. 6 представлено снижение количества микроорганиз­мов при различных условиях хранения нарезанной фасо­ли. Обращает на себя внимание особенно высокое падение начальной обсеме­ненности при хранении продукта в условиях ко­лебаний температуры в пределах –12  5.5 °С. В целом замораживание и хранение в заморожен­ном состоянии вызывают гибель от 50 до 90 % ис­ходного количества мик­роорганизмов, причем ос­новное влияние оказыва­ет сам процесс заморажи­вания, а не хранения. Упаковка только в незна­чительной степени влияет на состояние бактериальной обсемененности заморожен­ных продуктов.

Общепринято, что замороженные продукты, храни­вшиеся при температурах ниже –12 °С, полностью пре­дохраняются от микробиальной порчи, типичной для пищевых продуктов. Необходимо, однако, учитывать, что даже при полной инактивации микроорганизмов в замороженных продуктах могут происходить неблаго­приятные изменения, обусловленные активностью фер­ментов микробиального происхождения.




Рис. 6 – Выживаемость микроор­ганизмов в замороженной фасоли при хранении при различных тем­пературах



Пищевые продукты, выработанные с соблюдением технологических режимов приготовления, заморажива­ния, хранения и размораживания являются благополуч­ными в санитарно-гигиеническом отношении.

В соответствии с данными Элиотта и Михенера мик­роорганизмы, вызывающие пищевые отравления, не развиваются при низких температурах (Cl. botulinum тип А, В, С при температуре ниже 10 °С; тип Е при температуре ниже 3.3 °С; Staphylococcus aureus и Salmo­nella при температуре ниже 6.7 °С). В связи с этим за­мороженные пищевые продукты в очень редких случаях являются причиной пищевых отравлений. Причиной отравлений являются обычно токсины, вырабатываемые микроорганизмами в пищевых продуктах до их замора­живания. Это определяет решающее влияние ис­ходного обсеменения продуктов перед замораживанием на микробиальные про­цессы, происходящие в замороженных продук­тах.

Количественные по­тери продуктов и изме­нения качества, обус­ловленные усушкой. Количественные поте­ри и изменения каче­ства продуктов при хранении являются ре­зультатом сублимаци­онного испарения вла­ги с поверхности замо­роженных продуктов. Усушка является од­ним из основных явле­ний, определяющих ка­чество пищевых про­дуктов. Это связано с длительными сроками хранения пищевых про­дуктов в неупакованном виде или же упакованных в паропроницаемые ма­териалы. Размеры усушки зависят от разности парци­альных давлений водяных паров над продуктом и в окру­жающей среде.

Для большинства продуктов парциальное давле­ние паров близко к парциальному давлению паров чистого льда при тех же температурах. Парциальное давление паров замороженного мяса в пределах темпе­ратур от –4 до –26 °С на 13 – 20 % ниже, чем парциаль­ное давление чистого льда. При снижении температуры уменьшается разность парциальных давлений и косвен­но замедляется массообмен между поверхностью замороженных продуктов и поверхностью охладительных приборов в камерах хранения. На рис. 7 представлен механизм этих процессов как функция температуры и относительной влажности воздуха в складских помеще­ниях.

Снижение относительной влажности воздуха при данной температуре хранения с 90 до 80 % увеличивает разность парциальных давлений водяных паров и при этом возрастает интенсивность процессов сублимации на величину, определенную на графике отрезками В или b. Влияние снижения температуры при данном уровне от­носительной влажности иллюстрируется на графике различиями длины отрезков А и В в сравнении с а и b.




Рис. 7 – Разность парциальных дав­лений водяных паров при различной температуре и относительной влажно­сти воздуха, определяющих интенсив­ность сублимации воды с поверхности продуктов



В практике хранения динамика процессов сублима­ции водяных паров определяется равнодействующей разнородных переменных факторов, влияющих на мик­роклимат в камерах хранения, На современных холо­дильниках усушка зависит прежде всего от разности температур испарения хладагента и воздуха помеще­ний, которая не должна превышать 5 °С. Низкую раз­ность температур получают, ограничивая тепловые поте­ри камеры (хорошая изоляция, герметичные двери, загрузка только достаточно хорошо замороженного продукта), а также увеличивая активную поверхность испарителя. Существенное значение имеет также ста­бильность режимов в камерах хранения. Каждое коле­бание температуры в камере во время хранения интен­сифицирует процесс сублимации.

На размеры усушки влияет также скорость движе­ния воздуха над продуктом. В соответствии с данными Куприянова при средних скоростях движения воздуха, составляющих 0.12; 0.25 и 0.50 м/с, увеличение потерь массы при –10 °С составит соответственно 30; 55 и 58 %. Усушка замороженных продуктов, хранившихся без упаковки, происходит в результате поверхностного испа­рения и может быть выражена уравнением:


G =   F  (p’ –   p₀),

где G – потери, г/ч;  – коэффициент испарения, г/(м²  ч); F – эффективная поверхность испарения, м²; p’ – парциальное давление водяных паров на поверхности мяса; p₀ – давление насыщения водяных паров в воздухе помещения;  – относительная влажность воздуха, %.

Вышеприведенная формула мало пригодна в практи­ческом отношении, так как парциальное давление водя­ных паров над поверхностью мяса можно определить лишь приближенно. Неточность определения в связи с небольшой разностью давлений существенно влияет на результат расчета. С учетом этого Д. Рютов рекоменду­ет пользоваться безразмерным психрометрическим фак­тором М, определенным из полуэмпирического урав­нения:


М = 1+ 137 / {1 + [(1 + 0.01  t) / (1.55  ^0.5)]  (12.5 – t)²},


где t – температура воздуха, °С;  – скорость движения воздуха над поверхностью мяса, м/с.

С учетом психрометрического фактора уравнения имеет вид:


G =   F  p₀  (1 – ) / М


Коэффициент испарения  зависит от вида и свойств мяса, скорости движения воздуха, а также температуры и продолжительности хранения. В начале хранения коэффициент  колеблется в пределах от 3 до 5 для естественной циркуляции и до 6.2 при принудитель­ной циркуляции воздуха (скорость движения воздуха 0.2 м/с).

При хранении коэффициент  резко уменьшается.

При  = 95 % коэффициент  после хранения в тече­ние года снижается на 20 % от исходного значения. За­висимость естественных потерь от относительной влаж­ности воздуха при постоянных остальных параметрах хранения можно выразить уравнением:


₁ = ₀  b^x/12  [(1 – _) / (1 – _В)],


где ₁ – сниженное значение коэффициента , г/(м²  ч  мм.вод.ст.); ₀ – исходное значение коэффициента , г/(м²  ч  мм.вод.ст.); b – фактор снижения  (например, 0.8); x – продолжительность хранения, месс.; _ – фактическая относительная влажность воздуха, %; _В – значение , принятое в качестве системы отсчета (например, 0.95).

По Планку, уменьшение потерь массы продукта в результате снижения температуры хранения при посто­янной толщине изоляции составляет около 2% при снижении температуры на 1 °С.

Поверхностный характер процесса сублимации мо­жет быть выражен двумя аспектами: распределением усушки по поверхности туши и в объеме штабеля. При практически неизменном распределении воды в объеме замороженных продуктов потери массы влаги с поверх­ности продукта не компенсируются миграцией влаги из внутренних слоев и вызывают образование внешнего в значительной степени обезвоженного слоя, содержащего 25 – 35 % воды. Этот поверхностный слой имеет порис­тую структуру и развитую внешнюю поверхность, спо­собствующую интенсификации процессов окисления и абсорбции посторонних запахов. С увеличением про­должительности хранения возрастает толщина высу­шенного поверхностного слоя и увеличивается сопротив­ление диффузии водяных паров изо льда, расположенного в более глубоких слоях продукта. В связи с этим потери массы мяса во времени имеют нелинейный характер. При постоянных условиях хранения абсолютная величи­на потерь в единицу времени снижается.

При хранении замороженного неупакованного мяса в штабелях суммарная эффективная поверхность субли­мации ниже суммарной поверхности всех туш. С увеличением плотности укладки туш в штабеля эффективная поверхность сублимации снижается. При обычной уклад­ке полутуш в штабеля она составляет около 60 % суммы поверхности туш (табл. 1).


Таблица 1 – Эффективная поверхность сублимации замороженного мяса при хранении в штабелях

Вид мяса	Плотность укладки в штабеля, кг/м3	Площадь сублимации, м3/т
Говядина в четвертинах	400	12
Свинина в полутушах	450	11
Баранина в тушах	300	20

Интересные данные получены о степени усушки туш в зависимости от их расположения в штабеле. В соответствии с результатами исследований, проведенных в России, максимальные естественные потери при хранении всех видов мяса имеют место в частях штабелей около наружной стены камеры, а минимальные – в централь­ной части штабеля. Средняя величина естественных по­терь достигается в частях штабеля, расположенных око­ло внутренней стены. Максимальные естественные поте­ри имеют место на поверхности, минимальные – в центре и средние – в нижней части штабеля.

Размеры усушки замороженных продуктов в опреде­ленной степени зависят от количества тепла, проникаю­щего снаружи в камеры хранения. Ограничение внеш­него теплопритока посредством увеличения толщины изоляционного слоя в традиционных строительных кон­струкциях холодильников является дорогостоящим и не позволяет получить достаточно удовлетворительные ре­зультаты. Это нашло, в частности, практическое выраже­ние в строительстве холодильных камер, оснащенных так называемой воздушной рубашкой, и в последнее время в разработке принципов создания камер с дина­мической изоляцией.

Разработанная в 1931 г. Хунтсманом и Юнгом систе­ма с воздушной рубашкой основана на размещении ав­томатически управляемых холодильных аппаратов не внутри помещения, а в изолированном пространстве ши­риной около 60 см, расположенном вокруг помещения. При таком решении внешние тепловые потоки в основ­ном ликвидируются вне камеры и не вызывают наруше­ния установленного в камере теплового и влажностного равновесия. Эта система успешно осуществлена на ряде крупных объектов, в частности в России (емкость холо­дильника 17 тыс. т), в Норвегии (10 тыс. т.) и в Канаде (5 тыс. т.). Холодильники с системой воздушных руба­шек построены также в Германии, Японии, Голландии, Авст­рии. Общая полезная емкость 200 тыс. м³. Практика эксплуатации холодильников показывает их преимуще­ства по сравнению с холодильниками обычного типа, например усушка неупакованного мяса снижает­ся в 4 раза по сравнению со средней усуш­кой.

Принцип динамической изоляции основан на том, что через пористый изоляционный материал во встреч­ном направлении притоку внешнего тепла медленно проникает холодный воздух, принимающий на себя основ­ную часть теплопритока из окружающей среды.

Динамическая теплопроводность  для изоляцион­ных материалов с различной структурой ниже обычной статической теплопроводности этих материалов . Отно­шение / колеблется в пределах 0.25 – 0.45 и незначи­тельно возрастает с увеличением скорости движения воздуха.

Исследования советских ученых показали возмож­ность снижения в 2.6 – 6 раз размеров естественных потерь мяса, хранившегося без упаковки. При этом сни­жаются также энергетические затраты и эксплуатацион­ные расходы.

Теплоприток в камеры хранения обусловлен главным образом теплопроводностью через наружные стены и пе­рекрытия, конвекцией (около 40 %) и излучением (око­ло 60 %). Величина теплопритока не постоянна во времени и непосредственно зависит от температуры ок­ружающего воздуха. Это обусловливает существенные колебания усушки в течение года, что учитывается, в частности, нормами естественных потерь, применяемых в странах СНГ, при хранении мяса в полутушах.

В существующих технических условиях усушку мяса в полутушах можно ограничить путем максимальной загрузки камер (естественные потери со снижением степени загрузки камер возрастают), плотной укладки полутуш в штабеля больших размеров, ограничения скорости движения воздуха, создания более высокой относительной влажности воздуха, соответствующей организации эксплуатации камер (ограничение тепло­притока в камеру посредством сокращения до миниму­ма времени открывания дверей, применение воздушных завесов и т.п.), экранирования поверхности штабелей использованием глазурованных тканей или паронепро­ницаемых пленок, перехода на производство заморожен­ного мяса в блоках (усушка при хранении мяса в бло­ках в несколько раз меньше, чем при хранении в полутушах, и равна в среднем около 0.03% в течение месяца).

На основании практических наблюдений, проведен­ных в промышленных условиях, и результатов экспери­ментальных исследований, получены обобщенные зави­симости усушки от наиболее важных факторов и опреде­лены средние потери мяса при хранении в течение 1 месяца при различных температурах:

Температура, °С	–10	–15	–20	–25	–30
Потери, %	0.59	0.38	0.25	0.16	0.10

Снижение температуры хранения с –20 до –30 °С, т. е. в пределах, осуществимых в промышленности, позволяет 2.5 раза сократить уровень потерь заморожен­ного мяса, хранившегося в полутушах.

На усушку замороженных пищевых продуктов реша­ющее влияние оказывает упаковка. Применение влаго­непроницаемых упаковочных материалов, плотно прилегающих к поверхности продукта, полностью исключает естественные потери. В случае чрезмерно высокой паропроницаемости использованных упаковочных материалов происходит дальнейшее проникновение водяных паров в окружающую среду, в форме, так называемой, внеш­ней усушки. Если паронепроницаемый упаковочный ма­териал не прилегает плотно к продукту, то выделяющие­ся в результате сублимации пары конденсируются на внутренней поверхности упаковочного материала в виде инея. Такая усушка, называемая внутренней, характе­ризуется тем, что потери массы и изменения качества происходят при неизменной массе брутто упакованного продукта.

Механизм внутренней усушки продукта следующий. Температура слоя воздуха между упаковочным материалом и продуктом не является постоянной. При снижении температуры окружающей среды температура внутренней поверхности упаковочного материала в тече­ние короткого времени ниже температуры поверхности продукта, что вызывает сублимацию льда из продукта или его поверхности и конденсацию водяных паров на внутренней поверхности упаковочного материала. Если же происходит повышение температуры окружающей среды, то процесс внутри упаковки протекает в обрат­ном направлении, однако водяные пары, образующиеся в результате сублимаций, конденсируются только на по­верхности продукта. При колебании температуры наблюдается увеличение размера кристаллов льда на поверхности продукта и их температура становится все более близкой к температуре упаковки, а не к температуре продукта, что в свою очередь вызывает сублима­цию льда из продукта.

Из вышеизложенного следует, что направление и ве­личина массообмена внутри упаковок определяются условиями хранения. В практических условиях происхо­дит постоянный процесс сублимационного испарения па­ров с поверхности продуктов и их конденсация в виде инея па внутренней более холодной стенке упаковки. На рис. 8 в упрощенном виде представлены ре­альные условия тепло- и массообмена внутри упаковки. Одностороннюю направленность тепло- и массообмена следует понимать как равнодействующую двух процес­сов, протекающих в противоположном направлении, причем более низкая скорость диффузии водяных паров в направлении к продуктам объясняется равномерной температурой и кристаллизационной структурой про­дукта.




Рис. 8 – Схема течения про­цессов тепло- (q) и массообмена (т) внутри упаковки с за­мороженными продуктами:

а – внутренняя сторона упаковок; b – поверхность замороженного продукта;

 – величина воздушных пространств внутри упаковок




Рис. 9 – Влияние условий хра­нения на внутреннюю усушку замороженных продуктов, вы­держиваемых в упакованном виде



Влияние условий хранения на внутреннюю усушку замороженных продуктов представлено на рис. 9. В качестве объекта исследований использовано измель­ченное мясо, которым заполняли полиэтиленовые под­ложки размером 112х82х31 мм, упаковку герметизиро­вали свариванием; степень заполнения подложек – до 75 % номинального объема. Из рис. 9 видно, что абсо­лютные потери массы продукта в зависимости от продол­жительности хранения определяются уровнем и стабиль­ностью температуры в камерах хранения. Чем ниже и стабильнее температура хранения, тем меньше потери массы замороженных продуктов, обусловленные внутрен­ней усушкой.

Более ранние исследования показали, что потери массы замороженных продуктов, упакованных в инди­видуальную упаковку из картона с прокладкой, состоя­щей из бумаги, ламинированной полиэтиленом, колеб­лются в пределах около 0.2 % в течение месяца при –20 °С и 0.05 % при –30 °С.

Количество инея на внутренней поверхности полиэти­леновой упаковки с замороженной расфасованной говя­диной, хранившейся при –11 °С, составляет через 220 дней хранения 20 мг/см² при колебаниях температуры 1° С и 72 мг/см² при колебаниях температуры 6 °С. Аналогичные данные получены при хранении замо­роженного картофеля фри: при –25° С через 250 дней хранения 8 мг/см² при колебаниях температуры 0.75 °С и 32 мг/см² при колебаниях температуры 3.5 °С. Исследования влияния колебаний температуры на раз­мер внутренней усушки замороженных продуктов позволили установить, что потери массы возрастают с увели­чением амплитуды колебаний температуры и с сокраще­нием длительности температурных колебаний.

На абсолютные размеры потерь массы влияют также специфические свойства отдельных замороженных про­дуктов. Потери массы, обусловленные усушкой замороженных овощей, при сравнимых условиях хранения вы­ше, чем замороженных фруктов. Эти потери относятся исключительно к поверхностным слоям продукта. Например, при хранении зеленого горошка в картонных ко­робках без полиэтиленового вкладыша при –19 °С по­тери массы внешних слоев продукта через 10 месяцев хранения бывают свыше 20 % при средней величине потерь продукта в упаковке 2.6 %. Характерно, что замет­ные качественные изменения появляются в отдельных продуктах при различных размерах усушки, причем эти изменения заключаются прежде всего в ухудшении внеш­него вида продуктов в замороженном состоянии. Эти изменения в зеленом горошке, фасоли, малине минималь­ны. В большей степени они выражены при хранении вишни. Примером проводимых в этой области исследо­ваний могут быть данные, полученные Беке. В ра­боте Беке показано, что продукты хранили упакованны­ми в полиэтилен или целлофан; продолжительность хра­нения 12 месяцев при –18° С при естественной или искусственной циркуляции воздуха (скорость движения воздуха 0.15 м/с). Полученные для отдельных продуктов результаты приведены в табл. 2.


Таблица 2 – Зависимость потерь массы при хранении замороженных овощей от вида упаковки и условий хранения

Продукт		Потери массы (%) после хранения в течение месяца
		4		8		12
		I**	II	I	II	I	II
Зеленый горошек	а*	1.62	2.75	2.02	3.85	2.47	4.82
	b	0.27	0.39	0.37	0.81	0.88	1.09
	c	0.33	0.77	0.67	1.13	0.99	1.87
Фасоль	а	1.34	1.71	1.71	2.44	2.51	3.11
	b	0.21	0.37	0.37	0.59	0.55	0.95
	c	0.49	0.77	0.93	1.29	1.37	2.0
Огуречный салат	а	0.79	1.69	1.39	2.72	1.99	4.27
	b	0.20	0.39	0.34	0.61	0.61	0.91
	c	0.41	0.99	0.92	1.29	1.23	1.63
Помидоры	а	0.51	1.15	0.88	1.63	1.07	2.09
	b	0.14	0.22	0.26	0.47	0.39	0.64
	c	0.37	0.48	0.67	0.83	0.81	1.35

Для расчета суммарных потерь замороженных про­дуктов, вызванных усушкой, применяют формулу:


m₂ = m₁  (1 – W / 100)  (1 – g / 100),


где m₂ – конечная цена продукта, % от исходной цены; m₁ – исходная цена продукта; W – потери массы продукта, % от исходной массы; g – снижение качества продукта в результате изменений, обусловленных усушкой, % исходного качества.