Холодильное технологическое оборудование (стр. 1 )

имени Михаила Туган-Барановського

Кафедра холодильной и торговой техники

,

ХОЛОДИЛЬНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Конспект лекций для студентов направления подготовки 050503 «Машиностроение» специализации «Оборудование перерабатывающих и пищевых производств»

дневной и заочной форм обучения

Утверждено на заседании кафедры

холодильной и торговой техники

Протокол № 40 от 01.01.2001г.

Донецк 2014

ББК 31.39я73

К 88

УДК 621.5(076.5)

К 88 Холодильное технологическое оборудование: конспект лекций для студентов направления подготовки 050503 «Машиностроение» специализации “Оборудование перерабатывающих и пищевых производств” днев. и заоч. форм обучения/ , – Донецк: ДонНУЭТ, 2014. - 127с.

Лекции составлены на основании опыта преподавания учебной дисциплины «Холодильное технологическое оборудование» и включают теоретические вопросы, которые студент должен усвоить для овладения методикой расчета и основ проектирования холодильного технологического оборудования, более глубокого понимания процессов, происходящих в его элементах.

Содержание

Введение

Курс «Холодильное технологическое оборудование» является одним из основных специальных курсов в подготовке инженера-механика по специальности «Оборудование перерабатывающих и пищевых производств».

В условиях рыночных отношений особенно важной задачей является производство на предприятиях пищевой промышленности широкого ассортимента высококачественных, конкурентоспособных продовольственных товаров. Применение холода во всех областях пищевой промышленности дает возможность обеспечивать ритмичность производства, рациональное использование основных фондов, сохранять необходимое качество пищевого сырья и продуктов. На первый план выдвигается задача создания и внедрения в производство современных высокопроизводительных и автоматизированных холодильных машин, технологических аппаратов, которые обеспечивают оптимальные режимы обработки и хранения скоропортящихся сырья и продуктов.

Курс «Холодильное технологическое оснащение» базируется на основных положениях и законах физики, гидравлики, технической термодинамики, теории машин и механизмов др.

Цель изучения курса «Холодильное технологическое оборудование» - ознакомления будущих инженеров-механиков с холодильным технологическим оборудованием, которые используют в пищевой промышленности при холодильной обработке и производстве мяса и мясопродуктов, рыбы, плодов, овощей, кулинарной продукции и готовых блюд, упакованных и не упакованных продуктов.

В результате изучения дисциплины «Холодильное технологическое оснащение» студент должен уметь:

- осуществлять рациональный подбор и оценку холодильного технологического оборудования, обеспечивать вывод его на оптимальные режимы работы;

- выполнять расчеты и проектирование устройств, аппаратов для холодильной обработки продуктов и сырья, а также холодильного оборудования, применяемого в камерах холодильников при хранении, замораживании и размораживании пищевых продуктов.

Курс „Холодильное технологическое оборудование” состоит из трех модулей.

Модуль 1. Основы холодильной технологии. Системы воздухораспределения. Изучению подлежат следующие вопросы. Основы холодильной технологии. Системы воздухораспределения в камерах холодильной обработки и в камерах хранения пищевых продуктов.

Модуль 2. Холодильники. Изучению подлежат следующие вопросы. Общие сведения о холодильниках предприятий перерабатывающих и пищевых производств. Расчет теплоизолируемых конструкций и оборудования холодильников.

Модуль 3. Оборудование для охлаждения и замораживания пищевых продуктов. Изучению подлежат следующие вопросы. Конструкция и принцип действия воздушных морозильных аппаратов. Конструкция и принцип действия морозильных аппаратов бесконтактного и контактного принципа действия. Оборудование для размораживания пищевых продуктов.

Модуль 1. Основы холодильной технологии. Системы воздухораспределения.

Лекция 1.1. ОСНОВЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ технологии ХРАНЕНИЯ

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

1. Принципы сохранения пищевых продуктов с использованием холода.

2. Охлаждение и хранение продуктов в охлажденном состоянии.

3. Замораживание и хранение продуктов в замороженном состоянии.

4. Размораживание и хранение продуктов в размороженном состоянии

В обычных условиях органические вещества пищевых про­дуктов под влиянием микроорганизмов подвержены измене­ниям, причинами которых могут быть биохимические процессы, протекающие под влиянием разнообразных ферментов. В целях сохранения качества пищевых продуктов необходимо регулировать биохимические процессы. Очень часто приемы и методы, направленные на борьбу с микроорганизмами, одновременно предохраняют продукт от вредителей и практически останавли­вают или замедляют разнообразные биохимические процессы. Микроорганизмы в своем развитии и во всех жизненных про­явлениях находятся в тесной зависимости от состояния и усло­вий окружающей среды. Изменяя условия среды и оказывая то или иное действие на продукт, можно регулировать состав и деятельность микрофлоры продукта или добиваться полного ее уничтожения. Все методы консервирования по биологиче­ским принципам отличаются друг от друга тем, что достига­ется различная степень отмирания микроорганизмов и инак­тивация ферментов, вызывающих нежелательные изменения в продуктах. При консервировании используют физические, хи­мические и микробиологические методы, а также комбиниро­ванные с применением главным образом физических и химиче­ских.

ПРИНЦИПЫ СОХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХОЛОДА

Существует четыре основных принципа консервирования: биоз, анабиоз, ценобиоз, абиоз.

Принцип биоза — поддержание жизненных процессов в про­дуктах и использование для этой цели иммунитета. Так, при хранении плодов и овощей используется естественная устойчи­вость плодов к деятельности сапрофитных микроорганизмов и развитию физиологических заболеваний. При выдерживании рыбы в садках, предубойном содержании скота, птицы, а также при их транспортировании приходится заботиться о поддер­жании жизнедеятельности организма и о борьбе с распростра­нением различных заболеваний.

Принцип анабиоза — торможение жизнедеятельности микро­организмов и приостановка ферментативных процессов, проте­кающих в продуктах.

На этом принципе основаны многочисленные методы про­мышленного сохранения продуктов. К ним относят холодиль­ную обработку и хранение, сушение и вяление, посол, консерви­рование в сахарных сиропах, маринование и т. д.

Сушение само по себе не убивает микроорганизмов, хотя одни их формы, будучи высушенными вместе с продуктами, сравнительно быстро отмирают. Другие формы, напротив, со­храняются в продуктах сравнительно долго. Особенно устой­чивы против высушивания споры бактерий и некоторые формы плесневых грибов. Длительное время могут сохраняться в про­дуктах патогенные бактерии. Количество микроорганизмов в сухих продуктах зависит от их особенностей, условий переработки и хранения. В пищевых концентратах обнаруживается незна­чительное количество микроорганизмов, что объясняется совер­шенством технологических процессов и высоким уровнем сани­тарно-гигиенических условий производства. При увлажнении сухих продуктов находящиеся в них различные микроорга­низмы быстро развиваются, что приводит к микробиологиче­ской порче продуктов. При этом часто наблюдается плесневение продуктов и реже — развитие бактериальных процессов.

Плесневые грибы, развивающиеся на сухих продуктах, мо­гут распространяться по всей поверхности. Вследствие их жиз­недеятельности образуется вода, и тем самым увлажняется продукт, а отсюда вызываются нежелательные изменения.

Посол занимает большое место в производстве мясных и рыбных продуктов. Гнилостные бактерии весьма чувствительны к повышению осмотического давления. Развитие большинства гнилостных бактерий прекращается при концентрации соли 10—15%. Однако солевой раствор только приостанавливает жизнедеятельность бактерий, но не разрушает их.

Высокие санитарно-гигиенические требования при производ­стве гарантируют получение соленых продуктов с наименьшим микробиальным заражением их. Одновременно недопустимо осуществлять посол продуктов, имеющих признак порчи или зараженных патогенными микроорганизмами.

Соленые продукты могут портиться под влиянием галлофильных бактерий, в связи с чем рекомендуется хранить их при пониженных температурах. В соленой рыбе в некоторых слу­чаях могут накапливаться токсины, вырабатываемые бактери­ями. В результате повышения концентрации соли в тканях дости­гается лучшая сохранность продукта, но при этом в значитель­ной степени ухудшаются его вкус и питательная ценность. При рациональном посоле мяса стремятся к получению наименьшей концентрации соли, обеспечивающей такую продолжительность хранения продукта, которая является достаточной для доставки его потребителю в доброкачественном состоянии. Ценные сорта мясопродуктов и красной рыбы малосоленые, и они относи­тельно стойки к хранению только при пониженных температу­рах. В некоторых случаях, например при посоле сельди и про­изводстве ряда мясопродуктов, в целях придания им высоких пищевых и вкусовых качеств продукты выдерживаются для со­зревания, и в них обильно развивается специфическая микро­флора. Созревание в этих случаях протекает при регулируемых температурных условиях.

Эффект угнетающего действия высокого осмотического дав­ления на развитие микроорганизмов широко используется при переработке продуктов растительного происхождения. Концентрация сахара подавляет развитие микроорганизмов, но при высокой концентрации его могут развиваться приспособитель­ные формы микроорганизмов, вызывающие брожение, плесне-вение и другие виды порчи продукта. Даже и при этих мето­дах консервирования желательно при хранении варенья, повидла и фруктов применять пониженные температуры хране­ния,

Для консервирования рыбы, дичи, плодов, овощей и гри­бов применяют маринование, так как большинство гнилостных микроорганизмов не развивается в кислой среде. Уксусная кис­лота препятствует развитию сапрофитных бактерий, а при бо­лее высоких концентрациях вызывает отмирание бесспоровых форм. Споры бактерий сохраняют жизнеспособность даже в 6 %-ном растворе уксусной кислоты, но при добавлении хло­ристого натрия рост их прекращается. Многие грибы, мико­дерма и уксуснокислые бактерии используют уксусную кислоту в качестве питательной среды. Поскольку потребители уксус­ной кислоты являются строгими аэробами, то отсутствие до­ступа кислорода воздуха способствует лучшему сохранению маринованных продуктов.

Принцип ценобиоза основан на подавлении вредной микро­флоры, которая может развиваться на сохраняемом продукте, путем создания условий для развития иной микрофлоры, спо­собствующей сохранению продукта. Этот принцип лежит в ос­нове технологических процессов по сохранению продуктов рас­тительного и животного происхождения.

Квашение получило широкое применение при массовой пере­работке овощей, плодов и ягод. При квашении молочнокислые бактерии сбраживают сахар, содержащийся в продуктах, в ре­зультате чего образуется молочная кислота, действующая как консервант.

Брожение под влиянием эпифитной микрофлоры перераба­тываемого продукта обычно возникает самопроизвольно. Сок, выделяемый из продуктов, является источником брожения сахаров, способствующих созданию анаэробных условий, благо­приятных для развития процесса брожения. Молочнокислые бактерии хорошо уживаются с дрожжами и легко переносят присутствие образующегося при брожении спирта. В свою оче­редь дрожжи способны развиваться при наличии в среде мо­лочной кислоты. Развитие гнилостных и других нежелательных видов бактерий подавляется кислотой при квашении. Содержа­ние соли оказывает положительное влияние на ход брожения, особенно в начальный его период, когда солью угнетается гни­лостная микрофлора.

Для начального и основного периодов брожения благопри­ятна температура 20—25 °С. При более высокой температуре происходит образование кислот, но в то же время возникает опасность маслянокислого брожения. В конце основного периода брожения температуру резко понижают для того, чтобы воспрепятствовать энергичному развитию микроорганизмов, являющихся потребителями молочной кислоты. Понижение температуры является одним из главных факторов удлинения продолжительности хранения про­дуктов в доброкачественном состоянии.

Получение кисломолочных продуктов также основано на кисломолочном брожении или комбинированном —кисломолоч­ном и спиртовом. Комбинированным брожением пользуются при производстве кефира и кумыса. При производстве указан­ных продуктов широко пользуются чистыми культурами. Ка­чество и вид сыров в значительной степени зависят от харак­тера и направленности микробиологических процессов. Как и в предыдущем случае, основную роль при этом играют кисло­молочные бактерии.

Принцип абиоза представляет собой прекращение жизнедея­тельности микроорганизмов в продукте. На этом принципе ос­нованы такие способы консервирования, как высокотемпера­турная обработка, обеспложивание жидких пищевых продуктов методом фильтрования, воздействие различных антисептиков и антибиотиков, губительно влияющих на микроорганизмы, дей­ствие лучистой и ядерной энергии.

Высокие температуры используют при пастеризации и сте­рилизации. Цель пастеризации — уничтожение вегетативных форм микроорганизмов. Одно - и многократной пастеризации подвергаются молоко, плодово-ягодные соки, вино и другие про­дукты. Вследствие того что большинство патогенных бактерий не образуют спор, пастеризация является эффективным спосо­бом удлинения продолжительности хранения продуктов. В про­цессе стерилизации уничтожаются как вегетативные формы микроорганизмов, так и их споры. Стерилизации подвергаются консервы в герметической упаковке.

Фильтрование в целях консервирования применяется для предохранения некоторых жидких продуктов от порчи.

Обеспложиванием жидких пищевых продуктов не всегда достигается стерильность, так как некоторые бактерии имеют ультрамикроскопические формы, проходящие сквозь фильтр.

Наиболее старой формой применения антисептиков является копчение, при котором уменьшается содержание воды. Коп­чение улучшает вкусовые и питательные свойства сырья и придает ему стойкость при хранении. Патогенные бактерии чистой культуры чувствительны к копчению, а в пищевых продуктах они более устойчивы. На поверхности копченых продуктов обнаруживаются различные микрококки, плесневые грибы и дрожжи, которые, очевидно, являются результатом вторичного заражения. В глубине продукта микрофлора бо­лее однообразна и бедна, и в ней чаще всего встречаются солеустойчивые микрококки. Для успешного сохранения копченых продуктов их следует хранить при пониженных температурах и соответствующей относительной влажности воздуха.

Консервирование продуктов, как правило, снижает их каче­ство. Лучшим способом консервирования следует признать тот, при котором возможно более длительное хранение продукта при наименьших потерях его и наилучшем сохранении всех вкусовых и питательных свойств. Этим требованиям удовлет­воряет применение искусственного холода.

В ряде производств применение искусственного холода поз­воляет получить особый самостоятельный вид продукта. Так, в производстве мороженого без быстрого фризерования смеси и закалки с применением низких отрицательных температур невозможно получить необходимую продукцию. Осуществление концентрирования и осветление фруктово-ягодных соков и вин позволяют получить продукт нового качества при максималь­ном сохранении отдельных компонентов химического состава и биологически активных веществ, входящих в состав исход­ного сырья.

ОХЛАЖДЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ ПРОДУКТОВ В ОХЛАЖДЕННОМ СОСТОЯНИИ

Продукты в охлажденном или переохлажденном состоянии сохраняют высокие вкусовые свойства и пищевые достоинства. Поэтому необходимо снабжать население и перерабатывающие предприятия главным образом охлажденными скоропортящи­мися продуктами. Базой для полного обеспечения населения охлажденными продуктами служат широко развитая есть за­готовительных, производственных и распределительных холо­дильных предприятий, наличие автомобильного, железнодорож­ного, речного и морского холодильного транспорта, а также ши­рокое обеспечение торговой сети холодильными установками.

Охлаждение пищевых продуктов преследует одну общую цель — понижение их температуры до заданной конечной, вследствие чего задерживаются биохимические процессы и развитие микроорганизмов. Конечная температура и скорость охлаждения играют немаловажную роль в успешном достиже­нии указанной цели.

Хранение при низких положительных температурах обеспе­чивает сохранение продуктов в доброкачественном состоянии. Такие продукты, как мясо, рыба, птица, могут сохраняться в течение 1—2 недель, яйца — несколько месяцев. Отдель­ные виды плодов и овощей в рациональных условиях храпения могут храниться до нового урожая.

Незащищенная поверхность мяса и рыбы является доста­точно хорошей средой для развития микроорганизмов, в то время как скорлупа яиц с внешним естественным покрытием и лодскорлупной оболочкой является хорошей защитой от про­никновения микроорганизмов внутрь содержимого яйца. Вос­ковое поверхностное покрытие и защитные свойства живого организма предохраняют плоды и овощи от микробпальной порчи и физиологических заболеваний. На допустимую продол­жительность хранения решающее влияние оказывают не только технологические, но и санитарно-гигиенические условия произ­водства, транспортировки и хранения, а также исходное состоя­ние и качество сырья до его охлаждения.

При большом разнообразии способов охлаждения все они могут быть подразделены па три группы по физическому прин­ципу отвода тепла: теплопроводностью, конвекцией и радиа­цией; вследствие фазового превращения; охлаждение в резуль­тате конвекции и фазового превращения воды.

Способы охлаждения, в основе которых лежит конвективный п радиационный теплообмен, характеризуются отсутствием или незначительными потерями влаги продуктом во время охлаж­дения. К этим способам можно отнести охлаждение в воздухе продуктов, упакованных в непроницаемые искусственные или естественные оболочки, а также в жидкой среде. Способы ох­лаждения продуктов в оболочках и неупакованных в жидких средах являются перспективными, так как вследствие интен­сификации теплообмена сокращается продолжительность про­цесса и отсутствуют потери массы от испарения воды из про­дукта. Охлаждение в жидкой среде при отсутствии покрытий (контактное) имеет недостатки: частичное экстрагирование со­ставных частей продукта, поглощение поверхностными слоями некоторого количества охлаждающей среды.

При охлаждении во влагонепроницаемой упаковке исключа­ется непосредственный контакт продукта с охлаждающей сре­дой и тем самым предотвращаются отмеченные недостатки. При этом требуются дополнительные затраты на упаковку продукта. Охлаждению в жидкой среде подвергаются рыба, птица и не­которые овощи. Зачастую этим способом пользуются для ча­стичного понижения температуры.

Способы охлаждения, в которых отвод тепла осуществля­ется только вследствие фазовых превращений, в промышлен­ности применяют для охлаждения овощей, плодов и рыбы. Сущ­ность этих способов заключается в том, что при вакууми-ровании происходит испарение части воды, содержащейся в продукте. Они являются наиболее эффективными и при со­четании с предварительной промывкой или частичным охлаж­дением в воде с последующим вакуумированием. При охлажде­нии вода, поглощенная поверхностным слоем продукта, испа­ряется. Естественно, что требуется сложное оборудование особенно тогда, когда такому охлаждению подвергаются про­дукты, находящиеся в железнодорожных вагонах.

В промышленности наиболее распространены те способы охлаждения, которые осуществляются передачей тепла продуктом конвекцией, радиацией и вследствие теплообмена при фазовом превращении. Охлаждающей средой является воздух, который движется с различной скоростью. Аппаратурное оформление этого способа охлаждения весьма разнообразно. Ус­пешно осуществляется охлаждение в обычных камерах, снабженных устройством для распределения охлажденного воз­духа по объему, в котором размещается продукт в различной таре (сливочное масло, жиры, птица, яйца и др.) или без тары в подвешенном вертикальном положении (мясные полутуши и тушки мелкого рогатого скота, колбасные изделия, располо­женные на этажерках и др.). Лучший технологический эффект достигается в камерах охлаждения туннельного типа с про­дольной или поперечной побудительной циркуляцией охлаж­дающей воздушной среды. В последнем случае удается получить более равномерное распределение температуры и скорости движения воздуха и тем самым по всему объему равномерно охладить продукцию.

Относительно новым способом охлаждения является охлаж­дение мяса в перенасыщенном влагой воздухе. Воздух, выхо­дящий из турбодетандера, расширяется. При этом темпера­тура и давление воздуха понижаются, он переходит в состоя­ние перенасыщенности влагой и поступает в камеру для охлаждения продуктов. Степень перенасыщения, скорость и тем­пературу воздуха можно изменять. Регулирование позволяет по­лучить температуры от положительных до отрицательных зна­чений, а степень перенасыщения достигать 1,25. Вследствие хорошей теплоотдачи продолжительность охлаждения мясных полутуш сокращается. Так, за 9 ч охлаждения температура в центре бедра от 28 °С была снижена до 2°С при температуре воздуха —0,6-;—1 °С и степени перенасыщения 1,25.

Продукты животного происхождения. Мясо в виде полутуш или туш мелкого рогатого скота после первичной обработки охлаждается в камерах, специально оборудованных подвес­ными путями и системой охлаждения. Охлаждение мяса в воздухе можно осуществить при постоянном режиме в тече­ние всего процесса охлаждения. В этом случае температуру воздуха стремятся поддерживать около 0 °С, а относительная влажность в зависимости от системы охлаждения саморегули­руется и составляет 87—97 %. Для сокращения продолжительности увеличивают скорость движения охлаждающей среды, а также понижают ее темпе­ратуру. Хороший эффект достигается при скорости движения воздуха у поверхности бедра в зависимости от его толщины 1 —2 м/с. Продолжительность охлаждения снижается более чем в 2 раза. Если при охлаждении применяют отрицательные температуры, то продолжительность процесса сокращается. Так, при температуре воздуха -8…-12°С вместо 0°С и ука­занной скорости движения воздуха продолжительность охлаж­дения до средней конечной температуры по объему бедра 3…4°С составляет 6—8 ч. При таком интенсивном охлаждении наблюдается значительная разность между температурами по­верхности мяса и центра толстой части бедра. Охлажденное таким образом мясо необходимо выдерживать в камерах хра­нения при средней температуре 2°С до достижения одинако­вой температуры по всему объему. Выравнивание температуры происходит довольно быстро.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13