2. Производство быстрозамороженных овощей и плодов

2.1. Особенности консервирования плодоовощного сырья замораживанием, происходящие при этом процессы.

Замораживанием называют процесс понижения температуры продукта на 10-30 °С ниже криоскопической, сопровождаемый переходом в лед почти всего количества содержащейся воды. В результате микроорганизмы не могут питаться, увеличивается концентрация растворов, создаются неблагоприятные осмотические условия и резко сокращается скорость биохимических реакций в продукте. Замороженный продукт характеризуется такими внешними признаками и физическими свойствами, как твердость (вызвана превращением воды в лед), яркость окраски (результат оптических эффектов, вызванных кристаллизацией льда), уменьшение плотности (результат расширения воды при замораживании), значительное изменение теплофизических характеристик.

Любой процесс консервирования тем лучше, чем меньшие изменения он вызывает в продуктах с их первоначальными свойствами и чем более длительный срок хранения он обеспечивает. Из всех применяемых методов консервирования продуктов процессы холодильной обработки и замораживания лучше всего удовлетворяют этому требованию, так как вызывают слабые изменения свойств продуктов и обеспечивают практически достаточно долгую их сохраняемость.

Пригодность плодоовощного сырья для замораживания определяется рядом факторов: видовым составом, особенностями сорта, степенью зрелости. Замораживанием можно консервировать не все виды этой продукции. Так, продукция низкого качества получается из огурцов и арбузов, главным образом, из-за явно выраженного ухудшения консистенции и вкуса после их дефростации (оттаивания). Не замораживают салат, редис, а также белую смородину, так как в ягодах происходят изменения, снижающие товарный вид продукта. При оттаивании ягоды приобретают бурый оттенок, что не наблюдается у черной и красной смородины. Сорта земляники, пригодные к замораживанию, должны иметь достаточно высокую плотность мякоти ягод, чтобы при дефростации потери сока не были большими.

При быстром замораживании в плодоовощной продукции протекают процессы кристаллизации, рекристаллизации и дефростации (при оттаивании), а при сверхбыстром замораживании в жидком азоте – витрификации (застекловывание) и сверхбыстром оттаивании – девитрификации (расстекловывание).

Кристаллизация характеризуется скоростью образования зародышей кристаллов и скоростью их роста. При замораживании воды образуются кристаллы гексагональной формы, которые появляются при медленном темпе замораживания. При средних и высоких скоростях замораживания возникают кристаллы неправильной формы (дендриды), при сверхбыстрой – формируются кристаллы огруглой формы. Форма кристаллов обусловливается скоростью охлаждения. При быстром замораживании с интенсивным отводом теплоты получают замороженный продукт растительного происхождения более высокого качества. Чем ниже температура замораживания, тем больше возникает центров кристаллизации в тканях продукта и тем они мельче. При этом меньше деструктурные изменения стенок клеток тканей продукта и при дефростации сок остается в тканях, а не вытекает. Крупные кристаллы льда, образующиеся при медленном охлаждении, повреждают клетки сильнее, чем мелкие кристаллы, возникающие при быстром замораживании.

Рекристаллизация. До последнего времени считали, что замороженный продукт стабилен и не подвержен структурным изменениям вплоть до дефростации. Раствор, замороженный в виде прозрачных шаровидных кристаллов (сверхбыстрое замораживание), после превышения определенной температуры становится непрозрачным. По мере повышения температуры кристаллы начинают приобретать вид крупных зерен, которые постепенно объединяются в монолитные кристаллы льда. Вначале этот процесс идет медленно, но по мере приближения к криоскопической точке скорость процесса возрастает. При температуре, близкой к точке таяния, наблюдается сильный рост больших кристаллов за счет малых, то есть рекристаллизация. Для снижения отрицательного влияния рекристаллизации на качество замороженной продукции рекомендуется ее хранить при температуре не выше определенного уровня.

Дефростация. Теоретически процесс таяния замороженного раствора происходит с началом рекристаллизации, а на практике за точку таяния принимают переход из твердого состояния в жидкое.

После размораживания ткань теряет тургор, упругость, наблюдается вытекание сока, клетки теряют способность к сокращению или увеличению объема. Имеет место повреждение ткани кристаллами льда, что подтверждают микроскопические исследования. Для того чтобы клетки тканей плодов в меньшей степени теряли тургор, деформировались и поглощали размораживающийся клеточный сок, следует медленно проводить дефростацию на воздухе без подогрева.

2.2. Способы и режимы замораживания плодоовощной продукции.

Способы замораживания. Их классифицируют по принципу отвода тепла от продукта. Как правило, охлаждающей средой является воздух с различной скоростью движения и температурой, чаще всего -30-40 °С. Замораживание осуществляют в морозильных аппаратах разной конструкции, в которых воздух движется со скоростью 1-2 м/с. Для ускорения замораживания охлаждающие батареи размещают поблизости от замораживаемого объекта, вследствие чего достигается ускорение этого процесса. Лучший эффект получают при замораживании фасованной продукции, так как при этом обеспечивается оптимальная толщина. Хороший эффект дает замораживание продуктов малого размера (ягод) россыпью на охлаждающих поверхностях и лучше в «кипящем слое», называемом еще методом флюидизации.

Способ контактного одностороннего замораживания на металлической охлаждающей пластине используют в конструкциях ряда морозильных аппаратов. При этом способе наблюдают недостаточный теплообмен поверхности продукта, продолжительное время замораживания.

При контактном двустороннем способе в активном теплообмене участвует примерно 60-70 % поверхности в зависимости от толщины продукта и эффективность его выше.

При замораживании продукта с помощью жидкого хладоносителя, подаваемого через форсунки или другие устройства, распределяющие жидкость, лучший эффект достигается, когда продукт омывается хладоносителем с двух сторон или погружается в перемешивающийся жидкий хладоноситель (в этом случае замораживание равномерно).

Если в качестве хладоносителя используют поток воздуха, подаваемого с одной стороны, то не вся поверхность участвует в активном теплообмене и трудно достичь равномерного замораживания.

При замораживании в поперечно-проточном потоке воздуха с перемешивающимся направлением в активном теплообмене участвует вся поверхность продукта. При использовании низких отрицательных температур и достаточной скорости движения воздуха происходит быстрое замораживание, а структура льда образуется равномерно.

При замораживании в банках жидких скоропортящихся продуктов целесообразно придать им медленное вращательное движение, горизонтальное расположение банок исключает вредное влияние воздушной прослойки на скорость замораживания и на изменение внешнего вида поверхности продукта, так как воздух во время вращения банки постепенно перемещается к центру и там остается.

Способ замораживания в «кипящем слое» (способ флюидизации) достаточно эффективен, так как высокая скорость подаваемого под давлением холодного воздуха и омывание им всей поверхности взвешенных в потоке частиц продукта обеспечивает наибольший эффект по скорости замораживания и сохранению качества продукта.

К сверхбыстрому способу относится замораживание продукта в кипящих хладоносителях, таких, как жидкий азот, фреон и др. В этом случае вся поверхность продукта участвует в теплообмене, а очень низкие температуры хладоносителя обеспечивают замораживание в течение нескольких минут или секунд.

Режим замораживания плодоовощной продукции состоит из трех стадий. Первая – стадия охлаждения – интенсивный отвод тепла от продукта и снижение температуры до криоскопической; вторая –стадия кристаллизации – фазовое изменение воды, когда после переохлаждения начинают образовываться и расти кристаллы; третья – стадия домораживания – охлаждение до криоскопических температур, перемещающихся с периферийных слоев в центр продукта. На этой стадии замораживание характеризуется дальнейшим снижением температуры продукта до -18-20 °С, при которой происходит инактивация всех ферментных систем, останавливаются биохимические процессы во всех клетках тканей и наступает его консервация.

Определяющее значение в процессе теплообмена и продолжительности замораживании имеют температура охлаждающей среды и толщина слоя продукта. Замораживание рекомендуют проводить при температуре -30-35 °С. Дальнейшее понижение температуры не позволяет резко сократить продолжительность процесса, но при этом возрастают энергетические затраты, что экономически нецелесообразно. Время замораживания картофеля, овощей, плодов и ягод зависит от вида продукта, степени его измельчения (для крупных плодов и овощей), а также от других операций подготовки сырья (очистка, сульфитация, бланширование) к замораживанию.

Классификация холодильных установок. Холодильные установки различают по следующим признакам:

назначению – стационарные и передвижные с централизованным и децентрализованным охлаждением;

производительности – крупные (3,0 МВт), средние (1,0 МВт), мелкие (до 60 кВт);

температурному режиму – высокотемпературные (от +10 до -10 °С), среднетемпературные (от -5 до -20 °С) и низкотемпературные (-20-120 °С);

режиму работы – непрерывные или цикличные, нестационарные с аккумулятором тепловой энергии;

виду холодильного агента – аммиачные, фреоновые, этановые, пропановые, углекислотные и на смесях холодильных агентов.

Для замораживания пищевых продуктов используют конвейерные скороморозильные аппараты, многоплиточные, туннельные, флюидизационные, роторные, морозильные аппараты для погружного метода.

Эффективное замораживание осуществляют в одноступенчатом скороморозильном аппарате флюидизационного типа с направленным псевдоожиженным слоем (рис.). Этот аппарат исключает длительный контакт ягод между собой и с холодильными поверхностями, а следовательно, смерзание их и примерзание к металлическим поверхностям аппарата, что обеспечивает высокое качество продукта.

Различные ягоды и плоды непрерывно подают через загрузочное устройство 2 в камеру 1, где они попадают в струю воздуха с температурой -30 °С и скоростью 5 м/с из распределительной решетки 5. Не касаясь решетки, ягоды движутся в слое вдоль аппарата в сторону разгрузочного устройства 6 и выгружаются в замороженном состоянии. Отработанный воздух через патрубок 7 направляется к вентиляторному блоку, а затем возвращается в холодильную машину.

Применение азотных скороморозильных аппаратов, экологически безопасных, не требующих значительных капитальных затрат, позволяет приблизить холодильную обработку к месту возделывания растительной продукции, что обеспечит ее безотходную переработку, а также даст возможность организовать низкотемпературную непрерывную холодильную цепь от грядки к столу потребителя. С этой целью применяются мобильные автопоезда криогенного замораживания с использованием АСТА (азотныйскороморозильный туннельный аппарат). Проточные безмашинные системы имеют значительные преимущества перед машинными. Это прежде всего высокая надежность эксплуатации системы, незначительные затраты на техническое обслуживание и ремонт, высокая скорость замораживания.

2.3. Технология производства быстрозамороженных овощей и плодов.

Производство быстрозамороженных продуктов включает цех подготовки сырья, цех замораживания, участок инспектирования, фасования, маркирования и участок утилизации отходов.

В цехе подготовки сырья продукты моют, очищают от кожицы. Например, корнеплоды доочищают при инспекции остатков кожицы и поврежденных мест, затем бланшируют, охлаждают, обсушивают, обдувая воздухом, чтобы снять поверхностную влагу, и передают в цех замораживания. В цехе замораживания подготовленное сырье поступает в скороморозильный аппарат, где оно замораживается, затем его инспектируют и фасуют в пакеты из полимерных материалов, а потом упаковывают в картонные коробки и маркируют в соответствии с государственными стандартами. На участке утилизации отходов заботятся об их рациональном использовании: или они идут на фуражные цели, или как вторичное сырье для производства другой продукции.