Способы замораживания плодов и овощей

Используемые способы замораживания можно разделить на три группы: 1 — плоды и овощи замораживают, а потом упаковывают; 2 — продукт упаковывают, после чего замораживают на конвейерных или плиточных морозильных аппаратах со статистическим или рециркуляционным воздухом; 3 — продукт помещают в охлаждающую жидкость, например жидкий СО₂, жидкий азот и др.

Морозильные аппараты, используемые для замораживания пищевых продуктов, подразделяются в зависимости от среды, непосредственно отнимающей теплоту от объекта замораживания.

Морозильные аппараты воздушного охлаждения

В большинстве морозильных аппаратов теплота от продукта воспринимается воздухом и отдается охлаждающей системе. Воздух — наиболее распространенная среда, которая может быть использована для холодильной обработки в широком интервале температур, легко регулируется скорость его движения и уровень давления. Недостатком воздушного охлаждения является относительно низкая способность поглощать теплоту и высокая влагопоглотительная способность, чем объясняются потери массы продукта за счет испарения.

Воздушные морозильные аппараты представляют собой агрегат, имеющий теплоизоляционное ограждение, внутри которого расположены воздухоохладители, система, обеспечивающая подачу воздуха, транспортер для перемещения продукта и системы автоматического управления и регулирования режимов охлаждения и автоматической санитарной обработки аппарата. В зависимости от устройства системы воздухораспределения охлажденный воздух может циркулировать вдоль или поперек массы продукции. Система транспортирования зависит от вида и технологии предварительной подготовки продукта и производительности аппарата. К воздушным морозильным аппаратам относятся тележечные, конвейерные и флюидизационные. В качестве элементов системы транспортирования используются лотки (противни), ленты конвейеров, поток воздуха (флюидизационный слой) или комбинация из приведенных выше элементов (лента конвейера и поток воздуха). Замораживание производится при температуре от -20°С до -40°С. Воздух преимущественно движется в направлении, противоположном направлению движения продукта со скоростью от 30 до 300 м/мин. При замораживании решающую роль приобретает скорость процесса. В настоящее время наиболее перспективной является технология "шоковой" заморозки. Идея технологии быстрой "шоковой" заморозки состоит в форсировании режимов охлаждения, подмораживания и домораживания продуктов. Данное форсирование обеспечивается снижением температуры среды до -30...-45 °С и ускоренным движением хладоносителя (в роли которого в камере выступает воздух).

Нужно отметить, что дальнейшее снижение температуры охлаждающего воздуха приводит к неоправданным затратам мощности, повышенным деформациям продукта и увеличению неравномерности процесса.

Преимущества шоковой заморозки заключаются в сокращении потерь массы продукта и уменьшении времени заморозки. Высокая скорость охлаждения позволяет форсированно пройти переход из жидкой в твердую фазу. При этом кристаллы льда формируются значительно меньших размеров и практически одновременно в клетке и межклеточных перегородках (клетки остаются неповрежденными). Например, при медленной заморозке продолжительность замораживания плодов черной смородины составляет около 37 мин, а при быстрой "шоковой" заморозке — 5-6 мин, следовательно, продолжительность замораживания сокращается более чем в 6 раз. Вследствие этого лучше сохраняется структура тканей свежего продукта, лучше сохраняются вкусовые и ароматические вещества.

Большое влияние на скорость заморозки и качество плодов оказывает их исходная температура. Оптимальная начальная температура для заморозки — 0°С. При таких условиях необходимо на 20-40% меньше времени, чем при температурах плодов 20 и 10°С. Это сокращает затраты электроэнергии, увеличивает пропускную способность морозильной камеры. Поэтому в технологическом процессе заморозки рекомендуется осуществлять предварительное охлаждение продукции.

Туннельные морозильные аппараты

Теплота от продукта отнимается воздухом и передается поверхности охлаждающих устройств. Этот тип относится к первым типам морозильных установок и в современном виде широко используется в холодильном производстве. Внутри туннеля находятся воздухоохладители, тележки для размещения продукции, системы воздухораспределения для подачи воздуха на продукт. Туннели различаются по вместимости и производительности. В них можно замораживать как упакованные, так и неупакованные продукты. Туннельные морозильные аппараты бывают тележечного, конвейерного или тележечно-конвейерного типа.

Тележечные аппараты

Предназначены для замораживания плодоовощной продукции, уложенной в лотки, которые размещают на полках тележек. Тележки на транспортере или вручную помещают через загрузочную дверь в аппарат для замораживания, после чего тележки выкатывают. Продукция извлекается из лотков, упаковывается и направляется на хранение.

Тележечные аппараты имеют простую конструкцию, могут использоваться для разных видов продукции, но требуют больших затрат ручного труда. Их рекомендуется использовать при замораживании относительно небольших объемов сезонной продукции разного видового состава, имеющей разную форму и размеры.

Конвейерные морозильные аппараты

Предназначены для замораживания продукции, находящейся непосредственно на контейнерной ленте или в металлических формах, закрепленной на ленте. Конвейерные аппараты распространены в практике производства быстрозамороженных плодов и овощей, они имеют высокую производительность и необходимый уровень автоматизации. Рекомендуется их использование для замораживания целой или нарезанной продукции, имеющей однородный размер и форму. Замораживание может производиться как в упаковке в картонных коробках или блок-формах, так и россыпью без упаковки. Наиболее распространены универсальные аппараты с непрерывным конвейером разного типа (ленточным горизонтальным и спиральным, цепным), позволяющие вести замораживание в непрерывном потоке в технологической линии. В аппарате этого типа замораживаемый продукт поступает в камеру на самой верхней ленте конвейера, на ней он предварительно подмораживается до затвердевания поверхностного слоя на глубину 2-3 мм, приобретая дополнительную механическую прочность. Лента перемещается на многоуровневом конвейере вдоль всей камеры, после чего продукт перемещается на ленту следующего уровня и едет в обратном направлении, и так до самого нижнего уровня. Конвейер нижнего уровня заканчивается разгрузочным лотком, по которому продукт выходит из аппарата уже замороженным. На всем протяжении пути внутри аппарата продукт обдувается интенсивным потоком холодного воздуха температурой минус 30-35°С. Время нахождения продукта в таких аппаратах колеблется от 20 до 90 мин в зависимости от размера продукции.

Флюидизационные морозильные аппараты

Являются модификацией конвейерных морозильных аппаратов и предназначены для замораживания сырья с небольшими геометрическими размерами, мелкоштучного либо измельченного плодоовощного сырья плодов (слива, персик, абрикос), ягод (клубника, смородина, клюква, черника), зеленого горошка, кукурузы, нарезанных овощей (кубики, ломтики), овощных рагу, суповых смесей (свекла, морковь, кабачки, сладкий перец, капуста), картофеля фри. Возможно замораживание грибов (целиком или кусочками), ягод, которые подаются невысоким слоем толщиной 2-12 мм на сетчатом ленточном транспортере. Толщина слоя продукта устанавливается индивидуально для каждого вида, например от 25 мм для зеленого горошка до 125 мм для стручковой фасоли. Перпендикулярно движению транспортера в направлении снизу вверх подается с высокой скоростью охлажденный воздух. Скорость воздуха должна быть такой, чтобы продукт переходил в состояние подвижного слоя продукта, поднимающегося над транспортером, т. е. частицы продукта приподнимаются над поверхностью сита и продолжают находиться во взвешенном состоянии, образуя как бы "кипящую" массу (откуда название способа). При этом резко увеличивается общая поверхность частиц продукта, находящихся в контакте с охлаждающим воздухом, что приводит к резкому снижению времени заморозки. Как правило, конструкция такого аппарата состоит из двух сетчатых конвейеров. На первом конвейере происходит предварительное подмораживание продукта в "кипящем" слое. После этого продукт пересыпается на второй конвейер, где при меньшей скорости продувки он окончательно замораживается в плотном слое.

В этих аппаратах плодоовощная продукция замораживается довольно быстро, в течение 2-20 мин, без деформации, не слипается, снижаются потери влаги за счет испарения. Этот класс аппаратов обеспечивает самую высокую (среди воздушных) скорость замораживания, минимальную усушку и сохраняет высокое качество продуктов. После замораживания продукт сохраняет исходную рассыпчатую структуру и прекрасно фасуется.

Спиральные конвейерные аппараты

Это разновидность конвейерных морозильных аппаратов, в которых длинная непрерывная конвейерная лента располагается по спирали ярусами (до 50 ярусов в высоту). Сетчатая лента с продуктом, скользя по направляющим, движется по спирали вдоль вращающегося барабана. Лента конвейера такого аппарата может изгибаться в двух плоскостях. Воздух может циркулировать как горизонтально, так и вертикально. Такие морозильные аппараты применяют для замораживания упакованных и неупакованных продуктов в составе крупных технологических линий. К преимуществам данного аппарата следует отнести возможность поточной параллельной заморозки двух-трех разных продуктов. Время замораживания в таких аппаратах в зависимости от вида продукта составляет от 30 мин до 3 час. Спиральные морозильные аппараты компактны, занимаемая площадь составляет менее 60% площади туннельных аппаратов такой же производительности.

Плиточные морозильные аппараты

Предназначены для замораживания продукта, находящегося в непосредственном контакте с охлажденной механической поверхностью. Охлаждаемый продукт должен иметь правильную геометрическую форму и быть подпрессованным.

Плиточные морозильные аппараты предназначены для замораживания продуктов между двумя металлическими плитами, внутри которых циркулирует охлаждающая среда, расположение плит может быть горизонтальным или вертикальным. Плиточные аппараты применяют для замораживания твердых или жидких продуктов в виде блоков, например нарезанных овощей, фруктовой мякоти.

Роторные морозильные аппараты

Имеют радиально расположенные плиты, вращающиеся на валу. Продукт в этих аппаратах замораживается практически в непрерывном потоке, это повышает производительность процесса. Радиальное расположение плит и их вращение способствует равномерному распределению хладагента по плитам. Внутри теплоизолированного ограждения вращается ротор с морозильными секциями. Секция имеет три плиты из алюминиевого сплава с каналами для циркуляции хладагента, который подается в полый вал ротора и распределяется по плитам. Каждая секция последовательно — сначала верхняя ячейка, потом нижняя — загружается и разгружается за один оборот ротора. В промежутках между этими процессами происходит замораживание продуктов в блоках.

Ленточные контактные морозильные аппараты

Предназначены для замораживания влажных и жидких (фруктовые пюре, соки с мякотью) продуктов на конвейерной гладкой ленте из некорродирующей стали, которая непрерывно перемещается через охлаждаемую зону аппарата. Движущаяся лента конвейера находится на поверхности хладоносителя, который подается с избытком через форсунки, что обеспечивает высокую интенсивность замораживания.

Барабанные контактные морозильные аппараты

Предназначены для замораживания пюреобразных и пастообразных масс на поверхности вращающегося барабана, в каналах которого циркулирует хладагент. Продукт замораживается за один оборот барабана, скалывается ножом в верхней части и поступает на разгрузочный конвейер.

Криогенные морозильные аппараты

Предусматривают замораживание продукта при непосредственном контакте с хладагентами, изменяющими свое фазовое состояние (кипят, сублимируют) при криогенной температуре. Такие аппараты просты по конструкторскому решению, компактны, потребляют мало электроэнергии. Однако в этих аппаратах происходят большие потери хладагента в результате его испарения. Поэтому их рекомендуется применять для замораживания плодов и ягод, имеющих нежную консистенцию, — ежевики, земляники, малины, кусочков сочных плодов, например цитрусовых. В качестве охлаждающих веществ используются жидкий азот и СО₂. Жидкий азот является дополнительным продуктом при получении кислорода, кипит при температуре -195,8°С, инертен по отношению к продуктам и к материалам конструкций и аппаратов. Замораживание продуктов осуществляют одним из трех способов: орошением, погружением в жидкий азот или их комбинированием. Считается более экономичным (с точки зрения экономии расхода азота) осуществлять предварительное замораживание газообразным азотом с последующим домораживанием в жидком.

Углекислотные морозильные аппараты эффективны для замораживания всех видов продуктов, в том числе и плодоовощных, температура сублимации -78,5°С. СО, является также природным веществом и инертен как к материалам, так и по отношению к продуктам. Разрабатываются и внедряются азотные и углекислотные технологии и техника для охлаждения, замораживания и хранения пищевых продуктов. В настоящее время осуществляется производство отечественных и зарубежных морозильных установок непрерывного действия конвейерного типа для сыпучих продуктов: овощей (зеленый горошек и др.) и картофелепродуктов (картофель фри), фруктов. Установки имеют модульную конструкцию, что позволяет моделировать необходимую производительность. В зависимости от продукта предлагаются морозильные установки, имеющие производительность от 2,5 до 10 т/ч.

Для замораживания плодов, овощей и ягод в Российской Федерации созданы отечественные скороморозильные аппараты различных конструкций с использованием разных способов замораживания. Так, в ООО "Темп II" (г. Москва) разработан ряд азотных скороморозильных туннельных аппаратов ACTA для замораживания широкого ассортимента пищевых продуктов. Использование аппаратов ACTA, экологически безопасно, не требует значительных капитальных вложений, позволяет приблизить холодильную обработку к месту производства сырья, чтобы обеспечить его безотходную переработку, а также организовать непрерывную низкотемпературную холодильную цепь "от грядки — к потребителю". На базе аппарата ACTA разработана проточная азотная система для замораживания и хранения растительной продукции, она позволяет наиболее эффективно использовать температурный потенциал жидкого и газообразного азота. Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий совместно с ООО "Пищепроект" разработал и внедрил в эксплуатацию азотный туннельный скороморозильный аппарат АСУ-1.