Хранение и транспортирование охлажденных продуктов

Р. Д. Хип, Cambridge Refrigeration Technology

Введение

Охлажденные продукты — это продукты, которые охлаждены до температуры более высокой, чем их точка замерзания и поэтому во избежание потери качества должны храниться при этой температуре. Почти всегда такие продукты при замораживании теряют свою ценность, а в некоторых случаях процессом замораживания могут быт] полностью испорчены. Однако с точки зрения замораживания ассортимент охлажденных продуктов, который может быть подвергнут этой процедуре, достаточно широк. В данной главе мы рассмотрим свежие фрукты и овощи (как тропические, так и растущие в средних широтах), все виды мяса, рыбу и молочные продукты, а также готовые блюда [6].

Совершенно ясно, что холодильная обработка — важная часть производства, хране­ния и поставки охлажденных продуктов, однако следует учесть, что для заморажива­ния продуктов требуется большое количество разнообразного холодильного оборудо­вания. Рассмотрим для примера работу предприятия по поставке предварительно приготовленных и охлажденных полуфабрикатов. Сырье, поступающее из разных стран, охлаждается в холодильных камерах и перевозится во все концы света с исполь­зованием высокотехнологичных рефрижераторных транспортных систем. Далее они поступают в портовые склады-холодильники и затем на автомобилях-рефрижерато­рах перевозятся на оптовые склады, откуда уже либо непосредственно, либо через по­средников отправляются к потребителю. Этот процесс отражен на схеме, приведенной на рис. 4.1.

Как мы видим, перед использованием продукта его качество обеспечивается в скла­дах-холодильниках. Некоторые исходные продукты могут быть заморожены более глу­боко, чем охлажденные продукты, и поэтому для дефростации они требуют специаль­ного оборудования. Если рассмотреть процедуру охлаждения, то продукты сначала охлаждаются воздушным способом (либо, в отдельных случаях, контактным спосо­бом) и затем перед продажей их хранят в холодильной камере, либо в рефрижераторном

Рис. 4.1. Цепочка охлаждения и замораживания

 транспорте, после чего содержат в холодильных камерах хранения или холодиль­ных витринах. Отходы, полученные при переработке основного сырья, также могут быть заморожены. Главное требование в холодильной промышленности — это надеж­ность холодильного оборудования и соблюдение технологического цикла. Охлажде­ние продуктов — это фактически всегда забываемая потребителем часть технологиче­ской цепочки приготовления охлажденной продукции, однако именно она дает гаран­тии качества и свежести продукта.

Сам процесс охлаждения продуктов далеко не нов. Уже тысячелетия в этих целях используются природный лед и охлаждение испарением, но лишь сравнительно недав­но для хранения пищевых продуктов при низких температурах стало использоваться механическое охлаждение. Фактически хранение яблок в низкотемпературных храни­лищах в США ведет свое начало с 1870 г. [15]. Рефрижераторный транспорт с охлаж­денным (не замороженным) мясом связал США и Великобританию около 1875 г., а начало транспортных трансокеанских перевозок охлажденных продуктов между Ав­стралией, странами Азии и Европой датируется 1895 г. [9]. К 1901 г. Англия импорти­ровала более 160 ООО тонн охлажденной говядины ежегодно.

Принципы работы холодильного оборудования

Основные принципы охлаждения с помощью компрессии водяного пара были открыты в XIX веке, и этот принцип охлаждения почти без изменений дошел до наших дней. Он очень прост, так как холодильная система имеет всего четыре связанных между собой элемента (рис. 4.2). Хладагент в парообразном состоянии сжимается до большого дав­ления и, следовательно, до высокой температуры. Перегретый пар охлаждается и сжи­жается в конденсаторе, поступая далее через дроссель в зону низкого давления, где конденсируется в жидкость, которая может использоваться для отвода тепла из камер хранения или охлаждаемой зоны, а это тепло в испарителе способствует испарению

Рис. 4.2. Основной контур системы охлаждения с компрессией пара

охлажденной жидкости при низком давлении. Для завершения цикла охлажденный пар подается в компрессор.

Итак, компрессор, конденсатор, дроссель и испаритель — это основные элементы холодильного агрегата компрессионного типа. Теплота, отводимая в процессе испаре­ния, как и теплота, отводимая из зоны охлаждения, плюс тепловой эквивалент энер­гии, затраченной на сжатие хладагента, должны быть компенсированы в конденсаторе. Это означает, что любое холодильное оборудование должно компенсировать некую часть теплоты, которая тем больше, чем большее количество теплоты забирается из продукта или охлаждаемого помещения. Энергия, потребляемая холодильным обору­дованием компрессионного типа, зависит прежде всего от конструкции оборудования, но в общем случае она зависит от разницы температур между конденсатором и испари­телем. Чем больше эта разница, тем больше энергии требуется компрессору для выпол­нения своей задачи, и чем больше эта разница температур, тем меньше холодопроизводительность холодильной установки.

Теоретический анализ холодильных циклов и полное описание деталей можно найти в многочисленных руководствах по холодильным установкам [1,7,11] и выхо­дит за рамки данной книги. Тем не менее, мы дадим общий обзор принципов холо­дильных систем, который может быть полезен для всех, кто использует холодильное оборудование.

Вопросы безопасности и качества продукции

Понятие безопасности пищевых продуктов непосредственно связано с деятельно­стью патогенных организмов и токсинов. Пища, разумеется, не должна наносить вред потребителю, вызывая заболевания или отравляя его. Качество пищевого продукта — это его пищевая ценность и вкусовые ощущения, характер текстуры и внешний вид безопасного пищевого продукта. В идеале вопрос безопасности продуктов питания — это предмет законодательства, где качество продукции — категория, определяемая рынком.

Для охлажденных пищевых продуктов вопросы безопасности и качества могут пересекаться, а могут и не пересекаться. Для свежих овощей и фруктов наличие мик­роорганизмов и грязи может привести к тому, что продукты станут не только невкус­ными, но могут привести к возникновению риска для здоровья. Для многих видов готовой продукции (включая мясные полуфабрикаты) рост количества патогенных микроорганизмов, продуцирующих токсины, в большой степени зависит от темпера­туры и времени. Это приводит к порче продукта, который на вид и вкус может вы­глядеть удовлетворительно. Для некоторых молочных продуктов развитие патоген­ных микроорганизмов может влиять как на вкусовые качества, так и на вид продукта. В любом случае качество и безопасность продукта питания основывается на хране­нии продукта при как можно более низкой температуре, чтобы исключить возмож­ность роста микроорганизмов, потенциально могущих привести к порче продукта. Этот принцип проходит через всю технологическую цепочку приготовления охлаж­денных пищевых продуктов (см. рис. 4.1).

Хладагенты и окружающая среда

До начала 1990-х гг. вопрос выбора хладагента для холодильных установок мало забо­тил потребителя. К сожалению, как выяснилось в настоящее время, химические соеди­нения, используемые в качестве хладагента в холодильных установках, при их выпуске в атмосферу оказались способными привести к нежелательным и непредсказуемым эффектам.

Сокращение озонового слоя и глобальное потепление — вот две различных эколо­гических проблемы, с которыми человечество столкнулось сегодня. Озоновый слой, который защищает поверхность нашей планеты от чрезмерных доз ультрафиолетовой радиации, может быть поврежден устойчивыми соединениями хлора и брома. Эти соединения — CFC (chlorofluorocarbon — хлор-фтор-углерод) и HCFC (hydrochloro­fluorocarbon — водород-хлор-фтор-углерод) — содержатся в хладагентах, в связи с чем последние способствуют разрушению озона в стратосфере и глобальному потеплению климата.

Глобальное потепление — это естественный феномен, вызванный в основном от­ражением солнечных лучей от содержащихся в атмосфере углекислого газа и водя­ных паров. Страхи в связи с чрезмерным глобальным изменением климата ассоции­руются в основном с большим выпуском в атмосферу углекислоты. Причину этому усматривают в больших выбросах дыма в атмосферу, что в основном происходит при работе электростанций на твердом топливе и по ряду других причин. Имеются и более вредные для экологии газы, но, к счастью, их концентрация много меньше. Это в первую очередь газы класса HFC (водород-фтор-углерод), вызывающие «парнико­вый эффект».

Благодаря Монреальскому Протоколу [2] производители всего мира с 1990 г. пре­кратили выпуск озоноразрушающих соединений на основе СFС-соединений и замени­ли их на менее экологически вредные HСFС-соединения. Последние, по всей видимо­сти, будут основными хладагентами и в 2010-2020 гг., так как для большинства случаев пока не найдено более подходящих соединений. В Европе применение обо­рудования, в котором используется хлор-фтор-углерод, будет остановлено, а постав­ки нового оборудования на основе водород-хлор-фтор-углеродов будут запрещены (тем не менее во время подготовки настоящей книги эти ограничения пока не всту­пили в силу). Эти вещества наносят два удара по производителям и потребителям холодильных установок. Во-первых, любое изменение технологии стоит денег и мо­жет привести как к росту эксплуатационных затрат, так и стоимости переоборудова­ния. Во-вторых, замена в будущем экологически грязных хлор-фтор-углеродов на более безопасные в экологическом отношении аммиак и пропан в глобальных масш­табах приведет к удорожанию оборудования и затратам на переподготовку обслужи­вающего персонала. В качестве альтернативы разработаны водород-фтор-углероды, которые не наносят вреда озоновому слою, но, как выяснили некоторые экологи, они могут способствовать усилению «парникового эффекта», в связи с чем они попали в список веществ, запрещенных по Киотскому Протоколу.

Все эти соображения должен учитывать потенциальный покупатель холодильного оборудования. Незнание этих вещей может привести к тому, что приобретенное за немалые деньги оборудование придется серьезно модернизировать еще задолго до того, как истечет его реальный ресурс. Также незнание подобных фактов может привести к финансовым потерям, равно как и потерям времени и оборудования. Сокращение при­менения СFС- и НСFС-соединений как герметизирующих пен в холодильных шкафах и хранилищах подробно описано в литературе, но пока что не нашло широкого распро­странения.

С учетом глобального потепления, сокращения энергопотребления и его эффектив­ностью можно сделать следующий вывод. Новые хладагенты могут иметь более низ­кую эффективность, и, как следствие, требовать повышенного расхода энергии, но вполне вероятно, что грядущие экологические ограничения могут коснуться и сокра­щения энергопотребления. Потенциальный потребитель холодильного оборудования уже в ближайшее время окажется перед дилеммой нелегкого выбора — столкнуться с ужесточением требований к утечкам хладагента, с требованиями обеспечить эффек­тивное использование оборудования и требованиями использовать только соответ­ствующим образом подготовленный персонал. Более подробно об этом см. [14].

Охлажденные продукты и замораживание

Главная выгода от хранения продуктов в охлажденном состоянии состоит в увеличе­нии сроков хранения путем уменьшения возможности порчи продукта микроорганиз­мами. Охлаждение, и это должно быть подчеркнуто, не может улучшить качество дефектного продукта, не может остановить процесс порчи — оно лишь замедляет его (см. главы 7, 9,10).

Для международных транспортных наземных перевозок охлажденных продуктов в Торговом соглашении по международным перевозкам скоропортящихся продуктов и по специальному оборудованию, используемому в этих перевозках (UNECE) [15] пе­речислены многие требования. Пищевые продукты должным образом классифициро­ваны, и для них в Соглашении оговорена максимальная температура хранения:

• потроха —+3 °С;
• масло — +6 °С;
• дичь — +4 °С;
• молоко для непосредственного употребления — +4 °С;
• молоко для дальнейшей переработки — +6 °С;
• йогурты, кефиры, сливки, свежий сыр — +4 °С;
• рыба, моллюски, ракообразные — 0 °С (в ледяной крошке);
• нестабилизированные мясопродукты — +6 °С;
• мясо (не потроха) — +7 °С;
• птица, кролики — +4 °С.

В этот список не включены приготовленные растительные блюда с соусами или без них, а также свежие фрукты и овощи.

Существует два совершенно различных холодильных метода для охлажденных про­дуктов — процесс охлаждения сам по себе, при котором пищевые продукты охлажда­ются (от температуры окружающей среды, например, 30 °С, или от температуры приго­товления — свыше 70 °С), или хранение в охлажденном виде при жестко контролиру­емой температуре (от -1,5 °С до +15 °С) в зависимости от вида продуктов. Система охлаждения или холодильные камеры могут сильно отличаться друг от друга как по конструкции, так и по характеристикам. Следует заметить, что хотя некоторое обору­дование для охлаждения может использоваться в качестве холодильника, сами холо­дильные камеры предназначены не для охлаждения продуктов, а только для поддержа­ния требуемой температуры. Транспортные рефрижераторы — это особый случай хранения продуктов, так как холодильное оборудование этих рефрижераторов, как правило, не рассчитано на быстрое охлаждение продукта.

 Охлаждение

Скорость, с которой будет охлажден продукт, зависит от многих факторов. Размер и форма контейнеров может иметь значение для интенсивности теплообмена с охлажда­ющим воздухом (или в некоторых случаях — с водой). Температура и скорость возду­ха также влияют на процесс охлаждения. Масса факторов: упаковка, масса, плот­ность, содержание воды, теплоемкость, теплопроводность, скрытое содержание тепла, начальная температура — все это и вместе, и по отдельности влияет на скорость ох­лаждения.

В случае с неупакованной продукцией факторы, способствующие быстрому охлаж­дению, ведут и к быстрой потере влажности, так что может показаться, что лучший способ — это медленное охлаждение. На самом деле это не так. Увеличение времени на охлаждение увеличивает и время, в ходе которого продукт теряет влагу. Более быст­рое охлаждение возможно в случае тонкой упаковки, большой скорости охлаждающе­го потока воздуха и с наиболее низкой температурой воздуха, однако это все ведет к увеличению эксплуатационных затрат, и поэтому оборудование разрабатывается как некий компромисс для получения наиболее приемлемой общей технологической сис­темы. Это означает, что для разных технологических операций имеется различное обо­рудование, и в зависимости от планируемой операции можно выбрать наиболее соот­ветствующее ей оборудование.

 Холодильное оборудование

Системы охлаждения

Для большинства видов готовых пищевых продуктов используются холодильные ка­меры или тоннели с воздушным охлаждением. Для некоторых овощей применяется погружение в воду (гидроохлаждение), а для свежих, покрытых листьями продуктов может использоваться вакуумное охлаждение. Для некоторых продуктов с относи­тельно большими сроками хранения процесс охлаждения может быть проведен в холо­дильных камерах, однако зачастую процесс охлаждения ускоряется специальными мерами по обеспечению циркуляции воздуха. Любая из этих схем должна быть деталь­но продумана.

Холодильные камеры с воздушным охлаждением (с циркуляцией воздуха)

Холодильные камеры с циркуляцией воздуха основаны на охлаждении продукта хо­лодным воздухом, обдувающим продукт с большой скоростью. Для предприятий по поставкам полуфабрикатов и охлажденных продуктов и схожих с ними существуют специальные справочники (типа английских DHSS), где рекомендуется использовать оборудование, которое должно обеспечивать охлаждение продуктов толщиной до 50 мм с 70 0С до температуры в центре продукта в 3 °С или ниже не более чем за 90 мин. Это требует скорости движения воздуха около 4 м/с и температуры воздуха около -4 °С.

Имеются также небольшие холодильные шкафы, способные обрабатывать партии до 30 кг для создания резервных запасов продуктов, а также для обучения кадров и ведения исследований. Разработаны также крупные модели с емкостью до четверти тонны, предназначенные для использования тележек или лотков. Типичная тележка для такой системы имеет номинальную вместимость в 45 кг и обычно снабжена 20 лотками для продуктов. Испаритель и вентилятор находятся, как правило, у внутрен­ней стенки камеры, а компрессор и конденсатор могут быть расположены над камерой (на или вне ее) — в зависимости от того, допустим или нет в помещении соответству­ющий уровень шума от компрессора. Температурный контроль должен обеспечивать хранение продукта при температуре 0-3 °С или может использовать цикл охлаждения, базирующийся на необходимом контроле температуры охлаждающего воздуха, на температурном контроле проб продукта или на использовании обыкновенного тай­мера. В конце цикла охлаждения цикл оттаивания удаляет с испарителя образовав­шийся лед и иней. Мощность, потребляемая установкой для охлаждения 45 кг, со­ставляет около 7 кВт.

При двухчасовом цикле «загрузка-охлаждение-оттаивание» удобно использовать в смену четыре загрузки, где последняя загрузка охлаждаемого продукта остается в холодильнике на ночь. Иногда для контроля процесса используются термометры-са­мописцы. В крупных системах дверцы могут располагаться на каждой стороне так, что тележки с охлаждаемым продуктом прокатываются внутри охлаждаемого хранилища при температуре 0-3 °С. Существует возможность комбинировать холодильные каме­ры с холодильными шкафами, что позволяет заказчикам забирать охлажденные пище­вые продукты, готовить, фасовать их и в итоге — упаковывать уже приготовленные фасованные порции.

Другие виды холодильных камер с циркуляцией воздуха были разработаны для ох­лаждения свежезабитой птицы. В них для обеспечения процесса охлаждения использу­ется туннель с сухим льдом из углекислоты. Хотя в таких камерах и получают желаемый результат, существует риск поверхностного замерзания, что для многих пищевых про­дуктов недопустимо. Один из перспективных хладагентов для охладителей— жидкий азот, однако при температуре -196 °С и атмосферном давлении необходим жесткий контроль и строжайшее соблюдение техники безопасности. Альтернативой может слу­жить «синтетический сжиженный воздух» (SLA — synthetic liquid air) [15], который устраняет опасность удушения, свойственную другим криогенным веществам.

Все подобные системы зависят от возможностей сжатия и сжижения газов. Можно заметить, что общая энергоемкость таких систем (учитывая затраты энергии на ежи- жение газа) может оказаться много больше, чем у аналогичных холодильных систем, причем эксплуатационные расходы также могут быть много выше, но в отдельных слу­чаях для снижения общих капитальных затрат или ускорения процесса охлаждения подобные системы могут быть вполне приемлемы.

 Гидроохладители

Использование охлажденной воды, которая разбрызгивается в специальной камере или поступает в иммерсионный бак, обеспечивает очень быстрое охлаждение без рис­ка замораживания продукта, однако такой способ приемлем лишь для овощей и фрук­тов, которые могут выдержать погружение в воду. Этот способ едва ли применим к основному ряду охлаждаемых продуктов (кроме готовых блюд, упакованных в ваку­умную упаковку). Вода в подобных системах периодически обновляется, а во избежа­ние прогрессирующего загрязнения воды в нее добавляют противогрибковые сред­ства или другие добавки, которые могут быть необходимы для некоторых видов продуктов. Разумеется, возможно совмещение процесса гидроохлаждения с обыч­ными мерами по очистке продукта — такими, как очистка корнеплодов или корней растений.

 Вакуумные холодильные установки

Вакуумные холодильные установки — это высокоспециализированный и чрезвычайно дорогостоящий вид оборудования, хорошо адаптированный для быстрого охлаждения упакованных растений с большим количеством листьев. Такие системы работают при низком давлении — зелень помещают в герметичную камеру, и происходит низкотем­пературное испарение влаги из продукта. Процесс идет порциями со временем охлаж­дения одной порции в 15-30 мин, причем типовое оборудование способно обработать за раз несколько тонн продукта, размещенного, как правило, на поддонах или тележках.

 Холодное хранение

Для большого количества «живой» продукции, особенно свежих фруктов и овощей, охлаждение может состоять в помещении упакованного в картон или ящики (корзи­ны) продукта в холодное хранилище и обеспечении там циркуляции воздуха с нужной температурой. Этот крайне медленный процесс, требующий для охлаждения продукта до нужной температуры нескольких дней, зависит от циркуляции воздуха в помещении и вариантов укладки продукта. Во многих хранилищах фруктов применяется сочетание вытяжной вентиляции, рулонов пленки и планирования размещения продукта (рис. 4.3). От штабелей картонных коробок одинаковой толщины воздух вытягивается, а к короб­кам, закрытым пленкой, он поступает уже другим. При необходимости низ паллет при­крывают от воздуха монтажной пеной или иным подходящим материалом.