Перспективы использования комбинированного метода замораживания пищевых продуктов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 27 июля, печатный экземпляр отправим 31 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (259) май 2019 г.

Дата публикации: 26.05.2019

Статья просмотрена: 14 раз

Библиографическое описание:

Феськов О. А., Танченко Т. Н. Перспективы использования комбинированного метода замораживания пищевых продуктов // Молодой ученый. — 2019. — №21. — С. 120-124. — URL https://moluch.ru/archive/259/59572/ (дата обращения: 19.07.2019).



В настоящее время, дефицит качественных пищевых продуктов в России, обусловлен проблемой сохранения сырья, как растительного, так и животного происхождения, а также недостатком технологического оборудования и технологий, отвечающих мировым стандартам по ресурсо- и энергосбережению, экологичности и санитарным требованиям.

Одним из вариантов решения данной проблемы, является расширение отрасли производства быстрозамороженных продуктов, а также совершенствование методов замораживания, которое заключается в обеспечении необходимых скоростей процесса и проектировании новой эффективной скороморозильной техники [1].

Согласно международной классификации, процесс замораживания подразделяется по скорости на четыре вида: медленный — на уровне 0,5 см/ч; быстрый — от 0,5 до 5 см/ч; сверхбыстрый — от 5 до 10 см/ч; ультрабыстрый — от 10 до 100 см/ч.

Для обеспечения таких скоростей, в мировой практике используют несколько методов замораживания и соответствующие им разновидности скороморозильных аппаратов: воздушный, криогенный, погружной, комбинированный и контактный (рис. 1, а, б, в, г).

Наибольшее применение находит воздушный метод, где для осуществления процесса применяют камеры или скороморозильные аппараты, снабжаемые холодом от холодильной машины. Такой способ эффективен в плане эксплуатации оборудования, однако он не всегда обеспечивает требуемые режимы быстрого замораживания.

Погружной способ был широко распространен в прошлом столетии, однако на сегодняшний день, почти не применяется ввиду ограниченности по ассортименту продукции, которую возможно допускать к контакту с солевыми растворами, а также ввиду высоких эксплуатационных затрат.

а) б)

http://oskol-agro.ru/wp-content/uploads/2015/08/glazirovshik-pogruz-3.jpg http://www.fbh.ru/d/59802/d/img_20130530_125044.jpg

в) г)

Рис. 1. Общий вид скороморозильных аппаратов: воздушного (а), криогенного (б), погружного (в), контактного (г)

Наиболее перспективным принято считать криогенный метод с использованием жидкого и газообразного азота, являющегося низкотемпературной, экологически безопасной инертной средой. Однако его внедрение в широкое производство продукции существенно сдерживается за счет высокого расхода и стоимости криоагента.

Интерес вызывает комбинированный способ, когда на одной из стадий процесса используется воздушная среда, а на другой — азот, и наоборот. Применение такого способа мало изучено и может представлять интерес с точки зрения сокращения затрат на операцию холодильной обработки.

Возможны варианты организации процесса при комбинированном методе (рис.2): погружной в некипящей жидкости + криогенный метод; погружной в некипящей жидкости + воздушный метод; воздушный метод + криогенный метод [1].

Рис. 2. Классификация вариантов организации комбинированного метода

Наиболее актуален последний вариант, где основной интерес связан с комбинацией «азот-воздух» и возможностями сокращения затрат на производство быстрозамороженной продукции с учетом сохранения высоких показателей качества. Метод может позволить найти баланс между экологической безопасностью, низкотемпературным потенциалом азота и эксплуатационной надежностью воздушных систем.

Проведены аналитические исследования по определению продолжительности замораживания тушек птицы комбинированным методом в комбинациях «азот-воздух» и «воздух-азот». Получены новые уравнения, где для рассматриваемых вариантов комбинаций «азот-воздух» и «воздух-азот» общее время первого этапа состоит из продолжительности стадий охлаждения и кристаллизации, а второго — из стадии домораживания.

Получены результаты расчетов и построены графические зависимости суммарной продолжительности процесса для комбинаций «азот-воздух» и «воздух-азот» (рис. 3, а, б), в зависимости от толщины продукта, скорости воздуха и температуры отработанных паров азота.

азот-воздух

а)

воздух-азот

б)

Рис. 3. Графические зависимости продолжительности замораживания тушек птицы в комбинации «азот-воздух» (а), «воздух-азот» (б) от толщины бедренной части (), температуры отработанных паров азота (tвых) и скорости воздуха (в)

Анализ полученных данных показал, что продолжительность замораживания тушек птицы в комбинации «воздух-азот» практически в 2 раза выше, чем в комбинации «азот-воздух», а в ряде случаев — в четыре раза, и, поэтому, вариант с азотом на первом этапе, более приоритетен.

На этапах использования воздушной среды существенное влияние на продолжительность процесса оказывает скорость воздушного потока, а на этапах с азотом — температура его отработанных паров. Изменение данных параметров в рассматриваемых диапазонах позволяет добиться существенного сокращения времени процесса и определить в каждом конкретном случае наиболее рациональный вариант организации процесса.

На базе результатов аналитических исследований разработана конструкция устройства для комбинированного замораживания тушек птицы по варианту «азот-воздух», включающая в себя — азотную приставку в виде двухзонного туннельного аппарата и воздушный конвейерный аппарат с холодильной машиной (рис. 4).

Рис. 4. Общий вид устройства для комбинированного замораживания тушек птицы: 1 — корпус азотной приставки; 2 — конвейер азотной приставки; 3 — вентилятор; 4 — коллектор с форсунками; 5 — корпус воздушного аппарата; 6 — конвейер воздушного аппарата; 7 — воздухоохладитель с вентиляторами

Данная конструкция позволяет обеспечить непрерывность комбинированного замораживания тушек птицы за счет автоматического перемещения тушек с конвейера азотной приставки на конвейер воздушного аппарата.

Проведена технико-экономическая оценка предложенного технического решения, в сравнении с оборудованием криогенного и воздушного метода, равной производительности 300 кг/ч (табл.1).

Анализ полученных результатов показал, что для сравниваемых вариантов, основу затрат будут составлять затраты на азот. Например, при стоимости азота 20 руб/кг, наиболее предпочтительным по себестоимости холодильной обработки, будет воздушный метод, поскольку криогенный и комбинированный методы при расходе азота 1 и 0,7 кг/кг продукта существенно уступают.

Однако, при снижении затрат на азот, например, до 2 руб/кг, что возможно в ряде регионов Российской Федерации, себестоимость комбинированного способа позволит получить больший экономический эффект, чем криогенный или воздушный.

Таблица 1

Технико-экономические показатели

Показатели

Ед.

изм.

Сравниваемые варианты:

*К (криогенный)

В (воздушный)

**КВ (комбинированный)

1. Годовой объем переработки продукции

т

1440

1440

1440

2. Общие инвестиции

тыс. руб.

2937,5

3987,5

5312,5

3. Удельные инвестиции

руб/т

2039

2769

3689

4. Себестоимость холодильной обработки за год

тыс. руб

32416

4188

25783

5. Себестоимость холодильной обработки 1т продукции

руб/т

2251

2908

17905

6. Годовой экономический эффект

тыс. руб

*26716

**23504

*3213

7. Срок окупаемости инвестиций

мес

*1,6

**2,2

*10

Примечание: * и ** — вариант, с которым производится сравнение

В заключение следует также отметить, что комбинация «азот-воздух» обеспечивает высокую скорость процесса и практически исключает потери массы продукта за счет усушки, так как моментально образуется замерзший слой, препятствующий испарению влаги с поверхности продукта, а также, в зависимости от себестоимости криоагента может обеспечить и экономические выгоды для производителей [2].

Литература:

  1. Антонов А. А., Венгер К.П, Азотные системы хладоснабжения для производства быстрозамороженных пищевых продуктов. Монография — Рязань.: изд.во «Узоречье», 2002, 205 с.
  2. Венгер, К. П. Холодильное технологическое оборудование. Быстрое замораживание. Учебное пособие — М.: ГПП «Печатник», 1997, 112 с.


Задать вопрос