refik.in.ua 1

Процессы и производственные линии замораживания продуктов растительного происхождения (мясо)


Мясо и мясопродукты являются наиболее ценными и наименее стойкими пищевыми продуктами. Замора­живание вызывает сравнительно небольшие изменения в мясе и одновременно гарантирует его высокую стой­кость, что используют для длительного хранения и транспортировки мяса на большие расстояния. Замора­живание узаконено как метод обеззараживания мяса. При этом погибают финны бычьего и свиного солитера. В рекомендациях предусматривается возможность реализации мяса в торговой сети при средней степени поражения финнами после выдержки при –10 °С в течение не менее 10 дней. При воздействии низких температур погибают также ли­чинки трихинелл в свинине при ее выдержке в течение 30 дней при –15 °С или 20 дней при – 23  –25 °С, или же 12 дней при –28  –30 °С.

Консервирование холодом применяют в промышлен­ном масштабе для хранения мяса дичи и кроликов.

Замораживание мяса в полутушах. Мясо в полу­тушах или тушах замораживают непосредственно на предприятиях. Это обеспечивает качественное замора­живание. Расположение холодильных камер на мясо­комбинатах позволяет приспособить конструкции аппа­ратуры для замораживания к специфическим свойствам замораживаемых продуктов, что существенно влияет на энергетические и эксплуатационные показатели.

В ПНР лишь относительно не­большое количество мяса замораживают на холодиль­никах предприятий мясной промышленности. Основную часть мяса отгружают на базисные холодильники, где его замораживают и хранят в замороженном состоянии в течение продолжительного времени.

Мясо в полутушах обычно замораживают в туннель­ных аппаратах непрерывного действия с принудительной циркуляцией воздуха. Замораживание должно произво­диться непрерывно, за исключением перерывов техни­ческого характера. После пуска холодильных агрегатов недопустима загрузка в морозильные камеры, частично загруженные, новых партий свежего мяса, так как это нарушает процессы теплообмена и массообмена и удли­няет продолжительность процесса. Средняя температу­ра мяса после выгрузки его из туннельного морозильного аппарата должна соответствовать предполагаемой тем­пературе последующего хранения. Это позволяет исклю­чить нежелательные явления, которые могут иметь ме­сто после загрузки в камеры хранения свежезаморожен­ного мяса: колебания температуры воздуха, подогрев партий мяса, хранившихся в камере до загрузки, интен­сификация усушки мяса.


Эффективная продолжительность замораживания определяется с момента включения системы до получения требуемой температуры замороженного продукта. Эта продолжительность определяется, с одной стороны, свойствами сырья (видом мяса, размером туш, упитан­ностью и степенью предварительного охлаждения), с другой стороны, условиями протекания процесса замо­раживания (температурой испарения хладагента, ско­ростью циркуляции воздуха в туннельном морозильном аппарате степенью загрузки на 1 м2, размещением мя­са в камерах). Она колеблется в пределах 10 – 20 ч, что составляет 75 – 90 % общего цикла замораживания.

Для дальнейшего сокращения продолжительности операции по загрузке и выгрузке мяса в туннельных аппаратах периодического действия с принудительной циркуляцией воздуха применяют рамы специальной конструкции.

В начальной фазе ход процесса замораживания су­щественным образом определяется условиями теплооб­мена между поверхностью сырья и окружающей средой, зависящими главным образом от коэффициента тепло­отдачи , значение которого возрастает с увеличением скорости циркуляции воздуха. В момент достижения криоскопической температуры в поверхностных слоях туши продолжительность замораживания зависит в большей степени от температуры воздуха, чем от ско­рости его циркуляции. В этой фазе количество тепла, отдаваемого продуктом в единицу времени, определяет­ся главным образом количеством тепла, подводимого из внутренних слоев продукта и зависящим от коэффи­циента теплопроводности .

В связи с тем, что интенсификация циркуляции воз­духа так же, как и снижение температуры испарения, оказывает большое влияние на увеличение энергетиче­ских затрат, обязательным является принцип оптимиза­ции – максимальное сокращение продолжительности замораживания при рентабельном ведении процесса. При проведении анализа необходимо также учитывать влияние условий замораживания на размеры усушки продуктов. Влияние скорости замораживания на каче­ственные эффекты процесса в прошлом переоценива­лось. Эксперименты показали, что обнаруживаемые различия в количестве мясного сока, выделяющегося при размораживании, наблюдаются только при очень быстром замораживании в течение менее 30 мин. В практических условиях такие скорости можно получить при замораживании мяса в кусках небольших раз­меров


В современных туннельных морозильных аппаратах с принудительной циркуляцией воздуха температура ко­леблется от –30 до –40 °С, а скорость движения воздуха составляет 4 – 8 м/с. Эксплуатационные данные, а также результаты техноэкономического анализа за­мораживания показывают, что оптимальные параметры получают при температуре испарения хладагента –35 °С и скорости движения воздуха около 4 м/с. Если ско­рость замораживания туш при температуре воздуха –15 °С и при отсутствии принудительной циркуляции воздуха принять за 100, то относительное влияние сни­жения температуры и увеличения скорости движения воздуха на сокращение продолжительности процесса замораживания следующее:

Температура, °С

–25

–35

Сокращение продолжительности замораживания (в %) при скорости движения воздуха, м/с







2

41

30

4

31

22

Допустимая загрузка холодильных камер зависит от их технической характеристики. Перегрузка камер значительно увеличивает продолжительность процесса и ухудшает его технологические показатели. Существен­ным является такое размещение туш в туннельном ап­парате, при котором обеспечиваются близкие условия теплообмена во всем объеме аппарата. Не рекомендует­ся загрузка продуктов, требующих различной продол­жительности замораживания. Наряду с этим неизбеж­ные различия, например в размере туш в пределах одной партии, нивелируются расположением тяжеловес­ных туш в местах с наилучшими условиями заморажи­вания. Для ограничения местных различий условий теплообмена следует подвешивать мясные полутуши та­ким образом, чтобы они оказывали минимальное сопро­тивление струе холодного воздуха.


Морозильные автоматические установки непрерыв­ного действия с принудительной циркуляцией воздуха позволяют корректировать параметры температуры и скорости движения воздуха в соответствии с изменяю­щимися во времени тепловыми нагрузками. Это исклю­чает основные недостатки эксплуатируемых туннельных аппаратов и гарантирует оптимальные техноэкономические и технологические показатели процесса.

Для аппаратов непрерывного действия необходимы новые методы охлаждения воздуха. В некоторых странах наблюда­ется тенденция замены сухих воздухоохладителей, недостатком которых являются большие размеры и не­обходимость периодических остановок для удаления снеговой шубы. Эти воздухоохладители заменяют охла­дителями комбинированного типа с ребристыми змееви­ками, орошаемыми водным раствором этиленгликоля (с добавлением полигликолей и антикоррозионных средств) с целью предотвращения образования снеговой шубы. Эти аппараты могут работать непрерывно про­должительное время, причем эффективность теплообме­на в 1.5 раза выше, чем в сухих воздухоохладителях. Однако в настоящее время в большинстве стран применение гликоля не разрешено санитарными органами.

В табл. 1 приведены параметры процесса замора­живания однофазным и двухфазным способами в аппа­ратах непрерывного действия, гарантирующих получе­ние односуточного цикла процесса замораживания.


Таблица 1 – Рекомендуемые усредненные параметры процесса замораживания мяса однофазным и двухфазным методами в аппаратах непрерывного действия при односуточном цикле

Способ замораживания

Циркуляция воздуха, м/с

Температура воздуха, °С

Температура испарения NH3, °С

Однофазный при начальной температуре мяса 35 °С


4

–21.0

–31.0

2

–21.7

–38.0

Естественная

–32.5

–42.5

Двухфазный при начальной температуре мяса 6 °С

4

–16.5

–26.5

2

–22.0

–32.0

Естественная

–26.7

–37.0


Замораживание мяса однофазным способом. Одно­фазный способ замораживания парного мяса непосред­ственно после убоя является предметом обширных ис­следований, задача которых выявить преимущества это го метода по сравнению с традиционным двухфазным.

Для определения эффективной продолжительности замораживания мясных туш однофазным способом в условиях принудительной циркуляции воздуха в тун­нельном морозильном аппарате применяют следующую эмпирическую формулу:


 = 0.0962  (1 / )  С0      [(tН – tСР) /(tКР – tСР)]1.5

+ 0.091  (1 / )  с      (с / сМ)  [(tКР – tСР) /(tК – tСР)]1.09,

где tН – начальная температура парного мяса в центре бедра, °С; tКР – криоскопическая температура мяса, °С (tКР = – 1 °С); tK – конечная температура замораживания в центре бедра, °С; tСР – средняя температура воздуха в туннельном аппарате во время замораживания, °С;  – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К); С0 – удельная теплоемкость мяса в охлажденном состоянии, кДж/(кг°С); р – плотность мяса, кг/м3 (р = 1050 кг/м3);  – толщина бедра, м; сМ – удельная теплоемкость мяса в замороженном состоянии, кДж/(кг°С); с – общая удельная теплоемкость мяса во время заморажи­вания, кДж/(кг°С).


Представляющие значительный интерес технико-эко­номические показатели, характеризующие оба способа замораживания, представлены ВНИИМПом. Из этих данных следует, что при наличии сравнимых условий однофазное замораживание позволяет сократить эффек­тивную продолжительность процесса замораживания с 55.2 до 32.5 ч. Соответствующие значения для полных циклов замораживания, учитывающих также операции по загрузке и выгрузке, составляют 63.2 и 36.5 ч. Одно­временно достигается значительное снижение необходи­мых производственных площадей (с 15.4 до 8.9 м2 на 1 т мяса в течение суток), экономия трудовых затрат при загрузке и выгрузке мясных туш (с 1.78 до 0.93 ч/т). При однофазном методе замораживания общее увеличение энергетических затрат по сравнению с двухфазным методом замораживания составляет 20 – 25 %

Данные ряда других исследователей также под­тверждают высокую эффективность однофазного спосо­ба замораживания, обеспечивающего сокращение общей продолжительности процесса и снижение естественной убыли.

Исследования института холодильной промышленно­сти в г. Магдебурге (В. Яспер) показывают, что приме­нение однофазного способа замораживания сокращает продолжительность замораживания свинины с 22.5 до 14 ч и говядины с 33.5 до 18.3 ч. Одновременно при однофазном способе замораживания мяса установлено снижение естественных потерь для свинины на 0.8 – 1.0 % и для говядины на 1.5 – 1.6 % по сравнению с об­щими потерями на охлаждение и замораживание при двухфазном способе. Обнаруженное почти двухкратное снижение естественной убыли для говядины по сравнению со свининой обусловлено различиями в содержа­нии воды в этих двух видах мяса.

Бартельс и Тандлер экспериментально установили следующие различия продолжительности заморажива­ния задних четвертин говядины (до конечной температуры внутри мышц –10 °С) при использовании одно­фазного и двухфазного методов замораживания:

  • при температуре воздуха –10 °С и скорости движе­ния 1.5 м/с: 136.3 – 118.8 = 17.5 ч,


  • при температуре воздуха –20° С и скорости движе­ния 2.5 м/с: 49.0 – 33.3 = 15.7 ч.

Говард установил размер естественных потерь го­вяжьих четвертин в туннелях с принудительной цир­куляцией воздуха при –35 °С и скорости движения 1.25 м/с: для однофазного способа замораживания в пределах 0.6 – 1.34 % и для двухфазного 2.84 – 3.2 %. Эффективность замораживания мяса в парном состоя­нии еще более возрастет при применении современной аппаратуры для непрерывного ведения процесса.

Существенным технологическим эффектом примене­ния однофазного способа замораживания мяса является очень быстрое прекращение размножения микрофлоры на поверхности туш, в результате чего такое мясо отли­чается большей стойкостью при хранении в замороженном состоянии и после размораживания. Некоторые сравнительные исследования показывают, что стойкость мяса, замороженного в парном состоянии, по сравнению с двухфазным замораживанием возрастает при хране­нии при –18 °С с 9 до 12 месяцев для свинины и с 12 до 15 месяцев для говядины

В мясе однофазного замораживания не происходят процессы созревания. Эти процессы развиваются только после размораживания. Исследователи показали, что этот факт может не иметь существенного влияния на основные показатели качества. Вкусовые свойства мя­са, замороженного непосредственно после убоя, после варки или жарения, оказались такие же, как и мяса, замороженного двухфазным способом (с применением предварительного охлаждения в течение суток), а каче­ство бульона было несколько выше. Некоторые гистоло­гические и физико-химические исследования показыва­ют, что тканевая структура мяса, замороженного одно­фазным способом, сохраняется в большей степени, так как мельчайшие кристаллы льда располагаются в ос­новном внутри волокон. После размораживания такого мяса обеспечивается получение свойств продукта более близких к исходным по сравнению с двухфазным замо­раживанием (В. Адуцкевич).

В целом установлено, что наихудшие результаты по­лучают при замораживании мяса в состоянии полного развития посмертного окоченения (образуется наиболь­шее количество крупных кристаллов льда, имеет место максимальная деформация мышечной ткани). До на­стоящего времени до конца не исследована проблема влияния на качество мяса замораживания до или после наступления посмертного окоченения. В связи с этим представленные результаты исследований следует рас­сматривать с учетом их противоречивости.


Необходимо отметить, что для мяса в полутушах, направляемых на замораживание и длительное хране­ние в замороженном состоянии, не решена окончательно проблема степени созревания перед замораживани­ем. Теоретически допускается замораживание мяса непосредственно после убоя или же подвергнутого предварительно частичному или полному созреванию.

Полутуши и четвертины, экспортируемые из Австра­лии в Англию, замораживают в парном состоянии или после 2 – 3 дней созревания в охлажденном виде. Одно­фазный способ замораживания широко применяется в странах СНГ.

Производство замороженных мясных полуфабрика­тов. Широко применяемое замораживание мяса в виде туш, полутуш и четвертин обусловлено определенными экономическими причинами. Этот экстенсивный метод консервирования замораживанием находится в проти­воречии с требованиями технологии и экономики, поэто­му постепенно заменяется более прогрессивными и эф­фективными. К ним следует отнести замораживание по­луфабрикатов, полученных в результате разделки туш и соответствующей обработки отдельных полуфабрика­тов. Производство замороженных частей туш и полу­фабрикатов имеет ряд преимуществ по сравнению с за­мораживанием целых туш. Прежде всего, исключается хранение туш в камерах замораживания, что позволяет значительно лучше использовать охлаждаемые камеры. Например, при хранении в одноэтажных холодильниках замороженного мяса в полутушах, уложенных в штабе­ля высотой 4.9 м, нагрузка на 1 м2 камеры составляет в среднем 2 т/м2, в то время как при хранении мяса в блоках – 3.6 т/м2. Аналогичные эффекты полу­чают в результате лучшего использования емкости транспортных средств. Дополнительные преимущества получают в результате исключения из процесса замора­живания, хранения и оборота части костей (составляю­щих 20 – 23 % массы туш) и мяса низких категорий. Кроме этого, получаемые при разделке полуфабрикаты хранят в упакованном виде, что значительно снижает потери массы и ограничивает изменение качества в сравнении с глубиной этих процессов при хранении не­упакованного мяса.


С технологической и экономической точек зрения це­лесообразна дифференциация способа подготовки полу­фабрикатов к замораживанию с учетом их последующе­го использования.

Производство замороженного бескостного мяса в блоках. Основной формой производства заморожен­ных продуктов, предназначенных для дальнейшей промышленной переработки, является бескостное мясо в блоках. Цикл производства включает разделку туш, обвалку, сортировку мяса на торговые сорта, порционирование в металлические формы, замораживание и упа­ковку (в пленку или картон).




Рис.1 – Влияние температуры воздуха на скорость замораживания в воздушной среде мясных блоков различной толщины при скорости движения воздуха 3 м/с:

1 – 40 °С; 2 – 30 °С; 3 – 20 °С






Рис.1 – Влияние скорости движения воздуха на скорость замораживания мясных блоков различной толщины, температура 30 °С:

1 – 9 м/с; 2 – 6 м/с; 3 – 3 м/с; 4 – 1 м/с



Блочное мясо замораживают чаще всего в туннель­ных морозильных аппаратах с принудительной цирку­ляцией воздуха или в контактных аппаратах. Влияние толщины блока и параметров процесса на продолжи­тельность замораживания в туннельных аппаратах с принудительной циркуляцией воздуха представлено на рис. 1 и 2. Более эффективным является заморажи­вание мясных блоков в контактных аппаратах по сравнению с замораживанием в воздушной среде. Это обу­словливает, в частности, исключение движения больших масс воздуха и связанного с этим теплового эквивалента работы вентиляторов, а также двукратного гради­ента температур испаритель – воздух – продукт, имею­щего место при замораживании в камерах, что позволя­ет применять более высокую температуру испарения (на 5 – 8 °С) при том же цикле замораживания. Кро­ме того, при замораживании в воздушной среде необхо­димы большие производственные площади, составляю­щие 6.05 м2/т по сравнению с 3.7 м2/т при контактном замораживании


В СССР разработали и широко внедряют новую тех­нологию и технику замораживания мяса в блоках. Этот метод исключает применение металлических тазиков. Технологический процесс осуществляется в специально сконструированных мембранных аппаратах для формо­вания и замораживания блоков двух размеров. Пять и более аппаратов устанавливают непосредственно в сырьевых отделениях мясокомбинатов, и совместно с погрузочно-разгрузочным оборудованием они образуют линию.

Производство замороженного мяса в блоках в раз­личных странах постоянно увеличива­ется. Для производства бескостного замороженного мяса предполагают использовать технологические линии, основанные на разработках, осуществленных в ЧССР. На этой линии механизированы операции разделки мя­са. Она оснащена механизмами для формовки мяса, подготовки его к замораживанию, упаковки замороженных продуктов.

Замороженное мясо в отрубах. Особой формой про­изводства замороженных мясных продуктов является выпуск в замороженном виде основных отрубов, полу­чаемых при разделке туш, с последующим их использо­ванием для реализации в торговой сети или для про­мышленной переработки. Такое производство освоено в ряде стран. Основной предпосылкой при организации производства мяса в отрубах была тенден­ция к ограничению выпуска мяса в замороженном виде, а также ограничение хранения мяса в виде полутуш и улучшение снабжения торговой сети.

Для разделки брали свиные полутуши без окороков, а также передние и задние четвертины говядины, получаемой от молодняка. Свежее сырье не должно до замораживания выдерживаться слишком длительное вре­мя (говядина – не более 4 дней хранения, свинина – не более 3 дней хранения в охлажденном виде). В созрев­шем мясе наблюдается тенденция к нежелательным из­менениям окраски при хранении. На разделку можно направлять также замороженные полутуши после пред­варительного размораживания.

Технологический процесс включает разделку полу­туш и четвертин на основные части, обработку и выде­ление отдельных частей, порционирование и упаковку, формование воздухопроницаемых упаковочных меш­ков.


При разделке свиных полутуш без окороков полу­чают 17 отрубов, среди которых наиболее важны корей­ка, лопаточная и филейная части, шпик, мясо в кусках (II и IV сорт), шейная часть, голова, реберная часть.

При разделке говядины получают, соответственно, из задней четвертины: мясо без кости с бедренной ча­сти, ростбиф, длинную поясничную мышцу, мясо в ку­сках; из передней четвертины: мясо без костей с лопа­точной части, куски мяса с костью, антрекот, мясо в мелких кусках, отбивную котлету.

При разделке полутуш преобладают операции, вы­полняемые вручную. Основные направления усовершен­ствования техники разделки сводятся к применению механизированных устройств взамен традиционного ин­струмента (в частности, ленточных пил и дисковых но­жей), а также механизации операции по упаковке и транспортировке. Мероприятия по усовершенствованию организации труда направлены на введение разделения операций на отдельных рабочих местах конвейера с учетом вида сырья и степени механизации производ­ства.

В федеральном институте мясной промышленности в Кульмбах разработана технология переработ­ки, упаковки и хранения замороженного бескостного говяжьего мяса. На замораживание направляют только полноценные части туш и полностью подготов­ленные для кулинарной обработки. Их упаковывают под вакуумом в картонные коробки специального типа, высота коробки 150 мм. Продолжительность заморажи­вания до –18 °С не должна превышать 24 ч. При этом гарантируется качество мяса при хранении в течение 10 месяцев; при –29 °С допустимый срок 22 месяца. Менее ценные части туши, выделяемые при разделке, направляют в охлажденном виде на промышленную пе­реработку.

Замороженные мясные полуфабрикаты в упакован­ном виде. В последнее время в ряде стран наблюдается развитие производства замороженных мясных полуфабрикатов в упакованном виде, что связано со значитель­ным увеличением объемов реализации замороженного мяса для снабжения предприятий общественного пита­ния. Поставка порционированных полуфабрикатов в сеть общественного питания имеет ряд преимуществ, в частности создается возможность лучшего удовлетво­рения спроса, колеблющегося в широких пределах, исключения или ограничения процессов предваритель­ной подготовки сырья перед кулинарной обработкой, улучшения учета и контроля. Эта форма реализации оказалась весьма эффективной при снабжении малона­селенных районов.


При производстве порционированных полуфабрика­тов полутуши разделывают на основные части, получен­ные отруба нарезают на куски, отделяют несъедобные или менее ценные в пищевом отношении части, порционируют и формуют.

При порционировании определяют массу изготавли­ваемых порций с учетом последующих неизбежных по­терь, связанных с процессом замораживания и хране­ния в замороженном состоянии. Излишки массы пор­ции практически колеблются в пределах 2 – 3 % от мас­сы, требуемой по норме на данный вид продукта.

Формование заключается в придании соответствую­щей формы измельченному мясу и осуществляется на формовочных автоматах, которые дозируют определенную порцию фарша и придают ей требуемую для дан­ного продукта форму, например тефтелей, котлет, па­лочек и т. п.

При замораживании используют формы из алюми­ния или винидура. При этом предварительно взвешен­ным и упакованным порциям полуфабрикатов вручную придают соответствующую форму.

Полуфабрикаты замораживают в туннельных аппа­ратах с принудительной циркуляцией воздуха или же в контактных морозильных аппаратах. В качестве упа­ковки замороженных полуфабрикатов чаще всего ис­пользуют готовые пакеты из полимерных пленок или оберточную пленку.

Порционные замороженные полуфабрикаты из из­мельченного мяса. Возросший интерес к этим полуфаб­рикатам обусловлен чрезвычайно низкой их стойкостью при храпении в охлажденном состоянии. Для производ­ства полуфабрикатов из замороженного измельченного мяса не допускается согласно санитарно-гигиеническим требованиям использование замороженного сырья. В ре­зультате обширных исследований установлено, что даже в случае, когда исходная обсемененность измельченного мяса из замороженного сырья ниже, чем из охлажден­ного, на поверхности изделий из фарша наблюдается более интенсивное развитие микрофлоры по окончании начальной фазы медленного развития. Это обусловлено интенсивным увлажнением мясным соком во время раз­мораживания. Кроме этого, наблюдается явление адап­тации психрофильной микрофлоры, имеющейся обычно на поверхности замороженного мяса.


Одновременно измельчение на механических измель­чителях может вызвать нежелательные изменения ка­чества сырья, в частности снижение водосвязывающей способности в результате начальных признаков терми­ческой денатурации белков. Кроме этого, измельчение снижает стойкость продуктов – поверхностная микрофлора распределяется по всей массе продукта и значительный рост поверхности в результате измельчения способствует бактериальному обсеменению и снижает стойкость окраски продукта. Образующийся промежуточный продукт реакции окисления – лабильный оксимиоглобин является нестойким и превращается в метмиоглобин. Эта реакция ускоряется под влиянием повышенных температур, действия света, увлажнения мясным соком и добавления поваренной соли.

В некоторых странах в качестве стабилизаторов окраски допускается применять аскорбиновую и никотиновую кислоты, а также их производных и смесей (в Италии до 0.2 % аскорбиновой кислоты и 0.015 % никотиновой кислоты). В этом случае используют редуцирующие свойства этих соединений.

При производстве замороженного измельченного мяса предъявляют особенно жестокие требования к соблюдению санитарно-гигиенических правил и технологических режимов, главным образом максимально ограничивают срок выдержки измельченного мяса перед замораживанием.