Потери при замораживании и холодильном хранении дикорастущих ягод Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 664.8.037

Потери при замораживании и холодильном хранении дикорастущих ягод

Д-р техн. наук С.В. ФРОЛОВ, канд. техн. наук В.В. ДАНИН, канд. техн. наук М.И. К РЕ МЕНЕ ВС КАЯ

СИбГУЛиПТ

The method for calculation of possible weight loss during freezing and subsequent cold storage of wild-growing berries is presented. Evaporation resistance coefficients used in the calculations were determined experimentally for four kinds of berries.

Для оценки потерь при замораживании и последующем холодильном хранении дикорастущих ягод представлена методика расчета максимально возможной усушки ягод.

Известно, что скорость усушки падает с увеличением времени хранения 161, однако нами принято допущение о ее постоянстве. При расчете использованы коэффициенты сопротивления испарению (КСИ), полученные экспериментально ДЛЯ четырех видов ягод.

Вид упаковки (короба или мешки) мало влияет на величину усушки. Она будет несколько меньше при замораживании и хранении в мешках. Поэтому в статье представлен расчет усушки при замораживании и хранении в коробах. Усушка при замораживании Пусть ягоды замораживаются в коробах размером 0,5 х 0,4 х 0,1 м посредством обдува холодным воздухом вдоль стороны длиной 0,4 м. Скорость обдува составляет 1 м/с при температуре охлаждающего воздуха — 35 °С. Масса продукта в ящике 10 кг, параметры продукта принимаем следующими 111: влажность \У= 0,85;теплопроводность замороженного продукта Х= 1,3 Вт/( м • К); криоскоп ичес-кая температура —2 °С. «Сухой» коэффициент теплоотдачи, вычисленный по известным соотношениям [31, а/= 6,2 Вт/(м2°С).

При замораживании ягод происходит испарение влаги с поверхности продукта в охлаждающий воздух, который омывает продукт, что, в своюочередь, приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи и уменьшению продолжительности процесса. Движущей силой этого процесса является разность влагосодержания воздуха у самой поверхности продукта (Д , кг/м3) и в ядре потока (Ха, кг/м ’)■ То есть процесс имеет место только при условии, что вла-госодержание воздуха у поверхности продукта больше, чем в ядре потока (Хх >Ха). При этом потерю влаги продуктом с1М(кг) за время с!т (с) можно рассчитать по формуле е/М=№АХ,-Ха)(к, (1)

где Л’„ - площадь поверхности упаковки продукта, м2;

коэффициент массоотдачи с поверхности упакованного продукта, м/с.

Влагосодержание воздуха Х.А зависит от его тем пературы и относительной влажности и может быть определено из известной эмпирической формулы Филоненко (21:

( 3654 ^

Х(Г,ф) = фехр|^10,56—(2)

где ф — относительная влажность воздуха (безразмерная); /—температура воздуха, °С.

Температура воздуха в ядре потока равна некоторой известной величине (с, а его относительная влажность фа, как правило, близка к единице. Температура воздуха у самой поверхности продукта равна температуре поверхности (5, которая за время процесса понижается от некоторой начальной температуры /0 до конечной /е. А относительная влажность воздуха у поверхности продукта ф? зависит оттого, в каком периоде идет сушка.

Для нахождения коэффициента массоотдачи с поверхности продукта можно воспользоваться известным соотношением Льюиса |5|:

= = 1280Дж/(м?К), (3)

где — «сухой» коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта, Вт/(м-К);

Са — объемная теплоемкость воздуха, Дж/(кг-К).

Числовое значение приведено для температуры 0 °С. С учетом КСИ ц истинный коэффициент массоотдачи будет равен

Р,= РУЦ.

Используем уравнение теплового баланса:

а*((у— 1л)с^ ~ а(1 — О Ж + фл (1М, (4)

где — «мокрый» коэффициент теплоотдачи, который учитывает потерю тепла за счет испарения влаги и вследствие этого зависит от температуры поверхности;

г — 2,3-10^ Дж/кг — удельная теплота парообразования воды.

Из формул (1) и (4) получим связь между «мокрым» и «сухим» коэффициентами теплоотдачи:

1+1800

ф,ЛГ,-ф аХе

(5)

Полная потеря массы продуктом за время замораживания определяется посредством интегрирования формулы (1):

С.

(6)

где Хр— общая продолжительность испарения влаги, с; /Дт) — температура поверхности продукта как функция текущего времени т.

Продолжительность замораживания, вычисленная по формуле Планка 15), и усушка продукта, вычисленная по соотношению (7), составят соответственно 7 ч и 230 г на короб в предположении, что испарение с поверхности продукта идет в первом периоде. Экспериментальная продолжительность замораживания до среднеобъемной температуры —12 °С составляет 6 ч, что подтверждает правильность выбора параметров продукта и процесса. Таким образом, максимальная теоретически возможная усушка продукта при замораживании (без учета КСИ) составляет 2,3 %. Реальная усушка будет несколько меньше. Экспериментально определенный коэффициент сопротивления испарению для этих ягод составил

1.6 для черники; 1,7 для голубики; 2,1 для брусники и

2.6 для клюквы. Видно, что для брусники и клюквы он выше (более плотная кожура), для черники и голубики меньше. Для морошки коэффициент принят равным 1,7. Таким образом, получаем реальную усушку при замораживании: черника — 1,4 %; морошка — 1,4; голубика — 1,4; брусника — 1,1; клюква — 0,9 %. Параметры процесса слабо влияют на усушку, плотная упаковка ягод можете лишь уменьшить ее.

Усушка при хранении

Пусть хранение продукта происходит в помещении, в котором единовременно находится 700 т продукта. Суммарная площадь поверхности коробов продукта ■V = 30000 м2. Температура воздуха в хранилище 1Я = -25 'С, температура охлаждающих элементов хранилища /0 = -35 “С, их площадь Л'0 = 400 м2. Коэффициент теплоотдачи от поверхности короба примем равным <х = 3 Вт/(м2-К) (обдув со скоростью 0,5 м/с, что нормально для естественной конвекции). Соотношение для расчета усушки при хранении в течение времени т |6]:

М =-

а_ -У(/.)-.У(/0)

<\Р„ •?/£„ +1

где Са =1010 ДжДкгК) — теплоемкость воздуха;

р„ =1,5 кг/м3 — его плотность (при —25 °С);

Х(1а) — влагосодержание воздуха при 100 % относительной плотности и температуре I, Х(1„) = 7-10 4 кг/м3, Д/0) = 2,8-10 4 кг/м3 [2).

Расчет по этому соотношению дает усушку порядка

0,12 % в месяц опять же в предположении, что испарение с поверхности продукта идет, как со свободной поверхности воды (сушка в первом периоде). Реальная усушка будет меньше. Экспериментальные данные по усушке лесных ягод, хранившихся 9 мес в картонных коробах, следующие: черника — 0,7 %; голубика — 0,63; брусника — 0,52; клюква — 0,43 %. Отсюда и были получены приведенные выше КСИ, примерно совпадающие с литературными данными для ягод с близкой по свойствам кожицей [3]).

Таким образом, получаем расчетную усушку за 2 года хранения: черника — 1,9 %; морошка — 1,9; голубика -1,7; брусника — 1,4; клюква — 1,1 %.

Следует иметь в виду, что в силу отмеченного выше уменьшения скорости испарения влаги с поверхности ягод (из-за обезвоживания поверхностных слоев) экстраполяция экспериментальных данных с девятимесячного хранения на двухлетнее, скорее всего, приведет к завышенному значению усушки (то есть реальная цифра будет несколько меньше).

Суммируя вышеприведенные данные по усушке при замораживании и хранении в течение 2 лет, получим полную величину возможной усушки.

Вид ягоды Усушка, %

Черника

Голубика

Брусника

Клюква

3,3

3,1

2,5

2

Список литературы

1. Гинзбург А.С., Громов М. А. Теплофизические характеристики картофеля, овощей и плодов. М.: Агро-промиздат, 1987.

2. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. М.: Пищевая пром-сть, 1973.

3. Гинзбург А.С., Савина ИМ. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов. М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982.

4. Кугателадзе С.С. Основы теории теплообмена. - Новосибирск: Паука, 1970.

5. Фролов СВ., Куцакова В.Е., Кипнис В.Л. Тепло- и массо-обмен в расчетах процессов холодильной технологии пищевых продуктов. М.: Колос-Пресс, 2001.

6. Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых продуктов. М.: Пищевая пром-сть, 1979.