Заморозка с помощью жидкого азота

Замораживание с использованием жидкого азота и фреона

Можно выделить два способа замораживания с использованием жидкого азота:

1. погружение, при котором ленту конвейера, транспортирующую замораживаемые продукты, опускают в ванну с жидким азотом. Поскольку хладагент непосредственно соприкасается с продуктом, замораживание происходит очень быстро;
2. опрыскивание, при котором замораживаемые продукты орошают жидким азотом, а образующийся газ служит для предварительного их охлаждения и домораживания.

Большинство современных криогенных морозильных аппаратов работают именно по этому принципу.

Целесообразность применения жидкого азота как хладагента, несмотря на его высокую стоимость, обусловливается следующими факторами:

• небольшие габариты и простота конструкции установок;
• хорошее качество замораживаемых продуктов и небольшая их усушка;
• отсутствие потребности в дополнительном холодильном оборудовании;
• возможность организации непрерывного процесса;
• снижение затрат труда;
• регулирование в широких пределах производительности скороморозильных установок;
• возможность автоматизации процесса.

Однако жидкий азот имеет очень низкую точку кипения, и, чтобы не подвергать замораживаемый продукт столь критическим условиям, многие фирмы США, Канады, Англии и других стран используют в качестве хладагента диоксид углерода. При –20 °С он сжижается под давлением 5,85 МПа. Сжатый диоксид углерода после компрессора холодильной установки поступает в конденсатор, а из него в жидком виде – в находящуюся под давлением морозильную камеру, где обрызгивает продукт.

К преимуществам аппаратов, в которых в качестве хладагента используют диоксид углерода, относятся хорошее качество замораживания, его небольшая продолжительность, незначительная усушка продукта. Кроме того, на поверхности продуктов (например, тесто, кондитерские изделия, украшенные сверху взбитым кремом) при замораживании в жидком азоте могут образовываться трещины, при использовании диоксида углерода этого не происходит.

Другой способ замораживания продуктов в хладагенте — с помощью жидкого фреона. В настоящее время для замораживания применяется фреон-12 чистотой 99,97%.

Замораживаемые продукты омываются в установке жидким фреоном с температурой –30 °С. Поскольку хладагент непосредственно соприкасается с продуктом, то замораживание происходит очень быстро.

К преимуществам указанного способа относятся легкая регулируемость продолжительности замораживания и небольшая длительность процесса.

Источник

Узнайте про особенности криогенной заморозки продуктов

При разговоре о криогенной заморозке часто вспоминают об экспериментальных технологиях, позволяющих сохранять человеческие органы. Но на практике эта методика активно используется для заморозки продуктов питания.

Технология криогенной заморозки продуктов базируется на действии специальных газов в жидком виде — азота и углекислоты. Температура кипения жидкого азота составляет −195,75 °C, а углекислоты — -56,6 °С. Используя сжиженные газы, можно снизить температуру в камере до -70… -90 °C и практически мгновенно заморозить продукты.

Как проходит процесс криогенной заморозки

Все продукты питания содержат воду в том или ином объеме. При заморозке вода превращается в лед — кристаллизуется. Чем крупнее кристаллы воды, тем больше они разрушают клеточную структуру продукта.

Чтобы снизить вероятность образования крупных кристаллов, используют трехфазную заморозку:

• продукт охлаждают практически до нуля градусов — до момента, когда влага начинает превращаться в лед;
• продукт непосредственно замораживают;
• температуру доводят до необходимого уровня.

Важнейшую роль играет именно процесс заморозки — второй этап. Чем быстрее он пройдет, тем равномернее будет заморозка. При недостаточно высокой температуре кристаллизация происходит сначала в межклеточных зонах, а после — в самих клетках. При обычной бытовой заморозке эта проблема еще заметнее: сначала замерзают верхние слои продукта, и только потом — внутренняя часть. Все это приводит к разрушению клеточной структуры продукта.

При криогенной заморозке продукты окунают в емкость с жидким азотом, орошают им, обдувают охлажденным газом или охлаждают непосредственно поверхности, с которыми контактируют продукты. Азот и углекислый газ присутствуют в атмосфере и никак не влияют на вкус и качества продуктов. Эти вещества безвредны в качестве охладителей.

Криогенная заморозка позволяет охлаждать продукты практически мгновенно — за счет температуры в камере до -70 °C. При этом:

• происходит минимальная дегидрация (что важно для овощей, ягод и фруктов);
• после разморозки продукты сохраняют внешний вид и сочность;
• исключены любая бактериологическая активность;
• продукты могут храниться намного дольше, чем при обычной заморозке;
• даже если продукты окунают в жидкий азот, они остаются безопасными для употребления.

Несомненно, криогенная заморозка — одна из наиболее эффективных. Но и она имеет свои недостатки. Прежде всего, высокий расход и стоимость сжиженных газов, которые необходимо закупать постоянно. На отечественном рынке технология не нашла широкого применения ввиду ограничений, накладываемых на хранение жидкого азота, емкости с которым причисляются к источникам повышенной опасности.

Криогенная и жидкостная заморозка: что эффективнее?

Криогенная заморозка продуктов эффективна, но, если использовать способ погружения в жидкий азот, позволяющий максимально быстро замораживать продукты, она будет слишком дорогой для потребителя. Поэтому чаще всего используют орошение, обдув или охлаждение стенок камеры. Все эти способы снижают скорость заморозки, приводят к неравномерной кристаллизации влаги в продуктах питания.

Жидкостная заморозка имеет максимальную эффективность за счет быстрого отведения тепла и равномерного охлаждения продукта. Вопрос лишь в хладагенте — самой жидкости, которую применяют в технологии.

Мы разработали новую технологию жидкостной заморозки, при которой используется специальный раствор с температурой кристаллизации ниже -70°С. Таким образом, его можно охладить до температуры, которой будет достаточно для заморозки воды в продуктах.

Особенности жидкостной заморозки

• жидкостная заморозка не требует высокого расхода раствора (естественный расход — 0,3-1% от общего объема продукции);
• хладагент доступен по стоимости;
• в промышленных холодильниках продукты полностью замерзают за 8-70 минут, в зависимости от толщины и типа;
• хладагент никак не меняет вкусовые качества и полезные свойства продуктов;
• технология подходит для индивидуальной заморозки штучных товаров;
• установки экономят до 60% электроэнергии в сравнении с воздушными камерами.

Главное преимущество жидкостной заморозки по сравнению с криогенной — в ее доступности и удобстве применения. Она имеет широкое практическое применение и подходит как для промышленных объектов, так и для коммерческих. На экономическую целесообразность и эффективность такой заморозки объем продукции никак не влияет.

Попробуйте жидкостную заморозку!

Максимальное сохранение клеточной структуры и свойств продукта при заморозке стало возможным благодаря использованию жидкостных морозильников.
Оцените скорость и качество заморозки вашего продукта в морозильниках МСК — запишитесь на тест-драйв системы в нашей офис-лаборатории!

Источник

Криогенный метод

Способ погружения продукта в жидкий азот применяется в основном для замораживания продуктов, имеющих сферическую форму, или для продуктов других форм, предназначенных для дальнейшего дробления: это объясняется возникновением внутреннего напряжения в продукте, что приводит к образованию трещин. Отрицательным моментом данного метода является возможность накопления жидкого кислорода в ванне с жидким азотом, что может привести к самовозгоранию по мере испарения последнего.

С целью уменьшения расхода жидкого азота для замораживания используют метод орошения азота на продукт, который оказался более экономичным по сравнению с погружением. Для этой цели используются различного вида форсунки с большим конусом факела, которые могут производить распыление жидкого азота в мелкодисперсное состояние. Способ орошения предусматривает использование паров азота для предварительного охлаждения продукта и выравнивания температуры по объему. В этом случае холодопроизводительность 1 кг азота состоит из количества теплоты, отводимой жидким азотом от продукта при переходе его в газообразное состояние, и дополнительного количества теплоты, образующейся при нагревании паров азота до температуры, с которой азот выходит из морозильного аппарата

Так, например, при температуре отходящих паров минус 50°С 1 кг азота поглощает 83,5 кДж теплоты. Расход азота зависит главным образом от теплосодержания замораживаемого продукта, степени использования холодильного потенциала паров азота, величины постоянных потерь за счет теплопритоков извне, расхода азота на охлаждение аппарата в начале работы. На величину расхода азота большое влияние оказывает коэффициент полезного действия скороморозильного аппарата и вид замораживаемого продукта. Продукты больших размеров обеспечивают более высокий КПД аппарата, т. к. при этом возможна более высокая производительность и сумма постоянных потерь распределяется на большее количество замороженного продукта.

Коэффициент полезного действия азотных скороморозильных аппаратов, использующих способ орошения продукта азотом, находится на уровне 0,7… 0,85, при этом наряду с потерями внутри аппарата учитываются потери в резервуаре для хранения жидкого азота в магистральных трубопроводах. Рассматривается себестоимость замораживания штучных пищевых продуктов различными методами: воздушным (периодическое в туннеле и непрерывное на конвейере), контактным (в горизонтальных многоплиточных аппаратах) и криогенным (с помощью жидкого азота). Сопоставление различных систем замораживания (табл. 1.1.) производится для холодильных установок производительностью 500… 1000 кг/ч при температуре загрузки плодов и овощей 20°С, готовых блюд 50°С и конечной температуре минус 20°С. Продолжительность работы установки в смену 7 ч.

Анализ показывает, что стоимость замораживания азотным методом зависит только от расхода азота. Одним из преимуществ использования азота для замораживания пищевых продуктов является снижение потерь за счет усушки. Процент потери массы продукта при промышленном замораживании составляет примерно:

• в воздушных аппаратах туннельного типа (продукт без упаковки) 3…6%
• плиточных аппаратах (продукт в упаковке) 0,5%
• в азотных аппаратах (продукт без упаковки) 1,0%

Замораживание жидким азотом позволяет получить продукт высокого качества. Данные отечественных и зарубежных специалистов по замораживанию штучных пищевых продуктов, таких как готовые блюда, мясные натуральные и рубленые полуфабрикаты, изделия из теста, рыба, птица, овощи, ягоды и т. д. свидетельствуют о преимуществе азотного по сравнению с другими методами замораживания как в отношении микрокристаллической структуры, что связано с меньшими потерями сока при размораживании, так и в отношении сохранения вкусовых качеств, гигиеничности, товарного вида продукта.

В России метод замораживания с помощью жидкого азота пока не нашел широкого промышленного применения, однако научные разработки и экспериментальные установки оказали большое влияние на выявление закономерностей процесса теплообмена при замораживании продукта криогенным методом. Применение жидкого азота для замораживания пищевых продуктов сдерживается в первую очередь высокой его ценой и тем фактом, что это хладагент одноразового использования. В этом плане имеет преимущество перед азотом другая криогенная жидкость, используемая для замораживания пищевых продуктов, хладон-12. Благодаря регенерации паров расход хладона снижается до 0,025 кг на 1 кг продукта.

Интенсификация процесса замораживания с использованием хладона-12 достигается не за счет высокого температурного потенциала, как в случае замораживания в азоте, а эффективным теплообменом за счет кипения хладагента на поверхности продукта при атмосферном давлении. На основании выполненных отечественными специалистами исследований доказана целесообразность использования хладона-12 для замораживания мяса птицы, разработаны условия и режимные параметры процесса. Определен уровень сорбции хладона-12 продуктом и извлечения из него жира при контактном замораживании мяса бройлеров. Установлено, что при холодильном хранении, в холодильной камере, и размораживании мяса птицы происходит десорбция хладона-12, который полностью удаляется из продукта при тепловой обработке: применение пленочной упаковки, в силу низких коэффициентов газопроницаемости, исключает возможность сорбции хладона-12 продуктом, что позволило разработать технологию замораживания в хладоне-12 мяса бройлеров и получить продукт высокого качества.

Разработанная технология замораживания в хладоне-12 мяса птицы и рыбы разрешена для промышленного использования Минздравом РФ. За рубежом метод контактного замораживания в хладоне-12 нашел практическое применение для рыбы, креветок, клубники, кукурузных початков, лука, абрикосов и других штучных продуктов. При этом используют хладон-12, чистота которого должна составлять не менее 99,97%. Вместе с тем, последние годы были периодом осторожного отношения к использованию хладонов, в том числе хладона-12, возникшего вследствие публикации американских специалистов теории расщепления озона. Согласно этой теорий, молекулы хладонов, диффундируя в верхние слои атмосферы, подвергаются действию ультрафиолетовых излучений, вследствие чего они становятся источниками атомов хлора, который и разрушает озон.

Необходимо также учитывать, что из всего количества хладонов, попадающих в атмосферу, 66% выделяется из аэрозольных упаковок и только 27% — за счет утечки хладонов из охлаждающих и кондиционирующих систем. В литературе есть данные о других возможных причинах уменьшения озонового слоя, в частности связанных с ядерными взрывами и выбросами газов сверхзвуковыми самолетами и ракетамйГ Известно официальное заявление Международного института холода (МИХ), в котором отмечается проблематичность действия хладонов на озон. Поэтому МИХ рекомендует не вводить каких-либо ограничений по применению хладонов до тех пор, пока необходимость в этом не будет окончательно установлена.

В настоящее время дискуссии по данному поводу продолжаются и в этих обстоятельствах рациональна такая позиция, как воздержание от использования хладона-12 для замораживания продуктов питания, а применение для этого менее эффективных методов. Криогенный метод замораживания с применением диоксида углерода (С02) давно привлекает внимание специалистов. Процесс замораживания осуществляются путем воздействия на продукт холодной газовой и жидкой средой или создавая смесь из газа и диспергированной в ней твердой С02. С целью максимального использования теплоты сублимации продукт покрывают «снеговой шубой», получаемой после дросселирования жидкой СОг В ряде случаев твердую С02 используют в виде мелких гранул, которые укладывают внутрь продукта, например, в тушку птицы, или засыпают в коробки с продуктом.

Температура охлаждающей среды зависит от принципа организации процесса замораживания диоксидом углерода. При газовой среде она поддерживается в интервале от минус 20°С до минус 70°С, при охлаждении «снегом» и гранулами — минус 78,9°С. Теплота сублимации твердого С02 составляет 575 кДж/кг, тогда как теплота парообразования жидкого азота — 199,71 кДж/кг. Использование перепада температур между продуктом и хладагентом, а также отвод тепла при сублимации твердого CO2, позволяет получать высокие скорости замораживания без деформаций в структуре продукта. При этом продукты, замораживаемые с помощью С02, имеют высокую органолептичес-кую оценку, а потери массы за счет усушки составляют 0,3%.

Диоксид углерода можно применять для контактного замораживания практически любых штучных пищевых продуктов. При этом С02 обладает бактерицидными свойствами: является эффективным средством для подавления размножения анаэробных, а также аэробных бактерий на поверхности продукта и снижения окислительных процессов. В настоящее время в мировой практике наблюдается тенденция к расширению производства диоксида углерода, причем его доля в пищевой промышленности также возрастает.

Существуют различные коммерческие виды диоксида углерода. Заводы-изготовители выпускают жидкий С02, хранящийся в танках, хранилищах, баллонах. При дросселировании жидкого CO2, образуется в разных количествах, в зависимости от температуры хранения, снегообразный и газообразный С02. Выпускают твердый CO2, (сухой лед) в виде спрессованных крупных блоков, мелкофасованный гранулированный лед в виде таблеток, палочек или шариков, используя для этого жидкий низкотемпературный СО2. Для производства мелкофасованного сухого льда используют сухоледные грануляторы (таблетеры), разработанные фирмами США, Японии. Грануляторы представляют собой машины поршневого типа с ротационным элементом, производящие гранулы цилиндрической формы, длиной от 6 до 36 мм и диаметром 9,0; 10; 16; 19 мм.

Специалисты многих стран большое внимание уделяют разработке способов и устройств для получения снегообразного С02, максимально отделенного от газовой фазы, например, при воздействии центробежных сил; способов и устройств для бесперебойной подачи снегообразного С02 на охлаждаемый продукт, например, путем предотвращения скопления зарядов статистического электричества на снежинках С02; грануляторов для производства мелкофасованного сухого льда в виде таблеток (палочек) или шариков. Рядом зарубежных фирм разработаны устройства для получения и подачи снегообразного С02 непосредственно в продукт, конкретно во внутреннюю полость тушки птицы и на продукт, находящийся на транспортере.

Источник