СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ИКРЫ ГИДРОБИОНТОВ
METHOD FOR FREEZING HYDROBIONTS SPAWN

Изобретение относится к области холодильной технологии, а конкретнее к способам замораживания с использованием криогенных жидкостей, и может быть использовано как на предприятиях пищевой промышленности, так же в рыбной отрасли для замораживания икры гидробионтов (икры морских ежей и рыб лососевых пород) в ястыках.
Известен способ замораживания пищевых продуктов, предусматривающий погружение их в жидкий хладоноситель, в качестве которого используют водный раствор хлористого натрия, который с целью интенсификации процесса замораживания барботируют жидким азотом. Извлечение замороженных продуктов осуществляют подъемом к поверхности резервуара, закачивая хладагент в гофрированную подушку, закрепленную на дне резервуара, причем скорость подъема синхронизируют со скоростью выгрузки продукта на ленточный конвейер (RU №2133001, F25D 3/10, 1998).
Приведенный способ имеет чрезмерную интенсивность охлаждения, что проявляется в образовании трещин на поверхности продуктов, замораживаемых методом погружения в кипящий азот. Механическое разрушение поверхностного слоя замораживаемого продукта обусловлено значительной разностью его температуры по сравнению с температурой нижележащего слоя и физическим явлением температурной деформации, величина которой определена коэффициентом температурного расширения. Если в замораживаемом продукте присутствует в значительном количестве вода, то на внутреннее напряжение в замораживаемых тканях продукта влияет ее кристаллизация, которая проходит с увеличением объема на 10%. Кроме того, недостатком такого способа является присутствие дополнительных консервантов, таких как соль.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ замораживания продуктов, где в качестве хладагента используют принудительную циркуляцию воздуха при температуре минус 40°C.
Замораживание по данной схеме осуществляется при температуре минус 40°C в воздушной морозильной камере с принудительной циркуляцией воздуха. Упаковка производится в полипропиленовые контейнеры емкостью 130 г. Разовая загрузка камеры составляет 13-14 кг. Продолжительность замораживания составляет от 80 до 120 мин. Икра замораживается до температуры в центре упаковки не выше минус 24°C.
Затем контейнеры с икрой поступают на холодильное хранение при температуре минус 25°C. Срок хранения данного продукта составляет 3 месяца.
Основными недостатками данного способа замораживания и последующего хранения икры, являются:
- потемнение икры по сравнению со свежей, т.е. изменение цвета гонад до темно-коричневого цвета;
- появление горького привкуса после дефростации;
- размягчение ястыков;
- появление, в некоторых случаях, на поверхности ястыков желточной массы из-за повреждения оболочек икринок.
Отмеченные недостатки являются результатом физико-химических изменений в тканях. Так, например, потемнение при производстве, консервировании и хранении продуктов связано с потерей некоторых аминокислот, в том числе и незаменимых и, как следствие - снижение питательной ценности. Появление горечи - результат окислительных процессов в липидах икры и образования альдегидов и кетонов. Окисление липидов и появление горечи может происходить под действием ферментов липазы и липоксигеназы. Известно, что скорость окисления липидов уменьшается при понижении содержания кислорода в окружающей среде и понижении температуры хранения. С целью устранения отмеченных недостатков нами были проведены исследования по совершенствованию процессов замораживания и хранения икры морских ежей, которые позволяют сохранить полезные свойства мороженой икры и приблизить ее качество к качеству нативного продукта.
Для выявления наиболее эффективного способа замораживания были проведены эксперименты по замораживанию икры различными способами и при различных температурах. Икру морских ежей замораживали в пластиковых контейнерах в воздухе при температурах минус 40°C, минус 60°C и минус 80°C, в не кипящей жидкости при температурах минус 30°C и минус 50°C, в паро-капельной смеси азота при температуре минус 80°C и в жидком азоте при температуре минус 196°C. Для установления воздействия температуры хранения на последующее качество икры ее хранили при двух температурах: минус 25°C и минус 50°C. (монография Л.И. Балыкова, М.В. Гоконаев. «Производство икры морских ежей мороженой», Изд. Камчат ГТУ Петропавловск-Камчатский, 2008 г.).
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в повышение качества замораживания икры гидробионтов (икры морских ежей, икры лососевых пород) и увеличение сроков хранения икры.
Поставленная задача достигается тем, что в способе замораживания икры гидробионтов, предусматривающем упаковку икры гидробионтов, замораживание в морозильной камере хладагентом, выгрузку замороженной икры гидробионтов, согласно изобретению упаковку гидробионтов осуществляют в вакуумные пакеты из многослойной пленки, а замораживание икры гидробионтов осуществляют в морозильной камере-испарителе с герметичной крышкой жидким диоксидом углерода, причем после вакуумирования пакеты с икрой гидробионтов укладывают между поверхностями пластин из крупноячеистой стальной сетки, закрепляют в вертикальном положении в кассеты и с помощью тельфера устанавливают кассеты в морозильную камеру-испаритель, герметизируют ее крышкой, а затем внутреннюю полость морозильной камеры-испарителя продувают парообразным диоксидом углерода, заполняют жидким диоксидом углерода под давлением 3,3 МПа и при кипении диоксида углерода при непрерывно меняющейся температуре кипения от 0°C до минус 50°C в течение 500-550 секунд замораживают икру гидробионтов, далее с помощью запорной арматуры давление в морозильной камере-испарителе выравнивают с атмосферным и выгрузку кассет с замороженной икрой гидробионтов осуществляют при помощи тельфера, причем упаковку икры гидробионтов в вакуумные пакеты из многослойной пленки осуществляют в количестве 1-2 кг в один слой толщиной 2 см в пластины, а пластины с икрой гидробионтов устанавливают с зазором между ними 5-10 мм в кассеты, после выгрузки кассет с замороженной икрой гидробионтов из морозильной камеры-испарителя осуществляют домораживание икры гидробионтов до температуры минус 79°C путем прямого контакта с твердым диоксидом углерода в контейнерах во время транспортировки.
В заявленном способе замораживания икры гидробионтов общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:
- упаковка;
- замораживание в морозильной камере хладагентом.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого способа замораживания икры гидробионтов и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие существенные отличительные признаки:
- ястыки икры гидробионтов первоначально укладывают в вакуумные пакеты из многослойной пленки (например ПА, ОПА, ПЭТ, толщиной 56-100 мкм);
- замораживание икры гидробионтов осуществляют в морозильной камере-испарителе с герметичной крышкой жидким диоксидом углерода;
- после вакуумирования пакеты закрепляют между поверхностями пластин из крупной ячеистой стальной сетки;
- пластины устанавливают в вертикальном положении в кассеты;
- после установки кассет в морозильную камеру-испаритель ее герметизируют крышкой, а внутреннюю полость морозильной камеры-испарителя продувают парообразным диоксидом углерода;
- заполняют морозильную камеру-испаритель жидким диоксидом углерода под давлением 3,3 МПа и при кипении диоксида углерода при непрерывно меняющейся температуре кипения от 0°C до минус 50°C в течение 500-550 секунд замораживают икру гидробионтов;
- давление в морозильной камере-испарителе выравнивают с атмосферным и выгрузку кассет с замороженной икрой гидробионтов осуществляют при помощи тельфера;
- причем икру гидробионтов укладывают в вакуумные пакеты из многослойной пленки в количестве 1-2 кг в один слой толщиной 2 см, а пластины с икрой гидробионтов устанавливают с зазором между ними в 5-10 мм в кассеты;
- после выгрузки кассет с замороженной икрой гидробионты из морозильной камеры-испарителя осуществляют домораживание икры гидробионтов до температуры минус 79°C путем прямого контакта с твердым диоксидом углерода в контейнерах во время транспортировки.
Данная совокупность существенных отличительных признаков заявленного способа позволяет:
- повысить качество замораживаемого продукта
- достигать самый эффективный способ теплопередачи от замораживаемых ястыков к кипящему диоксиду углерода;
- предотвратить чрезмерный темп охлаждения ястыков и механическое разрушение их поверхности, как это происходит в случаях погружения замораживаемых продуктов в кипящий азот.
Так как икра морских ежей максимально сохраняет свое качество при температуре замораживания минус 80°C, то после замораживания икры морских ежей с заданной скоростью до минус 50°C и соответственно формирования мелкодисперсной кристаллической структуры вымороженной из нее воды икру домораживают твердым диоксидом углерода, который имеет температуру сублимации при атмосферном давлении минус 79°C и теплоту фазового перехода 574 кДж/кг, что в 1,7 раза превышает теплоту кипения при температуре минус 50°C и в 2,9 раза теплоту кипения азота при атмосферном давлении. Учитывая данное обстоятельство, целесообразно икру морских ежей и икру рыб лососевых пород замораживать до температуры минус 50°C в испарителе холодильной машины при оптимальном температурном режиме кипения диоксида углерода, а затем домораживать до температуры минус 79°C, за счет прямого контакта с твердым диоксидом углерода, суммирующимся при атмосферном давлении при температуре минус 79°C. Для домораживания 1 кг икры морских ежей или рыб лососевых пород, имеющих удельную теплоемкость в замороженном состоянии 1,9 кДж/кг, от температуры минус 50°C до минус 79°C необходимо затратить М частей диоксида углерода, имеющего при давлении 0,1 МПа теплоту сублимации 574 кДж/кг:
домораживания
2
1
Q=c·m·(t-t)=1,9×1×29=55 кДж/кг;
домораживания
сублимации
M=Q/Q=55/574=0,095.
Таким образом, для домораживания 1 кг икры морских ежей или рыб лососевых пород от температуры минус 50°C до температуры минус 79°C необходимо произвести сублимацию 95 г диоксида углерода при атмосферном давлении. Учитывая незначительную потребность в диоксиде углерода на домораживание возможно его осуществлять во время транспортировки продукта потребителю в контейнерах морским, железнодорожным или воздушным транспортом, т.к. диоксид углерода не является опасным веществом и более того применяется для охлаждения изотермического пространства транспортных средств, перевозящих пищевые продукты.
Совокупность существенных признаков, заявленного способа замораживания икры гидробионтов, а именно ястыков икры рыб лососевых пород и морских ежей, имеют причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков способа стало возможным решить поставленную техническую задачу. На основании изложенного можно заключить, что заявленный способ замораживания икры гидробионтов является новым, обладает изобретательским уровнем, т.е. он явным образом не следует из уровня техники и пригоден для промышленного применения.
Так как диоксид углерода контактирует в испарителе холодильной машины с замораживаемой икрой через многослойную пленку вакуумного пакета, то холодильная машина, обеспечивающая рабочий цикл, может быть оборудована компрессорами с обычной системой смазки и соответственно имеющими высокий ресурс и невысокую стоимость, по сравнению со специальным компрессорным оборудованием, применяемым для получения криогенных жидкостей, охлаждаемых пищевые продукты методом прямого контакта и по этой причине не содержащих смазочных масел.
Сущность заявленного способа поясняется чертежом, на котором в схематическом виде приведена холодильная установка для осуществления этого способа. На чертеже обозначены: 1 - морозильная камера-испаритель, 2 и 8 - ресиверы, 3 - компрессор, 4 - конденсатор, 5, 6, 7, 9 - запорная арматура, а именно 5 - регулирующий вентиль, 6 - запорный вентиль, 7 - дроссельное устройство, 9 - продувочный вентиль, 10 - герметичная крышка испарителя, 11 - кассета имеет форму параллелепипеда и размеры равные внутренним размерам испарителя 1.
2
2
Способ осуществляют следующим образом. Ястыки икры укладывают в количестве по 1-2 кг в один слой толщиной 2 см в вакуумные пакеты из многослойной пленки, например ПА, ОПА, ПЭТ, толщиной от 56 мкм до 100 мкм. После вакуумирования пакеты закрепляются между поверхностями пластин из крупноячеистой стальной сетки, которые, в свою очередь, устанавливаются в вертикальном положении с зазором 5-10 мм в каркас кассеты 11 определенного объема. Кассету 11 устанавливают посредством подъемно-транспортного устройства типа тельфер в морозильную камеру-испаритель 1, закрываемую герметичной крышкой 10. После установки кассеты 11 в морозильную камеру-испаритель 1 и ее герметизации крышкой 10 открывают продувочный вентиль 9 и внутреннюю полость морозильной камеры-испарителя 1 продувают парообразным диоксидом углерода для удаления из нее атмосферного воздуха. После продувки морозильной камеры-испарителя 1 продувочный вентиль 9 закрывают. В морозильной камере-испарителе 1 (см. чертеж) холодильной установки в качестве рабочего тела используют жидкий диоксид углерода. Регулирующий вентиль 5 открывают полностью для заполнения морозильной камеры-испарителя 1 жидким диоксидом углерода из ресивера 8. В морозильной камере-испарителе 1 после заполнения ее жидким диоксидом углерода устанавливается давление 3,3 МПа (33 кг/см). Регулирующий вентиль 5 закрывается; дроссельное устройство 7 и запорный вентиль 6 открывается; пар диоксида углерода, образующийся при его кипении за счет отбора теплоты от ястыков икры гидробионтов, удаляется в ресивер 2. Причем важна скорость удаления пара, т.к. именно скорость удаления пара определяет скорость снижения давления в испарителе и соответственно температуру кипения, т.е. управляет интенсивностью теплообмена между ястыками икры и кипящим диоксидом углерода и соответственно интенсивностью парообразования диоксида углерода. Слишком интенсивное кипения диоксида углерода создаст между поверхностью ястыков и кипящим диоксидом углерода толстую прослойку пара, которая, являясь изолятором, будет препятствовать отведению теплоты от ястыков к кипящему диоксиду углерода. В результате возникнет известное явление кризиса теплообмена (Исаев С.И., Кожинов И.А. Теория тепломассообмена. - М.: Высшая школа, 1979-495 с.), который неизбежно возникает при использовании азота в азотных скороморозильных аппаратах (в АСТА-800, в том числе). Скорость отведения пара из испарителя определяется диаметром дроссельного устройства 7, размер которого определяется экспериментально для каждого режима замораживания; после того как давление в морозильной камере-испарителе 1 достигнет величины 0,62 МПа (6,2 кг/см), ястыки икры гидробионтов замораживаются до требуемой температуры. Для замораживания ястыков красной икры толщиной 2 см необходимо время замораживания в кипящем диоксиде углерода в течение 500-550 секунд. После окончания замораживания запорная арматура 5, 6, 7 закрывается, продувочный вентиль 9 для уравнивания давления внутри испарителя с атмосферным открывается; крышка 10 открывается, и кассета 11 с замороженной икрой удаляется из морозильной камеры-испарителя 1 при помощи тельфера.
Далее, домораживание икры гидробионтов до температуры минус 79°C осуществляют путем прямого контакта с твердым диоксидом углерода в контейнерах во время транспортировки продукта потребителю.
Технический результат изобретения заключается в создании способа замораживания ястыков икры гидробионтов за счет непосредственного контакта ястыков с жидким кипящим диоксидом углерода. Достигается повышение качества замораживания икры гидробионтов (икры морских ежей и икры рыб лососевых пород) и увеличение сроков хранения икры.