Reklama
Reklama
 
 
 
Reklama
Nawilżanie w chłodniach i mroźniach
Ocena użytkowników: / 7
SłabyŚwietny 
Data dodania: 20.01.2015

Produkty żywnościowe niezależnie od ich pochodzenia (roślinnego lub zwierzęcego), stopnia przetworzenia (surowce, półprodukty, produkty gotowe) i sposobu utrwalenia, są przechowywane przez krótszy lub dłuższy czas. Wiąże się to z fizjologicznymi cechami człowieka, który nie może odżywiać się „na zapas”.

Ogólną tendencją technologiczną jest dążenie do minimalizacji strat w każdej fazie utrwalania żywności. Dotyczy to również procesu zamrażania, chłodzenia i przechowywania, w którym ubytki masy produktów są często nadal znaczące i istotnie obniżają ekonomiczne efekty operacji i wpływają na jakość produktu. Spośród metod wykorzystujących do utrwalania żywności niską temperaturę wyróżnia się chłodnictwo – gdzie stosuje się temperatury od 10 do 0°C oraz zamrażalnictwo -18°C (a nawet poniżej) i w tych warunkach żywność jest przechowywana. Działania te możliwe są przy wykorzystaniu odpowiednich urządzeń komór chłodniczych. Komora chłodnicza stanowi zamkniętą przestrzeń otoczoną przegrodami o dużej izolacyjności cieplnej i paroszczelności, w której utrzymywana jest stała temperatura, stosownie do warunków wymaganych dla przechowywanych produktów. W zależności od utrzymywanej temperatury, komory dzielą się na:

  • ƒƒchłodnicze – gdzie temperatura waha się od 0 do +10°C, przy czym gdy temperatura wynosi od -1 do +1°C, mówimy o komorach chłodniczych, tzw. okołozerowych,
  • mroźnicze – gdzie temperatura waha się od -5 do -25°C, przy czym gdy temperatura wynosi -18 do -25°C, mówimy o komorach mroźniczych, tzw. standardowych,
  • mroźnie głębokiego mrożenia – gdzie panuje temperatura ok. -30°C,
  • ƒƒkomory z atmosferą kontrolowaną .

 

Warunki panujące wewnątrz komór chłodniczych są związane z rodzajem czynnika chłodniczego, sposobem prowadzenia powietrza w pomieszczeniu (układ i znaczenie wentylatorów lub ich brak), sposobami utrzymywania zadanej wilgotności powietrza, rozwiązaniami konstrukcyjnymi chłodnic powietrza oraz rodzajem składowanych produktów spożywczych. W procesie utrwalania i składowania szczególne znaczenie ma zawartość wody w produktach spożywczych, która wynosi od 0,3 do 95% (zależnie od rodzaju produktu) . W żywności woda występuje w postaci wolnej, zaadsorbowanej na powierzchni makrocząstek oraz hydratacyjnej. W czasie obróbki chłodniczej i przechowalniczej produktów w powietrzu może mieć miejsce zjawisko powierzchniowego parowania wody, które doprowadza niekiedy do znaczących zmian ich właściwości cieplno-fizycznych w warstwach powierzchniowych.

Zjawisko to występuje na skutek różnicy ciśnień cząstkowych pary wodnej. Następuje proces przemieszczania się masy wody z wnętrza produktu do powierzchni zewnętrznej i dalej do środowiska chłodzącego (lub odwrotnie). Nad wilgotną powierzchnią produktu powstaje cienka warstewka graniczna powietrza nasyconego, o temperaturze równej wartości temperatury powierzchni produktu i ciśnienia nasycenia pary wodnej (zależnym od tej temperatury). Jeżeli ciśnienie cząsteczkowe pary wodnej w powietrzu wilgotnym, omywającym powierzchnie produktu, jest mniejsze niż ciśnienie nasycenia pary wodnej w warstwie granicznej, miejsce ma parowanie wody. W wypadku przeciwnym, para wodna kieruje się od powietrza omywającego produkt do warstewki granicznej, gdzie ulega skropleniu (powietrze wilgotne w warstewce granicznej jest nasycone). Procesom parowania lub skraplania towarzyszą efekty energetyczne i efekty wymiany masy. Ubytek masy produktu spożywczego podczas obróbki chłodniczej oraz przechowywania nosi nazwę ususzki towaru. Zjawisku temu towarzyszy zmiana właściwości fizycznych oraz jakościowych.

 

Ususzka produktów spożywczych podczas ich chłodzenia

 

Gradient ciśnień cząstkowych pary wodnej powoduje przepływ wody z warstw wewnętrznych do powierzchni, a powierzchniowe parowanie podczas wychładzania trwa przez cały czas procesu . Właśnie proces ochładzania jakkolwiek konieczny, niesie ze sobą największe straty masowe i jakościowe. Im mniejsza różnica pomiędzy temperaturą w komorze a temperaturą czynnika chłodniczego, tym mniejsza ususzka i większa wilgotność względna powietrza (tab. 1.). 

 

 

2014 12 29 1

 

 

Czy ochładzanie dokonuje się przy pomocy agregatów chłodniczych i parowników, czy przez wietrzenie z wykorzystaniem powietrza zewnętrznego czy też poprzez kombinacje tych dwóch systemów, zawsze dochodzi do wysuszania przechowywanego surowca. Powietrze wykorzystywane do ochładzania nie posiada bowiem prawie nigdy stuprocentowej wilgotności względnej, może więc podczas ochładzania przyjmować wodę w postaci pary wodnej. Woda paruje przez pory na powierzchni składowanego produktu a podczas wymiany powietrza przebiegającej w trakcie ochładzania odprowadzana jest z magazynu, co powoduje straty masowe produktu. Woda "gubi się" albo przez skroplenie (kondensację) na chłodnicach (tzw. parownikach) albo pod postacią pary razem z powietrzem, które odprowadzane jest z magazynu klapami wywiewnymi w trakcie wentylacji z wykorzystaniem powietrza zewnętrznego . Ubytek masy w czasie powietrznego schładzania produktów żywnościowych jest funkcją wielu czynników:

 

 

2014 12 29 2

 

gdzie:

Δip – różnica entalpii produktu,

ΔP= Pp – Pf – średnia całkowa różnica ciśnień cząstkowych pary wodnej na powierzchni produktu i w powietrzu,

τ – czas procesu,

Ap – powierzchnia produktu,

α – współczynnik wnikania ciepła,

ΔT = Tp – Tf – średnia całkowa temperatury powierzchni produktu i powietrza.

 

Różnica entalpii jest tym mniejsza, im niższa jest temperatura początkowa produktu, ale wstępne schłodzenie daje w efekcie wzrost sumarycznego ubytku.

 

 

Ususzka produktów spożywczych podczas ich zamrażania

 

Podobnie jak w przypadku procesu chłodzenia, decydujący wpływ na wielkość ususzki podczas zamrażania wywiera malejąca różnica temperatury pomiędzy temperaturą powierzchni produktu i powietrza chłodzącego . Przy analizie ubytków wilgoci w procesie zamrażania należy uwzględnić trzy zjawiska, tj.: wymianę masy na przesuwającym się w głąb produktu froncie sublimacji, przemieszczanie się wilgoci z tego frontu przez odwodnioną warstwę ku powierzchni i jej odprowadzanie z powierzchni do otoczenia. Powierzchniowy charakter sublimacji, przy praktycznie niewielkiej migracji wody w produktach zamrożonych, powoduje, że ubytki wilgoci nie są wyrównywane jej migracją z wnętrza produktu i powstaje zewnętrzna, silnie odwodniona warstwa (zawartość wody 25÷34%) o porowatej strukturze, sprzyjająca procesom utleniania i absorpcji obcych zapachów. Ubytek wody z produktów spożywczych powoduje ubytek wagi oraz pogorszenie jakości produktu. Warstwa ta wraz z wydłużaniem czasu przechowywania zamrożonych produktów rośnie a przy stałych warunkach przechowywania stopniowo maleje.

 

 

Ususzka produktów spożywczych podczas składowania w chłodni

 

Większe znaczenie gospodarcze ma ususzka w czasie przechowywania, powodująca znaczące ubytki masy oraz pochodne zmiany jakości w mrożonej żywności. W mechanizmie powstawania ubytków podczas przechowywania ważną rolę odgrywają ΔP i ΔT oraz prędkość przepływu powietrza w bezpośrednim otoczeniu produktów u, a zwłaszcza długi na ogół czas przechowywania mrożonej żywności τ . Składowany, nieutrwalony produkt jest żywą masą, która również wytwarza własne ciepło poprzez oddychanie. Konieczne jest odprowadzanie tego ciepła z magazynu oraz ochładzanie przechowywanego produktu, aby zwolnić procesy biologiczne oraz zachować jakość surowca. Ususzka produktów podczas przechowywania zależy od dwóch parametrów, tj. napływu ciepła do pomieszczenia i jego temperatury. Brak odpowiedniej wilgotności podczas przechowywania warzyw i owoców, powoduje, że ich komórki otworzą się lub popękają tak, że nie pomoże później żadne ich nawilżanie. Dlatego bardzo ważne dla warzyw i owoców jest nawilżanie od chwili, gdy zostają umieszczone w magazynie do momentu kupienia ich przez klientów. W supermarketach wilgotność powinna być utrzymywana w przedziale od 45÷55% w działach oferujących mięso, warzywa oraz kwiaty. W przypadku produktów mięsnych, mięso utrzyma swój czerwony kolor bez dodawania konserwujących azotanów, jeśli jest przechowywane w odpowiednio nawilżanych pomieszczeniach, szafach zamrażalniczych lub przechowalniczych.

Utrzymanie właściwej wilgotności powietrza jest niezbędne do zapewnienia optymalnych warunków przechowywania wielu produktów spożywczych. Dlatego istotne jest zastosowanie odpowiedniego systemu nawilżaczy. Dla wielu produktów obserwowana jest znaczna poprawa jakości w przypadku zastosowania systemów nawilżania w procesie przechowalniczym. Większość produktów powinna być przechowywana w wilgotności powyżej 90%, jednakże nie zawsze wysoka wilgotność jest pożądana (np. owoce tropikalne oraz przetworzone produkty wymagają mniejszej wilgotności, by zachować swoją wysoką jakość) .

 

 

Proces nawilżania powietrza

 

Wilgotność powietrza to zawartość pary wodnej w powietrzu. Maksymalna wilgotność, czyli maksymalna ilość pary wodnej zawartej w określonej ilości powietrza jest silnie związana z temperaturą powietrza. Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej pary wodnej może się w nim znajdować. Przekroczenie maksymalnej wilgotności (np. w wyniku obniżenia temperatury powietrza) powoduje skraplanie się pary wodnej. Najistotniejszym parametrem z praktycznego punktu widzenia jest wilgotność względna, gdyż to właśnie ona jest dla nas odczuwalna oraz ma wpływ na nasze otoczenie . Zgodnie z definicją wilgotność względna jest to ilość wody znajdującej się w powietrzu przy danej temperaturze podzielona przez jej maksymalną ilość nasycenia, którą może zaabsorbować powietrze w tej temperaturze. Wilgotność względna powietrza 60% oznacza, że powietrze zawiera 60% ilości pary nasyconej, która mogłaby być w nim zawarta w tej temperaturze.

 

 

Nawilżanie powietrza

 

(...)

 

Nawilżanie parą (izotermiczne)

 

 

2014 12 30 1

Rys. 1. Proces nawilżania za pomocą pary na wykresie powietrza h-x

 

(...)

 

Nawilżanie wodą (adiabatyczne)

 

 

2014 12 31 1

Rys. 2. Proces nawilżania adiabatycznego na wykresie powietrza h-x

(...) 

 

Wysokociśnieniowe rozpylacze wody

 

 

2014 12 32 1

Rys. 3. System dyszowy

 

(...)

 

Nawilżacze powietrznowodne

 

(...)

 

Nawilżacze odśrodkowe

 

(...)

 

Nawilżacze ultradźwiękowe

 

(...)

 

Podsumowanie

 

Chłodzenie, zamrażanie i przechowywanie żywności wpływa na przyspieszenie procesu dehydratacji, pozbawiając produkty potrzebnej wilgotności, dzięki której pozostają świeże i mają ładny wygląd. W przechowywaniu produktów bardzo ważne jest zachowanie jakości i wagi oraz stworzenie właściwych warunków dla dalszego optymalnego przetwarzania. Szczególnie warzywa wymagają w niektórych przypadkach sztucznego nawilżania. Zarówno temperatura powietrza wilgotnego jak i jego stopień wilgotności w komorach chłodniczych powinien być kontrolowany na sposób ciągły, z uwagi na wzajemny wpływ przechowywanych produktów i składu atmosfery w ich otoczeniu. Dzięki nowoczesnym technologiom właściwe nawilżanie stało się bardziej dostępne niż kiedykolwiek wcześniej.

 

 

dr inż. Beata GRABOWSKA
absolwentka Politechniki Wrocławskiej

 

 

LITERATURA:

[1] CZAPP M., CHARUN H.: Bilans cieplny pomieszczeń chłodni: zasady opracowania. Wydaw. Wyższej Szkoły Inżynierskiej. Koszalin. 1995.
[2] GRUDA Z., POSTOLSKI J.: Zamrażanie żywności. Wydawnictwo Naukowo – Techniczne. Warszawa. 1999.
[3] JASTRZĘBSKI W.: Technologia obróbki chłodniczej. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne. 1978.
[4] MARKOWSKA J., POLAK E., KASPRZYK I.: Komory chłodnicze w przechowywaniu żywności. Przemysł Spożywczy. 2013. 9. 16–19.
[5] MATYSKO R.: Przechowywanie i chłodnie. Wymogi i rozwiązania nawilżania powietrza. Chłodnictwo&Klimatyzacja. 2014. 6. 76–78.
[6] PIJANOWSKI E., DŁUŻEWSKI M., DŁUŻEWSKA A., JARCZYK A.: Ogólna technologia żywności. Wydawnictwo Naukowo – Techniczne. Warszawa. 1997.
[7] http://nawilzanie.com
[8] http://www.otech.pl
[9] http://www.omnivent.pl
[10] http://www.danfoss.com
[11] http://www.klimatyzacja.pl
[12] http://kupwentylacje.pl

 

 

Artykuł z miesięcznika Chłodnictwo&Klimatyzacja nr 12-2014 

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.