Мясо и мясопродукты замораживают в воздухе, в растворах солей или некоторых органических соединений, в кипящих хладагентах, при контакте с охлаждаемыми металлическими пластинами. Самый старый способ охлаждения — с помощью тающего или сухого льда. В холодильных устройствах для замораживания продуктов наиболее часто используют теплоту испарения, необходимую для перехода из жидкого состояния в пар. Если давление над поверхностью жидкости уменьшается, то она начинает испаряться или закипать, а ее температура стремится сравняться с температурой, соответствующей давлению пара. Необходимая для испарения теплота отбирается у жидкости и сосуда, в котором она находится, или от окружающей среды. Если пониженное давление над паром будет поддерживаться постоянно, а потеря испаряющейся жидкости — все время возмещаться, то жидкость будет кипеть и непрерывно отбирать теплоту. При этом реализуется так называемый замкнутый холодильный цикл. Часть хладагента непосредственно соприкасается с продуктами. Однако еще чаще хладагент соприкасается не непосредственно с продуктами, а с одной промежуточной средой (твердой, жидкой или газообразной) или с несколькими средами. По этому признаку способы замораживания делят на две группы: основанные на непосредственном соприкосновении продукта с испаряющимся хладагентом и основанные на косвенном контакте хладагента и продукта через промежуточную твердую, жидкую, газообразную среду или их комбинацию [7].
Замораживание продуктов в воздухе. Воздух — наиболее распространенная и промежуточная среда для отвода теплоты от продукта при замораживании. При замораживании воздухом скорость замерзания зависит от размера продукта, температуры воздуха и скорости его циркуляции. Интенсифицировать процесс замораживания можно путем понижения температуры, повышения скорости движения воздуха и уменьшения толщины продукта.
Экспериментальные исследования показали, что снижать температуру воздуха в туннельных установках ниже —35°С и увеличивать скорость движения воздуха выше б—8 м/с неэкономично и нецелесообразно с точки зрения повышения скорости замораживания. Продолжительность одно- и двухфазного замораживания говяжьих и свиных полутуш, а также бараньих туш приведена в таблице 3.
Потери массы при однофазном замораживании в зависимости от категории упитанности 1,58—2, %, при двухфазном замораживании они увеличиваются на 30—40%. Органолептические показатели мяса, замороженного в парном состоянии, выше, чем замороженного после охлаждения.
Тушки птицы замораживают в воздухе при тех же, режимах, что и мясо животных; продолжительность процесса в зависимости от вида птицы, упитанности тушек и режимов замораживания 24—27 ч.
Замораживание в жидких кипящих средах. Основное требование при реализации этого способа замораживания — полная индифферентность хладагента и отсутствие каких бы то ни было реакций между ним и компонентами замораживаемых продуктов. В качестве хладагентов используют сжиженные азот, диоксид углерода и фреон. С помощью данного способа осуществляют охлаждение тушек птицы и упакованных кусков мяса. Сжатый газ после компрессора холодильной установки подается в конденсатор, а из него в жидком виде через специальный регулировочный клапан поступает в морозильную камеру, где орошает продукт. В последние годы получает распространение замораживание продуктов жидким фреоном, имеющим температуру —30ºС.
Данный способ отличается быстротой замораживания продукта, простотой регулирования продолжительности замораживания, возможностью включить установку в линию обработки с нормальной температурой рабочего помещения и отсутствием потерь при замораживании. К его недостатку можно отнести низкую экономичность процесса.
Разрабатывается способ замораживания продуктов с помощью жидкого азота, причем в настоящее время находит применение замораживание продукта путем опрыскивания азотом (рис.3). Продукты укладывают на ленту конвейера и сначала охлаждают холодным газообразным азотом, а затем опрыскивают жидким азотом. Продукты, имеющие начальную температуру 20—21 °С, замораживаются до —18 °С в течение 1—5 мин в зависимости от размеров. На замораживание 1 кг продуктов расходуется 1 —1,5 кг жидкого азота. Продукт, замороженный: в жидком азоте, имеет высокие качества, во время размораживания из него меньше вытекает мясного сока. Однако жидкий азот дорого стоит.
Замораживание в жидких некипящих средах. В качестве жидких охлаждающих сред используют водные растворы хлорида натрия или кальция определенной концентрации, а также смесь воды с пропиленгликолем при температуре не выше —20ºС. Для предохранения от воздействия растворов продукт герметично упаковывают в полимерные материалы, плотно прилетающие к поверхности. После замораживания растворы удаляют водой. Средняя продолжительность замораживания тушек птицы в растворе хлорида кальция при -26…30ºС составляет 20—30 мин. Быстрый теплоотвод позволяет получить высокое качество продукта [8].
Замораживание между металлическими плитами. Контактное взаимодействие продукта с низкотемпературной поверхностью обеспечивает сокращение процесса по сравнению с процессом замораживания в воздухе в 1,5—2,0 раза. Наиболее распространено замораживание мясных блоков между металлическими пластинами. Сформированные блоки направляют в плиточный морозильный: аппарат. Продолжительность замораживания блока бескостного мяса массой 25 кг при —35ºС до температуры в толще —8°С составляет 4—5 ч. Этот способ позволяет при быстром замораживании лучше сохранить исходные качества продукта и снизить потери массы.
Для замораживания мяса в блоках и птицы используют различные упаковочные материалы, в частности синтетические полимерные пленки с низкой газо- и паропроницаемостыо, устойчивые к действию хладагента и компонентов пищевых продуктов (воды а жира), обладающие необходимой механической прочностью в широком диапазоне температур. Для упаковывания продукта сложной формы применяют усадочные пленки, обеспечивающие плотное облегание продукта.
При замораживании вторых блюд используют алюминиевую фольгу в комбинации с полимерными материалами, из которой делают емкости различной формы. В настоящее время широко применяют картонные подложки, покрытые пластическим материалом, устойчивые к воздействию высоких и низких температур.
Мясо и мясопродукты хранят при —18 °С и относительной влажности воздуха 92—98 %. Продолжительность хранения мяса зависит от его вида, температуры и наличия упаковки.
Замороженное мясо, сортированное по видам и упитанности, хранят в плотносформированных штабелях на напольных решетках или в стоячных поддонах, которые устанавливают в 2—4 яруса с помощью электропогрузчика. Загрузка 1м грузового объема камеры замороженным мясом для говядины в четвертинах 400 кг, в полутушах — 300, для свинины в полутушах — 450, для баранины — 300 кг. Потери массы (усушка) при хранении мороженого мяса зависят от упитанности сырья, этажности и емкости холодильников, географической зоны и времени года; они составляют 0,05—0,3% за один месяц. Для снижения потерь мясо упаковывают в полиэтиленовые и другие материалы. В этом случае усушка сокращается в 5—8 раз. При температуре ниже —18ºС продолжительность хранения всех видов мяса увеличивается до 18—24 мес.
Замороженное мясо хранят в камерах, оборудованных, как правило, батареями непосредственного испарения аммиака. При продолжительном хранении вследствие высыхания поверхности мяса мышечная ткань вдавливается и консистенция мяса уплотняется.
Мясо и мясопродукты замораживают в помещениях камерного и туннельного типа, а также в морозильных аппаратах. Камеры оборудованы пристенными или потолочными батареями, в которых циркулирует хладагент. Серьезными недостатками камер являются большая продолжительность процесса, неравномерность замораживания и высокая усушка мяса. Интенсифицировать процесс можно в туннелях быстрого замораживания, где батареи охлаждения размещены между рядами подвесных путей. Скорость замораживания регулируется за счет принудительной циркуляции воздуха.
В НПО «Агрохолодпром» разработаны универсальные морозильные камеры для сверхбыстрого охлаждения или быстрого замораживаний парного мяса, в которых можно регулировать температуру от —10 до —35 °С. Между колоннами здания устроены четыре туннеля, вдоль каждого туннеля установлены пристенные батареи непосредственного испарения аммиака. Температура в туннеле —35ºС, скорость движения воздуха до 3 м/с; продолжительность замораживания мясных полутуш 14—16 ч.
В камерах туннельного типа можно реализовать непрерывный технологический процесс, осуществить его автоматизацию и программирование. Использование туннелей для замораживания свиных и говяжьих полутуш, а также бараньих туш позволяет уменьшить усушку мяса на 40—50%.
Блочное мясо, субпродукты, полуфабрикаты, готовые блюда, эндокринно-ферментное сырье можно замораживать в морозильных аппаратах. Продукты помещают на ленточный транспортер (рис. 4) тележки или на этажерки, движущиеся по рельсу. На установке быстрого замораживания можно замораживать пельмени, кнели, котлеты и другие полуфабрикаты.
В морозильном аппарате для замораживания штучных изделий ленточно-спирального типа (рис. 5) вокруг вращающегося цилиндра смонтирована спираль, по которой перемещается ленточный конвейер. Продукт с помощью загрузочного устройства попадает на ленту и перемещается по спирали вверх к разгрузочному устройству. Поток холодного воздуха направлен сверху вниз, перпендикулярно к ленте, т. е. движется противоточно по отношению к продукту, что обеспечивает повышение скорости замораживания и уменьшение усушки. Аппарат оборудован автоматическим устройством для мойки и сушки ленты.
Наряду с воздушными морозильными аппаратами используют плиточные аппараты, в которых замораживают мясо в блоках, субпродукты, фарши и эндокринно-ферментное сырье. Замороженные в этих аппаратах продукты имеют правильную форму, что облегчает их упаковывание и дает возможность эффективно использовать объем камер хранения. В плиточных аппаратах продукт размещают между подвижными морозильными плитами. В результате перемещения плит происходит подпрессовывание продукта, что обеспечивает хороший контакт с охлаждаемой поверхностью и способствует интенсификации теплообмена.