Существует всего четыре современных метода дефростации мясного сырья:
1. В специализированных камерах.
2. В массажерах-дефростерах.
3. В микроволновых установках.
4. В радиочастотных установках.
Чтобы дефростировать сырье необходимо передать ему тепловую энергию.
В способе нагрева заключается первое коренное отличие вышеуказанных методов. Первые два используют принцип поверхностного нагрева, при котором тепло подается к поверхности (извините за тавтологию) блока или куска и затем проникает внутрь за счет естественного теплообмена. Методы № 3 и 4 используют принцип объемного нагрева, когда тепловая энергия не подается извне, а выделяется внутри сырья за счет воздействия на него электромагнитных волн. Как мы увидим далее, объемный нагрев позволяет в десятки раз сократить время дефростации, но имеет свои специфические ограничения.
Второе различие между методами заключается в типах обрабатываемого сырья. Так, массажеры-дефростеры позволяют дефростировать блоки, отруба, IQF-продукты или тушки птиц. Практически все то же самое (кроме отрубов) можно дефростировать и в мв- или рч-установках, однако для них геометрическая форма продукта имеет гораздо большее значение. Чем правильнее форма продукта, тем более равномерную температуру мы получим по всему объему блока или куска. Для массажера-дефростера это абсолютно не принципиально. Камеры позволяют дефростировать практически любое сырье, в том числе такое деликатное, как говяжья печень. Камеру можно приспособить и для блоков, и для полутуш (хотя в первом случае понадобятся подвесы, а во втором – тележки или стеллажи). В этой универсальности заключается основной плюс камер, т.к. по другим показателям (процент потерь, время, экономичность) они уступают другим методам по большинству продуктов. Подчеркнем – есть виды сырья, которые можно дефростировать только в камерах.
Третье принципиальное различие – температура сырья на выходе. Здесь камеры и массажеры выступают единым фронтом против методов объемной дефростации. Методы №1 и №2 позволяют получить температуры выше ноля градусов, т.е. положительные. Микроволновые и радиочастотные установки применяются для нагрева сырья только до отрицательных температур. В редких случаях можно подойти близко к нолю, но это не гарантируется. Это и является специфической особенностью объемной дефростации. Не будь такой особенности и микроволновые дефростеры в кратчайшие сроки заняли бы 80-90% рынка, ибо (различие №4!) скорость объемной дефростации фантастична. Если блок говядины 25 кг томиться в камере 14-16 часов, в массажере-дефростере – 12 часов, то в микроволновой установке он даже не успевает познакомиться с соседями – 0,1 часа и готово! Т.е нагрев от минус 18°С до -2°..-4°С происходит за считанные минуты! Очень быстро, но такое сырье не может быть подвергнуто жиловке, инъектированию, массированию… Если же мы оставим такое сырье «доходить», то пройдут часы, прежде, чем его температура перевалит за ноль. Поэтому, как правило, сырье после мв-установки отправляется в волчок или куттер.
Еще одно различие – процент потерь мясного сока при дефростации. Здесь безусловный лидер – массажеры-дефростеры. Большинство из доступных для них продуктов дефростируются или совсем без потерь или с потерями не выше 1%. Для хорошей камеры это показатель составляет около 2, а чаще 3%. Конечно, в рекламных проспектах производителей микроволновых и радиочастотных дефростеров гордо написано – нет потерь! И это правда. Но будем честны – какие потери могут быть при температуре сырья не выше –2°С?
Итак, мы видим – не все дефростеры одинаковы.Сейчас же кратко охарактеризуем оборудование для каждого метода.
Камеры.
Все камеры устроены по одному принципу. Сырье разложено на стеллажах, поддонах, тележках или развешено на подвесах. В этом первый минус камер, т.к. раскладка и развешивание сырье перед дефростацией, а также обратной процесс по окончании оной достаточно трудоемок и практически не поддается механизации. Камеры оснащаются климатическими установками, которые создают и поддерживают внутри определенную температуру, влажность и скорость воздуха. Собственно от конструктивных решений климатической установки каждого производителя и зависит эффективность камеры дефростации. Камеры могут быть модульными (типа термокамер, только с другой задачей) или стационарными. Во втором случае климатическая установка встраивается в имеющееся у заказчика помещения с определенными доработками последнего – влагоизоляция и термоизоляция стен и потолков, устройство сливов для конденсата и т.д. Устройство стационарной камеры в имеющемся помещении требует индивидуального просчета теплопотоков, проектирования климатической установки и при заказе такой камеры у действительно высококлассного производителя она обойдется довольно дорого.
В качестве теплоносителя в камерах используется циркулирующий подогретый воздух, пар или смесь пара с «атомизированной» водой. В случае использования подогретого воздуха в камере также распыляется вода, чтобы поддерживать необходимую влажность и предотвратить подсыхание продукта. В целом наиболее эффективным является использование смеси пара с водой, однако в любом случае эксплуатационные расходы камер достаточно велики, т.к. только часть энергии теплоносителя «усваивается» сырьем. На выставке IFFA был представлен оригинальный способ дефростации в камерах, который, по мнению разработчиков, позволяет максимально сохранить органолептические свойства мяса. Заключается он в том, что на поверхность сырья распыляется холодная вода. Эта вода превращается в тонкий слой льда, при этом сырье «отдает» часть холода на образование льда. Затем сырье кратковременно обдается паро-воздушной смесью и лед тает. Затем цикл повторяется. По замыслу авторов такая технология не позволяет поверхности сырья сильно нагреваться, соответственно, сохраняется качество мяса и снижаются потери. Однако, даже если такой способ и будет работать (что теоретически возможно), то продолжительность процесса явно сильно увеличится, хотя разработчики технологии уверены в обратном.
К плюсам камер можно отнести универсальность по сырью (о чем мы говорили выше), возможность одновременно загружать два или более видов продукта (хотя и с некоторым снижением качества процесса), снижение потерь по сравнению с традиционной дефростацией. Кроме того, камеры позволяют дефростировать 2-3 вида сырья одновременно. Конечно, это требует некоторых дополнительных манипуляций, т.к. возможно часть сырья придется доставать раньше, а часть позже.
Минусы камер – требуется значительная площадь для их размещения, достаточно высоки эксплуатационные расходы, большие трудозатраты при загрузке/выгрузке.
Массажеры-дефростеры.
Выпускаются трех типов – с прямым впрыском пара, с рубашкой нагрева и комбинированные (впрыск+рубашка). Массажеры с рубашкой нагрева появились первыми, но их эффективность не велика, а качество готового продукта оставляет желать лучшего. Это связано с тем, что в таких машинах сырье нагревается за счет контакта со стенками (и иногда еще с лопастью) барабана. Понятно, что площадь соприкосновения замороженных блоков с круглыми стенками не так уж велика. Как следствие, приходится чаще вращать барабан для перемешивания, что приводит к нарушению структуры мышечной ткани, поэтому такие машины не получили большого распространения.
Созданная позднее технология прямого впрыска пара под контролируемым вакуумом оказалась значительно более эффективной. Во-первых, машины стали проще и дешевле. Во-вторых, время дефростации существенно сократилось. Но, самое главное, качество сырья на выходе позволяло использовать его как для приготовления колбасных фаршей, так и для производства деликатесов.
KONICA MINOLTA DIGITAL CAMERA
Такие машины получили широкое распространение в мире, в том числе и в Украине. Основные их преимущества перед камерами дефростации:
— процесс дефростации в 1,5 раза короче;
— занимаемая площадь также значительно меньше, а эксплуатационные расходы ниже в несколько раз.
— в большинстве случаев потери веса отсутствуют, в других – не превышают 1%. Именно это обстоятельство позволяет быстро окупить расходы на приобретение такой машины и сделать ее источником дополнительного дохода предприятия.
В массажере-дефростере с прямым впрыском пара может быть обработан широкий ассортимент сырья, включая такое достаточно деликатное, как шейка, карбонат, грудка курицы и т.п.
Готовая (размороженная) грудинка
Особая технология используется производителями мясных консервов. Блоки предварительно измельчаются на блокорезке до необходимого размера куска. Затем сырье подается в массажер-дефростер, где за 3..3,5 часа доводится до плюсовой температуры (из-за маленького размера кусочков процесс идет очень быстро). При этом масса сырья увеличивается на 3..4 % от исходной за счет воды, поступившей в виде пара. Замечу, что при стерилизации эта влага не отделяется. После окончания процесса прямо в барабан массажера подаются остальные ингредиенты (специи, лавровый лист, добавки и т.д.). После перемешивания (около 20-30 минут) сырье сразу поступает на дозирование в банки. Процесс от момента, когда замороженные блоки достали из холодильной камеры и до момента попадания сырья в банки занимает всего около 5 часов. Не забываем про «лишние» 3..4% веса! Таким образом, эта технология приносит ощутимую выгоду консервным заводам и получила достаточно широкое распространение в нашей стране.
Тримминг до дефростации
К достоинству массажера-дефростера можно отнести и то обстоятельство, что такое оборудование является универсальным. Машина может как дефростировать, так и массировать сырье. Следовательно, она никогда не будет лишней на предприятии, даже если наступит момент, когда отечественный производитель завалит заводы охлажденкой и замороженное сырье уйдет в прошлое.
Тримминг после дефростации
Минусов у такого метода гораздо меньше, чем плюсов, но они есть. Во-первых, не все виды сырья мы можем дефростировать в массажере. Во-вторых, нельзя одновременно дефростировать сырье, сильно различающееся по своим параметрам: костное и бескостное, говядину и свинину, блоки или куски сильно отличающиеся размерами и т.д. Допускается совместная дефростация однотипного сырья, однако при выгрузке придется разбирать его по видам вручную, т.к. все перемешается. Еще один нюанс связан с качеством пара. Для корректной работы программы пар должен быть сухим. Если получить такой из заводской сети не возможно, то потребуется установка циклонов и конденсатоотводчиков, а в особо «тяжелых» случаях – приобретение автономного парогенератора.
Машины с двойной рубашкой и прямым впрыском пара не так широко распространены. Они дороже, технически более сложны и занимают больше места. Использование рубашки для нагрева в сочетании с прямым впрыском ускоряет процесс не более, чем на 5..10% относительно чистого впрыска. Но в некоторых случаях использование таких машин целесообразно. Во-первых, массажер с рубашкой может быть использован в помещении с любым температурным режимом (но выше ноля градусов, конечно). Во-вторых, он может быть использован как массажер с охлаждением. Можно еще сказать о снижении количества конденсата в барабане, но это снижение также лежит в пределах не более 10%. С учетом того, что на 1 тонну сырья в барабан поступает не более 90 л воды в виде пара, это снижение не играет особой роли. 90 литров или 81 литр, разница не большая. Впрочем, настраивая программы, можно добиться и более значительных результатов, но за счет увеличения времени. Таким образом, машина с рубашкой охлаждения/нагрева и прямым впрыском пара является немного более гибкой. Но в 90% случаев такой гибкости не требуется.
Микроволновые и радиочастотные установки.
Выпускаются двух типов – камерные и тоннельные. Камерные установки являются машинами циклического действия и рассчитаны на единовременную загрузку от 1 до 5 блоков. Тоннели имеют непрерывный принцип действия, сырья загружается на конвейер, который безостановочно проходит через рабочую зону и подает готовый продукт на выгрузку. Тоннели имею значительно большую мощность излучения, чем камерные машины и их производительность также в разы больше.
С физической точки зрения основное отличие МВ-установок от РЧ-установок заключается в способе генерирования волны и ее частоте. Микроволны излучаются магнетроном (по сути, мощной радиолампой) и по волноводам передаются в рабочую зону. Воздействуя на молекулы воды в продукте микроволны заставляют их вращаться с огромной скоростью, что приводит к выделению тепла.
Микроволновые дефростеры
При РЧ-дефростации сырье помещается в электромагнитное поле с переменной напряженностью. При наложении переменного поля на диэлектрик в нем появляется ток смещения, вызванный поляризацией, и ток проводимости, обусловленный наличием в диэлектрике заряженных частиц. Протекание суммарного тока и приводит к выделению теплоты.
Рассмотрим сначала различия данных методов.
1) Используются совершенно разные рабочие частоты – 915 МГц (для МВ) и 27 МГц (для РЧ). Эти волны имеют различную длину – около 33 см для 915 МГц и примерно 11 м для 27 МГц.
Проникающая способность волн прямо пропорциональна длине волны. Поэтому 11-метровые волны, конечно, могут пронизать гораздо большую толщину, чем 33-сантиметровые. Однако, мясо редко бывает в блоках большой толщины (более 20 см), так что это преимущество не так принципиально.
2) РЧ-установки создают более равномерное поле и, соответственно, на них легче получать однородную температуру по всему объему. Это позволяет получать на выходе немного более высокую температуру, чем при МВ-методе (до -1?С и даже, в некоторых случаях, около 0?С). Однако, РЧ-установки гораздо чувствительнее к неровной поверхности блока, пустотам, нарушению геометрии блока. Получить желаемый результат на «не идеальном» блоке очень сложно.
3) Передаваемая продукту энергия при 27 МГц значительно ниже, чем при 915 МГц. Это сильно удлиняет процесс (т.к. продукт должен находиться в рабочей зоне значительно больше времени). Так время обработки блока говядины составит 5-6 минут в МВ-дефростере и около 30 минут в РЧ-дефростере. Таким образом, при сравнимой электрической мощности производительность РЧ-дефростеров ниже в разы.
4) Прямым следствием пункта 3 является то обстоятельство, что при для достижения одинаковой производительности необходима РЧ-установка более мощная (и более дорогая), чем МВ-установка.
5) РЧ-излучение более избирательно, т.е. оно не одинаково действует на компоненты продукта, имеющие различные химические и физические свойства. Это связано с тем, что каждый материал имеет свой коэффициент диэлектрических потерь. Для высоких частот (МВ-излучение) разница коэффициентов потерь для различных материалов значительно ниже. Таким образом, процесс дефростации МВ-методом менее чувствителен к неоднородности продукта (например, к содержанию мышечной или костной ткани и т.д.).
6) Существует мнение, что количество поглощаемой энергии на 1 кг продукта в МВ-установке зависит от количества продукта в рабочей зоне, а в РЧ-установке оно всегда одинаково. Из этого следует вывод, что риск перегрева продукта в МВ-установках значительно выше, и также есть риск выхода установки из строя. Это мнение справедливо только частично. Действительно, поскольку нагрев продукта в РЧ-установке происходит за счет наведенных токов в самом сырье, то оно «генерирует» всегда примерно одинаковое количество энергии на 1 кг веса. Правда и то, что в МВ-установках магнетрон излучает с такой мощностью, которую задал пользователь, независимо от количества или вообще наличия продукта в рабочей зоне. Однако, количество поглощаемой продуктом энергии не бесконечно и в случае, если продукта мало, значительная часть энергии отражается и рассеивается в объеме камеры. Если бы МВ-установки не имели функции контроля отраженной энергии — это могло бы привести к возникновению разрядов внутри камеры и другим неблагоприятным последствиям. Однако МВ-установки при превышении определенного уровня отраженной энергии отключают магнетрон.
Следует учесть, что хотя отсутствие продукта в рабочей зоне МВ-установок и не приводит к катастрофическим последствиям, это все-таки не желательно, т.к. частое повторение таких ситуаций ведет к преждевременному износу магнетрона.
7) Технически РЧ-установки несколько проще, т.к. в них отсутствует блок магнетронов и связанной с ним электроники, а также нет необходимости в чиллере. Однако, следует учитывать, что оба типа установок являются высокотехнологичным оборудованием и требуют квалифицированного обслуживания.
Общими положительными моментами для МВ и РЧ установок являются:
— высокая скорость процесса, не достижимая другими методами;
— минимальная занимаемая площадь (с учетом производительности);
— отсутствие потерь веса сырья в процессе дефростации;
— микробиологическая безопасность процесса;
— снижение эксплуатационных затрат (в том человеческого труда);
— ритмичность поступления дефростированного сырья в дальнейший технологический процесс;
И как бонус – возможность оперативно оценить качество сырья, поступающего от поставщиков.
Без учета цены и стоимости эксплуатации РЧ-установки являются более предпочтительными в случае необходимости получать температуры в районе -1°С. В то же время, если брать соотношение цены, стоимости эксплуатации и производительности, эффективность МВ-установок примерно в 2,25 раза выше, чем РЧ-установок. При этом реально разница в температуре на выходе составляет 1°С, максимум 2°С.
С учетом всего вышесказанного уже не вызывает удивления тот факт, что на мясоперерабатывающих предприятиях всего мира соотношение микроволновых и радиочастотных дефростеров составляет 90% к 10%.
Основным недостатком или, скорее, основным специфическим отличием мв-и рч-методов является невозможность достичь ноля градусов или положительных температур. Это ограничивает их сферу применения, хотя и не делает ее очень узкой. К примеру, при производстве колбас микроволновая дефростация дает возможность равномерно (т.к. процесс занимает минуты, а не часы) подавать на измельчение сырье в обычный волчок или куттер. При этом снижается потребность в использовании льда при куттеровании, т.к. сырье имеет слегка отрицательную температуру.
Что же на обратной стороне медали? МВ- и РЧ-установки имеют высокую полную мощность. Например, микроволновый тоннель на 75 КВт имеет полную мощность 100 KVA. Конечно, если пересчитать киловатты на количество обработанного продукты, то затраты, ложащиеся на себестоимость продукта крайне невелики. Это надо учитывать предприятиям, имеющим лимиты по электроэнергии.
Кроме того, мв- и рч-дефростеры являются высокотехнологичным оборудованием и требуют квалифицированного технического обслуживания, а также определенного уровня качества электрической сети.
Ну и цена такого оборудования достаточно высока, хотя с учетом опять же производительности не запредельна.
Выбор того или иного метода дефростации зависит от потребностей и возможностей конкретного предприятия. В идеале, конечно, хорошо иметь хотя бы два из трехтипов оборудования, а лучше – все три. Если такой возможности нет, то надо исходить из реальных потребностей. Конечно, камерная дефростация выручит практически в любом случае. Но если ваше основное сырье блоки и IQF-продукты, то использование массажера-дефростера сильно упростит процесс и даст значительный экономический эффект. Если же ваша задача – дефростировать большие или очень большие объемы сырья и при этом нет необходимости в плюсовой температуре, то ваш выбор – микроволновая дефростация. В конце концов можно и совмещать различные методы! Например, довели блоки говядины до -4°С в мв-дефростере за 5 минут, а затем полностью дефростировали в массажере или камере, но уже не за 12-16 часов, а за 2-3 часа.
Эффект налицо.