Холодильники с регулируемой газовой средой

 

Установки искусственного охлаждения позволяют поддерживатьнизкую температуру в камерах холодильника в течениевсего периода хранения независимо от погодных условий.

Это способствует продлению сроков хранения, сокращениюпотерь, но, помимо температурного фактора, на лежкость продукции значительно влияет газовый состав среды,в которой находятся плоды и овощи. Первые исследованияпо хранению плодов в измененном составе газовой средыбыли проведены русскими учеными Я- Я. Никитинскими Ф. в. Церевитиновым в 1913 году. Они установили, чтонаилучшая сохраняемость продукции достигается при оптимальномсочетании температуры, влажности и составагазовой среды.

Технология хранения в измененной по сравнению с нормальнойатмосферой газовой среде отличается сложностьюи сравнительно высокими (350—400 руб/т) затратами, поэтомуприменяют ее главным образом для хранения яблоквысокоценных сортов, груш, цитрусовых плодов, винограда.

Несмотря на значительные затраты, хранение винограда вданных условиях дает 300—500 руб/т прибыли в результатеснижения потерь и реализации его весной по более высокимценам. Этот способ называют хранением в регулируемой (измененной,контролируемой) атмосфере (газовой среде, сокращенноРГС) и широко применяют во многих странах.

Построены и эксплуатируются хранилища с вместимостью 500—1000 т. Разработаны проекты плодохранилищвместимостью 3000 и 5000 т, 20 % объема которыхпредназначено для хранения в РГС. Оборудование холодильникас РГС не отличается от обычного.

Одна из важных особенностей холодильников с РГС —необходимость герметичной газоизоляции камер. Если этоусловие не выполняется, то создать и поддерживать определенныйсостав газовой среды на постоянном уровне невозможно. Для герметизации камер используют различные приемыи материалы. Распространенный способ — монтаж изнутрикамеры сплошного (стены, пол, потолок) металлическогопокрытия, сваренного из стальных оцинкованныхлистов толщиной 1—1,5 мм. Для защиты металла от коррозииконструкцию с обеих сторон покрывают слоембитума.

Данный способ надежен, но дорог. Поэтому испытываюти применяют другие системы и материалы. Так, используютпанели на основе полиуретанового утеплителя, облицованногогофрированным алюминием. Снаружи панелипокрывают листом полиэфирного стеклопластика с нанесеннымна него слоем синтетического желатина, что обеспечиваетполную газонепроницаемость и отсутствие конденсатавлаги. Во Франции созданы панели из пористого пластика(пенополистирола). К ним с внешней стороны путем горячегопрессования приклеивают гофрированный алюминийтолщиной 80 мкм, защищенный снаружи слоем антикоррозийного лака. После монтажа панелей стыки промазываютгазонепроницаемой мастикой.

Очень важно герметизировать дверной проем камеры.Периметр его и двери обрезинивают, при закрывании половинкидвери плотно соединяют при помощи винтовыхили рычажных приспособлений. В основном полотне дверипредусмотрено смотровое окно, через которое визуальноконтролируют состояние хранящейся продукции, не вскрываякамеры. Наиболее распространены двери, открываемыедвижением в сторону. Надежность герметизации камер проверяют следующимиспособами. В камерах отключают холодильную установкуи при помощи насосов создают либо избыточное (200—250Па), либо недостаточное (100 Па) давление. В течение20—30 мин оно не должно быть ниже определенного предела.

При другом способе концентрацию СОг в камере доводят до 5 %, затем проверяют снижение этой величины, ежедневноанализируя пробы газовой среды, взятые из камеры.

Снижение количества СОа не должно превышать 0,15 % всутки.Простейший метод обнаружения нарушения герметичности— смачивание мыльным раствором проверяемыхучастков ограждения. В местах утечки газовой смеси происходитего вспенивание. Можно также использовать дымноепламя, помещая его внутри камеры. Нарушение герметичностиопределяют по видимому выходу дыма или по егозапаху снаружи ограждения. Эти способы просты, но недостаточно чувствительны ис их помощью можно обнаружить лишь грубые дефектыгерметичности камер. Более надежен следующий способ.

В камеру под слабым давлением вводят небольшое количествофреона. Места утечки устанавливают снаружи специальныминдикатором этого газа — галоидной лампой.

В камерах, предназначенных для хранения плодов иовощей в РГС, при быстром охлаждении могут возникатьнастолько большие перепады давления снаружи и изнутри,что возникает опасность нарушения герметичности. Чтобыизбежать этого, в каждой камере устанавливают клапан,выравнивающий давление. Наиболее распространен водянойклапан. Он представляет собой трубку, вмонтированнуюв стену камеры. Внутренний ее конец сообщается спространством камеры, противоположный выводят наружу,загибают вниз и погружают в сосуд с водой. Такое устройствопредотвращает нарушение герметичности огражденония, так как в любом случае перепад давления внутри иснаружи камеры невелик.

При хранении плодов и овощей применяют три группыРГС:нормальные - - сумма концентраций Оз и СО2 равна21 %, как и в обычной атмосфере (однако по сравнению своздухом соотношение между этими газами изменено впользу СО2); чаще используют газовые смеси с содержанием5—10 % СО2 и 11—16 % О2, остальные 79 % приходятсяна N2;субнормальные — сумма концентраций О2 и СО2 менее21 %; для яблок многих сортов наиболее подходящейоказалась атмосфера с содержанием 5 % СО2 и 3 % О2(остающийся объем занимает N2); соотношение газов уточняютприменительно к каждому виду продукции, сорту ирайону выращивания; атмосферы, полностью освобожденные 0ТСО2, с пониженнымсодержанием О2 (2—3 %); этот тип РГС представляетсобой N2 с наименьшим содержанием О2, необходимым дляподдержания нормального дыхательного обмена плодов иовощей минимальной интенсивности.

В камерах с РГС температуру поддерживают более высокой,чем в обычном холодильнике (3—5 °С). Они представляютсобой изолированные холодильные камеры, оборудованныеаппаратурой для регулирования атмосферы,поддержания высокой влажности и циркуляции среды,обеспечивающей одинаковые выравненные параметры вовсех зонах. В таких сооружениях продукция сохраняетсяпредельные сроки и поступает на реализацию после того,как основная масса ее из обычных холодильников израсходована.

Кроме того, качество продукции (вкус, аромат),сохраненной в холодильниках с РГС, несколько выше, апотери меньше. Методы создания РГС подразделяют на:пассивные, когда используется дыхание самих объектовхранения для изменения состава атмосферы в закрытыхемкостях или камерах;активные, при которых в закрытые емкости или камерыподают газовую смесь определенного состава, подготовленнуюпри помощи специальных агрегатов и установок.

В первом случае необходимый состав атмосферы создаетсяне сразу, а через 0,5—1 мес после начала хранения, взависимости от интенсивности дыхания плодов и овощей.

Данная группа методов относительно проста, не требуетспециального оборудования, но срок хранения продлеваетсянезначительно. Во втором случае нужный состав атмосферыможно создать сразу или через несколько дней после началахранения, но при этом используют сложную и дорогуюаппаратуру.

Наиболее простой способ создания РГС — герметичнаяупаковка плодов и овощей в полиэтиленовую пленку. Внутритаких упаковок в результате дыхания продукции создаетсяповышенная концентрация СО2 и пониженнаяО2. Однако полимерные пленки следует применять лишьдля продукции, устойчивой к повышенному содержаниюСО2. Из яблок, выращиваемых в нашей стране, это сортаПепин шафранный, Ренет шампанский. Ренет Симиренко,Бойкен, Апорт алма-атинский, Ренет Бурхардта. Онивыдерживают концентрацию СО2 на уровне 5—6 %. СортаАнтоновка обыкновенная. Розмарин белый неустойчивык повышенному содержанию СО2, не рекомендуются кхранению в упакованном виде. Помимо сортовых особенностей,на устойчивость плодов к повышенному количествуСО2 влияют их физиологическое состояние и степеньзрелости к моменту уборки.

Проницаемость пленочных полимерных материалов зависитот их толщины. При толщине полиэтиленовой пленки30—60 мкм в пакетах вместимостью 3—5 кг создаетсяатмосфера, благоприятная для длительного хранения. Приэтой толщине пленки в упаковках обычно накапливаетсяне более 4—5 % СО2. Такая концентрация допустима дляустойчивых видов и сортов плодов и овощей. Кроме того,в таких упаковках почти полностью исключаются потериот испарения влаги из объектов хранения.

Полиэтиленовая пленка большей толщины (например,100—200 мкм) почти непроницаема для газов, и при герметичнойупаковке продукции постепенно создается атмосферас настолько высоким содержанием СО2, что нарушаютсядыхательный газообмен и обмен веществ. При этом возникаютфизиологические расстройства и результат храненияоказывается неудовлетворительным. Поэтому, чтобы создатьвнутри упаковки из полимерной пленки большой толщинынеобходимый состав атмосс^ры, необходима перфорация(отверстия в пленке для сообщения о внешней средой).

При этом важную роль играет правильное расположение отверстий:чем ниже они расположены, тем интенсивнеегазообмен между атмосферой внутри упаковки и наружнымвоздухом. Указанная закономерность относится в первуюочередь к СО2, который тяжелее воздуха.

Газообмен между герметично упакованными в полимерныепленки плодами и овощами и внешней средой зависитот поверхности упаковки, приходящейся на единицу массыпродукции. Чем меньше экземпляров приходится на единицуповерхности пленки, тем полнее газообмен с внешнейсредой. Поэтому упаковка единичных экземпляров плодови овощей наиболее приемлема для оптимального газообмена.

Модификация такого рода упаковки — нанесение восковыхили гидрофобных покрытий на каждый экземплярпродукции. Они служат дополнительной по отношению кестественным покровным тканям мембраной, препятствующейиспарению влаги и газообмену с внутренними тканямиплодов и овощей. Во внутренних зонах экземпляровпродукции состав атмосферы изменяется — повышаетсяконцентрация СО2 и понижается О2. Это снижает интенсивностьдыхания и процессов обмена веществ и повышаетсохраняемость продукции. Применяют и тонкую полиэтиленовую пленку (20—30 мкм) для упаковки штучных экземпляров, обычно 5—10 шт. Рукав пленки, герметизированный термосвариваниемс одного торца, заполняют продукцией и герметизируютс другого торца либо термосвариванием, либозажимом. После этого в результате дыхания продукции вупаковке создается разрежение и каждый экземпляр обтягиваетсяпленкой, т. е. она как бы прилипает к их поверхности.

Еще больший эффект получается при одновременном откачиваниииз упаковки воздуха. Такая технология применимак продукции, которая обладает достаточной механическойпрочностью (яблоки, груши, огурцы, морковь,редис).

Положительное действие вакуумирования объясняетсясозданием газовой среды, близкой к рекомендуемой дляхранения плодов и овощей в РГС. Так как в нормальнойатмосфере содержится 21 % О2, при вакуумировании наV2 атмосферы в упаковке создается около 10 % О2, V4 атмосферы— 5, Vs атмосферы — 4 % О2. Таким образом достигаетсясодержание О2, благоприятное для хранения плодови овощей. Концентрация СО2 при вакуумировании исчезающемала. При столь малом количестве О2 в герметичнойупаковке дыхание объектов хранения и, следовательно,накопление СО2 предельно подавлено. Однако, чтобы накоп-•^енне этого газа не превысило пределы, опасные для возннк. Ювения физиологических расстройств и связанных с этимготемнений тканей, толщина пленки не должна превышать50^60 мкм.

В жесткой таре (ящики, контейнеры) применяют вкладышииз полиэтиленовой пленки, открытые сверху, т. е.сообщающиеся вверху с наружной атмосферой. При хранениияблок, корнеплодов, огурцов, зеленных овощейполиэтиленовой пленкой выстилают ящики. Верхнюю частьлибо оставляют открытой, либо закрывают свободными концамипленки внахлест. Эта технология позволяет создать более оптимальныеусловия для хранения основных видов плодов и овощей.

В таких емкостях быстро образуется и удерживается напостоянном уровне высокая влажность среды, близкая кполному насыщению даже при интенсивной вентиляциихранилищ. При этом, если в хранилище поддерживаютпостоянную температуру, то конденсата влаги в упаковкене наблюдается. В этих упаковках создается атмосфера,несколько обогащенная СО2 и обедненная Og. В нижнейчасти концентрация СО2, который тяжелее воздуха, равна1—3 %, в верхней состав газовой среды близок к нормальнойатмосфере. Кроме того, упаковка из полиэтиленовойпленки защищает продукцию от механических поврежденийи ограничивает перенос спор фитопатогенных микроорганизмовиз одной единицы упаковки в другую. Вследствиеэтого существенно сокращаются потери массы иотходы из-за фитопатогенной порчи. Герметичные полиэтиленовые упаковки имеют недостаток;если толщина пленки велика (более 100 мкм), то возникаетопасность накопления повышенных концентраций СО2и недопустимого снижения содержания О2. Чтобы повыситьпроницаемость таких упаковок для СО2 и О2, в одной избоковых стенок часть пленки заменяют ≪окном≫ из силиконовойрезины. Проницаемость этого материала для СО2,О2 и N2 при обычном давлении и температуре 15 °С соответственнов 200, 140 и 220 раз выше, чем полиэтиленатолщиной 50 мкм.

В упаковках с силиконовой вставкой (газообменником)накапливающийся СО2 быстрее диффундирует наружу, апотребляемый на дыхание О2 — внутрь емкости. Подбираяразмер силиконовых мембран, в герметичных упаковкахсоздают и поддерживают оптимальный состав газовой средыв течение всего периода хранения. Плоды И ОВОЩИ Хранят вкрупногабаритных полиэтиленовыхконтейнерах с вклееннымсиликоновым газообменником вместимостью600—800 кг. Контейнер изготавливаютиз полиэтиленовойпленки толщиной 150—200мкм, площадь газообменника — из расчета 0,6 м^ на 1 – тплодов. Размеры основания контейнера равны размерамстандартного поддона. Внутрь контейнера (при спущенныхбоковых стенках) устанавливают еще один поддон и на негоящики с плодами, чаще всего яблоками. Затем боковыестенки поднимают и горловину получившегося полиэтиленовогомешка-контейнера затягивают резиновым жгутом.

Недостаток указанных контейнеров заключается в том,что жесткую тару помещают внутрь, а это не защищаетполиэтилен от механических повреждений снаружи. Крометого, сама тара может повредить контейнер изнутри.

Более удобен в эксплуатации полиэтиленовый контейнер ссиликоновой мембраной, вставляемый в жесткий каркастипового контейнера, защищающий полиэтилен от механическихповреждений. Кроме того, все погрузочно-разгрузочныеоперации выполняют так же, как с типовым контейнером.

Когда мембрану из силиконовой резины вклеивают вбоковую стенку этого контейнера, состав атмосферы в разныхего зонах (вблизи и вдали от мембраны) различен, изсрединной зоны таких крупных упаковок затруднен отводтепла. В ТСХА разработано устройство, названное тепло-газообмен ни ком. В нем мембрана из селективно-проницае мой пленки заключена в лопастный перфорированный корпусиз листового полистирола. В процессе загрузки контейнератакое устройство устанавливают вертикально посередине,внизу и вверху теплогазообменника пленку за т я гиваютжгутами так, чтобы отверстия его сообщались с а т мосферой хранилища. При помощи такого тепло-газообменника отводятся теплоп СОг, поступает О2, в результатев насыпи хранящейсяпродукции создаются одинаковыеусловия и потери составляютлишь 3—4 %.

Недостаток герметичныхполиэтиленовых упаковок заключаетсяв конденсации внутриконтейнеров паров воды,если их заполняют продукцией в теплом помещении, а затемпереносят в холодильник. Чтобы избежать конденсации,необходимо плоды или овощи охладить, а затемупаковать. В герметичных камерах стационарных хранилищ наиболеепросто создать РГС также за счет дыхания объектов хранения.

Для более быстрого достижения оптимального содержанияСО2 применяют кристаллизированную углекислоту(сухой лед) из расчета 0,1 кг на 1 т продукции.

При хранении в герметичных камерах постепенно накапливаетсяповышенное количество СО2, вредно действующеена качество продукции. Для устранения излишков СО2используют поглотители — скрубберы (аппараты очистки).

Последние различают по конструкции и используемому поглощающемувеществу. Наиболее распространены вещества, которые в процессе работы регенерируют (восстанавливают способность поглощать СО2),— поташ (углекислыйкалий), активированный древесный уголь и этаноламинПоташ и уголь регенерируют, пропуская через них наружный воздух, этаноламин — нагревая до температуры100—105 °С.

Скруббер, работающий на поташе или активированномугле, состоит из двух адсорберов, заполненных поглотителем.

Поташ применяют в виде водного раствора (138 кг на1 м^ воды), уголь — в виде гранул диаметром 1—6 мм. Угольперед использованием обрабатывают, удаляя из пор смолистыевещества и увеличивая адсорбционную поверхность.

Атмосферу, забираемую вентилятором из камерыхранения, пропускают через первый адсорбер, очищают отизлишка СО2 и возвращают в камеру. После снижения поглотительнойспособности первого адсорбера подачу атмоС(|)еры автоматически переключают на второй. Первыйпри этом регенерируют отСОа, продувая наружный воздух.

В скрубберах, работающих на этаноламине, атмосферуиз камеры хранения прогоняют через поглотительную колоннуснизу вверх. Навстречу ей разбрызгивают раствор этаноламина, циркулирующий по замкнутому кругу. Атмосфера,отдав излишек СО2, через фильтр возвращается в к а меру,а этаноламин стекает в сборный резервуар скруббераи поступает в специальную емкость, где его регенерируютпутем нагревания. Восстановленный рабочий раствор подаютв охладитель, а затем снова в поглотительнуюколонну. Для поглощения этилена и других летучих веществ,выделяемых плодами и вызывающих ускорение их созреванияи поражение побурением кожицы (загаром), в скрубберахпредусмотрена ячейка с активированным углем,обработанным бромом.

В процессе хранения О2 расходуется продукцией на дыхание,поэтому в герметичные камеры периодически подаютнаружный воздух для повышения в РГС содержания О*до необходимого уровня.

Для создания РГС в герметичных камерах хранилищиспользуют силиконовый газообменник. Его действие аналогичносиликоновой мембране в полиэтиленовых контейнерах.

Размер газообменника зависит от вида продукции,интенсивности ее дыхания и вместимости камеры. Он долженподдерживать концентрацию СО2 и О2 на оптимальныхуровнях.

При активных методах создания РГС используют специальныегазогенераторы УРГС-2Б, действующие по принципусжигания пропана или других горючих газов в смесис воздухом. Пропан горит в присутствии специальныхкатализаторов без пламени, в результате сжиганиягаза О2 воздуха в основном расходуется в процессе горенияи образуется смесь, состоящая из N2, СО2, небольшого количестваО2 и паров воды. Эту смесь в специальных установкахосвобождают от ненужных примесей, излишнегоколичества СО2 и охлаждают. В результате получается атмосферанужного состава, которую подают в камеры.

При использовании газогенераторов заданный состав РГС(СО2—5%, О2—3, N2—92 %) в камере вместимостью 100 тустанавливается за 10—12 ч, а при пассивном методе —лишь за 15—20 сут. Один генератор обеспечивает хранениев РГС около 1 тыс. т плодов или 1,3 тыс. т овощей. Экономическаяэффективность при хранении 1 тыс. т яблок в этомслучае составляет около 90 тыс. руб. в год.

В РГС с малой интенсивностью продолжается дыханиеплодов и овощей. Поэтому камеры хранения оборудуют нетолько газогенераторами, но и скрубберами для удаленияпостепенно создающегося небольшого избытка COg. В камерахс РГС должны быть приборы постоянного контролясостава атмосферы, температуры и влажности среды.

В камерах небольшой вместимости РГС создают, подаваяготовую смесь газов. Сжатые СОг, Ог и Ng, поставляемыепромышленностью в стальных баллонах, смешивают впустом баллоне в такой пропорции, чтобы получилась требуемаяатмосфера, например (%): СОг — 3, Оа—3, Ng—94.

Полученную смесь газов периодически подают в камерыс продукцией в течение всего периода хранения.

Перспективный способ создания РГС —- подача в камерусжатого технического азота, содержащего в виде примеси1—2 % Оа. Заполняя камеру N2, постепенно вытесняют воздухи снижают концентрацию 6 2 до необходимого уровня.

Излишки постепенно накапливающегося СО2 связываютпри помощи скруббера.Еще больший эф ^ к т дает применение жидкого азота.

Он бесцветен, не имеет запаха, безвреден для человека. Температура кипения жидкого азота минус 195,8 °С, приболее высокой температуре он испаряется и при этом ув еличиваетсяв объеме примерно в 700 раз (из 1 л жидкогоазота образуется 700 л газообразного). Жидкий азот хранятв специальных резервуарах с двойными стенками, междукоторыми в вакууме заключен порошкообразный теплоизолятор.

В ФРГ жидкий азот используют для охлаждения и одновременнодля создания регулируемой газовой среды. Закрытыйрезервуар с жидким азотом устанавливают вне хранилища,отбирают его за счет создания давления при испаренииазота. По трубопроводу, изолированному пористымнегорючим материалом, жидкий азот подают в герметичныекамеры хранения к распылителям, подвешенным перед воздушнымихолодильными установками. Вентиляторы, вмонтированныев эти установки, перемешивают испаряющийсяазот с атмос4)ерой камер, в результате продукция равномерноохлаждается и создается выровненный состав атмосферы.

В камерах автоматически поддерживают оптимальныйрежим хранения. Например, для яблок и груш температураоколо 3 °С, относительная влажность 93—95 %, состав атмосферы:Оз — не ниже 3 %, СОа — не выше 4 %, остальнойобъем — азот. Для поглощения избыточного количестваСОз камеры оборудованы скрубберами на активированномугле.

Основное преимущество применения жидкого азота з а ключаетсяв том, что можно не предъявлять слишком строгихтребований к герметизации камер. Изменение состава атмосферывследствие утечек или при открывании камер длячастичной реализации продукции быстро ликвидируют, подаваяновые порции азота. Кроме того, при испарении жидкогоазота камера и продукция быстро охлаждаются, чтоособенно важно в начале хранения. В неохлаждаемых камераххранилищ можно поддерживать необходимый состав атмосферыи оптимальную температуру, периодически подаваяжидкий азот.

Жидким азотом плоды и овощи охлаждают также притранспортировании. В надежно изолированном кузове авторефрижератораили железнодорожном вагоне устанавливаютрезервуар с жидким азотом. Через равные промежуткивремени его впрыскивают через небольшие отверстия в подводящеймедной трубе в верхнюю часть загрузочного объема.

Расширяясь при испарении, азот проникает во все углыкузова и охлаждает продукцию. Количество азота дозируютмагнитным вентилем так, чтобы температура в охлаждаемомобъеме не понизилась до опасного предела. В подобныхавторефрижераторах и вагонах отклонения температурысоставляют 1,5 °С.

 

Лекция 8