Одним з перспективних напрямів розвитку сучасної техніки, в аспекті енергозбереження, є розробка побутових приладів, які поєднують функції холодильного зберігання та теплової обробки харчових продуктів, напівфабрикатів та сільськогосподарської сировини.

Нагрівальні камери (НК) використовуються для підігрівання продукту до заданої температури та різних видів технологічної обробки, в результаті якої можна отримати новий продукт (сушіння, копчення, бродіння тощо).

У домашньому господарстві одним з найпоширеніших видів обробки харчових продуктів є процес отримання кисляку з молока, сквашеного молочнокислими бактеріями, оптимум життєдіяльності яких лежить у межах 30-55^оС (залежно від виду мікроорганізмів).

Доволі поширеним є приготування у домашніх умовах сиру. Для вироблення кисло-сичужного сиру пастеризоване молоко охолоджують до температури 30-34^оС і додають 5% закваски, яку ретельно змішують з молоком, згодом додають у розчин хлористий кальцій та сичужний порошок. Щільний згусток, який утворюється через 6-8 годин, розрізають на частини, після 1-годинного витримування сироватку зливають, а згусток підвішують у бязевих мішечках для самоспресовування.

Крім цього НК можуть використовуватися у приготуванні тіста для випікання кулінарних виробів. Як відомо, дріжджове тісто готують опарним та безопарним способами. Готуючи опару з дріжджами, змішують частину борошна та води і залишають для бродіння на 2-3 години за температури 27-30^оС. Опісля в опару додають решту компонентів, зазначених у рецепті, замішують тісто і залишають на 1-1,5 год. для бродіння. При безопарному способі всі компоненти вводять одночасно з дріжджами і залишають тісто бродити на 3-4 години. При цьому способі суттєво економиться час, але вироби не завжди достатньо якісні.

У перспективі НК може застосовуватися і для вистоювання сформованих виробів перед їх випіканням. Вистоювання проводиться при температурі 30-32^оС протягом 25-120 хв. залежно від маси тістової заготовки. Завершення вистоювання визначають за збільшенням тістових заготовок і набуванням ними правильної форми.

При зберіганні хліб висихає і черствіє (змінюється стан крохмалю). У свіжому хлібі крохмаль перебуває в аморфному стані у білковій структурі. При зберіганні крохмаль віддає вологу і переходить у кристалічний стан, зменшується в об’ємі, між білками та зернами крохмалю з’являються повітряні прошарки, і м’якуш стає крихким. Вода, яку виділяє крохмаль, частково утримується білками і насичує утворені повітряні прошарки, в результаті чого хлібна скорина розм’якає. В НК можна освіжити хліб, підігріваючи його до 60^оС – крохмальні зерна знову набухають, і відновлюється еластичність м’якушу.

Процес черствіння характерний і для страв з круп’яних та макаронних виробів навіть при короткочасному зберіганні за кімнатної температури. Підігрівання цих страв до температури 60^оC відновлює їх первинні якості. Також НК використовуються для підігрівання перших та других страв. Підігрівання у НК безпечне навіть для дітей молодшого шкільного віку.

Важливим напрямом застосування НК є сушіння плодів, овочів, риби, лікарських трав, ягід, грибів при температурі 40-70^оС. У процесі сушіння значно зменшується кількість вологи у продуктах, і це сприяє продовженню терміну зберігання. Мінімум вологості, за якої можливий розвиток бактерій, складає 25-30%, а плісняві гриби потребують не менше 10% вологи. У процесі сушіння вологість овочів та плодів доводять до 8-25%, тобто до рівня, який зупиняє розвиток мікроорганізмів.

Овочі та плоди перед сушінням подрібнюють, нарізають кружечками, скибочками, кубиками, стовпчиками, а деякі плоди сушать у цілому вигляді. В осінній період в домашніх умовах можна сушити білі корені, зелень, гриби та овочі.

Сушіння дозволяє не лише зберегти в продуктах біологічно активні речовини протягом довгого часу, але й дає змогу поласувати делікатесними продуктами. Так, сушать не лише традиційні яблука, груші, але й абрикоси, сливи, вишні, персики, виноград, лісові ягоди, дині, інжир. Яблука великого та середнього розміру сушать четвертинками. Сушені абрикоси готують з яскраво забарвлених плодів абрикосів сушильних сортів, які мають щільну м’якоть, що легко відділяється від кісточки. Сушені абрикоси поділяють на урюк (цілі плоди з кісточкою), кайсу (цілі плоди з видаленою кісточкою) і курагу (половинки плодів). Сушені сливи готують з венгерок та ренклодів. Найціннішим є чорнослив, який отримують після сушіння венгерок. Також використовують інші місцеві сорти.

Сушені вишні виробляють з м’ясистих сортів темного кольору з високим вмістом сухих речовин. Сухий виноград готують з винограду сушильних сортів з високим вмістом сухих речовин і тонкою шкіркою. Сушений виноград, отриманий з безнасіннєвих сортів, називають кишмишем, а з насіннєвих – ізюмом. Кишмиш додають у тісто для булочних виробів, здоби і кексів, а ізюм застосовують для варіння компотів.

В НК можна сушити та коптити рибу. Сушену рибу заготовляють шляхом зневоднення холодним природним чи штучним сушінням при температурі не вище за 35^оС. Риба, висушена холодним способом, зберігає свої властивості. Сушать лише тонку солену чи несолену рибу 2-3% жирності.

Чимало людей заготовляють в домашніх умовах лікарські рослини. Ті, що містять ефірні масла, сушать притемпературі не вище 25-30^оС; рослини з вмістом алкалоїдів та глікозидів – при 50-60^оС. Соковиті плоди сушать при вищій температурі – 70-80^оС, а коріння – при 40-50^оС. Найчастіше заготовляють плоди шипшини, глоду, квітки ромашки аптечної, звіробою, деревію, материнки, календули та інших трав.

НК можна використовувати для розм’якшення масла і маргарину при замішуванні тіста різних видів (33-35^оС), підсушування насіння соняшника, сушіння дріжджів, підсушування круп для видалення жучка, запарювання трав’яних настоїв тощо.

Для здійснення згаданих технологічних процесів, максимальна температура не повинна перевищувати 70^оС, тобто при розробці НК необхідно орієнтуватися саме на такий температурний рівень. Для технологічних режимів з рівнем температур нижче від 70^оС в НК можуть використовуватися пристрої, які дозволяють виводити тепле повітря за межі камери, наприклад, шибери, заглушки тощо.

З усіх типів сучасного побутового холодильного обладнання таким температурним потенціалом володіють елементи абсорбційно-дифузійної холодильної машини (АДХМ) – дефлегматор і ректифікатор.

Розроблені різноманітні схеми побутових холодильних апаратів з додатковою нагрівальною камерою (НК), які відрізняються:

а) способом передання тепла (безпосередній контакт дефлегматора та НК, використання проміжних теплопередавальних агрегатів, в тому числі з ефектом „осмосу”);

б) розташуванням НК (зверху холодильної шафи і у нижній частині);

в) конструктивним наповненням НК (однокамерна, двокамерна);

г) джерелом викидного тепла і, відповідно, температурним рівнем (конденсатор, дефлегматор).

Найпростішою у конструктивному виконанні є схема з проміжним теплопередавальним пристроєм, яка передбачає мінімум змін у складі холодильного апарату і АДХМ.

Розроблено і досліджено два типи таких побутових апаратів – з повітряною НК (рис. 1а) і рідинною НК (рис. 1б).

Товщина теплоізоляції бокових стінок, дна і кришки визначені в результаті математичного моделювання нестаціонарних температурних полів. При цьому враховувалися:

а) орієнтація поверхонь камери та її тепловий зв’язок з холодильною камерою;

б) конструктивні особливості НК (повітряна камера виконана у вигляді шафи, а рідинна у вигляді скрині);

в) коефіцієнт робочого часу КРВ серійної моделі побутового однокамерного абсорбційного холодильника «Кристалл-408» АШ -150.

Дослідні конструкції були виготовлені на Васильківському заводі холодильників. У всіх випадках зовнішні геометричні параметри НК складали: висота – 0, 420 м; глибина – 0, 540 м; ширина – 0,570 м; корисний об’єм – 35 дм³. Товщина теплоізоляції: бокових стінок – 0, 080 м; дна – 0, 075 м; кришки, задньої та передньої стінок – 0,10 м. В рідинній НК внутрішній корпус був виготовлений у вигляді цілісного коробу. Матеріал коробу – нержавіюча сталь. Товщина стінки – 0, 001 м. Внутрішній корпус повітряної НК виготовлений з харчового алюмінію. Товщина стінки складала – 0, 001 м.

Для забезпечення теплового зв’язку підйомної ділянки дефлегматора АДХМ з ДНК використовувався двофазний термосифон (ДФТС) довжиною 1,2 м та діаметром – 0,010 x0,001 м. Матеріал корпуса ДФТС – нержавіюча сталь. Теплоносій – етиловий спирт. Кріплення ДФТС до дефлегматора діаметром 0,016х0,0014 м здійснювалося за допомогою мідної обтискальної пластини, при чому для зниження термічного опору у зоні контакту було розміщено стиснутий високопористий ячеїстий матеріал на основі міді, пори якого були заповнені теплопровідною пастою КТП-8.

У всіх випадках випарювальна ділянка ДФТС кріпилася у нижній частині підйомної ділянки дефлегматора і встановлювалася паралельно до нього. Довжина випарювальної ділянки ДФТС у дослідженнях варіювалася шляхом зміни зони телового зв’язку з дефлегматором. Транспортна зона ДФТС закривалася теплоізоляційним кожухом. Довжина конденсаційної ділянки ДФТС не змінювалася і складала – 0,3 м.

Дослідження теплових режимів НК здійснювалося як у стаціонарному (в „жорстких” умовах – =32 ⁰С, КРВ=1),так і в перехідних (< 32 ⁰С, КРВ<1) режимах роботи АДХМ.

У результаті досліджень була визначена оптимальна довжина випарювальної ділянки ДФТС – 0, 15 м. На виході з цієї ділянки температура дефлегматора складає 73-76⁰С.

Найсприятливішими умовами для НК були режими з підвищеними температурами навколишнього середовища, коли знижуються теплові втрати, а КРВ АДХМ і, відповідно, період подання теплового навантаження збільшується.

Оскільки теплова потужність дефлегматора є недостатньою для підігріву води або іншої рідини в НК, вивчалася і робота апарату у режимі термостатування. У цьому випадку вода нагрівалась до температури 60⁰С спеціальним електронагрівачем, а після його відімкнення теплові втрати у навколишнє середовище компенсувалися за рахунок теплопідводу від дефлегматора, що дозволяло підтримувати температуру у НК в діапазоні 55-65⁰С.

Враховуючи результати експериментальних досліджень було проведено варіантний розрахунок товщини теплоізоляції НК.

Для створення певного запасу розрахунок було зроблено при =20 ⁰С і представлено у вигляді номограм. Розглянуто два варіанти теплоізоляції – пінополіуретан та скловолокно, при цьому зафіксовано зовнішню ширину (0,570 м) та глибину (0,54 м), відповідно до стандартних розмірів холодильної шафи.

Конструкцію НК слід вибирати з урахуванням наявного теплового навантаження підйомної ділянки дефлегматора з температурним рівнем 70 °С та вище, при цьому змінними параметрами є: тип теплової ізоляції (вартість); величина корисного об’єму НК; висота НК.

Титлов А.С.

Одеська державна академія харчових технологій, Одеса