Комплексный анализ промышленных способов охлаждения продуктов животного происхождения: от фундаментальных принципов до инноваций и экономической эффективности

В современном мире, где пищевая безопасность и качество продукции стоят во главе угла потребительского спроса и государственных регуляций, методы сохранения продуктов животного происхождения приобретают особую значимость. От скорости и эффективности холодильной обработки напрямую зависит не только срок годности мяса, птицы, рыбы и молочных продуктов, но и их органолептические свойства, биологическая ценность и безопасность для здоровья человека. Согласно статистике, холодильная обработка обеспечивает сохранность биологической ценности (витаминов, аминокислот, ненасыщенных жирных кислот) мяса на уровне более 90% по сравнению с парным продуктом при оптимальных режимах, что подчеркивает ее критическую роль, ведь потеря этих элементов ведет к снижению питательной ценности для потребителя.

Настоящая работа представляет собой углубленное исследование промышленных способов охлаждения продуктов животного происхождения, начиная с фундаментальных физико-химических и микробиологических принципов и заканчивая анализом современных технологических инноваций, экономической эффективности и нормативно-правовой базы. Целью данного академического материала является систематизация и актуализация знаний в этой жизненно важной области, предоставляя студентам, аспирантам и специалистам пищевой промышленности исчерпывающую информацию, необходимую для понимания и совершенствования процессов переработки. Структура работы последовательно раскрывает ключевые аспекты темы: от механизмов воздействия холода на продукт до практических методов, влияния на качество и экономические показатели, а также законодательного регулирования.

Фундаментальные принципы охлаждения продуктов животного происхождения

Холодильная обработка — это не просто способ замедления порчи, но и сложный биохимический процесс, цель которого — сохранить исходные свойства продукта, минимизируя потери его пищевой и биологической ценности. В основе этого метода лежит комплексное воздействие на живые системы продукта и микроорганизмы, замедляющее их метаболизм.

Физико-химические аспекты процессов

В момент, когда продукт животного происхождения начинает охлаждаться, запускается каскад физико-химических изменений, определяющих его будущие характеристики. Центральное место в этих процессах занимает тепло- и массообмен. Тепло отводится от продукта в окружающую среду, что приводит к снижению его температуры. Одновременно с этим происходит массообмен – испарение влаги с поверхности продукта, известное как усушка.

Наиболее драматичные изменения в мясе происходят в процессе посмертного окоченения (rigor mortis) и последующего автолиза. Сразу после убоя pH мяса составляет 7,0-7,2. В ходе ферментативных реакций, в частности распада гликогена, происходит накопление молочной кислоты, что приводит к постепенному снижению pH до 5,4-5,8. Это изменение кислотности критически важно, так как оно влияет на активность ферментов, рост микроорганизмов и, самое главное, на водоудерживающую способность мяса. Параллельно с падением pH, мышечные волокна сокращаются, и жесткость мяса может увеличиться в 2-3 раза. Этот процесс сопровождается уменьшением количества связанной воды и способности мышечных волокон к гидратации, что в итоге может привести к снижению водоудерживающей способности на 15-20%. Только после завершения посмертного окоченения и начала автолиза (размягчения мяса под действием собственных ферментов) продукт приобретает оптимальные потребительские свойства. Правильный режим охлаждения позволяет контролировать скорость этих процессов, предотвращая нежелательные явления, такие как холодовое сокращение.

Микробиологические аспекты сохранения качества и безопасности

Сердцевина сохранения качества продуктов животного происхождения при охлаждении – это контроль над микробиологической активностью. Холод замедляет жизнедеятельность микроорганизмов и активность тканевых ферментов, тормозя как естественные процессы в продуктах (автолиз мяса, дыхание и созревание плодов), так и процессы, вызываемые микроорганизмами. При охлаждении мяса до близкриоскопической температуры (около -1,2 °С) метаболические реакции микроорганизмов нарушаются, их жизнедеятельность замедляется, а рост мезофильных и термофильных культур прекращается.

Однако психрофильные микроорганизмы (те, что предпочитают холод) продолжают развиваться, хоть и с меньшей активностью, в интервалах от 0 до -15 °С. Именно психрофильная аэробная микрофлора, в частности бактерии рода Pseudomonas spp., является основной причиной порчи охлажденного мяса. При их активном размножении на поверхности продукта могут появляться слизь и посторонние, неприятные запахи. Некоторые штаммы Pseudomonas spp. способны продуцировать внеклеточные ферменты, которые вызывают деградацию белков и жиров, что приводит к значительной порче и потенциальному накоплению токсичных метаболитов.

Снижение активности микрофлоры также связано с уменьшением активности воды (a_w) на поверхности продукта. Усушка при охлаждении может снизить a_w до 0,96–0,98, что замедляет рост большинства психрофильных бактерий на 20-30% по сравнению с условиями высокой влажности. Быстрое охлаждение играет ключевую роль, так как оно позволяет сократить период активного размножения мезофильных микроорганизмов на поверхности продукта на 40-50% по сравнению с медленным охлаждением. Это обусловлено тем, что продукт быстро проходит температурную зону, благоприятную для их роста (от +10 до +40 °С). При температурах от 0 до +4 °С рост патогенных форм, таких как Staphylococcus aureus, Salmonella и E. coli, замедляется в 5-10 раз, а их количество может снизиться на 80-95% в течение первых 24 часов, что критически важно для пищевой безопасности. Например, при температуре молока выше 10 °С рост Staphylococcus aureus происходит активно, удваивая свою популяцию каждые 20-30 минут, тогда как при быстром охлаждении до 4 °С его развитие ингибируется, и рост замедляется более чем в 10 раз.

Изменения качества продуктов при длительном хранении и специфические проблемы

Хотя охлаждение является мощным инструментом консервации, длительное хранение даже при оптимальных температурах может приводить к необратимым изменениям в качестве продуктов. Одними из таких изменений являются денатурация и окисление белков. При длительном хранении охлажденного мяса (свыше 7-10 суток) при температурах около 0 °С наблюдается денатурация миофибриллярных белков. Это может привести к снижению водоудерживающей способности на 5-10% и потере до 20% функциональности белков, что негативно сказывается на текстуре, сочности и вкусовых качествах продукта. Окисление белка, в свою очередь, способствует образованию карбонильных групп и дисульфидных связей, что снижает пищевую ценность, ухудшает усвояемость белка и может способствовать образованию потенциально вредных соединений для здоровья потребителя. Гистологический метод является важным инструментом для выявления морфологических изменений микроструктуры мышечных волокон, происходящих при хранении.

Кроме того, существуют специфические виды порчи, не связанные напрямую с микробиологией, но вызванные неправильными режимами охлаждения.

• Загар мяса — это безмикробная порча, возникающая при неправильном охлаждении парной туши. Причинами могут быть наличие влаги на поверхности туши, тесное подвешивание туш или слишком быстрое замораживание жирных животных сразу после убоя. При загаре pH мышц доходит до 5,3, цвет становится серо-красным или серо-коричневым, а тушки птиц могут приобретать характерный медно-бронзовый оттенок.
• Холодовое сокращение (cold shortening) — это необратимое сокращение мышечных волокон, которое происходит при слишком быстром охлаждении парного мяса до температуры ниже 10 °С до завершения посмертного окоченения. Это приводит к значительной жесткости продукта. Для предотвращения этого явления критически важно поддерживать температуру мяса выше 10 °С в течение первых 10-12 часов после убоя, позволяя процессу окоченения протекать естественным образом.

Эти нюансы подчеркивают необходимость глубокого понимания всех аспектов холодильной обработки для обеспечения высокого качества и безопасности продуктов животного происхождения.

Промышленные методы и оборудование для охлаждения продуктов животного происхождения

В арсенале пищевой промышленности имеется множество методов охлаждения, каждый из которых обладает своими уникальными характеристиками, преимуществами и недостатками, адаптированными под различные виды продуктов и технологические задачи.

Классификация методов охлаждения

Промышленные способы охлаждения базируются на различных принципах теплообмена. Наиболее распространены следующие:

• Конвективный теплообмен: Передача теплоты происходит за счет движения среды (воздуха, газа, жидкости) вокруг продукта. Это самый распространенный метод, на который приходится около 80-90% всех холодильных систем в пищевой промышленности.
• Кондуктивный теплообмен (контактный): Теплота передается при непосредственном контакте продукта с охлаждающей поверхностью или средой (например, плиточная заморозка, охлаждение некипящими жидкостями).
• Радиационный теплообмен: Передача теплоты посредством электромагнитного излучения. Имеет меньшую долю в промышленных масштабах для охлаждения продуктов, но может быть компонентом комплексных систем.
• Теплообмен при фазовом превращении: Используется при таянии льда или испарении сжиженных газов.

К современным и сравнительно новым методам, призванным улучшить эффективность и качество охлаждения, относятся:

• Охлаждение воздухом или другим газом при повышенном давлении: Увеличивает плотность среды и эффективность теплообмена.
• Гидроаэрозольное охлаждение: Осуществляется в интенсивно циркулирующей воздушной среде, насыщенной до 100% относительной влажности, с испарением влаги с поверхности туши, что усиливает эффект охлаждения и минимизирует усушку.
• Охлаждение в среде углекислого газа (CO₂): Применяется как в газообразном, так и в твердом виде («сухой лед»).
• Охлаждение парами криогенных жидкостей: Например, жидкого азота или углекислого газа, позволяющее достигать сверхнизких температур и высокой скорости охлаждения.
• Вакуумное охлаждение: Применяется для продуктов с высоким содержанием влаги, где испарение воды при пониженном давлении эффективно снижает температуру.
• Охлаждение в регулируемых газовых средах (РГС) и модифицированных газовых средах (МГС): Использование смесей газов с контролируемым составом (например, пониженным содержанием кислорода) для замедления окислительных процессов и роста микрофлоры.
• Охлаждение с использованием электрофизических методов: Включает электроконтактное охлаждение или использование магнитных полей, находящееся на стадии активных исследований.

Охлаждение мяса и птицы

В мясной промышленности воздушный метод охлаждения является доминирующим, составляя более 95% всех используемых способов, благодаря своей универсальности и относительной простоте реализации. Он подразделяется на несколько основных режимов:

1. Одностадийное (быстрое) охлаждение: Свиные и говяжьи полутуши охлаждаются в холодильных камерах при температуре воздуха от 0 до -3 °С, скорости движения воздуха 0,5 — 2 м/с и относительной влажности 85-90%. Продолжительность процесса составляет 24-36 часов. Этот метод обеспечивает быстрое прохождение опасной температурной зоны и сокращает время обработки.
2. Двухстадийное охлаждение: Этот метод более сложный, но позволяет достичь лучшего качества и снизить потери.
   • Первый этап: Мясо (например, свиные полутуши) охлаждается при температуре от -12 до -6 °С, относительной влажности 85-90% и скорости движения воздуха 2-3 м/с в течение 2 часов. Цель – быстро охладить поверхность продукта.
   • Второй этап: Продолжается при температуре воздуха 0…+2 °С, скорости движения воздуха 0,1-0,2 м/с и относительной влажности 90-95% в течение 12-18 часов. На этом этапе происходит выравнивание температуры внутри продукта, доводя ее в толще мышц до 0…+4 °С, а также формирование сухой «корочки подсыхания», препятствующей развитию микроорганизмов.

Для более глубокой консервации применяется шоковая заморозка, использующая предварительно охлажденные воздушные потоки с температурой от -30 до -40 °С. Этот метод позволяет достичь температуры -18 °С в толще мяса за 4-6 часов. Главное преимущество шоковой заморозки – образование микрокристаллов льда, которые не повреждают клеточную структуру продукта, сохраняя его текстуру и сочность после дефростации.

Отдельно стоит упомянуть углубленную жидкостную заморозку, которая предполагает окунание продукта в специальную жидкую среду с температурой от -30 до -60 °С. Это значительно увеличивает скорость и качество обработки. Например, с использованием растворов хлорида натрия или глицерина, время замораживания может сократиться в 5-10 раз по сравнению с воздушной шоковой заморозкой, благодаря более высокой теплопроводности и теплоотдаче жидкой среды.

Охлаждение молока и молочных продуктов

На молочных производствах и фермах охладители молока (танки) являются обязательным оборудованием. Согласно санитарным и ветеринарным нормам РФ, они позволяют оперативно снизить температуру молока до 4 °С сразу после доения, что критически важно для предотвращения роста микрофлоры и сохранения его качества и безопасности.

Охладители молока бывают двух основных типов:

• Открытого типа: Более простые по конструкции, обычно используются на небольших фермах.
• Закрытого типа: Представляют собой полностью герметичные, теплоизолированные и автоматизированные системы. Их преимущества включают повышенную гигиеничность, лучшую теплоизоляцию и возможность автоматического контроля всех параметров охлаждения.

Все элементы охладителей молока, контактирующие с продуктом, изготавливаются из пищевой нержавеющей стали марки AISI 304, которая обеспечивает высокую коррозионную стойкость, легкость очистки и гигиеничность.

Охлаждение рыбы

Рыба, как продукт с высокой активностью ферментов и подверженный быстрой порче, требует особого подхода к охлаждению. Используются следующие методы:

1. Охлаждение водным льдом: Наиболее распространенный способ, на долю которого приходится до 70-80% всех применяемых методов. Используется блочный, трубчатый, чешуйчатый или снежный лед. Лед эффективно поддерживает температуру рыбы близкой к 0 °С и обеспечивает увлажнение, предотвращая усушку. Расход льда обычно составляет 75-100% от массы рыбы, хотя в холодное время года может снижаться до 30%.
2. Охлаждение охлажденной пресной или морской водой: Этот метод позволяет снизить температуру продукта до 0…-1 °С в 2-3 раза быстрее, чем при использовании дробленого льда, благодаря более эффективному теплообмену. Однако у него есть и недостатки: при длительном контакте с водой может происходить набухание мяса, а в морской воде – его просаливание (увеличение содержания соли на 0,5-1%).
3. Охлаждение холодным воздухом: Менее распространен для свежей рыбы из-за риска быстрой усушки.
4. Криогенные жидкости (жидкий азот): Применяются для быстрого замораживания или глубокого охлаждения отдельных видов рыбы, обеспечивая минимальное повреждение структуры.

На судах рыбной промышленности часто используются комбинированные методы, например, предварительное охлаждение рыбы в морской воде с последующей подачей чешуйчатого льда или использование рассольных батарей. Существуют и специализированные охладители, такие как система КаспНИРХа, предназначенная для охлаждения мелкой рыбы (например, кильки) путем перемешивания ее с холодной водой.

Каждый из этих методов, при правильном применении, играет ключевую роль в обеспечении качества, безопасности и продлении сроков хранения продуктов животного происхождения.

Влияние параметров охлаждения на качество, безопасность и сроки хранения

Для достижения оптимальных результатов в промышленном охлаждении недостаточно просто понизить температуру продукта. Важно управлять целым комплексом параметров, которые в совокупности определяют конечное качество, безопасность и продолжительность хранения.

Общие закономерности и факторы влияния

Температура, относительная влажность и скорость движения воздуха являются триадой основных параметров, формирующих благоприятные условия для сохранения продуктов. Они взаимосвязаны и оказывают комплексное воздействие:

• Температура: Фундаментальный фактор. Как уже было отмечено, высокие температуры способствуют активному размножению микроорганизмов, что приводит к быстрой порче и риску пищевых отравлений. Снижение температуры замедляет этот процесс. Например, при температурах выше 7 °С скорость размножения большинства патогенных бактерий в мясе увеличивается в геометрической прогрессии, тогда как с��ижение температуры до 0…+4 °С замедляет их рост в 5-10 раз и значительно увеличивает лаг-фазу (период адаптации микроорганизмов перед активным размножением).
• Скорость движения воздуха: Интенсифицирует теплообмен, но при этом увеличивает потери от испарения, то есть усушку. При изменении скорости движения воздуха у поверхности продукта с 0,3 м/с до 5-6 м/с отвод тепла от продукта может возрасти примерно в 10 раз, а продолжительность охлаждения сократиться почти в два раза. Однако, увеличение скорости движения воздуха с 0,5 м/с до 2-3 м/с может привести к увеличению усушки мяса на 0,3-0,5% за счет интенсификации испарения влаги с поверхности продукта.
• Относительная влажность: Влияет на интенсивность испарения влаги с поверхности продукта. Высокая влажность замедляет усушку, но может способствовать развитию поверхностной микрофлоры.

Величина усушки продукции при воздушном охлаждении в камерах составляет порядка 1,8–2% от массы парного мяса. Причем около четверти этой усушки (до 25-30%) может происходить в первые 2-4 часа после загрузки парных туш в камеру охлаждения. Это связано с интенсивным испарением влаги из-за высокой разницы температур продукта и окружающей среды, а также активного движения воздуха. Для одностадийного охлаждения мяса норма усушки составляет 1,4 — 2% от массы парного мяса.

Оптимизация режимов для различных продуктов

Каждый вид продукта животного происхождения требует индивидуального подхода к выбору параметров охлаждения.

Мясо: Холодное воздушное охлаждение, хотя и эффективно обезвоживает мясо, стимулируя высыхание и потерю веса, помогает избежать порчи и такого явления, как холодовое сокращение. Для предотвращения холодового сокращения (cold shortening), необратимого сокращения мышечных волокон, которое происходит при быстром охлаждении парного мяса до температуры ниже 10 °С до завершения посмертного окоченения, критически важно поддерживать температуру мяса выше 10 °С в течение первых 10-12 часов после убоя.

Молоко и молочные продукты: Для сохранения качества и безопасности молока, процесс понижения его температуры с +34 °С (температура после доения) до +4…+6 °С не должен занимать более 2-3 часов. Это критически важно для предотвращения быстрого роста микроорганизмов. В охлажденном молоке температура от +4 до +6 °С позволяет хранить его до 20 часов. Однако при снижении температуры до +2…+4 °С размножение большинства бактерий практически останавливается или снижается на 90-95%, а для некоторых патогенных видов (например, Salmonella, E. coli) рост полностью прекращается. Это позволяет сохранить качество продукта до 48-72 часов. Пастеризованное коровье молоко-сырье после доения должно быть очищено и охлаждено до температуры 4±2 °С в течение не более 2 часов. Во время перевозки охлажденного сырого коровьего молока-сырья температура не должна превышать 10 °С до начала переработки. Оптимальная температура хранения большинства готовых молочных продуктов в холодильнике составляет от +2 до +6 °С.

Рыба: Охлажденная рыба хранится при температуре от 0 до -2 °C. Срок годности охлажденной рыбы существенно зависит от ее размера и сезона. Например, для крупной рыбы (более 1 кг) срок хранения может составлять до 10-12 дней, тогда как для мелкой (менее 200 г) — 3-5 дней при прочих равных условиях. В весенне-летний период, из-за более высокой температуры окружающей среды и активности ферментов, срок хранения рыбы сокращается на 1-2 дня по сравнению с осенне-зимним периодом. Для продления срока хранения рыбы рекомендуется предварительное удаление внутренних органов и жабр, что позволяет увеличить его на 30-50% (в среднем на 2-4 суток), поскольку эти органы являются основными источниками ферментов и гнилостной микрофлоры.

Комплексное воздействие: Скорость падения температуры, исходное качество микрофлоры, pH продукта, содержание влаги в поверхностных слоях и активность воды (a_w) — все эти факторы оказывают значительное влияние на развитие микробиологических процессов при охлаждении и последующем хранении. Оптимальное управление этими параметрами является ключом к производству высококачественных и безопасных продуктов животного происхождения.

Нормативно-правовая база и стандарты качества в промышленном охлаждении

В условиях глобализации и растущего внимания к пищевой безопасности, нормативно-правовая база играет ключевую роль в регулировании процессов промышленного охлаждения. Она устанавливает минимальные требования, которым должна соответствовать продукция, чтобы быть безопасной и качественной для потребителя.

Общие технические регламенты

Основополагающим документом на территории Таможенного союза, включая Российскую Федерацию, является Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». Этот регламент устанавливает общие требования безопасности ко всей пищевой продукции, а также к процессам ее производства, хранения, перевозки, реализации и утилизации. Его ключевыми целями являются защита жизни и здоровья человека, предупреждение действий, вводящих в заблуждение потребителей, и охрана окружающей среды. При применении ТР ТС 021/2011 необходимо учитывать требования других технических регламентов Таможенного союза, которые устанавливают дополнительные, более специфические требования к отдельным видам пищевой продукции и связанным с ней процессам.

Для мясной и молочной продукции особенно важны:

• ТР ТС 034/2013 «О безопасности мяса и мясной продукции»: Этот регламент детально регулирует требования к мясу и мясной продукции, включая условия их охлаждения, замораживания, хранения и транспортировки. В соответствии с ним, мясо может поставляться в охлажденном, замороженном или глубокозамороженном виде.
• ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции»: Аналогично, этот регламент устанавливает требования к молоку и молочной продукции на всех этапах их жизненного цикла.

Специализированные ГОСТы и требования к продуктам

Помимо общих регламентов, существуют многочисленные государственные стандарты (ГОСТы), которые детализируют требования к конкретным видам охлажденной продукции:

• ГОСТ 814-2019 «Рыба охлажденная. Технические условия»: Этот стандарт распространяется на охлажденную рыбу всех семейств и видов, предназначенную для пищевых целей. Он содержит разделы по области применения, нормативным ссылкам, терминам и определениям, основным параметрам, техническим требованиям, правилам приемки, методам контроля, транспортированию и хранению, а также рекомендуемые сроки годности и условия хранения охлажденной рыбы. Стандарт определяет, что охлажденная рыба должна храниться при температуре от 0 до -2 °C.
• Для молока и молочных продуктов:
  • ГОСТ 32922-2014 «Молоко коровье сырое. Технические условия»: Важно отметить, что в названии данного стандарта присутствует слово «пастеризованное», но контекст его содержания указывает на требования к сырому коровьему молоку, предназначенному для дальнейшей промышленной переработки, в том числе для пастеризации. Этот ГОСТ устанавливает критически важные требования к качеству сырья до его обработки, включая температурные режимы охлаждения после доения.
  • ГОСТ 31658-2012 «Молоко обезжиренное — сырье. Технические условия»: Устанавливает требования к обезжиренному молоку-сырью, включая органолептические и физико-химические показатели.
  • ГОСТ 31450-2013 «Молоко питьевое. Технические условия»: Регулирует требования к готовому питьевому молоку, в том числе к его хранению и срокам годности после обработки.
  • ГОСТ Р 52054-2023 «Молоко коровье. Технические условия»: Является актуальным национальным стандартом Российской Федерации, детализирующим требования к сырому коровьему молоку.
• Для мяса:
  • ГОСТ 7724-77 «Мясо. Свинина в тушах и полутушах. Технические условия»: Устанавливает требования к свинине для розничной торговли, общественного питания и промышленной переработки.
  • ГОСТ 32796-2014 «Свинина. Туши и отрубы. Требования при поставках и контроль качества»: Определяет требования к свинине в охлажденном, замороженном или глубокозамороженном виде.

Требования к качеству охлажденного мяса согласно ГОСТам включают:

• Цвет: От бледно-розового до бледно-красного.
• Поверхность: Сухая корочка подсыхания без слизи и посторонних запахов.
• Консистенция: Плотная, упругая; ямка при надавливании быстро выравнивается.
• Мясной сок: Прозрачный.
• Свежий разрез: Слегка влажная поверхность.
• Жир: Твердый, от белого до желтого цвета.
• Запах: Характерный для зревшего мяса, без посторонних примесей.
• Бульон: Прозрачный, ароматный.

Охлажденное мясо, согласно нормам, хранится при температуре от 0 до +2 °С при относительной влажности воздуха не выше 85%. Соблюдение этих стандартов — это не просто формальность, а залог производства безопасной, качественной и конкурентоспособной продукции.

Инновации, энергоэффективность и экономические аспекты промышленных систем охлаждения

В условиях современного рынка, где конкуренция высока, а требования к устойчивому производству постоянно растут, инновации, энергоэффективность и экономическая целесообразность холодильных систем становятся не просто желательными, а жизненно важными факторами успеха для предприятий пищевой промышленности.

Значение энергоэффективности в пищевой промышленности

Масштабы энергопотребления холодильными системами поражают: они достигают 15% от общего объема электроэнергии, производимой в России. Более того, половина электроэнергии, потребляемой пищевыми предприятиями и холодильными складами, расходуется именно на холодоснабжение. Эти цифры наглядно демонстрируют огромный потенциал для экономии. Эффективная работа холодильного оборудования прямо пропорционально снижает затраты на производство и, как следствие, себестоимость конечного продукта. Исследования показывают, что повышение энергоэффективности холодильных систем всего на 10-15% может привести к снижению производственных затрат на 2-5% и, как следствие, к уменьшению себестоимости конечной продукции. Это не только улучшает финансовые показатели предприятия, но и способствует снижению углеродного следа производства.

Современные технологические решения для повышения эффективности

Возможности экономии энергии закладываются еще на стадии проектирования холодильных систем. Ключевые факторы, влияющие на энергоэффективность, включают выбор холодильного агента, оптимизацию теплообменного оборудования, автоматизацию управления, качество теплоизоляции камер, регулярное обслуживание и применение систем утилизации тепла.

1. Выбор хладагента и оборудования:
   • Аммиачные против фреоновых систем: Аммиачные холодильные установки, несмотря на более высокие первоначальные инвестиции (на 10-20% выше, чем для фреоновых систем), демонстрируют более низкую стоимость владения в долгосрочной перспективе. Это связано с их высокой энергоэффективностью и низкой стоимостью аммиака как хладагента. За счет этого достигается до 15-25% экономии на эксплуатационных расходах.
   • Системы оттаивания: Оттаивание инея с поверхности фреонового воздухоохладителя обычно осуществляется электронагревом, что является энергозатратным процессом. Для аммиачного воздухоохладителя чаще используется более экономичный метод — конденсация паров аммиака.
2. Системы рекуперации тепла: Это одно из наиболее перспективных направлений. Системы рекуперации позволяют использовать теплоту конденсации хладагента, которая обычно выбрасывается в атмосферу, для подогрева воды, необходимой для санитарной мойки оборудования, или для отопления помещений. Внедрение таких систем на пищевых предприятиях может сократить срок окупаемости инвестиций в холодильное оборудование на 1-2 года (с 5-7 лет до 3-5 лет) за счет существенной экономии на коммунальных платежах.
3. Фрикулинг (Free Cooling): Применение фрикулинга, то есть охлаждения хладоносителя наружным воздухом в холодное время года, может значительно экономить электроэнергию. Его экономическая эффективность, конечно, зависит от региона. В регионах с продолжительным холодным периодом (например, центральная Россия, Сибирь) фрикулинг позволяет сократить потребление электроэнергии холодильными установками на 20-40% в год, особенно эффективно при температуре наружного воздуха ниже 0 °С.
4. Оптимизация режимов и автоматизация: Современные системы управления позволяют точно поддерживать заданные параметры температуры, влажности и скорости воздуха, минимизируя энергозатраты и предотвращая переохлаждение или недоохлаждение.

Экономическое влияние выбора методов охлаждения

Выбор способа и режима охлаждения мяса зависит от технологических задач и объема продукции, но всегда имеет прямое экономическое воздействие.

• Молочная промышленность: Своевременное охлаждение молока до 4 °С сразу после доения критически важно. Оно помогает сохранить его характеристики, уменьшить расходы и продлить период хранения, что в конечном итоге повышает экономическую эффективность. Это позволяет снизить потери от порчи и утилизации на 5-10%, а также увеличить срок его хранения на 24-48 часов, что повышает его рыночную стоимость. Напротив, неправильные методы охлаждения молока, такие как использование ледяной воды без должной циркуляции, могут приводить к перерасходу электроэнергии на 15-20% по сравнению с современными танками-охладителями, при этом не обеспечивая быстрого снижения температуры. Это, в свою очередь, может привести к снижению сорта молока на 10-20% и уменьшению его закупочной стоимости.
• Мясная промышленность: Быстрое охлаждение обеспечивает хороший товарный вид мяса, уменьшает потери массы и увеличивает срок хранения. Оно также сокращает продолжительность процесса и увеличивает оборачиваемость камер охлаждения. Например, быстрое охлаждение может уменьшить потери массы от усушки на 0,5-1% и увеличить срок хранения на 2-3 дня по сравнению с медленным охлаждением, а также улучшает его товарный вид за счет формирования светлой, сухой поверхности. Уменьшение продолжительности процесса охлаждения мяса на 30-40% и снижение усушки в тех же пределах повышает качество мяса и мясных продуктов, а также увеличивает оборачиваемость камер охлаждения, оправдывая дополнительные энергозатраты.

Энергоэффективность холодильного оборудования актуальна как для крупных производств, так и для небольших магазинов, поскольку она напрямую влияет на рентабельность, конкурентоспособность и устойчивость бизнеса в долгосрочной перспективе. Повышение эффективности установок для производства холода и тепла в пищевой промышленности является императивом для продления сроков эксплуатации оборудования и минимизации углеродного следа.

Выводы и перспективы

Проведенное исследование промышленных способов охлаждения продуктов животного происхождения наглядно демонстрирует, что эта область является краеугольным камнем пищевой промышленности, от которой напрямую зависят качество, безопасность и экономическая эффективность производства. Мы выяснили, что холодильная обработка — это не просто процесс понижения температуры, а сложное взаимодействие физико-химических и микробиологических факторов, требующее глубокого понимания и точного контроля.

Ключевые выводы исследования:

• Фундаментальная роль принципов: Оптимальные режимы охлаждения минимизируют потери биологической ценности продуктов (сохранность более 90%), замедляют рост микроорганизмов, особенно патогенных (снижение роста в 5-10 раз при 0…+4 °С), и активность ферментов. Управление активностью воды (a_w) и скоростью прохождения «опасных» температурных зон критически важны.
• Многообразие методов и оборудования: От воздушного охлаждения (до 95% для мяса) до специализированных жидкостных и криогенных систем — каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Выбор определяется видом продукта и требованиями к качеству и скорости обработки.
• Параметры охлаждения как инструменты качества: Температура, влажность и скорость движения воздуха должны быть точно настроены для каждого продукта. Мы увидели, что увеличение скорости воздуха может увеличить усушку мяса на 0.3-0.5%, а неправильное охлаждение молока ведет к значительным потерям качества и снижению сортности.
• Жесткая нормативно-правовая база: ТР ТС 021/2011, ТР ТС 034/2013, ГОСТы (например, ГОСТ 814-2019 для рыбы, ГОСТ 32922-2014 для сырого молока) устанавливают строгие требования к процессам и конечной продукции, обеспечивая пищевую безопасность.
• Энергоэффективность и экономика — неразрывные аспекты: Холодильные системы потребляют до 15% электроэнергии в России. Инновации, такие как аммиачные системы (экономия 15-25% на эксплуатационных расходах), рекуперация тепла (сокращение окупаемости на 1-2 года) и фрикулинг (экономия до 40% электроэнергии), не только снижают производственные затраты (на 2-5%) и себестоимость продукции, но и способствуют устойчивому развитию. Быстрое охлаждение сокращает усушку мяса на 0.5-1% и увеличивает срок хранения на 2-3 дня, оправдывая инвестиции.

Перспективы развития отрасли лежат в нескольких направлениях. Во-первых, это дальнейшая автоматизация и цифровизация холодильных комплексов, что позволит более точно контролировать параметры, минимизировать человеческий фактор и оптимизировать потребление ресурсов. Во-вторых, внедрение новых хладагентов с низким потенциалом глобального потепления и разработка еще более энергоэффективного оборудования станет приоритетом в контексте экологической ответственности. В-третьих, исследования в области комбинированных методов охлаждения, сочетающих различные физические принципы (например, аэрозольное и ультразвуковое воздействие), могут привести к прорывным решениям в скорости и качестве обработки. Наконец, персонализация режимов охлаждения для микропартий продуктов или даже для отдельных экземпляров, основанная на данных об их физиологическом состоянии, является отдаленной, но перспективной целью.

Оптимизация промышленных способов охлаждения — это непрерывный процесс, в котором задействованы наука, технологии и законодательство. Дальнейшие исследования должны быть направлены на более глубокое понимание долгосрочных эффектов различных режимов охлаждения на молекулярном уровне, разработку интеллектуальных систем прогнозирования порчи, а также на создание экономически обоснованных и экологически чистых решений для сохранения бесценных продуктов животного происхождения, ведь потребитель всегда ищет не только доступность, но и безупречное качество, а также уверенность в безопасности покупаемой продукции.

Список использованной литературы

1. Бредихин, С. А. Технология и техника переработки молока / С. А. Бредихин, Ю. В. Космодемьянский, В. Н. Юрин. — Москва : КолосС, 2013.
2. Забашта, А. Г. Справочник по разделке мяса / А. Г. Забашта, И. А. Подвойская, М. В. Молочников. — Москва : ООО «Франтера», 2002.
3. Лисенков, А. А. Технология переработки продуктов убоя. — Москва : Издательство МСХА, 2010.
4. Позняковский, В. М. Экспертиза мяса и мясопродуктов. — Новосибирск : Издательство Новосибирского университета, 2011.
5. Рогов, И. А. Общая технология мяса и мясопродуктов / И. А. Рогов, А. Г. Забашта, Г. П. Казюлин. — Москва : Колос, 2010.
6. ГОСТ 814-2019 Рыба охлажденная. Технические условия. — Введ. 2019–01–01. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200171228 (дата обращения: 09.10.2025).
7. ГОСТ 32922-2014 Молоко коровье пастеризованное. — Введ. 2016–01–01. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200115082 (дата обращения: 09.10.2025).
8. ГОСТ 2012 Молоко обезжиренное – сырье. Технические условия. — Введ. 2013–07–01. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200100435 (дата обращения: 09.10.2025).
9. ГОСТ 779-41 Мясо-говядина в полутушах и четвертинах. — Введ. 1941–12–01. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200000215 (дата обращения: 09.10.2025).
10. ГОСТ 7724-77 Мясо. Свинина в тушах и полутушах. Технические условия. — Введ. 1978–01–01. — URL: https://docs.cntd.ru/document/871000678 (дата обращения: 09.10.2025).
11. ГОСТ 32796-2014 Свинина. Туши и отрубы. Требования при поставках и контроль качества. — Введ. 2016–01–01. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200115392 (дата обращения: 09.10.2025).
12. ГОСТ 31450-2013 Молоко питьевое. Технические условия. — Введ. 2014–07–01. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200103764 (дата обращения: 09.10.2025).
13. ГОСТ Р 52054-2023. Молоко коровье. Технические условия. — Введ. 2024–01–01. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200204738 (дата обращения: 09.10.2025).
14. Холодильная обработка и хранение сырья и продуктов животного происхождения. — Алматинский Технологический Университет. — URL: https://atu.edu.kz/assets/files/students/library/books/holodilnaya-obrabotka-i-hranenie-syrya-i-produktov-zhivotnogo-proishozhdeniya.pdf (дата обращения: 09.10.2025).
15. Процессы, происходящие в мясе при охлаждении // CyberLeninka. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/protsessy-proishodyaschie-v-myase-pri-ohlazhdenii (дата обращения: 09.10.2025).
16. Системы воздушного охлаждения мясо- и птицепродукции // Сфера. — URL: https://sfera.fm/articles/sistemy-vozdushnogo-ohlazhdeniya-myaso-i-ptitseproduktsii (дата обращения: 09.10.2025).
17. Охладители молока // Тагрис. — URL: https://tagris.ru/articles/oxladiteli-moloka/ (дата обращения: 09.10.2025).
18. Танк охладитель молока купить по цене производителя // Молтех.рф. — URL: https://молтех.рф/tank-okhladitel-moloka-kupit/ (дата обращения: 09.10.2025).
19. Технический регламент Таможенного союза 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» // Sertif.tech. — URL: https://sertif.tech/tr-ts-021-2011-o-bezopasnosti-pishchevoj-produktsii/ (дата обращения: 09.10.2025).
20. Охладители молока: для чего нужны и какие бывают // НЗТО. — URL: https://nzto.ru/articles/okhladiteli-moloka-dlya-chego-nuzhny-i-kakie-byvayut/ (дата обращения: 09.10.2025).
21. Танки-охладители молока // УЗПО. — URL: https://uzpo.ru/katalog/ohlazhdenie-moloka/tanki-ohlarditeli-moloka/ (дата обращения: 09.10.2025).
22. Оборудование для переработки молока // Агро-Вита. — URL: https://agro-vita.ru/catalog/oborudovanie-dlya-pererabotki-moloka (дата обращения: 09.10.2025).
23. Микробиологические изменения в мясе при хранении // eLibrary.ru. — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=43789410 (дата обращения: 09.10.2025).
24. Энергоэффективность холодильных систем // Империя Холода. — URL: https://imperiaholoda.ru/articles/energoeffektivnost-holodilnykh-sistem (дата обращения: 09.10.2025).
25. Универсальный метод оценки энергетической эффективности холодильных систем // Холодпром. — URL: https://holodunion.ru/stati/universalnyj-metod-otsenki-energeticheskoj-effektivnosti-holodilnyh-sistem.html (дата обращения: 09.10.2025).
26. Требования к качеству мяса — Мясо -> Товароведческие характеристики мяса // meat.su. — URL: http://meat.su/tovarovedenie/tovarovedcheskie_harakteristiki_myasa/trebovaniya_k_kachestvu_myasa (дата обращения: 09.10.2025).
27. Влияние изменения белков в процессе длительного воздействия низких температур на качество мяса. Обзор // ResearchGate. — URL: https://www.researchgate.net/publication/343468595_Vlianie_izmenenia_belkov_v_processe_dlitel_nogo_vozdejstvia_nizkih_temperatur_na_kacestvo_masa_Obzor (дата обращения: 09.10.2025).
28. Решения для повышения энергоэффективности установок в пищевой промышленности // Climalife. — URL: https://climalife.ru/news/resheniya-dlya-povysheniya-energoeffektivnosti-ustanovok-v-pishchevoj-promyshlennosti (дата обращения: 09.10.2025).
29. Способы и режимы охлаждения мяса // OMEX. — URL: https://omex.ru/holodilnaya-obrabotka/ohlazhdenie-myasa/ (дата обращения: 09.10.2025).
30. Способы и режимы охлаждения мяса с помощью промышленного и торгового холодильного оборудования // Фабрика Холода. — URL: https://fabrika-holoda.ru/blog/sposoby-i-rezhimy-okhlazhdeniya-myasa-s-pomoshchyu-promyshlennogo-i-torgovogo-kholodilnogo-oborudovaniya (дата обращения: 09.10.2025).
31. Влияние холодильной обработки на качество и безопасность мяса // CyberLeninka. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-holodilnoy-obrabotki-na-kachestvo-i-bezopasnost-myasa (дата обращения: 09.10.2025).
32. Применение в холодильном оборудовании энергосберегающих технических решений // Frigodesign. — URL: https://frigodesign.ru/articales/energoeffectivnost/ (дата обращения: 09.10.2025).
33. ВНИХИ: Главная. — URL: http://vnihi.ru/ (дата обращения: 09.10.2025).
34. ВНИХИ: у истоков российской холодильной науки // Криофрост. — URL: https://kryofrost.ru/vnihi-u-istokov-rossijskoj-holodilnoj-nauki (дата обращения: 09.10.2025).
35. Исследование влияния режимов холодильной обработки на продолжительность процесса охлаждения мяса птицы // CyberLeninka. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vliyaniya-rezhimov-holodilnoy-obrabotki-na-prodolzhitelnost-protsessa-ohlazhdeniya-myasa-ptitsy (дата обращения: 09.10.2025).
36. Технологии охлаждения мяса и мясных продуктов // Meat-Expert. — URL: https://meat-expert.ru/articles/211-tehnologii-ohlazhdeniya-myasa-i-myasnyh-produktov (дата обращения: 09.10.2025).
37. Мясные технологии — «Охлаждение мяса, мясопереработка» // Myaso.ru. — URL: https://www.myaso.ru/articles/ohlazhdenie-myasa-myasopererabotka/ (дата обращения: 09.10.2025).
38. Снижение усушки замороженного мяса при длительном хранении // CyberLeninka. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/snizhenie-usushki-zamorozhennogo-myasa-pri-dlitelnom-hranenii (дата обращения: 09.10.2025).
39. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 021/2011 О безопасности пищевой продукции. — Введ. 2012–07–01. — URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_124119/ (дата обращения: 09.10.2025).