POLITECHNIKA GDAŃSKA

Podobne dokumenty
SEMINARIUM Z TECHNIK ZAMRAŻANIA

SEMINARIUM Z PRZEDMIOTU WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA. Temat: Urządzenia typu LIN do kriogenicznego zamrażania wybranych produktów żywnościowych.

WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAśANIA Temat: Technologie stosowane w zamraŝaniu produktów Ŝywnościowych cz.2z2

Politechnika Gdańska

WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA (seminarium)

POLITECHNIKA GDAŃSKA

KRIOGENIKA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Seminarium z Nowoczesnych Technik ZamraŜania

SEMINARIUM Z TECHNIK ZAMRAśANIA

WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAśANIA (seminarium)

WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAśANIA

Część I. Katarzyna Asińska

SEMINARIUM Z PRZEDMIOTU WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAśANIA

ZAMRAŻANIE PODSTAWY CZ.2

SEMINARIUM Z CHŁODNICTWA

WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA

Wykład 3. Diagramy fazowe P-v-T dla substancji czystych w trzech stanach. skupienia. skupienia

POLITECHNIKA GDAŃSKA

Politechnika Gdańska

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ

TEMAT: Budowa i charakterystyka działania urządzeo typu LIN przeznaczonych do kriogenicznego zamrażania żywności.

Seminarium z Nowoczesnych Technik ZamraŜania

K raków 26 ma rca 2011 r.

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

TEMAT: Zmiany fizyczne zachodzące w mroŝonej Ŝywności.

Politechnika Gdańska

Współczesne techniki zamraŝania

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 3

Skraplanie czynnika chłodniczego R404A w obecności gazu inertnego. Autor: Tadeusz BOHDAL, Henryk CHARUN, Robert MATYSKO Środa, 06 Czerwiec :42

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

Wpływ techniki rozmrażania na odwracalność zmian jakościowych w produkcie żywnościowym

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA ABSORPCYJNEJ POMPY CIEPŁA

Amoniakalne urządzenia chłodnicze Tom I

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

SEMINARIUM Z WSPÓŁCZESNYCH TECHNIK ZAMRAŻANIA

Politechnika Gdańska

Układ siłowni z organicznymi czynnikami roboczymi i sposób zwiększania wykorzystania energii nośnika ciepła zasilającego siłownię jednobiegową

Linia PastaCook - URZĄDZENIA DO GOTOWANIA I CHŁODZENIA MAKARONU

METODY ZAMRAŻANIA CZ.2

Miniskrypt do ćw. nr 4

Temat : Systemy regulacji temperatury w obiektach o duŝej dokładności.

Skraplarki Claude a oraz Heylandta budowa, działanie, bilans cieplny oraz charakterystyka techniczna

OSUSZACZE POWIETRZA AQUA-AIR AQUA-AIR DR120, AQUA-AIR DR190, AQUA-AIR DR250, AQUA-AIR DR310, AQUA-AIR DR70

Porównanie strat ciśnienia w przewodach ssawnych układu chłodniczego.

Politechnika Gdańska. Chłodnictwo. wykonał : Kamil Kłek wydział : Mechaniczny

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Informacja o pracy dyplomowej. Projekt stanowiska dydaktycznego opartego na spręŝarkowym urządzeniu chłodniczym, napełnionym dwutlenkiem węgla (R744)

POLITECHNIKA GDAŃSKA

TECHNIKI NISKOTEMPERATUROWE W MEDYCYNIE

SKRAPLACZE NATRYSKOWO-WYPARNE typu SWC

Termodynamika Techniczna dla MWT, wykład 3. AJ Wojtowicz IF UMK Izobaryczne wytwarzanie pary wodnej; diagram T-v przy stałym ciśnieniu

Budowa i zasada działania hermetycznego agregatu chłodniczego Audiffren-Singrőn (A-S), w którym płynem roboczym jest dwutlenek siarki.

P O L I T E C H N I K A G D A Ń S K A W Y D Z I A Ł M E C H A N I C Z N Y

Korzyści i zagroŝenia wynikające z dostarczania gazu ziemnego w postaci skroplonej

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Koszt budowy i eksploatacji elektrowni i elektrociepłowni wykorzystujących biomasę

BADANIE PARAMETRÓW PROCESU SUSZENIA

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

W8 40. Para. Równanie Van der Waalsa Temperatura krytyczna ci Przemiany pary. Termodynamika techniczna

saving energy in comfort Recair Sensitive RS220

Przemysław Dojlido r. Beata Drwota

Obiegi rzeczywisty - wykres Bambacha

Wykorzystanie ciepła odpadowego dla redukcji zużycia energii i emisji

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

Food Processing Equipment KOCIOŁ WARZELNY WSADOWY ORAZ CHŁODZIARKA. NEAEN Cook n chill

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Pompy ciepła powietrze woda serii T-CAP, czyli stała wydajność grzewcza do temperatury zewnętrznej -15stC.

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

POLITECHNIKA GDAŃSKA

Techniki Niskotemperaturowe w Medycynie. Skraplarka Claude a i skraplarka Heylandta (budowa, działanie, bilans cieplny, charakterystyka techniczna).

Prawo dyfuzji (prawo Ficka) G = k. F. t (c 1 c 2 )

Zadanie 1. Zadanie 2.

2. Kryteria doboru instalacji klimatyzacyjnej pomieszczenia basenu.

Rodzaj nadawanych uprawnień: obsługa, konserwacja, remont, montaż, kontrolnopomiarowe.

Współczesne techniki zamraŝania

INSTRUKCJA MONTAśU I UśYTKOWANIA POJEMNOŚCIOWE PODGRZEWACZE WODY BSV

Nowoczesne techniki zamrażania

Wykład 7 Entalpia: odwracalne izobaryczne rozpręŝanie gazu, adiabatyczne dławienie gazu dla przepływu ustalonego, nieodwracalne napełnianie gazem

Obieg Ackeret Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji

Rozwój pomp ciepła sprawność energetyczna i ekologia

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 4

Automatyzacja procesu odszraniania wentylatorowych chłodnic powietrza gorącymi parami czynnika w małych urządzeniach chłodniczych

Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza

BILANS CIEPLNY CZYNNIKI ENERGETYCZNE

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ I MECHANIKI PŁYWNÓW ZAKŁAD SPALANIA I DETONACJI Raport wewnętrzny


Food Processing Equipment PRZEMYSŁOWY SMAŻALNIK ŁOPATKOWY DO PRACY CIĄGŁEJ

Zagospodarowanie energii odpadowej w energetyce na przykładzie współpracy bloku gazowo-parowego z obiegiem ORC.

OKW1 OKW. Seria. Seria CHŁODNICE WODNE

BEKO TECHNOLOGIES. Kompletny, szybki i profesjonalny serwis. Pełna diagnostyka systemów uzdatniania spręŝonego powietrza

Smay: Systemy odprowadzenia powietrza z budynków

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Energetyki i Aparatury Przemysłowej PRACA SEMINARYJNA

Suszarki do tarcicy. Maszyny i urządzenia Klasa III TD

POLITECHNIKA GDAŃSKA

PL B1. JODKOWSKI WIESŁAW APLITERM SPÓŁKA CYWILNA, Wrocław, PL SZUMIŁO BOGUSŁAW APLITERM SPÓŁKA CYWILNA, Oborniki Śląskie, PL

ALIGAL Freeze. Nasze rozwiązania kriogeniczne dla Twoich innowacji

KATALOG PRODUKTÓW Nadzienia Marmolady Powidła

Transkrypt:

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ Seminarium z przedmiotu: Współczesne techniki zamraŝania Temat: Ocena jakościowa i ekonomiczna tzw. szokowego (kriogenicznego) zamraŝania wybranych produktów Ŝywnościowych w odniesieniu do metod konwencjonalnych. Wykonał: Przemysław Jakóbowski

1. KRIOGENIKA W PRZEMYŚLE SPOśYWCZYM Rosnące w ostatnich latach zainteresowanie moŝliwościami wykorzystywania kriocieczy znalazło swoje odzwierciedlenie takŝe w przemyśle spoŝywczym. Z duŝej ilości dostępnych na rynku kriocieczy, które teoretycznie moŝna by uŝywać do zamraŝania Ŝywności, praktyczne zastosowanie znalazły tylko dwie: ciekły azot i dwutlenek węgla. Inne nie są stosowane ze względu na problemy bezpieczeństwa pracy, szkodliwe działanie na produkty oraz wysoką cenę. Przykładem moŝe być zamraŝanie w ciekłym freonie R12, które zostało całkowicie wyeliminowane z przemysłu zgodnie z Protokołem Montrealskim. Czynniki kriogeniczne wykorzystuje się w technologiach: zamraŝania produktów pakowania i przechowywania produktów (atmosfera kontrolowana) rozlewania napojów stabilizacji ciśnienia w pojemnikach (puszkach i butelkach) cienkościennych przechowywania owoców. Tab.1 Przykłady zastosowania czynników kriogenicznych 2

2. WŁAŚCIWOŚCI CZYNNIKÓW KRIOGENICZNYCH Określenie kriogeniczne" przyjęto umownie. Zgodnie z nazewnictwem za kriogeniczne uwaŝane są temperatury poniŝej -150 C (123 K). ZamraŜanie ciekłym CO 2 (LIC) o temperaturze wrzenia" (sublimacji) -78,5 C nie mieści się w tym zakresie, jednak zostało tutaj włączone z uwagi na zbliŝony charakter procesu. Z punktu widzenia termodynamiki stosowanie skroplonych gazów (LN2, LCO2) jest bardzo niekorzystne. W porównaniu z konwencjonalnymi instalacjami chłodniczymi operuje się tu znacznie większymi róŝnicami temperatur uŝytkowania i otoczenia (odpowiednio N 2-196/20 C, CO 2-78,5/20 C, instalacja konwencjonalna - 40/20 C). Sprawność obiegu Carnota dla procesu LIN jest ok. 10-krotnie niŝsza od sprawności procesu amoniakalnej instalacji chłodniczej. Dla CO 2 stosunek ten wynosi ok. 2 (rys. 1). Dlatego metody LIN i LIC są stosowane w produkcji na małą skalę oraz do celów specjalnych, np. do zamraŝania preparatów farmaceutycznych, gdy chodzi głównie o zachowanie właściwości produktu, a koszty zamraŝania są czynnikiem drugorzędnym. Specyfikacja Jednostka Ciekły azot LN 2 Ciekły dwutlenek węgla LCO 2 Wzór chemiczny - N 2 CO 2 Temperatura wrzenia (100 kpa) C -195,9 - Temperatura sublimacji (100 kpa) C - -78,5 Gęstość pary (101,3 kpa, 0 C) kg/m 3 1,251 1,977 Ciepło właściwe pary kj(kg K) 1,038 0,79 Ciepło parowania (101,3 kpa) kj/kg 198,2 - Ciepło sublimacji kj/kg - 571,1 UŜyteczna róŝnica entalpii do -20 C kj/kg 380 342,0 (ciecz -30 C) 323,0 (ciecz -20 C) Uzyskiwana przemysłowa czystość czynnika Uwagi dotyczące bezpośredniego kontaktu z produktami spoŝywczymi % 99,995 99,5 _ bez zastrzeŝeń bez zastrzeŝeń Wpływ na jakość produktu - korzystny korzystny Formalne dopuszczenie do bezpośredniego styku z Ŝywnością bez zastrzeŝeń bez zastrzeŝeń Tab. 2 Zestawienie właściwości czynników kriogenicznych 3

Rys.1 Sprawność cyklu Carnota dla zamraŝania LIN, LIC, maszynowego T=-40 i -25 C PoniŜsza tabela przedstawia porównanie współczynników przejmowania ciepła dla wybranych procesów zamraŝania: Tab.3 Tabela przedstawia porównanie normalnych temperatur wrzenia czynników chłodniczych i kriogenicznych: Tab.4 4

3. METODY ZAMRAśANIA SZOKOWEGO Metoda zamraŝania w ciekłym azocie (LIN) i w ciekłym dwutlenku węgla (LIC) dominuje w produkcji drobnej (do 500 t/rok). Na duŝa skalę metody te są stosowane przede wszystkim w kombinacji z metodami tradycyjnymi dla usprawnienia ich pracy tzw. mroŝenie kriomechaniczne, lub podczas szczytowych dostaw surowca, kiedy konwencjonalne urządzenia mogą okazać się niewystarczające ze względu na swoje ograniczenia. Urządzenia konwencjonalne często nie są w stanie przejąć całego surowca. Wymagają ponadto częstych przerw w pracy wymuszonych koniecznością odszronienia urządzenia (przewrócenie skuteczności mroŝenia). Kriogeniczne techniki przemysłowego zamraŝania znalazły zastosowanie głównie przy przetwarzaniu produktów delikatnych i drobnych, gdzie koszty produkcji są rekompensowane efektami końcowymi. ZuŜycie czynnika jest tu stosunkowo małe a otrzymuje się poŝądane efekty jakościowe. TakŜe w przypadku zamraŝania płynnej Ŝywności (masa jajowa, sosy) korzystny wpływ na efekt końcowy ma zamraŝanie przy uŝyciu kriogenów. Zaletą stosowania LN2 jest moŝliwość mroŝenia koncentratów soków w postaci kulek lub proszkowanie tłuszczów jadalnych. Sporym zainteresowaniem kriociecze cieszą się w przetwórstwie mięsnym. Znalazły one tu zastosowanie między innymi w procesach automatycznej regulacji temperatury procesów kutrowania, masowania czy teŝ rozdrabniania. 3.1 ZAMRAśANIE W CIEKŁYM AZOCIE (LIN) Poszczególne rodzaje urządzeń zamraŝalniczych typu LIN w róŝnym stopniu wykorzystują ciepło uŝyteczne ciekłego azotu. W większości z nich dąŝy się do wykorzystania zarówno ciepła parowania, jak i ciepła przegrzania par azotu, aby zmniejszyć zuŝycie gazu oraz uzyskać wysoką sprawność procesu zamraŝania h. Pomimo, Ŝe koszty inwestycyjne metod kriogenicznych są niskie (para wrzącego czynnika praktycznie nie jest zawracana, co nie wymaga duŝej rozbudowy urządzeń w porównaniu do urządzeń tradycyjnych) oraz usprawniła się i zagęściła znacznie sieć dystrybucji kriocieczy, to jednak metody te, jak dotąd, nie są stosowane na szeroką skalę. Decydują o tym koszty utrzymania urządzenia w ruchu, które ze wzglądu na to, Ŝe czynnik naleŝy ciągle uzupełniać są wysokie. Przeciętne zuŝycie to 1.5 kg czynnika na 1 kg produktu, przy czym jest ono zaleŝne od rodzaju zamraŝanego produktu oraz od czasu pracy danego urządzenia zamraŝalniczego. NaleŜy zauwaŝyć, Ŝe na dodatkowe zuŝycie gazów mają takŝe wpływ zyski cieplne obudowy urządzenia, przewodów, zbiornika cieczy oraz energia 5

wychładzania po przestoju. Ograniczenie tych strat wymaga specjalnego izolowania poszczególnych części całego systemu oraz optymalnego jego rozmieszczenia w przestrzeni (np. maksymalne skrócenie przewodów). W tabeli podano jednostkowe zuŝycie LN 2 netto i brutto (orientacyjnie) dla zamroŝenia wielu produktów, a na rys. 2 rzeczywiste jednostkowe zuŝycie w zaleŝności od czasu uŝytkowania aparatu bez przerw. Z rysunku widać, Ŝe czas ten powinien wynosić minimum 4 h. Praktycznie sprawność η aparatów LIN wynosi 0,7-0,85. Rys.2 Średnie zuŝycie ciekłego azotu na 1kg produktu, w zaleŝności od czasu uŝytkowania aparatu Aparaty typu LIN, dzięki występującej w nich duŝej róŝnicy temperatur pomiędzy rozpręŝającym się ciekłym azotem (-196 C) i zamraŝanym produktem, umoŝliwiają bardzo szybkie ich zamroŝenie. Zwykle czas tego procesu wynosi od 3 do 10 min, stąd teŝ przebieg krzywej zamraŝania jest prawie pionowy (rys. 3). 6

Rys.3 Temperatura w środku produktu T c przy zamraŝaniu w aparacie LIN A i tunelu owiewowym B 1 - ciasto z jabłkami, 2 - kruche ciasto Do zamraŝania produktów spoŝywczych stosowane są następujące urządzenia typu LIN: zamraŝarki tunelowe; zamraŝarki spiralne; zamraŝarki komorowe; zamraŝarki immersyjne (zanurzeniowe); zamraŝarki bębnowe - śrubowe. 3.2 ZAMRAśANIE CIEKŁYM CO 2 (LIC) Metoda zamraŝania ciekłym CO 2 jest określana w skrócie LIC {Lląuid Carbon--Dioxide- Freezing). Przy ciśnieniu atmosferycznym dwutlenek węgla moŝe występować tylko w stanie stałym (suchy lód) lub gazowym. Ciekły CO 2 jest dostarczany w butlach lub cysternach pod ciśnieniem ok. 2,0 MPa (w temp. -20 C). Do celów zamraŝalniczych jest składowany w izolowanych zbiornikach w temperaturze od -20 do -30 C i ciśnieniu 1,5-2,0 MPa. Zbiorniki są chłodzone za pomocą małych, automatycznych instalacji freonowych. Chłodzenie jest konieczne w celu podniesienia efektywności procesu zamraŝania. Im niŝsza jest temperatura w zbiorniku, tym wyŝsza wartość ciepła uŝytecznego czynnika. Ciecz rozpręŝana w dyszach zamienia się w przybliŝeniu w połowie w śnieg", w połowie w gazowy CO2. 7

Proces zamraŝania w zamraŝarkach LIC jest w zasadzie taki sam, jak w aparatach LIN. Wykres temperatur ma teŝ podobny charakter z tym, Ŝe czynne róŝnice temperatur w poszczególnych strefach aparatu są znacznie mniejsze (temperatura sublimacji śniegu" CO 2 przy ciśnieniu atmosferycznym -78,5 C, wrzenia ciekłego azotu -195,9 C). RównieŜ warunki przepływu ciepła od produktu do stałego CO 2 w strefie najbardziej intensywnej wymiany są o wiele gorsze niŝ przy natrysku LN2. W rezultacie średni współczynnik wnikania ciepła α w zamraŝarkach LIC jest blisko 2-krotnie mniejszy niŝ w aparatach LIN i wynosi 22-34 W/( m 2 K) ZamraŜanie przy uŝyciu ciekłego CO 2 jest natomiast stosunkowo korzystne pod względem energetycznym i ekonomicznym. W porównaniu z metodą LIN ogólny wydatek energii jest blisko 4-krotnie mniejszy, a cena czynnika ok. 3,5-krotnie niŝsza. Konstrukcja zamraŝarek LIC jest w zasadzie taka sama, jak zamraŝarek LIN. RóŜnią się tylko typem dysz w systemach natrysku. Przestawienie urządzenia z ciekłego azotu na ciekły dwutlenek węgla wymaga wymiany dysz i odpowiedniego nastawienia temperatur i szybkości posuwu taśmy na tablicy rozdzielczej. 4. APARATURA DO ZAMRAśANIA SZOKOWEGO 4.1 APARATY TUNELOWE 8

Produkt podawany jest na przesuwnej taśmie wykonanej ze stali kwasoodpornej. Urządzenie zamraŝalnicze zasilane jest poprzez system dysz, które natryskują ciekły azot lub CO 2 bezpośrednio na zamraŝany produkt. Ciekły czynnik w zetknięciu z produktem odparowuje. Powstała para dzieli się na dwa strumienie. Pierwszy (~ 98% N2) płynie w przeciwnym kierunku do kierunku taśmy zasysany przez wentylator zamontowany na początku podajnika. Drugi (~ 2% N2) płynie wzdłuŝ taśmy do wylotu tunelu. Zapobiega on przedostaniu się powietrza do wnętrza urządzenia. Tunel zamraŝalniczy posiada cztery strefy odpowiadające czterem etapom zamraŝania produktu: Strefa I: wstępne schładzanie produktu w strumieniu par azotu o temperaturze -20-100 ºC = strumień par zasysany przez wentylator Strefa II: schładzanie produktu w intensywnym strumieniu par azotu o temperaturze -100-190 ºC = wentylatory Strefa III: zamraŝanie produktu bezpośredni natrysk azotu = dysze natryskujące Strefa IV: wyrównanie temperatury = końcowa część aparatu. 4.2 ZAMRAśARKI SPIRALNE Przenośnik taśmowy jest poprowadzony spiralnie wokół bębna. MoŜna spotkać dwa rozwiązania techniczne. Pierwsze, gdzie ciekły azot podawany jest przez dysze zamontowane w górnej części urządzenia. Po bokach montuje się wentylatory. Produkt wprowadzony w dolnej części urządzenia jest wstępnie ochładzany w strumieniu par azotu. WzdłuŜ bębna przenoszony jest do górnej części, gdzie następuje natrysk ciekłym azotem. Drugie rozwiązanie: dysze natryskujące LN2 montuje się nie tylko w górnej części, ale takŝe na ścianach bocznych (jak na rysunku). W tym przypadku produkt jest natryskiwany ciekłym azotem od razu po wprowadzeniu do urządzenia. Odparowany azot 9

usuwany jest z urządzenia za pomocą wentylatora. Niewielki strumień par kierowany jest do wylotu urządzenia w celu uniemoŝliwienia przedostania się powietrza. 4.3 APARATY ZANURZENIOWE Produkt transportowany jest przez wannę wypełnioną ciekłym azotem. Były to najprostsze, najmniejsze i najtańsze urządzenia przeznaczone do zamraŝania szokowego. Niestety produkty poddane tak gwałtownemu ochłodzeniu pękały. Aktualnie stosuje się takie urządzenia w połączeniu z przystawkami ( rysunki poniŝej). Są to niewielkie urządzenia zapewniające wstępne ochłodzenia produktu. 10

1 - taśma listwowa, 2 - napęd taśmy, 3 - transporter wylotowy, 4 - tablica kontrolna, 5 - zasilanie LN 2, 6 - rama nośna, 7 - nakrywa unośna 1 - przewód dostarczający produkt, 2 - strefa wstępnego podmroŝenia, 3 - formierka bębnowa, 4 - wylot produktu w formie tabletek, 5 - tablica kontrolna, 6 - pomost obsługi, 7 - konstrukcja nośna, 8 - wylot gazu 11

4.4 ZAMRAśARKI SZAFOWE Zasada działania urządzenia szafowego jest bardzo prosta. ZamraŜane produkty leŝą na półkach sitowych wagonika w szafie zamraŝalni i zostają w niej zamroŝone pod wpływem cyrkulującego czynnika chłodzącego. Nadmiar odparowanego czynnika usuwany jest na zewnątrz urządzenia za pomocą wentylatora. 12

5. OCENA JAKOŚCIOWA I EKONOMICZNA ZAMRAśANIA SZOKOWEGO W PORÓWNANIU DO INNYCH METOD.. Produkty Ŝywnościowe stanowią w większości skomplikowane systemy biologiczne, tworzące struktury tkankowe podlegające zmianom podczas zamraŝania. Ogólnie, zmiany te polegają na mechanicznych uszkodzeniach ciągłości membran komórkowych lub na nieodwracalnej utracie ich specyficznych własności pod wpływem trzech podstawowych grup czynników, którymi są: formujące się kryształy wody; zwiększone ciśnienie osmotyczne płynów komórkowych; precypitacja i denaturacja koloidowych składników produktów. Zmiany strukturalne w produktach mroŝonych, ogólnie niezbyt duŝe, są wyraźnie zróŝnicowane (mniejsze w produktach zwierzęcych niŝ w roślinnych). Istotny wpływ na struktury tkankowe ma szybkość zmraŝania. Ogólnie przyjmuje się, Ŝe im szybszy jest spadek temperatury, tym lepiej zostaje zachowana struktura produktu. Szczególny rodzaj uszkodzeń struktury produktów moŝe powodować zamraŝanie kriogeniczne. W warunkach procesu ultraszybkiego, przy duŝych gradientach temperatur, następuje istotny wzrost ciśnienia wewnątrz produktu, w wyniku szybkiego obniŝenia temperatury warstw zewnętrznych i uformowania się stałej, nieelastycznej warstwy lodu. MoŜna zatem zakładać istnienie pewnego optymalnego zakresu szybkości zamraŝania, w obrębie którego zmiany struktury są minimalne. Na rysunku 2 przedstawiono średni udział owoców nieuszkodzonych malin zamraŝanych róŝnymi metodami. Owoce malin zbudowane są z połączonych ze sobą pestkowców. Podczas zbioru w większości owoców zostaje usunięte dno kwiatowe, co znacznie osłabia ich delikatną strukturę. WciąŜ poszukuje się takiej metody mroŝenia, która pozwoliłaby uzyskać owoc zamroŝony o strukturze zbliŝonej do struktury owocu świeŝego. W tym zakresie duŝe nadzieje wiąŝe się właśnie z metodami kriogenicznymi. 13

Z przedstawionych na rysunku danych moŝna wnioskować, Ŝe szybkie metody zamraŝania malin są zalecane, gdy owoce są przeciętnej jakości (klasa I). Przy zamraŝaniu owoców wysokiej jakości, metoda z zastosowaniem tunelu owiewowego daje lepsze wyniki niŝ metoda LIN. Przyczyną takiej sytuacji mogą być wyŝej opisane uszkodzenia, związane ze wzrostem ciśnienia wewnątrz produktu. Rysunek 4 ilustruje ocenę twardości kalafiorów odmiany White Rock po róŝnym okresie ich składowania. Na twardość kalafiora metoda zamraŝania nie ma istotnego wpływu (zwarta budowa warzywa) 14

Na rysunkach 7 przedstawiono wpływ metody zamraŝania owoców wiśni na masę odciekniętych wiśni. Ciekawym zjawiskiem jest wzrost ususzki w mięsie zamraŝanym kriogenicznie: Zjawisko to jest spowodowane tym, Ŝe wrzący azot nie zwiera praktycznie Ŝadnej wilgoci, więc bardzo chętnie chłonie wodę z zamraŝane produktu. Kolejnym problemem występującym przy mroŝeniu tusz mięsnych jest powstawanie pęknięć. Dla duŝych porcji produktu warunkach ultraszybkiego mroŝenia, przy duŝych róŝnicach temperatur, istnieje ryzyko powstania pęknięć w warstwach wierzchnich. Dzieje się tak dlatego, Ŝe warstwa wierzchnia zamarza jako pierwsza i tworzy skorupę, wewnątrz której zamknięta jest pewna objętość nie zamarzniętego produktu, wraz z postępowaniem procesu zamarzania następuje wzrost ciśnienia wewnątrz produktu, co powoduje uszkodzenia. 15

Oceniając ekonomiczną efektywność dowolnego systemu zamraŝania naleŝy uwzględnić dwa aspekty: jakość uzyskanego produktu oraz koszty poniesione na uzyskanie produktu o określonych parametrach jakościowych. Koszty zamraŝania są sumą następujących składników : kosztów kapitałowych (oprocentowania i amortyzacji ), kosztów utrzymania (serwisu, remontów, obsługi), koszt robocizny bezpośredniej (produkcyjnej), kosztów utrzymania ruchu (energii, wody, materiałów), strat produktu. Porównawcze zestawienie tych kosztów dla zamraŝania części indyka i truskawek metodą LIN (zamraŝanie w ciekłym azocie), w tunelu fluidyzacyjnym oraz w tunelu owiewowym pokazano na rys. 11. Uwzględniając 50% obniŝkę strat surowca i znacznie niŝsze koszty kapitałowe, ogólne koszty zamraŝania są w metodzie LIN przy droŝszym produkcie (indyki) 2,7 - krotnie, a przy tańszym produkcie (truskawki) 5,5 - krotnie wyŝsze od zamraŝania konwencjonalnego (w tunelu owiewowym lub fluidyzacyjnym). Jak moŝna zauwaŝyć, koszty utrzymania w ruchu urządzenia kriogenicznego są bardzo wysokie, poniewaŝ płyn roboczy musi być w nim stale uzupełniany, a przy przeciętnym jego zuŝyciu na poziomie 1,5 kg/kg produktu stanowi on główną pozycją w ogólnych kosztach produkcji. 16

Na rysunkach poniŝej przedstawione jest zuŝycie energii podczas zamraŝania pasztecików róŝnymi metodami. Z wykresu jasno wynika iŝ znakomitą część zuŝycia energii przy wykorzystaniu metod szokowych pochłania wytworzenie gazu. Przy idealnym procesie chłodzenia, stosunek uzyskanej energii chłodzącej do pracy włoŝonej dla jej uzyskania jest równy proporcji temperatur: Tz T Tz T z - temperatura w której prowadzony jest proces chłodzenia ( temp. parowania czynnika chłodniczego) T temperatura otoczenia Im wyŝsza jest wartość tego stosunku, tym bardziej efektywna z energetycznego punktu widzenia jest metoda mroŝenia. 17

Z przedstawionej analizy wynika, Ŝe najwyŝszymi kosztami zamraŝania charakteryzują się metody kriogeniczne, zaś najniŝszymi zamraŝanie fluidyzacyjne. ZamraŜanie LIN lub LIC jest konkurencyjne w stosunku do metod tradycyjnych przy niewielkiej produkcji oraz wówczas, gdy mrozimy produkty drogie. ZamraŜanie w tunelach fluidyzacyjnych jest najtańsze, gdy zamraŝamy duŝe ilości produktów o stosunkowo małych wymiarach, przede wszystkim owoce i warzywa. 6. Podsumowanie i wnioski Aparaty kriogeniczne wykorzystuje się do utrwalania owoców, warzyw, grzybów. W owocach jagodowych (truskawki, maliny, wiśnie) zastosowanie szybkich metod zamraŝania kriogenicznego wpływa istotnie na konsystencję, barwę i aromat oraz ograniczenie wycieków, przy jednoczesnym zachowaniu delikatnego kształtu surowca. ZbliŜone efekty uzyskuje się podczas mroŝenia warzyw (kalafiory, pomidory, brokuły). Jak wynika z badań mroŝenie grzybów w ciekłym azocie pozwala na przedłuŝenie terminu ich przydatności do spoŝycia nawet do roku przy jednoczesnym zachowaniu intensywnego smaku i zapachu. Metody kriogeniczne zyskały duŝą popularność w przemyśle piekarniczym i cukierniczym. Czas zamraŝania jest ściśle związany z szybkością zamraŝania produktów spoŝywczych. Największymi szybkościami tego procesu charakteryzują się metody kriogeniczne ( dla zamraŝania w ciekłym azocie od 12 cm/h przy natrysku, do 120 cm/h przy zanurzaniu ). Najmniejsze prędkości uzyskuje się w tradycyjnych zamraŝalnikach komorowych owiewowych i wynoszą one około 1,5 cm/h. Zalety wykorzystania kriotechnologii: 1. Proces mroŝenia jest bardzo intensywny (duŝy współczynnik przekazywania ciepła, duŝa róŝnica temperatur między czynnikiem roboczym a produktem). 2. Bardzo krótki czas zamraŝania (od 3 do 10 minut, przy produktach o większych gabarytach do 20 minut). 3. Brak negatywnego oddziaływania chemicznego czynnika na produkt. 4. Niewielki koszt inwestycyjny urządzenia (para wrzącego czynnika nie jest zawracana, co nie wymaga rozbudowy urządzenia) Wady wykorzystania kriotechnologii: 1. Wysoki koszt eksploatacyjny urządzenia (kriociecz musi być stale uzupełniana). 2. Konieczność przechowywania i transportowania ciekłych czynników w specjalnych 18

zbiornikach i cysternach. 3. Dodatkowe zuŝycie gazów spowodowane jest zyskami ciepła przez obudowę i elementy urządzenia (konieczność izolacji części systemu) oraz wychładzaniem urządzenia po przestoju. Zalety mroŝenia kriogenicznego: 1. Szybka dezaktywacja enzymów negatywnie oddziałujących na jakość produktu. 2. Zmniejszenie efektu ususzki (ubytki masy przy zamraŝaniu w aparatach kriogenicznych wahają się w granicach 0.43-0.7% - metoda fluidyzacyj na 1.0-1.5% - tunele owiewowe 2-3% - aparaty taśmowo - spiralne 1.2%. 3. Równomierna krystalizacja wody na zewnątrz i wewnątrz komórki - kryształy lodu nie naruszają struktury tkankowej. 4. Produkt zachowuje naturalny wygląd po rozmroŝeniu - ograniczenie wycieków i zmian konsystencji. 5. Produkt o minimalnym stopniu przetworzenia. 19