SEMINARIUM Z TECHNIK ZAMRAŻANIA Temat: Ogólna charakterystyka wraz z oceną użytkową nowoczesnych technik zamrażania żywności, szczególnie tzw. zamrażania szokowego w porównaniu do metod konwencjonalnych. WYKONAŁ: Marcin Zarwalski SUChiKl sem.ix Wydział Mechaniczny
ZAMRAŻANIE SZOKOWE Zamrażanie szokowe to proces szybkiego przemieszczania się frontu lodowego w głąb produktu (powyżej 5cm/godz). Dzieje się to za pomocą skroplonych gazów, zwanych kriocieczami. Z dużej ilości dostępnych ich na rynku, które teoretycznie można by wykorzystać do zamrażania żywności, zastosowanie znalazły tylko dwie: ciekły azot i dwutlenek węgla. Kriociecze te są źródłem bardzo niskiej temperatury, ich normalne temperatury wrzenia w temperaturze pokojowej 20 C wynoszą odpowiednio -dla azotu N2 (-196/20 C) -dla dwutlenku węgla CO2(-78,5/20 C). Siłą napędową na intensywność wymiany ciepła pomiędzy produktem zamrażanym a kriogenem jest duża różnica temperatur oraz wysoki współczynnik wymiany ciepła w porównaniu z metodami tradycyjnymi (tabela 1). Te dwie właśności intensywności wymiany ciepła skutkują krótkimi czasami zamrażania produktów żywnościowych. Rysunek 1 przedstawia KRIOGENIKA W PRZEMYŚLE SPOŚYWCZYM Rosnące w ostatnich latach zainteresowanie możliwościami wykorzystywania kriocieczy znalazło swoje odzwierciedlenie także w przemyśle spożywczym. Z dużej ilości dostępnych na rynku kriocieczy, które teoretycznie można by używać do zamrażania żywności, 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 może być zamrażanie w ciekłym freonie R12, które zostało całkowicie wyeliminowane z przemysłu zgodnie z Protokołem Montrealskim. Czynniki kriogeniczne wykorzystuje się w technologiach: - zamrażania produktów - pakowania i przechowywania produktów (atmosfera kontrolowana) - rozlewania napojów - stabilizacji ciśnienia w pojemnikach (puszkach i butelkach) cienkościennych - przechowywania owoców.
WŁAŚCIWOŚCI CZYNNIKÓW KRIOGENICZNYCH Określenie kriogeniczne" przyjęto umownie. Zgodnie z nazewnictwem za kriogeniczne uważane są temperatury poniżej -150 C (123 K). Zamrażanie ciekłym CO2 (LIC) o temperaturze wrzenia" (sublimacji) -78,5 C nie mieści się w tym zakresie, jednak zostało tutaj włączone z uwagi na zbliżony 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 różnicami temperatur użytkowania i otoczenia (odpowiednio N2-196/20 C, CO2-78,5/20 C, instalacja konwencjonalna - 40/20 C). Sprawność obiegu Carnota dla procesu LIN jest ok. 10-krotnie niższa od sprawności procesu amoniakalnej instalacji chłodniczej. Dla CO2 stosunek ten wynosi ok., 2. Dlatego metody LIN i LIC są stosowane w produkcji na małą skalę oraz do celów specjalnych, np. do zamrażania preparatów farmaceutycznych, gdy chodzi głównie o zachowanie właściwości produktu, a koszty zamrażania są czynnikiem drugorzędnym. Poniższa tabela przedstawia porównanie współczynników przejmowania ciepła dla wybranych procesów zamrażania:
Podział metod zamrażania żywności Zamrażarki tunelowe Produkt podawany jest na przesuwnej taśmie wykonanej ze stali kwasoodpornej. Urządzenie zamrażalnicze zasilane jest poprzez system dysz, które natryskują ciekły azot N2 lub CO2 bezpośrednio na zamrażany produkt. Ciekły czynnik w zetknięciu z produktem odparowuje. Urządzenie tego typu składa się z czterech stref odpowiadających czterem etapom zamrażania produktu: - strefa I: wstępne schładzanie produktu w strumieniu par azotu o temperaturze od -20 do - 100 ºC, - strefa II: schładzanie produktu w intensywnym strumieniu par azotu o temperaturze od -100 do -190ºC, - strefa III: zamrażanie produktu, - strefa IV: wyrównanie temperatury.
Zamrażarki spiralne Przenośnik taśmowy jest poprowadzony spiralnie wokół bębna zaś dysze natryskujące kriogen montuje się nie tylko w górnej części, ale także na ścianach bocznych. Produkt jest natryskiwany nim od razu po wprowadzeniu do urządzenia. Odparowany kriogen usuwany jest z urządzenia za pomocą wentylatora, a niewielki strumień par kierowany jest do wylotu w celu uniemożliwienia przedostania się powietrza. Zamrażarki komorowe W zamrażarkach komorowych produkty leżą na półkach sitowych wagonika w szafie zamrażalni i zostają w niej zamrożone pod wpływem cyrkulującego czynnika chłodzącego. Nadmiar odparowanego czynnika usuwany jest na zewnątrz urządzenia za pomocą wentylatora.
Zamrażarki immersyjne Zamrażanie immersyjne realizuje się jednym z trzech sposobów: przez zanurzenie produktu w ciekłym ośrodku chłodzącym, przez jego zraszanie lub omywanie produktu cieczą chłodzącą. Metoda ta pozwala uzyskać dużą prędkość zamrażania, dzięki pełnemu kontaktowi całej powierzchni zamrażanego produktu z cieczą ochładzającą (duże współczynniki wnikania ciepła przy stosunkowo wysokiej temperaturze wrzenia czynnika od -25 do - 35 C). Urządzenia tego typu posiadają małe wymiary i są bardzo proste w konstrukcji. Zamrażarki bębnowe Zamrażarki oparte są na technologii indywidualnego szybkiego zamrażania. Rozwinięciem tej techniki jest możliwość mieszania różnych składników i obtaczania poszczególnych cząstek sosami lub innym obłożeniem. Potrawy takie przygotowuje się m.in. z mięsa drobiowego, ryb, produktów morza, mieszanek warzywnych, wyrobów piekarniczych i ryżu. Produkty te określa się mianem żywności wygodnej, ponieważ można je wykorzystać jako gotowe potrawy, szybkie i łatwe w przygotowaniu. Urządzenie składa się z dwóch podstawowych segmentów: - bębna izolowanego próżniowo, - systemu dozowania sosu/ kriogenu.
Podsumowanie Zamrażanie szokowe nie zawsze jest skuteczne pod względem jakościowym jak i ekonomicznym. Aby stosować zamrażanie szokowe produkty spożywcze powinny charakteryzować się m.in. tym, że : -ich jakość przy wzroście prędkości mrożenia wyraźnie się poprawia - od strony ekonomicznej musza to być produkty stosunkowo drogie, dla których cena zakupu czynnika stanowi niewielki procent całkowitych kosztów produkcji.