Ogólna charakterystyka wraz z oceną użytkową nowoczesnych

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.