Ogólna charakterystyka wraz z oceną użytkową nowoczesnych

Ogólna charakterystyka wraz z oceną użytkową nowoczesnych

2010-12-15
POLITECHNIKA GDAŃSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
Ogólna charakterystyka wraz z oceną
użytkową nowoczesnych technik
zamrażania żywności, szczególnie
tzw. zamrażania szokowego w
porównaniu do metod
konwencjonalnych
Część I: Ogólna charakterystyka wraz z
oceną użytkową nowoczesnych technik
zamrażania żywności
Student: Michał Wajman
Specjalność: Systemy, Urządzenia Chłodnicze i Klimatyzacyjne
Przedmiot: Współczesne techniki zamrażania
Zawartość
1
Wiadomości wstępne ...................................................................................................................... 2
2
Zamrażanie w powietrzu ................................................................................................................. 3
2.1
2.1.1
Charakterystyka zamrażania owiewowego ..................................................................... 3
2.1.2
Charakterystyka użytkowa zamrażania owiewowego..................................................... 4
2.2
3
5
Zamrażania fluidyzacyjne ........................................................................................................ 4
2.2.1
Charakterystyka zamrażania fluidyzacyjnego.................................................................. 4
2.2.2
Ocena użytkowa zamrażania fluidyzacyjnego ................................................................. 5
Zamrażanie kontaktowe .................................................................................................................. 6
3.1
Charakterystyka zamrażania kontaktowego ........................................................................... 6
3.2
Typy zamrażarek kontaktowych .............................................................................................. 7
3.2.1
Płytowe zamrażarki kontaktowe ..................................................................................... 7
3.2.2
Taśmowe zamrażarki kontaktowe ................................................................................... 7
3.3
4
Zamrażanie owiewowe............................................................................................................ 3
Ocena użytkowa zamrażania kontaktowego ........................................................................... 8
Zamrażanie w cieczach niewrzących (immersyjne) ......................................................................... 8
4.1
Charakterystyka zamrażania w cieczach niewrzących ............................................................ 8
4.2
Ocena użytkowa zamrażania w cieczach niewrzących ............................................................ 9
Bibliografia..................................................................................................................................... 10
1 Wiadomości wstępne
Na współczesne techniki zamrażania składają się:
zamrażanie w powietrzu, w którym możemy dodatkowo wyróżnić dwa rodzaje
zamrażania:
zamrażanie owiewowe;
zamrażanie fluidyzacyjne;
zamrażanie kontaktowe, które może być:
zamrażaniem kontaktowym bezpośrednim;
zamrażaniem kontaktowym pośrednim;
zamrażanie w cieczach niewrzących (zamrażanie immersyjne);
zamrażanie w cieczach wrzących (zamrażanie kriogeniczne):
zamrażanie w ciekłym azocie (LIN);
zamrażanie ciekłym CO2 (LIC);
W opisywanej części tematu zostaną omówione dokładniej wszystkie techniki zamrażania,
oprócz zamrażania w cieczach wrzących.
Obecnie w przemyśle 90% stosowanych metod zamrażania opiera się na zamrażaniu w
powietrzu, 9% na zamrażaniu kontaktowym, zaś w pozostałym 1% stosowane są inne,
zaprezentowane powyżej techniki.
2 Zamrażanie w powietrzu
2.1 Zamrażanie owiewowe
2.1.1 Charakterystyka zamrażania owiewowego
Zamrażanie owiewowe jest jednym z najstarszych wymyślonych typów zamrażania. Zamrażanie
następuje poprzez umieszczenie żywności w pomieszczeniach mrożących zwanych zamrażarkami (w
literaturze anglojęzycznej „sharp freezers”). Czas zamrażania zależny jest w dużej mierze od
temperatury komory mrożącej, typu zamrażarki oraz początkowej temperatury i wymiaru produktu.
Rysunek 2.1 Zamrażarka owiewowa [1]
Powietrze jako medium chłodzące może zamrażać produkty będąc w stanie nieruchomym lub
przemieszczającym się (jego przepływ jest wymuszony). W zamrażarkach, w których stosowany jest
wymuszony ruch powietrza, wykorzystuje się mechanizm konwekcji wewnątrz komory mrożącej.
Zamrażanie owiewowe jest realizowane za pomocą zamrażarek takich jak:
tunele okresowe, gdzie produkty ułożone są na tacach i umieszczone w specjalnych
stojakach lub wózkach;
Rysunek 2.2 Wózek do przechowywania produktów w tunelach okresowych [1]
zamrażarki taśmowe;
zamrażarki spiralne tacowe;
zamrażarki spiralne taśmowe;
zamrażarki automatyczne stelażowe;
2.1.2 Charakterystyka użytkowa zamrażania owiewowego
Zalety:
najtańszy sposób zamrażania żywności;
stała temperatura podczas przechowywania mrożonek, co pozwala na zamrażanie dużych
ilości produktów nieprzetworzonych, takich jak ćwierci wołowe bądź ryby;
wysoki standard higieny;
prostota konstrukcji;
Wady:
najwolniejsza z metod zamrażania;
powietrze jest bardzo złym medium chłodzącym (mała wartość współczynnika przewodzenia
ciepła -> bardzo mały współczynnik wnikania ciepła -> długi czas zamrażania);
poprawa współczynnika przejmowania ciepła (przez intensyfikację ruchu powietrza) jest
zabiegiem energochłonnym;
nawet modyfikacja zamrażarki poprzez zwiększenie pojemności chłodniczej oraz dodanie
wentylatorów dla poprawy cyrkulacji powietrza nie jest w stanie pomóc w kontroli przepływu
powietrza wzdłuż produktów podczas powolnego mrożenia;
2.2 Zamrażania fluidyzacyjne
2.2.1 Charakterystyka zamrażania fluidyzacyjnego
Zamrażanie fluidyzacyjne jest unowocześnionym zamrażaniem owiewowym, wymyślonym w
Szwecji na początku lat 60 XX w. Obecnie metodą tą zamraża się 90% warzyw i owoców, praktycznie
wszystko oprócz szpinaku puree. Opisywany typ zamrażania wykorzystuje zjawisko powstawania tzw.
złoża fluidyzacyjnego. Chłodne powietrze nawiewane jest od dołu na taśmociąg, na którym znajdują
się produkty. Po przekroczeniu pewnej prędkości powietrza produkty unoszą się i przechodzą w stan
fluidalny (zawieszając się lub płynąc), a cała ich warstwa zachowuje się, jak ciecz. Efektem jest
powstanie wcześniej wspomnianego złoża fluidalnego, w którym po dosypaniu produktów na jednym
jego końcu, następuje samoczynne ich przemieszczanie w kierunku drugiego końca, w celu
wyrównania poziomu warstwy na całej jej powierzchni.
Rysunek 2.3 Zasada działania zamrażania fluidyzacyjnego [1]
2.2.2 Ocena użytkowa zamrażania fluidyzacyjnego
Zalety:
stosowanie dużych prędkości powietrza jest bardzo efektywne dla żywności nieopakowanej;
pojedynczy produkt jest bardzo szybko mrożony (Individually Quick Frozen). IQF opiera
zasadę swojego działania na małych cząsteczkach z tendencjami do „wspólnego trzymania
się” i wykorzystaniu ich potencjału do zbrylania;
Wady:
przy niektórych typach zamrażanych produktów powstaje zjawisko silnego przywierania
owoców do taśmy. Powoduje ono uratę części produktów oraz niszczenie taśmy. W związku z
tym zamrażanie fluidyzacyjne nie może być stosowane do wszystkich rodzajów żywności (np.
truskawki, maliny itp.);
zbrylenie produktu może spowodować jego niedomrożenie;
Rysunek 2.4 Przykład zamrażarki wykorzystującej technikę zamrażania fluidyzacyjnego [1]
3 Zamrażanie kontaktowe
3.1 Charakterystyka zamrażania kontaktowego
Zamrażanie kontaktowe jest uznawane za najstarszy typ wymyślonej techniki zamrażania
produktów. W metodzie tej, czynnik chłodniczy służący do obniżenia temperatury produktu oraz do
jego zamrożenia znajduje się bezpośrednim lub pośrednim kontakcie z produktem. Przy
bezpośrednim zamrażaniu kontaktowym produkt zamrażany jest całkowicie otoczony przez czynnik,
maksymalizując w ten sposób wymianę ciepła. Cały proces zachodzi w środowisku odizolowanym od
otoczenia.
Rysunek 3.1 Bezpośrednie zamrażanie kontaktowe [1]
W pośrednim zamrażaniu kontaktowym taśma lub stalowa płyta, na której jest umieszczony
produkt ma kontakt z medium mrożącym, zaś sam produkt jest przez nią odseparowany od czynnika.
Proces ten również zachodzi w środowisku odizolowanym od otoczenia.
Rysunek 3.2 Pośrednie zamrażanie kontaktowe [1]
3.2 Typy zamrażarek kontaktowych
3.2.1 Płytowe zamrażarki kontaktowe
Płytowe zamrażarki kontaktowe są najbardziej popularnymi typami stosowanych rozwiązań w
zamrażaniu kontaktowym. W zamrażarce płytowej produkt zostaje ściśnięty pomiędzy metalowymi
płytami, pionowo lub poziomo. Czynnik chłodniczy krąży wewnątrz płyt, jest więc to kontaktowe
zamrażanie pośrednie. Ściśnięcie stosuje się w celu uzyskania dobrego kontaktu pomiędzy
produktem, a powierzchniami wymiany ciepła. Przykładowa zamrażarka płytowa zobrazowana jest na
Rys. 3.3.
Rysunek 3.3 Zamrażarka płytowa ze sprężarką dwustopniową i skraplaczem chłodzonym wodą morską [1]
Ten typ zamrażarek kontaktowych ograniczony jest tylko do materiałów lub bloków (brył) o
regularnych kształtach, a więc np. do kotletów wołowych lub paczkowanych produktów o blokowym
(bryłowym) kształcie.
3.2.2 Taśmowe zamrażarki kontaktowe
Ten typ zamrażarki jest projektowany albo jako zamrażarka jedno, albo dwutaśmowa, do
mrożenia cienkiej warstwy produktów (Rys. 3.4). Zamrażarka taśmowa może być zamrażarką prostą
bądź bębnową. Typowe produkty mrożone w tego typu urządzeniach to sosy, zupy, żółtka jaj oraz
miazga owocowa.
Rysunek 3.4 Zamrażarka taśmowa kontaktowa [1]
3.3 Ocena użytkowa zamrażania kontaktowego
Zalety:
jedna z najbardziej efektywnych metod pod względem mechanizmu wymiany ciepła (bardzo
dobre warunki wymiany ciepła, wysoka przejmowalność energii cieplnej i krótki czas
mrożenia);
małe wymiary urządzeń mrożących;
Wady:
system pośredniego zamrażania kontaktowego nie może być stosowany do mrożenia
produktów paczkowanych (ze względu na odporność opakowań na wymianę ciepła oraz
możliwość wystąpienia korozji w przypadku interakcji metalowych opakowań z powierzchnią
wymiany ciepła);
uciążliwa obsługa urządzenia;
4 Zamrażanie w cieczach niewrzących (immersyjne)
4.1 Charakterystyka zamrażania w cieczach niewrzących
Zamrażarki immersyjne posiadają w swojej budowie dodatkowy element, który zasadniczo
odróżnia je od pozostałych zamrażarek. Jest to zbiornik na ciecz niewrzącą. Cieczą niewrzącą, będącą
medium mrożącym o niskiej temperaturze może być glikol, glicerol, chlorek sodu lub chlorek wapnia,
wraz z mieszaniną soli i cukru.
W zamrażaniu immersyjnym produkt zostaje zanurzony w cieczy niewrzącej, bądź jest nią
natryskiwany, podczas gdy przemieszcza się przez zamrażarkę. Stosowana substancja rozpuszczająca
się w roztworze musi być pozbawiona koloru, zapachu oraz smaku.
W niektórych przypadkach w opisywanej technice zamrażania stosuje się specjalne membrany
zabezpieczające produkt przed medium mrożącym, jeśli istnieje prawdopodobieństwo uszkodzenia
produktu.
Rysunek 4.1 Schemat przykładowej zamrażarki immersyjnej [1]
Zgodnie z Rys. 4.1, cały następujący proces „obróbki” przemieszczającego się po taśmociągu
produktu składa się zanurzenia w cieczy niewrzącej, osuszenia, opłukania oraz ponownego osuszania.
4.2 Ocena użytkowa zamrażania w cieczach niewrzących
Zalety:
bardzo szybka redukcja temperatury produktu poprzez bezpośrednią wymianę ciepła;
zanurzenie produktu w ciekłym czynniku chłodniczym jest najszybszą metodą zamrażania
(ciecze mają lepszą przewodność cieplną od powietrza);
Wady:
zamrażane produkty muszą mieć większą gęstość od substancji rozpuszczonej (ograniczenie
zakresu zamrażania produktów żywnościowych);
roztwór może zostać rozcieńczony przez produkt, co zmienia stężenie roztworu i parametry
procesu;
sól silnie koroduje urządzenia;
5 Bibliografia
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
http://www.fao.org/
http://www.guidetohomecanning.com/freezing-foods/
http://www.annajoule.21food.com/showroom/34712/product/Vannamei-Prawn.html
http://www.eatrightontario.ca/en/viewdocument.aspx?id=148
http://solutionsforyourlife.ufl.edu/hot_topics/families_and_consumers/freezing_fruit.html
http://www.fao.org/
http://www.biotechnologia.uni.opole.pl/
„Zamrażanie żywności” – Z. Gruda, J. Postolski, WNT, 1999;