Ocena jakościowa i ekonomiczna tzw. szokowego zamrażania

POLITECHNIKA GDAŃSKA
Katedra Techniki Cieplnej
Współczesne Techniki ZamraŜania
Temat:
Ocena jakościowa i ekonomiczna tzw. szokowego
zamraŜania
produktów
Ŝywnościowych
w
porównaniu do metod konwencjonalnych.
Wykonał:
Marcin Kamiński
spec. SUChiKl
sem. IX
Gdańsk, 2007
Konspekt
• Kriogenika w przemyśle spoŜywczym.
• Wpływ metody zamraŜania produktów Ŝywnościowych na ich cechy
jakościowe.
• Ocena
ekonomiczna
kriogenicznego
zamraŜania
produktów
Ŝywnościowych w odniesieniu do metod konwencjonalnych.
• Wnioski
Kriogenika w przemyśle spoŜywczym
•
Najczęściej stosowane ciecze kriogeniczne – N2, CO2.
•
Znacznie krótszy czas procesu zamraŜania w porównaniu do metod
konwencjonalnych.
•
DuŜa wartość róŜnicy temperatur pomiędzy produktem zamraŜanym, a
kriogenem, powoduje intensyfikację procesu wymiany ciepła.
•
Znacznie większe współczynniki wymiany ciepła w porównaniu do metod
konwencjonalnych.
Tabela 1 Porównanie współczynników przejmowania ciepła dla wybranych procesów zamraŜania.
Wpływ metody zamraŜania produktów Ŝywnościowych na ich
cechy jakościowe.
Zmiany fizyczne
•
zmiany strukturalne – polegają na mechanicznych uszkodzeniach ciągłości
membran komórkowych lub na nieodwracalnej utracie ich specyficznych
własności pod wpływem trzech podstawowych grup czynników, którymi są:
o formujące się kryształy lodu;
o zwiększone ciśnienie osmotyczne płynów komórkowych;
o precypitacja
(wytrącanie)
i
denaturacja
koloidowych
składników
produktów.
Zakłada się istnienie pewnego optymalnego zakresu szybkości
zamraŜania, w obrębie którego zmiany strukturalne są minimalne.
Rys. 1 Średni udział owoców nieuszkodzonych w malinach świeŜych i mroŜonych po 3
miesiącach przechowywania (% wagowy); LN2 – zamraŜanie w ciekłym azocie, FL – zamraŜanie
fluidyzacyjne, OW – zamraŜanie owiewowe
Rys. 2 Wpływ metody zamraŜania na masę owoców odciekniętych wiśni (%)
•
rekrystalizacja – powoduje stopniowy zanik efektów szybkiego zamraŜania
oraz przyczynia się do nasilenia zamraŜalniczych zmian strukturalnych;
•
ubytki masy produktów – wymuszony pracą wentylatorów strumień powietrza
przejmuje ciepło i masę (wilgoć) z powierzchni produktów; wilgoć zostaje
przeniesiona na zimniejsze od powietrza powierzchnie parowników – jest to
tzw. ususzka
Rys. 3 Ususzka ogólna mroŜonego mięsa wieprzowego w (%)
•
oparzelina mrozowa – wystąpienie oparzeliny jest tym częstsze, im szybszy
jest proces zamraŜania i towarzyszą mu mniejsze ubytki wody; warunkiem
ograniczenia oparzeliny jest niska i stała temperatura przechowywania.
Zmiany chemiczne i biologiczne
•
•
•
przemiany białek – najbardziej typowe zmiany frakcji białkowej to spadek
rozpuszczalności, zdolność wiązania wody i pęcznienia; zmiany białek w
przemysłowej obróbce zamraŜalniczej, nie są zbyt istotne i ograniczają się do
nieznacznych strat białek i aminokwasów spowodowanych wyciekiem
zamraŜalniczym;
przemiany węglowodanów – w warunkach szybkiego zamraŜania produktów
Ŝywnościowych węglowodany nie podlegają istotnym zmianom;
przemiany tłuszczów i lipidów – podczas szybkiego zamraŜania stwierdzono
przyśpieszone jełczenie produktów, spowodowane zwiększoną w tych
warunkach adsorpcją tlenu przez tkankę;
Zmiany mikrobiologiczne
•
wymroŜenie prawie całej ilości wody hamuje procesy mikrobiologiczne w
zamroŜonych produktach i powoduje, Ŝe ich stan sanitarny jest na ogół lepszy
niŜ produktów świeŜych lub schłodzonych;
Ocena ekonomiczna kriogenicznego zamraŜania produktów
Ŝywnościowych w odniesieniu do metod konwencjonalnych
• JAKOŚĆ UZYSKANEGO PRODUKTU
• KOSZTY
PONIESIONE
NA
UZYSKANIE
PRODUKTU
O
OKREŚLONYCH PARAMETRACH JAKOŚCIOWYCH
Koszty zamraŜania
•
Koszty kapitałowe (oprocentowanie i amortyzacja);
•
Koszty utrzymania (serwisu, remontów i obsługi);
•
Koszty robocizny bezpośredniej (produkcyjnej);
•
Koszty utrzymania ruchu (energii, wody, materiałów);
•
Koszty strat produktu.
Rys. 4 Koszty zamraŜania metodą LIN oraz innymi metodami dla produktów drogich i tańszych: A –
metoda LIN, B – tunel owiewowy, C – tunel fluidyzacyjny (φ/kg – współczynnik kosztu zamraŜania
jednego kilograma produktu)
•
Przy idealnym procesie chłodzenia stosunek uzyskanej energii chłodzącej do
pracy włoŜonej dla jej uzyskania jest równy proporcji temperatur
[wg Dunlingera]:
Tz/(T-Tz)
T – temperatura, w której prowadzony jest proces chłodzenia [K];
Tz – temperatura otoczenia [K]
•
Im wyŜsza jest wartość tego stosunku, tym bardziej
energetycznego punktu widzenia jest metoda mroŜenia.
efektywna
z
Tabela 2 Efektywność energetyczna róŜnych metod zamraŜania Ŝywności.
Wnioski
Zalety wykorzystania kriotechnologii
+
Proces
mroŜenia jest bardzo
intensywny
(duŜy
współczynnik
przekazywania ciepła, duŜa róŜnica
temperatur między czynnikiem roboczym
a produktem);
+ Bardzo krótki czas zamraŜania (od 3
do 10 minut, przy produktach o
większych gabarytach do 20 minut);
+ Brak negatywnego oddziaływania
chemicznego czynnika na produkt;
+
Niewielki
koszt
inwestycyjny
urządzenia (para wrzącego czynnika nie
jest zawracana, co nie wymaga
rozbudowy urządzenia);
Wady wykorzystania kriotechnologii
- Wysoki koszt eksploatacyjny urządzenia
(kriociecz musi być stale uzupełniana);
Konieczność
przechowywania
i
transportowania ciekłych czynników w
specjalnych zbiornikach i cysternach;
Dodatkowe
zuŜycie
gazów
spowodowane jest zyskami ciepła przez
obudowę
i
elementy
urządzenia
(konieczność izolacji części systemu)
oraz wychładzaniem urządzenia po
przestoju;
Zalety zamraŜania kriogenicznego
•
szybka
dezaktywacja
enzymów
negatywnie
oddziałujących
na
jakość
produktu;
•
zmniejszenie efektu ususzki (ubytki masy przy zamraŜaniu w aparatach
kriogenicznych wahają się w granicach 0.43 - 0.7% )
o metoda fluidyzacyjna 1.0 - 1.5%
o tunele owiewowe 2 - 3%
o aparaty taśmowo - spiralne 1.2%
•
równomierna krystalizacja wody na zewnątrz i wewnątrz komórki - kryształy
lodu nie naruszają struktury tkankowej;
•
produkt zachowuje naturalny wygląd po rozmroŜeniu - ograniczenie wycieków
i zmian konsystencji;
•
produkt o minimalnym stopniu przetworzenia.
Źródła
[1] Gruda Z., Postolski J.: ZamraŜanie Ŝywności. Wydawnictwo Naukowo –
Techniczne. Warszawa 1999.
[2] Berliński Ł., Bonca Z.: Wpływ metody zamraŜania produktów Ŝywnościowych na
ich cechy jakościowe. „TCHK”, nr 8/2000, s. 335-341.
[3] Berliński Ł., Bonca Z.: Wpływ metody zamraŜania produktów Ŝywnościowych na
ich cechy jakościowe. „TCHK”, nr 9/2000, s. 383-386.
[4] Chorowski M., Konopka-Cupiał G., Piotrowska A.: Technologie kriogeniczne –
wykład.