CHŁODNICTWO ŻYWNOŚCI

0^oC - materiał roślinny

-2^oc - materiał zwierzęcy

Proces wymiany ciepła usprawniony jest poprzez wprowadzanie powietrza w ruch. Jest to jednak energochłonne.

Ususzka - odparowywanie wody z materiału chłodzonego jeśli materiał jest niepakowny. Jeśli medium jest płynne to zanurzamy, zraszamy lub kontakt z topniejącym lodem lub śniegiem. Parametry: media ciekłe o wyższej pojemności cieplnej, wyższym współczynniku wnikania ciepła i w porównaniu do powietrza są lepsze. Medium 3 jest lód 2 wytwórnie; materiał jest nim przysypywany np. ryby.

Chłodzenie nie narusza struktury materiału oraz wymaga blisko 2x mniej energii niż zamrażanie, nie jest wolny od przemian jakie w żywności zachodzą.

Wpływa na to: temp., wilgotność atm., skład atm., prędkość liniowa

1. temperatura - 1- 8 st im niższa tym lepiej i dłuższy czas składowania (przechowywania). Nie można jej jednak obniżać dowolnie.

- dobrze znoszą warunki temp 0 st C - wiśni, marchew, szpinak

- minimalna temp 5 st C - pomidory, ziemniaki (poniżej występują choroby, psucie)

- temp 8 st C jako minimum - owoce cytrusowe, banany, niektóre odmiany jabłek, melony

Stabilność temperatur może wahać się w chłodniach +/- 1 st C gdyż jeśli temp wzrośnie nadmiernie będzie intensyfikowany proces odparowania wody. Jeśli zaś w drugą stronę to są dobre warunki do rozwoju drobnoustrojów.

2. wilgotność względna - ważna do utrzymania odp składu materiału jeśli wilgotność materiału jest wyższa niż otoczenia to woda będzie odparowywana do atm i odwrotnie. Wilgotność materiału 100%. Aby ograniczyć ten proces to wilgotność względną ustala się na poziomie 80-90% nie można ustalić blisko 100% żeby nie powodować ryzyka wykraplania wody. Istotna na etapie składowania.

3. prędkość liniowa przepływu powietrza - 1,5-5m/s jeśli niżej pogarszają się warunki wymiany ciepła, jeśli zaś powyżej 5 to intensyfikuje się odparowanie wody z materiału i ubytki masy. Szczególnie istotna na etapie schładzania.

4. skład atmosfery - dzielimy na modyfikowaną i kontaktową. Kontaktowa stosowana w komorach gazoszczelnych gł do przechowywania materiału roślinnego. Skład atmosfery est cały czas stały- specjalne konwektory. Etylen ma właściwości stymulujące dojrzewanie (w temp ok. 7 st C) jest niekorzystne dlatego się go usuwa. O₂ i CO₂ intensywność oddychania zależy od ich stężenia. Korzystne jest wys stężenie CO₂ bo oddychanie wtedy zachodzi powoli. Jeśli jednak O₂ <1,5 % zwłaszcza przy zbyt wysokiej temp występuje oddychanie beztlenowe -> otrzymujemy C₂H₄OH i CH₂CHO- niekorzystnie wpływa na smak barwę obniża się jakość, a nawet może dochodzić do gnicia. Analogicznie gdy CO₂ przekracza 6-10%. CO₂ działa bakteriostatycznie. Dla owoców z klimatu umiarkowanego 2-3% O₂, 3-5% CO₂ reszta N₂ daje to zahamowanie procesów metabolitycznych nawet do 70% i materiał można dłużej przechowywać o 2-3 miesiące. Modyfikowana w przechowalnictwie mięsa w jednostkowych opakowaniach, warzywa, owoce mało przetworzone. Jej cechą jest to że skład zmienia się w czasie przechowywania. Zawartość tlenu: mięso o krótkim okresie trwałości 3-6 dni - zawartość O₂ - 60% ale jest to zabieg który podnosi atrakcyjność mięsa (jest czerwone). Przy zawartości ponad 30% w temp do 3 st C trwałość przedłuża się o kilka dni (przedłużona o 30 do 50%). Tlen działa niekorzystnie bo powstają drobnoustroje przy stężeniu zwłaszcza poniżej 30% powstaje śluz gnilny zapach zbyt małe stężenie powoduje kwaśnienie mięsa 9drobnoustroje kwasu mlekowego). Zbyt niska zawartość O₂ ok. 4% oksymioglobina -> mioglobina -> metmioglobina (zabarwienie brunatne) podobnie hemoglobina.

Zawartość:

O₂: 1% (wieprzowina, wołowina, cielęcina (ciemnieje)), 5% (kurczaki (<5% sinieją)), 1-25% ryby

CO₂: 10% (wieprzowina, cielęcina), 20% (wołowina), 75% (kurczaki), 60-90% (ryby)

CO₂ łatwo ulega desorpcji przy obróbce kulinarnej dlatego nie powoduje zmian smaku

Skuteczność tej atmosfery - dla duszek kurczaków w temp o st C - 214 dni. Przy temp 6-8 st C brak pozytywnych skutków zastosowania atm modyfikowanej (namnażanie drobnoustrojów obniżenie rozp gazów)

ZAMRAŻANIE

To proces optymalnego utrwalania żywności bo daje max przedłużenia ważności przy min przemianach produktu wyjściowego. Jest jednak kosztowny.

1. obniżamy temp i zahamowanie procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych

2. odwodnienie produktu- kridehydratacja- obniża się aktywność wody i zahamowany jest wzrost drobnoustrojów

Szybkość mrożenia - temp czynnika mrożącego na efekt mrożenia. Im gwałtowniej ochładzamy więcej zarodków krystalizacji które powstają na początku i dają początek kryształom. Im jest ich więcej tym będą one mniejsze. Przy powolnym zamrażaniu w przestrzeniach międzykomórkowych tworzą się duże kryształy wody (heksagonalne) i rozrywają tkankę. Ponadto deformacje powodować może powodować odwodnienie komórek na skutek ubytku z nich wody do przestrzeni międzykomórkowej. Przy nieco szybszym zamrażaniu - heksagonalne kryształy lodu tworzą się też wewnątrz komórek i je niszczą. Dlatego ważne jest by ochładzać produkt tak szybko jak to tylko możliwe. Żeby jak najszybciej przejść krytyczną temp w której tworzone są duże heksagonalne kryształy. Jeśli szybko ochłodzamy, lód tworzy się dendryty, małe nieregularne formy które nie naruszają struktury tkanki. Temp - 60 st C temperatura eutektyczna - wyrównanie sił przyciągania wody do kryształów i siły trzymania wody w roztworze. Do - 20 - 5 st C tu najszybciej zachodzi denatucja białek i z tego powodu też trzeba szybko ochładzać. Końcowy etap zamrażania - zamrażamy do temp w której produkt będzie składowany aby przeciwdziałać rekrystalizacji.

Średnia szybkość zamrażania - pozwala liczbowo określić szybkość zamrażania

W_śr= grubość zamrożonej warstwy [cm]/ czas zamrażania [godz]

0,1 cm/h - powolne

1-2 - szybkie

10 - gwałtowne

100 - b. gwałtowne

Zalecane szybkości:

- produkty szybkie - ponad 5 cm/h

- w opakowaniach jednostkowych - ponad 0,5

- o dużych wymiarach - ponad 0,1

Przechowywanie:

1. produkt musi być przechowywany w temp o której został schłodzony (końcowa temp to średnia temp w całej objętości produktu) - teoretycznie praktycznie zaś doprowadza się produkt do temp - 12 st C w najtrudniej zamarzającym a wyrównanie temp przypada na 1 etap składowania.

2. stabilność +/- 1 st C. Jeżeli wahania są wyżze to będzie następowało zjawisko rekrystalizacji - polega na tym że wzrost temp powoduje topienie małych kryształków obniżenie temp powoduje że woda z małych kryształków zasila duże i one są jeszcze większe - tkanki są rozrywane, wycieki, pogorszenie wł funkcjonalnych (wodochłonność, wł żelująca, osłabienie konsystencji, grysikowatość). Występowanie także ususzki jest niekorzystne bo występuje ubytek masy nawet do 0,5%. Żeby materiał zabezpieczyć stosuje się glazurowanie - tworzenie warstwy lodu na powierzchni materiału nieopanowanego, drugie stos szczelnych, przylegających opakowań.

Skrajny przypadek ususzki to oparzelina mrozowa. Ujawnia się jako przebarwienia z daleko przesuniętego odwodnienia co prowadzi do denaturacji. Innym źródłem przebarwień są puste przestrzenie po kryształach, wchodzi tam tlen, światło i zaszły procesy oksydacyjne i zmieniają jakość organoleptyczną.

Etapy zamrażania:

1. Przygotowanie surowca

Zamrażamy max szybko po zbiorze (minimalny czas liczony w h). Materiał chłodzony od razu po zbiorze np. przesypywany lodem, specjalne chłodnice. Max składowanie do 24h w temp 5-7 st C w sytuacjach kryzysowych. W przypadku mięs chłodzimy zaraz po uboju. Może być to 3 stopniowe chłodzenie powietrzem o temp -12, -5, 2 t C. Tuszki drobiowe - zanurzane w zimnej wodzie 0-2 st C, nawiew zimnego powietrza ok. 0 st C. Metoda immersyjna ogranicza ususzke. Możliwe jest zastosowanie obu metod czyli rozpylanie zimnej wody w zimnym powietrzu. Ryby przesypuje się lodem lub składuje w zimnej wodzie morskiej. Wówczas czas składowania 2-3 tyg.

- Sortowanie - ujednolicenie produktu ze względu na wybraną cechę np. barwę. Może być prowadzone ręcznie lub maszynowo.

- Kalibracja - ujednolicenie materiału ze względu na rozmiar. Aby zmiany zachodziły jednakowo w każdym produkcje.

- Odrzucanie części niejadalnej - pestki naskórek szypułki. Od kilku do kilkudziesięciu % masy suchej

- Płukanie i mycie - oczyszczanie materiału. Ten materiał który wychodzi z mycia może zawierać do 5% wody na powierzchni bo po zamrożeniu stworzy glazurę która ograniczy ususzkę

- Blanszowanie - gł zadanie inaktywacja enzymów. Jest niezbędne w przypadku warzyw wykazujących aktywność metabolit w przypadku zbioru, szpinak, brukselka, kalafior. Nie stos do warzyw przeznaczonych na przyprawy np. pietruszka żeby nie traciła aromatu. Jeżeli np. marchew fasole składować w -30 st C nie dłużej niż 3 m-ce. W stosunku do owoców się nie stosuje. Jest bardz energochłonne, wytwarzanie dużej ilości ścieków

- usunięcie powietrza ok. 75% znajdującego się w tkance materiału roślinnego

- zmniejszenie objętości o kilkanaście %

- usunięcia szkodliwych zw np. azotanów

Temp to - 97 st C czas 1-10 min z użyciem wody lub pary wodnej. Przy użyciu wody ciepło równomiernie oddziałuje na daną partię produktu. Wymywane są kwasy i lepiej przechowują się barwniki.

-> Etap schładzania i ociekania po osuszeniu zachodzi do wtórnych zakażeń drobnoustrojami. Schładzanie odbywa się podczas transportu przenośnikiem następnie natrysk wody o temp kilkunastu stopni.

Jeżeli do blanszowania stos CaCl₂ np. do gruszek w temp 95 st C przez 3 min zw Ca usztywniają strukturę materiału. Można stos sacharozę np. do brzoskwiń w temp 95 st C. Metody tyczą się materiałów przetworzonych (pokrojone itl) i trafiają na tacki skład w atm. Modyfikowanej

Przygotowanie surowców mięsnych o zamrażania

- rozbiór tusz dla różnego przeznaczenia i półprodukt idzie do zamrażania

Wyróżniamy zamrażanie:

- powietrzne (owiewowe, fluidyzacyjne) najbardziej powszechne ok. 90% materiałów tak zamraża

- immersyjne

- kiogeniczne

- kontaktowe

Przy powietrznym:

1. tunel o działaniu okresowym - nie ma jednego typowego rozwiązania. Jest przestrzeń z agregatami (na górze) i towarowa (na dole) i chłodne pow jako lżejsze gromadzi się na dole i odbiera ciepłe od produktu i tak sobie krąży

Dla małych porcji cykl zamrażania trwa ok. 2h

Dla mięsa w półtuszach 12-18h

Dla drobiu i mięsa w kartonach 24-48h

Zamrażanie fluidyzacyjne:

Materiał o niewielkich rozmiarach pozwala na zamrożenie w kilka - kilkanaście min. Znacznie mniejsze ryzyko powstawania zlepieńców. Przez materiał ułożony na perforowanej pow przepuszcza się zimne powietrze

a) zamrażanie rynnowe

b) jednotaśmowe

c) taśmowe w układzie kaskadowym

materiał staje się odporniejszy chem., żeby zapobiec deformacjom złoża dna aparatu wprowadzane jest w ruch posuwisto - zwrotny

ad b) wykorzystywane najczęściej jest to układ 2taśmowy w ukł kaskadowym 1 taśma- strefa zamrażania żeby materiał nie przyczepiał się do taśmy jest tu intensywny nadmuch i następuje tu fluidyzacja. Jest podawany na 2 taśmie i tworzy warstwę ok. 30 cm i nadal przepływa zimne powietrze- jest to strefa domrażania

maliny i truskawki jeżyny - surowce trudno zamrażalne, nast. Deformacja ze względu na silny nawiew kilkadziesiąt % zmniejszonych owoców. Przy tunelach taśmowych mają tendencję do przywierania do taśm.

Truskawki

- ręczne odszypułkowanie

- powinny być nie w pełni dojrzałe by lepiej znieść transport

- selekcja

- natrysk - płuczka

- podajnik wibracyjny podaje na górną taśmę na przenośnik w ukł kaskadowym zamrażana do -18 st C jak będzie wyższa ponad -10 st C truskawki zbrylają się

- wylot tunelu temp -5 st C i pakuje się je w zbiorcze opakowania np. 20 kg a potem wysypywane na taśmę jest kolejne sortowanie i je się pakuje już w małe opakowania 0,5 kg

Zamrażanie kontaktowe:

Przypada na nie szacunkowo kilka % mrożonek. Odbiór ciepła jest intensywny dzięki kontakcie materiału ze stalową płytą która to ciepło odbiera. Czas zamrażania może być krótszy niż przy metodzie owiewowej. Są stos w rzeźni, na statkach stos się zamrażanie materiału o regularnych kształtach o gr 2,5-7,5 cm, może być zamrożona też ciecz. Temp -22-35 st C czas 25-105 min. Wówczas jest uciążliwa obsługa.

Aparat taśmowy o działaniu ciągłym materiał o regularnych kształtach. Taśma chłodzona od spodu a na górną powierzchnię nakłada się materiał zamrożony. Aby zamrozić materiał płynny stos się 2 taśmy zlożone warstwowo i są odpowiednio izolowane. Odległość pomiędzy nimi <1cm, a % trwa ok. 3 min. Na końcu jest specjalny łamacz stos do łamania zamrożonej masy i otrzymujemy sypki i zabezpieczony produkt.

Zamrażanie immersyjne:

Odbywa się przez bezpośredni kontakt produktu z cieczą, np. roztworem soli kuchennej (solanka), chlorkiem wapnia, glicerolu. Zamrażanie odbywa się w temperaturze od -16°C do -18°C, aby nie dopuścić do wytrącenia soli w chłodnicy. Do ważniejszych zalet należy zaliczyć duże współczynniki wnikania ciepła oraz krótki czas zamrażania przy stosunkowo wysokiej temperaturze wrzenia czynnika chłodniczego. Wady to utrata barwy przez produkty zamrażane na skutek absorbcji soli przez produkty, niebezpieczeństwo intensywnej korozji urządzeń i stały spadek stężenia roztworu na skutek absorbcji wilgoci z otoczenia.

Zamrażanie w cieczach wrzących:

Odbywa się dzięki pobraniu przez ciekły czynnik chłodniczy ciepła na odparowanie bezpośrednio z produktów zamrażanych. W zamrażaniu tą metodą znalazły zastosowanie m.in. takie czynniki jak ciekły azot (-196 st C), powietrze i stały CO₂ (-98). Metoda cechuje się wysokimi współczynnikami wnikania ciepła i krótkimi czasami zamrażania. Jest stosowana w produkcji na niewielką skalę, a znacznie częściej do celów specjalnych np. zamrażanie preparatów farmaceutycznych.

Zamrażanie powietrzne - polega na bezpośrednim oddziaływaniu strumienia zimnego powietrza o temperaturach rzędu −40 do -20°C na produkty czy towary zamrażane. Powietrze z uwagi na niskie współczynniki wnikania ciepła α jest złym czynnikiem chłodzącym. Zwiększenie α jest możliwe przez intensyfikację ruchu powietrza tj. zwiększenie prędkości i burzliwości przepływu. Wymaga to większych nakładów energijnych na napęd silników jak i dodatkowej mocy chłodniczej do odprowadzenia ciepła pracujących wentylatorów. Pomimo tych wad zamrażanie powietrzne jest powszechnie stosowane ze względu na:

- stosunkowe proste rozwiązania konstrukcji urządzeń zamrażających,

- łatwość obsługi i pewność użytkowania,

- uniwersalność zastosowań urządzeń,

- wysoki standard higieny,

- niskie koszty eksploatacji w porównaniu z metodami kriogenicznymi.

Zamrażanie kontaktowe - produkt jest zamrażany dzięki bezpośredniemu stykowi z powierzchnią chłodzoną czynnikiem chłodniczym o odpowiednio niskiej temperaturze parowania. Duży współczynnik wnikania ciepła wynoszący 500 - 600 W/m²K pozwala na 8-krotne skrócenie czasu zamrażania w stosunku do tunelu owiewowego. Dzięki wysokim współczynnikom α na intensywność wymiany ciepła nie ma tak wielkiego wpływu czynna różnica temperatur. W związku z tym temperaturę parowania można zmniejszyć podwyższając ją do -32°C, a nawet do -23°C. Daje to zwiększenie wydajności objętościowej sprężarek i tym samym zmniejszenie zapotrzebowania energii na ich napęd. Dodatkowo zużycie energii spada ze względu na wyeliminowanie wentylatorów. Aparaty do zamrażania kontaktowego mają wysokie wskaźniki wydajności w odniesieniu do powierzchni fundamentu i kubatury urządzenia. Te zalety powodują, że szczególnie są stosowane na statkach. Nie znalazły one jednak szerszego zastosowania z uwagi na: konieczność przygotowywania do zamrażania produktów o idealnie jednakowych grubościach, uciążliwości i pracochłonność obsługi i nie rozwiązane dotychczas pewne szczegóły konstrukcyjne mechanizmu za- i wyładunku produktów utrudniające eksploatację.

ROZMRAŻANIE

Aby materiał po zamrożeniu miał odp jakość musi zostać dobrze rozmrożony. Najlepiej rozmrażać z prędkością zbliżoną do zamrażania. Powolne rozmrażanie prowadzi do rekrystalizacji i niszczone są tkanki.

1. Rozmrażanie w powietrzu - nadmuch pow o temp do 20 st C aby nie przegrzewać materiału. Odpowiednia wilgotność. Wymiennik ciepła - ogrzewa pow wentylator - nadmuchuje je a rozpylacz do wody utrzym odp wilgotność.

1 etap - rozmrażanie właściwe - temp pow od 15 st C a wilgotność 95%

2 etap - schładzanie i osuszanie. 6-10 st C a wilgotność 75-80%

Półtusze wieprzowe rozmrażane przez 24h a 2 etap ok. 5h

Wilgotność z powierzchni materiału może być resorbowana.

2. Rozmrażanie immersyjne

a) w wodzie

b) w NaCl w przypadku mięs przeznaczonych do peklowania lub solenia

temp nie wyższa niż 20 st C, zjawisko niekorzystne to dyfuzolowanie sub rozp w wodzie z materiału do wody.

Przykład do rozmrażania ryb - woda natryskiwana na ryby znajdujące się na ruszcie.

3. Rozmrażanie kontaktowe - o regul kształtach rozkłada się np. na płytach w środowisku płynnie medium przekazujące ciepło. Jeżeli jest to materiał stały temp nie większa niż 20 st C a jeśli ciecz do 40 st C

4. Rozmrażanie w polu elektromagnetycznym - promieniowanie elektomagnetyczne zamienione na ciepło. Fale 2450Hz. Materiał przegrzewa się na powierzchni. Nie jest dobrze gdy materiał ma ponad 10 cm grubości bo wówczas są duże różnice temperatur. Zbyt gruby materiał ponadto pogarsza warunki wnikania fali. Materiał niejednorodny różnie pochłania fale (kości je odbijają). Powstawanie obcego smaku zapachu i duże koszty inwestycyjne.

5. Łańcuch chłodniczy - nieprzerwany ciąg operacji chłodniczych

Transport zwykły dopuszczany na1 i ostatnim etapie. Chłodniczy zaś w pozostałych etapach.

Jednostkowe zapotrzebowanie en rośnie wraz z malejącą kubaturą powierzchni. Najniższe temp (chłodnie składowe bo tu jest najtaniej i najdłużej powinno się składować) najkrócej w zamrażalnikach sklepowych bo jest najdłużej.

---