Technologia chłodnicza żywności

                         TECHNOLOGIA I TECHNIKA ZAMRAŻANIA 

1) Technologiczne aspekty zamrażania

Przydatność żywności do zamrażania
Zamrażanie żywności ma na celu zachowanie w stanie niezmienionym możliwie wszystkich jej naturalnych walorów sensorycznych i użytkowych przez okres uzasadniony ich małą trwałością lub sezonowością występowania. Większość świeżych surowców należy mrozić jak najszybciej po ich pozyskaniu, natomiast produkty przetworzone po poddaniu ich zalecanej obróbce technologicznej.

Jakościowo słabych surowców nie opłaca się mrozić. Proces ten utrwala jedynie wyjściową jakość wyrobów, nigdy nie jest w stanie jej poprawić. Zamrażanie przebiega zwykle bez lub z małym udziałem przetwórstwa. Wynika z tego proste przełożenie jakości użytych surowców na jakość zamrożonych produktów finalnych. Niestałość składu i naturalna zmienność surowców powoduje, że ich przydatność technologiczna zależy istotnie od warunków pozyskiwania oraz postępowania po zbiorze, uboju czy połowie. Przebiegają w nich wówczas zmodyfikowane procesy biochemiczne, w surowcach roślinnych także biologiczne, omówione w notce 1.2.1 rubryki.

Według dzisiejszego stanu wiedzy, nie wszystkie surowce i produkty żywnościowe w jednakowym stopniu nadają się do zamrażania. Stopień tej przydatności dla ponad 100 wyrobów określono w załączniku 1 do poz. [15]. Nadal istnieje grupa wyrobów tzw. trudnych, które ze względu na naturalne właściwości lub sposób przygotowania wykazują obniżone cechy po rozmrożeniu. Należą do nich m.in. produkty o konsystencji półpłynnej i zbliżonej do pasty oraz poddane przed zamrażaniem innym zabiegom technologicznym (np. ryby wędzone, sery dojrzewające).

Przydatność surowców roślinnych zależy od wielu różnych czynników, m.in. gleby, wystawy plantacji, mikroklimatu, czy stosowanych zabiegów agrotechnicznych (nawożenia, nawadniania, stosowanych środków ochrony roślin). Szczególny wpływ na jakość surowców mają warunki atmosferyczne w okresie wegetacji, a zwłaszcza w czasie bezpośrednio przed zbiorem.

Zróżnicowany jest wpływ czynników genetycznych (różnice odmianowe w obrębie gatunków) na efekty zamrażania. Wpływ ten wyraźny np. w truskawkach i porzeczkach, czy groszku i fasoli, w niektórych surowcach w ogóle nie występuje (wszystkie odmiany brukselki dają dobry produkt mrożony, odwrotnie żadna z badanych odmian ogórków i pomidorów nie zachowuje prawidłowej konsystencji po rozmrożeniu). W przeszłości przesadne nadzieje wiązano z nowoczesnymi technikami zamrażania, których szybkość miała niwelować naturalne różnice odmianowej przydatności surowców. Z krajowych gatunków owoców za mało przydatne do zamrażania uznaje się m.in. jeżyny, agrest, czereśnie, renklody, winogrona, pigwy, gruszki, żurawiny, całe surowe jabłka. W większości nieprzydatne do zamrażania są owoce strefy tropikalnej i subtropikalnej (cytrusy, ananasy, daktyle, fi gi, kiwi, mango). Spośród warzyw do mrożenia nie nadaje się m.in. sałata i rzodkiewka.

Podczas wegetacji owoców i warzyw wyróżnia się kilka stadiów dojrzałości (zbiorczą, handlową, konsumpcyjną, przemysłową). Owoce (poza malinami) zamraża się zwykle w stadium dojrzałości konsumpcyjnej, warzywa z reguły o 1-2 dni wcześniej niż w przypadku innego kierunku przerobu. Ważnymi cechami odmianowymi surowców przemysłowych jest równomierność dojrzewania, umożliwiająca jednorazowy sprzęt maszynowy.

Najlepszy surowiec pochodzi zwykle z pierwszych dni kampanii. Decydujący wpływ na jego jakość ma czas upływający od zbioru do zamrożenia, w którym zachodzą niekorzystne przemiany fizjologiczne (oddychanie, osłabienie konsystencji) i oddziaływania zewnętrzne (wpływ temperatury i wilgotności powietrza, przeładunki i transport). Ogromne znaczenie ma organizacyjne i techniczne zapewnienie sprawnego zbioru i dostawy surowców do zakładu, i jak najszybsze jego zamrożenie. Każde opóźnienie powoduje zwiększenie ubytków masy surowców i zwykle nieodwracalne pogorszenie ich jakości.

Kryteria przydatności surowców przeznaczonych na mrożonki są na ogół wyższe, niż na inne kierunki przetwórstwa. Wynika to stąd, że mrożenie nie zapewnia tego rodzaju efektu maskującego, jaki możliwy jest np. przy produkcji dżemów. Obróbka cieplna w pewnym sensie „uśrednia" jakość, w produktach mrożonych jest ona zawsze sumą właściwości poszczególnych owoców. Generalnie preferowane są odmiany o niezbyt dużych owocach, intensywnym aromacie, dobrym wybarwieniu i zwartym miąższu, łatwe w obróbce (np. do szypułkowania). Gatunki owoców o jasnej barwie są podatne na oksydacyjne brunatnienie i wymagają zwykle dodatkowej ochrony (np. stosowania kwasu askorbinowego lub zalewy cukrowej).

Warzywa zawierające skrobię (groszek, kukurydza cukrowa) są mniej podatne na zmiany zamrażalnicze niż gatunki bezskrobiowe (szpinak, szparagi, kapustne).

W celu zapewnienia wystarczającej ilości surowców, o  odpowiedniej jakości i we właściwych terminach, duże zakłady organizują własne bazy surowcowe. Pozwala to oddziaływać na dobór gatunków i odmian, terminy wysiewów i zbiorów, właściwe zabiegi uprawowe oraz sprawną organizację dostaw. Coraz większą rangę zyskują służby agrotechniczne zakładów. W USA wdraża się ostatnio system kontroli surowców dla przetwórstwa, określany jako dobra praktyka agrotechniczna GAP.

Przydatność surowców zwierzęcych do zamrażania wiąże się przyczynowo z omówionym w notce 2.6 kompleksem przemian biochemicznych, zachodzących pośmiertnie w tkankach mięsa, drobiu i ryb. Procesy dojrzewania mają wpływ nie tylko na właściwości sensoryczne, ale również na zachowanie się surowców podczas zamrażania, choć na temat tej drugiej zależności istnieją nadal zasadnicze kontrowersje.

Po osiągnięciu określonego poziomu techniki chłodniczej zrodziła się koncepcja jednofazowego zamrażania tusz bezpośrednio po uboju, z przesunięciem dojrzewania na okres po obróbce zamrażalniczej. Ważnym efektem tego systemu jest szybkie przerwanie procesów mikrobiologicznych na powierzchni tusz, zwiększające ich trwałość. Korzystne są też walory użytkowe pozyskiwanego mięsa (duża zdolność wiązania wody, niezmieniona frakcja azotu białkowego, lepsza odtwarzalność wyj ściowych cech tkanki). Dla uzyskania właściwych walorów sensorycznych, mięso to wymaga dodatkowych zabiegów (wyższej temperatury w końcowej fazie przechowywania lub powolnego rozmrażania).

Zalety ekonomiczne procesu jednofazowego, to ograniczenie łącznych ubytków masy, mniejsze zapotrzebowanie powierzchni produkcyjnej i robocizny (nie ma rozładunku schładzalni i załadunku zamrażalni) oraz najmniej jednoznaczne oszczędności energii. W bilansie energetycznym systemu występują dwie przeciwstawne okoliczności, różnie kompensujące się w różnych warunkach (większe nakłady na odprowadzanie ciepła przy niskiej temperaturze parowania oraz mniejsze straty energii w wyniku ogólnie krótszego czasu procesów).

Zamrażanie mięsa nie poddanego przemianom pośmiertnym może powodować nieodwracalne pogorszenie jego jakości i cech funkcjonalnych (zjawiska Cold Shortening i Thaw Shortening omówione wcześniej w rubryce). Stąd, przy tym systemie zamrażania tusz zaleca się stosowanie elektrostymulacji bezpośrednio po uboju i rozbiorze gorącego mięsa (tzw. technologia Hot Boning).

W praktyce stosowane jest zamrażanie mięsa zarówno bezpośrednio po uboju, jak i po uprzednim, częściowym lub całkowitym dojrzewaniu. Najmniej korzystne wyniki uzyskuje się w mięsie mrożonym w stanie stężenia pośmiertnego (deformacje ultrastruktury, ograniczona resorpcja wody, zwiększony wyciek). Zwykle przyjmuje się zasadę, że mięso przeznaczone na krótkie przechowywania należy zamrażać dwustopniowo, po ustąpieniu stężenia pośmiertnego, natomiast przewidziane na długie przechowywanie - jednostopniowo przed wystąpieniem tego stężenia.

Poza fizjologicznym stanem tkanki mięśniowej, na przydatność surowców zwierzęcych do zamrażania wpływają także przyżyciowe czynniki biologiczne, m.in. płeć, wiek, kondycja, warunki bytowania, sposób odżywiania, nawet części tuszy. Przydatność mięsa do zamrażania obniża większy stopień otłuszczenia i dodatkowe - poza schładzaniem - zabiegi technologiczne. Mięso peklowane i solone, z uwagi na katalityczny wpływ NaCl na procesy utleniania tłuszczów również w warunkach niskiej temperatury nie nadają się do utrwalania zamrażalniczego.

Przydatność mięsa dziczyzny określa metoda polowania. Mięso zwierząt ubitych po dłuższym tropieniu jest jakościowo gorsze i mniej trwałe. Szczególnie podatne na zmiany są miejsca postrzału i wybroczyny krwi.

Zbliżony charakter mają przemiany pośmiertne w mięśniach drobiu i ryb, jednak przebiegają one zwykle szybciej (np. dojrzewanie tuszek kurcząt w temperaturze 4°C trwa kilka godzin) i mniej intensywnie (np. spadek pH ryb o mniejszej zawartości glikogenu osiąga tylko zakres 6,4 do 6,8).

W rybach i innych produktach morza występują wyraźne biologiczne uwarunkowania przydatności do zamrażania (gatunek, pora roku, akwen, głębokość występowania, metoda połowu). Ograniczona jest przydatność gatunków tłustych i ryb w okresie żerowania (wysoka aktywność enzymów). Problemy stężenia pośmiertnego występują głównie w rybach przerabianych na pokładach trawlerów, których filetowanie i zamrażanie następuje bezpośrednio po połowie, tj. przed wystąpieniem stężenia pośmiertnego.

Przygotowanie żywności do zamrażania
Przemysłowe zamrażanie żywności poprzedza zwykle jej obróbka wstępna i technologiczna. Faza ta ma charakter uniwersalny, jej zakres zależy od rodzaju przerabianych surowców, w znacznym stopniu niezależnie od kierunku dalszego przerobu i sposobu utrwalania. Stosowane operacje, w większości mechaniczne (sporadycznie cieplne lub dyfuzyjne) mają na celu uzyskanie pożądanych cech wyrobów fi nalnych.

Typowym rozwiązaniem nowoczesnych, przemysłowych linii obróbki wstępnej owoców i warzyw są zestawy celowo dobranych urządzeń, połączone układami przenośników. Zasadą jest bezpośrednie łączenie wylotu linii obróbki surowców z węzłami pakowania i zamrażania (lub zamrażania i pakowania) w jednolity układ technologiczny ciągłego działania.

Wstępna obróbka surowców roślinnych obejmuje zwykle rutynowe zabiegi jednostkowe takie jak: oczyszczanie lub obieranie, płukanie lub mycie, niekiedy sortowanie, kalibrowanie oraz rozdrabnianie. Owoce delikatne prze-chodzą jedynie przez płuczki wodno-powietrzne i natryski, natomiast warzywa przez myjki szczotkowe lub grabkowe. Woda musi odpowiadać wymaganiom dla wody do celów technologicznych. Nieznaczne ilości adsorbowanej wody są korzystne, ponieważ po zamrożeniu tworzą warstewkę glazury, ograniczającą ususzkę i zmiany jakościowe. Nadmiar wody usuwany jest w podmuchu powietrza na ażurowych taśmach ociekowych.

Znaczną część masy świeżych surowców stanowią odpady niejadalne, wynoszące od 10-12% w truskawkach do >50% w wielu gatunkach warzyw. Do ich usuwania stosowane są różne typy ocieraczek mechanicznych i obie-raczek parowych. Znane są m.in. metody obierania warzyw po zamrożeniu (Frezze-peeling). Wobec zastrzeżeń ekologicznych wycofano ługowo-termiczną metodę obierania. Wszędzie, gdzie to możliwe stosowana jest obróbka owoców na surowcu zamrożonym, z wykorzystaniem odpowiednich urządzeń mechanicznych.

Istotne konsekwencje ma zabieg rozdrabniania surowców. Wpływa on m.in. na poprawę wymiany ciepła i skrócenie zamrażania, określa sposób pakowania i formę oferowania na rynek, a jednocześnie powoduje uszkodzenia i  zwiększa podatność produktów na niekorzystne oddziaływania czynników środowiskowych (temperatury, tlenu, światła).

Zabiegi we wstępnej fazie wpływają również na składniki przerabianych surowców ważne w żywieniu (powstają straty wrażliwych na ciepło witamin, substancji rozpuszczalnych, składników wycieku z produktów rozdrobnionych). Często są one większe niż w samym procesie zamrażania.

Wstępna obróbka surowców zwierzęcych
Surowce zwierzęce w postaci przydatnej do dalszego przetwórstwa lub obrotu pozyskiwane są w rzeźniach przemysłowych. Część tych surowców jest następnie zamrażana w branżowych zakładach przetwórczych lub publicznych chłodniach składowych. Dawniej dotyczyło to głównie ekstensywnej formy zamrażania całych tusz lub ich części zasadniczych, kolidującej z wymogami technologii i ekonomii. Obecnie coraz powszechniej mięso przed zamrożeniem poddawane jest dalszej obróbce o zróżnicowanym zakresie. Przy ograniczonych zabiegach mechanicznych uzyskuje się półprodukty mięsne. Mięso bez kości w blokach, elementach lub porcjach handlowych powstaje przez proste dzielenie, czyszczenie, porcjowanie i pakowanie surowców. Dodatkowej obróbki wymagają wyroby z farszu, warto jednak zauważyć, że rozdrabnianie obniża trwałość wyrobów.

Rozbudowana jest technologia formowania z mniej wartościowych gatunków surowca tzw. mięsa rekonstytuowanego, w postaci standardowych porcji, zbliżonych do najbardziej poszukiwanych wyrobów. Wymaga ona m.in. specjalnej mechanicznej obróbki mięsa (tzw. płatkowania), dla uzyskania pożądanej spoistości rozdrobnionych elementów.

W całym przetwórstwie mięsnym dokonuje się ogromny postęp technologiczny. Nowoczesne linie są zestawiane z automatycznych urządzeń nowej generacji, programujących i sterujących parametry procesów, o poszerzonych, często wielozadaniowych funkcjach. Szerokie zastosowanie w przetwórstwie mięsa znalazły techniki kriogeniczne, m.in. technologia UNKUT-K firmy Linde. Instalacja składa się z układu zasilania w ciekły azot (zbiornik + izolowane orurowanie) oraz systemów dozowania ciekłego azotu i odsysania w stanie gazowym. Można ją stosować w dowolnej mieszarce bez większych nakładów na dodatkowe wyposażenie techniczne. Bezpośrednie wprowadzanie czynnika do rozdrabnianej masy istotnie skraca czas procesu i umożliwia jego optymalizację. Dalsze zalety, to dyspozycyjność metody, usprawnienie obsługi, eliminacja zagrożeń higienicznych i ograniczenie dostępu tlenu. Nowe wykorzystania tej technologii, to granulowanie ciepłego mięsa przed stężeniem (utrwala zdolność wiązania wody) zoraz bezpośrednie granulowanie w kutrze świeżej słoniny (z pominięciem jej zamrażania).

Zakres obróbki wstępnej kierowanych do mrożenia półproduktów z drobiu i ryb - poza nieuniknionymi różnicami, wynikającymi z odmienności surowców - jest zbliżony do zakresu stosowanego w przetwórstwie mięsa i obejmuje takie same lub podobne operacje.

Odrębną kategorię poddawanych zamrażaniu produktów stanowią potrawy gotowe, różne co do składu, właściwości i stopnia przemysłowego przetworzenia. Ich cechą charakterystyczną jest poprzedzająca zamrażanie, częściowa lub całkowita obróbka cieplna większości składników, co nadaje im stan przydatności kulinarnej. Problemy tej grupy mrożonej żywności autor rubryki wszechstronnie omówił w cyklu publikacji, przygotowanych do druku w „TChK".

Wspomagające zabiegi technologiczne
W niektórych przypadkach właściwe efekty zamrażania osiąga się jedynie wówczas, gdy łączy się je z uprzednią obróbką cieplną (blanszowanie warzyw) lub osmoaktywną (dodatek cukru lub syropu do owoców), oraz stosowaniem odpowiednich opakowań.

Przez blanszowanie rozumie się każdy proces cieplny, powodujący inaktywację enzymów tkankowych. Zabieg ten jest nadal traktowany jako warunek wysokiej jakości większości gatunków zamrożonych warzyw. Blanszowanie w warunkach przemysłowych odbywa się zwykle w środowisku wody lub nasyconej pary wodnej, w zakresie temperatury 70 do 97°C i czasów obróbki 1 do 10 minut. W żywych tkankach roślinnych selektywna przepuszczalność ścian komórkowych ogranicza kontakt między sub stratami i działającymi na nie enzymami. Zmiany następujące po zbiorze uruchamiają aktywność biochemiczną. Niezbędne jest blanszowanie warzyw, które wykazują aktywny metabolizm w chwili zbioru. W stosunku do innych celowo rezygnuje się z tego zabiegu, ponieważ działanie ciepła bywa bardziej szkodliwe niż zaniechanie blanszowania. Dotyczy to m.in. pomidorów, ogórków, cukini, melonów, papryki, cebuli, czosnku, obieranych selerów, zielonych części porów, a także niektórych gatunków grzybów i ziół aromatycznych. Również blanszowanie marchwi, groszku, fasoli szparagowej i szparagów przy składowaniu w temperaturze -30°C poniżej 3 miesięcy nie jest konieczne. Niekiedy proces ten stosuje się również do niektórych gatunków owoców mrożonych, podatnych na brunatnienie, ale o względnie twardym miąższu (jabłka, morele, brzoskwinie).

Pozytywne efekty blanszowania, poza wyeliminowaniem procesów biochemicznych, to zniszczenie części mikrofl ory wegetatywnej, wyparcie ok. 75% powietrza z przestrzeni międzykomórkowych (lepsze zachowanie barwy po rozmrożeniu), redukcja objętości (lepsze wykorzystanie opakowań), pewne rozluźnienie struktury surowców (zbliżenie do stanu konsumpcyjnego), zmiana właściwości fizykocieplnych (wzrost współczynnika przejmowania ciepła a, ułatwiający wymianę ciepła).

Istotną wadą blanszowania są wysokie koszty procesu (energii na ogrzewanie i schładzanie dużych mas surowca, ekonomiczne konsekwencje ubytków masy i jakości). Wysokie są również nakłady na nowoczesne urządzenia stosowane kampanijnie. Mankamenty jakościowe, to straty i zmiany substancji ważnych w żywieniu, zależne od metody blanszowania (ługowanie składników rozpuszczalnych, niszczenie składników termolabilnych, ubytki wody i lotnych substancji aromatycznych, niekiedy zmiany tekstury). Spadek masy blanszowanego groszku sięga 5%, a fasoli ok. 2%. Łączna suma strat obróbki zamrażalniczej warzyw jest zbliżona do strat gotowania warzyw świeżych. W praktyce dąży się do osiągnięcia wystarczającej inaktywacji enzymów przy najmniejszych stratach składników.
Blanszowniki muszą spełniać dwie podstawowe funkcje, tj. obróbkę cieplną i schładzanie surowców po obróbce. Wysoka temperatura zblanszowanych warzyw czyni je podatnymi na rozwój drobnoustrojów i szybkie zmiany jakościowe; fazą krytyczną jest temperatura między 50 i 10°C. Optymalne warunki procesu zapewniają urządzenia o zintegrowanym systemie ogrzewania i schładzania. Pozwala on zaoszczędzić ok. 60% energii niezbędnej do blanszowania produktu i o ok. 90% zredukować zużycie wody i ścieków, a tym samym zmniejszyć również straty ługowania.

O wyborze metody blanszowania decydują głównie względy ekonomiczne. W praktyce przemysłowej, również w Polsce stosowane są przeważnie blanszowniki wodne, zapewniające ten sam stopień inaktywacji w czasie o 30 do 50% krótszym niż parowe. W praktyce przemysłowej blanszowania wodnego i chłodzenia stosuje się niekiedy tzw. pomoce technologiczne. Minimalna ilość tych substancji przenika z roztworu do produktu, jednak zgodnie z tzw. zasadą przechodzenia (Carryover principle) występowanie ich śladowych ilości w mrożonych produktach jest dopuszczalne.

Osmoaktywna obróbka owoców
W ostatnich latach rośnie zainteresowanie częściowym osmoaktywnym odwadnianiem owoców przed ich zamrożeniem. W wyniku różnicy stężeń występującej między owocami i substancją osmotyczną następuje dwukierunkowa wymiana masy, tj. cukru w głąb owoców i wydzielanie rozpuszczalnych składników wraz z sokiem komórkowym na zewnątrz. Proces ten jest dość powolny, z uwagi na zachowany półprzepuszczalny charakter błon komórkowych.

Na szybkość osmotycznego przemieszczania masy wpływa stosunek cukru do owoców, a także rodzaj owoców, ich dojrzałość i zastosowany proces technologiczny. Niekiedy zaleca się krótkie przetrzymanie produktów w stanie schłodzonym (do 24 h w 0°C) lub powolne zamrażanie w celu umożliwienia dyfuzji przed zamrożeniem.

Efektem tej metody, określanej jako D-H (dehydro-freezing) jest skrócenie czasu i obniżenie poboru energii na zamrażanie oraz lepsze zachowanie właściwości owoców, na skutek ograniczenia zmian oksydacyjnych i ususzki.
W produkcji przemysłowej stosuje się zwykle cukier (część na 4 części owoców) lub jego roztwory (syropy o zawartości 40-50% s.s. podawane w ilości do 50 % wag). Duże zakłady stosują często cukier płynny, poddany uprzednio sterylizacji, fi ltrowaniu i szybkiemu schłodzeniu. Ponieważ cukier i syrop są zwykle tańsze od owoców, stąd też istnieje obowiązek deklarowania zawartości cukru.

Niekorzystnym następstwem zamrażania większości gatunków owoców są problemy z zachowaniem tekstury i znaczne straty soków podczas ich rozmrażania, w wyniku utraty turgoru. Z tego powodu podejmowane są próby dodawania do syropów m.in. kwasu askorbinowego lub cytrynowego, żelatyny, alginatów, oraz nisko metylowanych pektyn, celem poprawy nie tylko walorów smakowych, ale również tekstury owoców. Dotychczasowe efekty zabiegu są mało zachęcające.

Stosowanie cukru wpływa na znaczne obniżenie temperatury zamarzania owoców, co powoduje ich wrażliwość na wahania temperatury, a także mniejszy wzrost objętości podczas zamrażania (do 3,9% przy stężeniu sacharozy 50%). Znane są próby zastępowania roztworów sacharozy mieszaninami cukru i skrobi dla obniżenia słodyczy.

Dodatkowy efekt ochronny, w wyniku podwyższenia ciśnienia osmotycznego roztworów ma znaczenie drugorzędne (mała aktywność osmotyczna cukru o znacznej masie cząsteczkowej, stosunkowo niewielkie dodatki cukru do owoców, które i tak wymagają dodatkowego utrwalenia przez zamrażanie lub suszenie).

Inne wybrane problemy technologiczne
Podczas zamrażania, zwłaszcza w jego fazie początkowej obserwuje się różnokierunkowe zmiany szybkości wielu reakcji chemicznych i biochemicznych. Niektóre z nich w krytycznym zakresie temperatury od Tkr do -5°C wykazują ujemny współczynnik Q10, tj. wzrost szybkości reakcji z obniżeniem temperatury (m.in. liczne reakcje utleniania oraz rozpuszczalność białek w tkankach zwierzęcych). Zjawiska te wyjaśnia się wzrostem stężenia substancji rozpuszczalnych w roztworach tkankowych (mniejsze średnie odległości między reagującymi cząsteczkami) oraz niszczącym wpływem zamrażania na strukturę komórkową (dezorganizacja jej systemów enzymatycznych). Z tych względów ten zakres temperatury należy możliwie szybko przekraczać, zarówno podczas zamrażania jak i rozmrażania.

Niektóre surowce (zwłaszcza ryby morskie) w czasie przemysłowego przetwarzania poddawane są kilkukrotnemu zamrażaniu i rozmrażaniu. Jeżeli procesy te są prowadzone w sposób kontrolowany i szybko przekraczają krytyczny zakres przemian fazowych, a ponadto są prawidłowo i niezbyt długo przechowywane - poza zwiększonym, łącznym wyciekiem zwykle nie występują w nich inne, dyskwalifi kujące zmiany jakościowe.

Określone problemy przy eksploatacji aparatów owiewowych wszystkich rodzajów nastręcza ich zabezpieczenie przed szronieniem i oblodzeniem w wyniku wzrostu wilgotności powietrza i osadzania się pary wodnej, głównie na parownikach chłodnicy. Ostatnio stosowane są w tym celu specjalne osuszacze, nawiewające z zewnątrz suche powietrze, pozwalające utrzymać wewnątrz aparatu wymaganą wilgotność i temperaturę.

We współczesnych tunelach fluidyzacyjnych, owoce zamrażane są na zasadzie pełnej fl uidyzacji lub w złożu nieruchomym. Często stosowane są kombinacje obu rozwiązań (pełna fl uidyzacja podczas wstępnego omrażania i domrażania w warstwie nieruchomej), przy znacznych różnicach wartości współczynnika a w tych strefach aparatu (największy na początku, w przybliżeniu o połowę mniejszy na końcu tunelu). O wyborze wariantu metody decydują głównie względy technologiczne (rodzaj produktów, ich struktura oraz rodzaj i odporność powierzchni). Na podstawie badań i praktyki przemysłowej stwierdzono [13], że w normalnych warunkach, przy wysokości warstwy 0,1 do 0,3 m wydajność zamrażania w warstwie fluidalnej jest od 7 do 28% większa niż w warstwie nieruchomej, przy której z kolei zapotrzebowanie mocy jest o 20-30% mniejsze. Niewielki zwykle wpływ na te relacje ma wielkość owoców. Przyjmuje się, że owoce drobne mogą być w sposób ekonomiczny zamrażane zarówno w złożu fl uidalnym jak i nieruchomym, produkty o większych rozmiarach bardziej celowo jest zamrażać w złożu nieruchomym.

Ususzka produktów mimo intensywnego wentylowania nie przekracza na ogół 0,5% (przy zetknięciu produktu wilgotnego ze strumieniem zimnego powietrza bardzo szybko formuje się warstewka glazury ograniczająca wysychanie).

Prawidłowa praca tuneli i efekt technologiczny procesu zależy od równomierności podawania owoców na taśmę. Zasadą jest całkowite pokrycie taśmy przenośnika wyrównaną warstwą produktów niewielkiej grubości. Przez wolne pola przepływa jałowo część podmuchu, co powoduje niedostateczne wentylowanie pozostałej powierzchni taśmy, przywieranie do niej owoców, ich uszkodzenia i rosnące straty. Wprowadzanie kolejnych porcji surowców do tunelu następować powinno rytmicznie, według określonego taktu, wymuszonego np. sygnalizacją świetlną lub akustyczną.

W przypadku owoców przejrzałych i bardzo mokrych zaleca się ich wstępne omrażanie lub schładzanie przed tunelem [23]. Skutecznym sposobem zwiększenia wydajności tuneli fluidyzacyjnych jest podłączanie do nich specjalnych przystawek przeznaczonych do wstępnego omrażania lub schładzania surowców. Są to chłodnice przystosowane do współpracy z tunelem, wyposażone we własny agregat chłodniczy lub wykorzystujące zimne powietrze, pobierane z obudowy tunelu.

Innym rozwiązaniem są przystawki kriogeniczne o prostej konstrukcji i działaniu. Surowiec spadający z linii jest dodatkowo natryskiwany czynnikiem na taśmie siatkowej, przed wprowadzeniem na podajnik tunelu. Testy przemysłowe wykazały, że w przystawkach może być odebrane do 25% całkowitej entalpii produktów i w tym stopniu rośnie wydajność tunelu, przy znacznym ograniczeniu ilości owoców mechanicznie uszkodzonych.

Zjawiskiem nieuniknionym w większości technik zamrażania są ubytki masy produktów, w wyniku powierzchniowego parowania i sublimacji części wody zawartej w produktach. Największe ubytki mają miejsce w owiewo-wych technikach zamrażania produktów luzem. Ubytki są zwykle tym mniejsze, im szybciej przebiega proces. Spadek temperatury powierzchni istotnie ogranicza dynamikę strat wilgoci. Wpływ parametrów powietrza na rozmiary ususzki omówione są m.in. w poz. [15].

Znaczący wpływ na wielkość ubytków mają właściwości zamrażanych produktów (m.in. konsystencja, zawartość wody, wielkość i kształt, stopień wychłodzenia, stan powierzchni). W tradycyjnych tunelach owiewowych ubytki zamrażania kształtują się w granicach 1-2%, w zamrażalniach taśmowych ciągłego działania spadają do ok. 0,5%. Produkty właściwie zapakowane, najlepiej w jednostkowe opakowania próżniowe, ubytków masy praktycznie nie wykazują.

W oparciu o literaturę patentową i ekspertyzy naukowe opracowano analizę najważniejszych trendów w zakresie ograniczenia ubytków zamrażania owiewowego produktów. W trakcie modernizacji i rekonstrukcji istniejących obiektów oraz budowy nowych, największych efektów oczekiwać można w wyniku wdrożenia intensywnych technologii zamrażania. Dąży się do wyrównania prędkości strumienia w całym przekroju tunelu i likwidacji stref martwych, wdraża się parowniki lamelowe z automatycznym odszranianiem. Znaczną oszczędność energii i redukcję ususzki osiąga się przez stosowanie wentylatorów z bezstopniową regulacją obrotów za pomocą przetwornika częstotliwości. Pełna wydajność wentylatorów jest konieczna tylko w początkowej fazie procesu, potem strumień ciepła maleje i moc wentylatorów powinna być odpowiednio zredukowana. Warto pamiętać, że im droższy jest zamrażany produkt, tym większe znaczenie ekonomiczne mają ubytki jego masy i towarzyszące im trudne do oszacowania pogorszenie jakości.

Krańcowo odmienne - choć równie istotne zagadnienie technologiczne - stanowi tzw. obca woda (surplus water), adsorbowana na powierzchni produktów, w wyniku stosowania określonych zabiegów. Dotyczy to zwłaszcza tuszek drobiu schładzanych lub zamrażanych immersyjnie, a także innych wyrobów, które przed zamrażaniem dowolną techniką miały kontakt z wodą (np. owoce płukane, warzywa blanszowane). Zmusza to często do instalowania specjalnych linii ociekania do usuwania nadmiaru wchłoniętej wody - jej niewielka warstewka chroni żywność przed wysychaniem i utlenianiem.

Wykorzystywanie możliwości świadomego zawyżania ilości obcej wody dla zwiększenia masy produktów i uzyskania dodatkowych zysków spowodowało konieczność zastosowania rygorystycznych ograniczeń w zakresie technologicznych warunków prowadzenia procesów przemysłowych (limitowanie zużycia wody, jej temperatury, czasu kontaktu z produktami, dopuszczalnego przyrostu masy). Ich wdrożenie znacznie złagodziło powstające na tym tle kontrowersje pomiędzy producentami, konsumentami i organami nadzoru.

Energochłonność określonego procesu technologicznego istotnie zależy od rodzaju stosowanych urządzeń i warunków ich eksploatacji. Przemysłowe procesy zamrażania stanowią kompromis pomiędzy wymogami teoretycznymi i tym, co przy obecnym poziomie wiedzy i techniki oraz istniejących uwarunkowaniach ekonomicznych jesteśmy w stanie osiągnąć. Wbrew wcześniejszym poglądom, zużycie energii na właściwy proces zamrażania jest relatywnie niskie (zwykle <5% sumarycznego poboru energii).

Interesującą analizę ekonomiczną przemysłowych metod zamrażania żywności opracował swego czasu P.O. Persson ze wsp. [30]. Wyniki wyliczeń kosztów mrożenia owoców i warzyw w aparacie kontaktowym (1), tradycyjnym tunelu owiewowym (2) i tunelu fluidyzacyjnym (3), przy tej samej temperaturze parowania czynnika -40°C i standardowych czasach pracy aparatów 750 h/rok i sprężarek 1500 h/rok przedstawiono poniżej.

Badania te potwierdziły znikomy wpływ kosztów zamrażania na ogólny poziom kosztów produkcji. Według tych samych danych szwedzkiej Frigoscandii, poszczególne składniki kosztów kształtowały się następująco: surowiec (owoce i warzywa) 75,6%, zamrażanie 2,1%, opakowanie 8,4%, transport 3,4%, dystrybucja 10,5%. Warto zauważyć, że nawet w obrębie składników pozasurowcowych, łączne koszty opakowania, transportu i dystrybucji są 10-krotnie wyższe od kosztów samego procesu zamrażania.

Ważny, nie zawsze doceniany problem technologiczny w przemysłowym zamrażalnictwie żywności stanowi umiejscowienie procesu pakowania w cyklu produkcyjnym. Zamrażanie produktów uprzednio zapakowanych znacznie wydłuża czas procesu, ale ogranicza ubytki masy. Zamrażanie produktów luzem zwiększa ubytki masy i stwarza zagrożenie obniżenia jakości produktów podczas manipulacji po zamrożeniu (porcjowanie, pakowanie, paletyzacja). Za wysoka temperatura w pakowni lub zbyt długi czas przetrzymywania produktów powodować może nadmierny wzrost temperatury wewnętrznej. Związane z tym straty jakości, zgodnie z zasadą TTT szacowane są na ok. 10% przy temperaturze w pakowni -30°C i 20% przy -20°C. Dla przeciwdziałania stratom w węzłach pakowania dużych wytwórni mrożonej żywności, instalowane są ostatnio dodatkowe urządzenia zamrażalnicze o pracy ciągłej (zw. Nachgefrieranlagen) oraz automaty do paletyzacji. Umożliwiają one m.in. bezpośrednią ekspedycję schodzących z linii produktów.

Zamrażanie w warunkach przemysłowych traktowane jest powszechnie jako postępowa metoda utrwalania żywności, natomiast nadal dyskutowana jest celowość jej stosowania na własny użytek w domowych urządzeniach chłodniczych, wyposażonych w wydzielony zamrażalnik o odpowiednio niskiej temperaturze. Proces prowadzony w tych warunkach spełniać powinien trzy obligatoryjne wymogi:

- czas zamrażania do -18°C nie może być dłuższy niż 24 h,
- przechowywane zamrożone produkty nie mogą podnieść temperatury >-15°C,
- w czasie zamrażania temperatura w chłodzonej części urządzenia nie może obniżyć się <0°C [47].

Przeciwnicy tego rozwiązania podkreślają, że jest ono wysoce energochłonne (zapotrzebowanie mocy w zamrażarkach domowych szacowane jest na 0,35 - 0,6 kW/m3), a jednocześnie nie zapewnia parametrów uzyskiwanych w zamrażalniach przemysłowych. Również stosowana obróbka produktów przed zamrożeniem nie zawsze gwarantuje poprawność i skuteczność przeprowadzenia niezbędnych zabiegów.

Technologia chłodnicza żywności cd

autor: inż. Jacek Postolski 

źródło:

technika chłodnicza i klimatyzacyjna

---