Mrożenie owoców i warzyw. Cz. 2. Technologie, urządzenia
Ocena użytkowników: / 11
SłabyŚwietny 
Data dodania: 02.09.2015

W niniejszej publikacji opisano technologię zamrażania owoców i warzyw oraz dokonano przykładowego przeglądu istniejących i stosowanych do tego procesu urządzeń. Artykuł jest kontynuacją zapoczątkowanego we wcześniejszej publikacji tematu, który dotyczył mrożenia owoców i warzyw według obowiązujących norm i przepisów w krajach Unii Europejskiej.

 

 

2015 08 60 1

 

 

Spożycie owoców i warzyw w stanie surowym dostarcza największą ilość wartościowych składników odżywczych. Możliwość ich konsumpcji jest jednak ograniczona tylko do krótkiego sezonu [8]. Zbiór warzyw i owoców, ich sortowanie, transport i dostarczenie do sklepu zajmuje zwykle kilka dni, a w tym czasie, mimo wszystko dochodzi do strat np. witaminy C ocenianych na 15% dziennie [9]. Produkty te, mrożone bezpośrednio po ich zebraniu zachowują wysoką wartość odżywczą, porównywalną do ich świeżych odpowiedników. Zastosowanie zimna do utrwalania produktów spożywczych sięga czasów prehistorycznych, kiedy to ludzie używali śniegu i lodu do przechowywaniu upolowanej zdobyczy. Począwszy od lat 30-tych, po wynalezieniu metody szybkiego zamrażania, mrożonki są cały czas dostępne w handlu. Zamrażanie tylko w niewielki sposób zmienia wartość odżywczą produktów spożywczych oraz pozwala na 80% redukcję drobnoustrojów wnoszonych z owocami [1]. Zamarzająca woda zawarta w produktach tworzy drobne kryształki i staje się nieosiągalna dla bakterii, które potrzebują jej w swoich procesach metabolicznych. Prawidłowo prowadzone procesy technologiczne w znacznym stopniu redukują poziom skażenia mikroorganizmami, ale nie wykluczają ich całkowicie. Większość mikroorganizmów (poza pasożytami) przeżywa zamrażanie. Dlatego też powinno się zachować szczególną ostrożność zarówno przed zamrożeniem jak i po rozmrożeniu produktu spożywczego [1, 5, 8].

 

 

Technologia zamrażania i przykładowe urządzenia stosowane w procesie zamrażania

 

 

Surowce przeznaczone do produkcji mrożonej żywności przed zamrożeniem są poddawane mniej lub bardziej rozbudowanemu procesowi technologicznemu (rys. 1.). Proces technologiczny to następujące po sobie w określonej kolejności jednostkowe czynności zmieniające właściwości fizyczne (kształt, wielkość) oraz właściwości chemiczne, enzymatyczne i biologiczne surowców. Proces ten razem z czynnościami pomocniczymi (przemieszczanie surowców) stanowi proces produkcyjny, w wyniku którego otrzymywany jest zamierzony produkt finalny [10].

 

a)                                                                 b)

a2015 08 60 22015 08 60 3

Rys. 1. Schemat technologiczny produkcji mrożonek owocowo-warzywnych: a) proces zamrażania owoców; b) proces zamrażania warzyw [8, 11]

 

 

Zakres niezbędnej obróbki wstępnej i technologicznej surowca zależy od jego rodzaju oraz postaci i przeznaczenia produktu. Do obróbki wstępnej należą zabiegi sortowania, kalibrowania, oczyszczania lub obierania, płukania lub mycia, niekiedy również rozdrabniania. W niektórych przypadkach właściwe efekty osiąga się jedynie wówczas, gdy łączy się te zabiegi z uprzednią obróbką cieplną (blanszowanie warzyw) lub osmoaktywną (dodatek cukru lub syropu do owoców) oraz stosowaniem odpowiednich opakowań [10].

 

 

Przyjęcie, mycie i płukanie oraz czyszczenie surowca

 

(...)

 

Obieranie, kalibrowanie, sortowanie i osuszanie surowca

 

(...)

 

Blanszowanie

 

(...)

 

 

Zamrażanie

 

Zamrażanie owoców i warzyw w opakowaniu i luzem odbywa się różnymi sposobami:

1. Metodą kontaktową (aparatu płytowe);

2. Fluidyzacyjnie,

3. Ciekłym azotem [8].

 

Zamrażanie produktów w stanie sypkim odbywa się w tunelu zamrażalniczym na ażurowych taśmach napędzanych mechanicznie. Surowiec układa się w jednej warstwie dla uniknięcia zbryleń i powstania zlepieńców. W stanie sypkim zamraża się wszystkie owoce i warzywa z wyjątkiem liściastych. Surowce w opakowaniach jednostkowych oraz owoce z dodatkiem cukru lub syropu zamraża się również w tunelach zamrażalniczych lub w aparatach kontaktowych. Czas zamrażania w tunelach zamrażalniczych zależy od rodzaju produktu, prędkości przepływu oziębiającego powietrza i jego temperatury. W aparatach kontaktowych zamrażanie w temperaturze -30°C wynosi 1÷1,5 godziny [8]. 

 

Zamrażanie kontaktowe

 


(...)

 

Zamrażanie fluidyzacyjne

 

(...)

 

Zamrażanie kriogeniczne

 

Kriogeniczne techniki zamrażania opierają się na wykorzystaniu skroplonych gazów, tzw. kriocieczy (kriogenu) w technologii chłodzenia i zamrażania produktów spożywczych. W praktyce przemysłowej podczas procesu schładzania i zamrażania stosuje się ciekły azot (LN2 lub LIN) oraz ciekły dwutlenek węgla (LCO2 lub LIC) [14]. Inne kriociecze nie są używane ze względu na bezpieczeństwo pracy, szkodliwe oddziaływanie na produkty oraz wysoką cenę [4]. Tunele do zamrażania kriogenicznego umożliwiają szybkie i wysokiej jakości mrożenie żywności, dzięki bezpośredniemu natryskiwaniu na nią ciekłego azotu o temperaturze -196°C [15]. 

 

Obecne kriogeniczne techniki przemysłowego zamrażania znalazły zastosowanie głównie przy przetwarzaniu produktów delikatnych i drobnych, w przypadku których koszty produkcji są rekompensowane wysoką ceną produktu. Urządzenia kriogeniczne wykorzystuje się do utrwalania owoców, warzyw i grzybów. W przypadku owoców jagodowych, np. truskawek, malin, wiśni, zastosowanie szybkich technik zamrażania kriogenicznego wpływa istotnie na ich konsystencję, barwę i aromat oraz ograniczenie wycieków, przy jednoczesnym zachowaniu delikatnej struktury i kształtu surowca. Podobne efekty uzyskuje się podczas mrożenia warzyw, np. kalafi orów, pomidorów, brokułów [2, 4]. 

 

Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych urządzeń do kriogenicznego chłodzenia i zamrażania produktów (rys. 2.). Są to urządzenia autonomiczne pozwalające na chłodzenie i zamrażanie produktu z wykorzystaniem skroplonych gazów. Najbardziej rozpowszechnionym urządzeniem jest tunel liniowy kriogeniczny – (rys. 3.). Oferowane na rynku urządzenia kriogeniczne mogą pracować na bazie ciekłego azotu (LIN) lub ciekłego dwutlenku węgla (LIC) [3, 4]. 

 

 

2015 08 63 1

Rys. 2. Podział urządzeń do kriogenicznego zamrażania produktów [4]

 

 

Do zalet kriogenicznego zamrażania produktów owocowowarzywnych należą:

  • bardzo intensywny przepływ ciepła podczas kriogenicznego zamrażania ze względu na duży współczynnik, co w konsekwencji przyczynia się do powstawania małych kryształów lodu wewnątrz produktu, które nie zniszczą struktury komórkowej produktu,
  • przenikanie ciepła oraz duża różnica temperatury między kriocieczą a powierzchnią produktu,
  • bardzo krótki czas trwania procesu zamrażania – 3÷10 min w zależności od wielkości produktu,
  • brak niekorzystnego oddziaływania chemicznego azotu na produkt, ponieważ azot jest gazem obojętnym,
  • niewielki koszt inwestycyjny urządzenia, gdyż para wrzącej kriocieczy nie jest zawracana, a więc nie jest wymagana rozbudowa urządzeń, tak jak w przypadku urządzeń tradycyjnych,
  • korzystny wpływ na cechy jakościowe produktów, dzięki szybkiej dezaktywacji enzymów niekorzystnie oddziałujących na produkt, np. minimalizacja zmiany barwy, smaku, struktury (kruchość, soczystość), wyglądu wyrobów oraz trwałość produktów,
  • zmniejszenie ubytku masy produktu, tzw. zmniejszenie efektu ususzki – w urządzeniach kriogenicznych ubytek masy wynosi znacznie poniżej 1%, tzn. mniej niż w technikach tradycyjnych, 
  • zminimalizowanie efektu uzyskania produktów niepełnowartościowych (np. grys malinowy, zdeformowana powierzchnia produktu),
  • pominięcie procesu blanszowania i uniknięcia ubytku masy 30÷35% (grzyby),
  • uzyskanie efektu glazury na powierzchni, 
  • mniejsze kryształy, nienaruszające struktury tkankowej produktu (ograniczenie wycieku rozmrażalniczego i zmiany konsystencji produktu po rozmrożeniu) [3, 4, 16].

 

Do wad wykorzystania techniki kriogenicznej w procesie zamrażania produktów należy zaliczyć:

  • zbyt dużą prędkość zamrażania (powyżej 10 cm/h), co może powodować pękanie i uszkodzenia struktury produktów,
  • wysokie koszty eksploatacji urządzenia wynikające z konieczności uzupełniania kriocieczy w urządzeniu oraz związanych z tym kosztów przechowywania i transportowania ciekłych czynników w specjalnych zbiornikach i cysternach,
  • dodatkowe zużycie kriocieczy wymagane do oziębienia elementów konstrukcyjnych urządzenia – konieczność izolacji części systemu oraz jego rozmieszczenia w przestrzeni z uwzględnieniem instalowania możliwie krótkich rurociągów zasilających,
  • utrudnioną zdolność regulacji temperatury wewnątrz urządzenia zależną w dużym stopniu od temperatury wrzenia kriocieczy [2, 4].

 

Stosowanym coraz powszechniej rozwiązaniem są metody kombinowane, tzw. zamrażanie kriomechaniczne, w których łączy się tradycyjne systemy zamrażania mechanicznego z zamrażaniem kriogenicznym. Wstępnie podmrożony produkt, poprzez natrysk lub kąpiel w ciekłym azocie, przenoszony jest do tradycyjnego urządzenia zamrażalniczego, w celu dokończenia procesu głębokiego mrożenia [4, 5].

 

 

2015 08 64 1

Rys. 3. Tunel kriogeniczny liniowy CRYOLINE®MT [12]. Żródło: własność Linde AG, CRYOLINE® jest zastrzeżonym znakiem towarowym Linde

 

 

Pakowanie, magazynowanie i dystrybucja 

 

Opakowanie stosowane do mrożonych owoców i warzyw musi posiadać odpowiednie własności, aby pełniło funkcje ochronną, do której należy:

  • odporność na czynniki zewnętrzne i składniki produktów;
  • nieprzepuszczalność wobec pary wodnej i lotnych substancji aromatycznych;
  • stałość podstawowych właściwości w szerokim zakresie temperatury;
  • możliwość formowania, dozowania i pakowania w urządzeniach mechanicznych i automatycznych;
  • niska cena.

 

Proces pakowania wiąże się bezpośrednio z dozowaniem. Wszystkie czynności, które są związane z tymi procesami wykonuje się w urządzeniach automatycznych. Dzięki temu osiąga się wysoką wydajność, a zarazem niski koszt produkcji [8]. 

 

Według norm i rozporządzeń [17, 18] mrożone owoce przechowuje się w temperaturze od -18 do - 22°C przez okres 12 miesięcy a mrożone warzywa w tych samych warunkach przez okres 18 miesięcy. W przypadku mrożonych owoców i warzyw metodą kriogeniczną (ciekłym azotem lub freonem) stosowane są niższe temperatury przechowywania np. -25°C [6]. 

 

Mrożonki transportuje się samochodami, wagonami i kontenerami wyposażonymi w mechaniczne urządzenia chłodnicze, urządzenia na suchy lód lud lód eutektyczny. Ważne, aby w czasie transportu podwyższanie temperatury produktu nie przekroczyło 3°C [5, 8].

 

 

Podsumowanie

 

Rozwój rynku mrożonej żywności jest bezpośrednio związany z lokalnymi zwyczajami żywieniowymi i możliwym łańcuchem chłodniczym (logistyka chłodnicza, mroźnie komercyjne i domowe systemy chłodnicze). Dalszy jego rozwój będzie skutkował dostępem coraz większej ilości artykułów spożywczych utrwalanych tymi metodami. Zmiana przyzwyczajeń żywnościowych społeczeństwa wymusza na producentach uzyskiwanie coraz wyższej jakości swoich wyrobów, co niejednokrotnie wiąże się ze zmianami technologii, w tym również zmianą metod mrożenia. Produkty spożywcze o małej dyfuzyjności cieplnej, charakteryzuje się stosunkowo długim czasem trwania chłodzenia i zamrażania, co zwiększa jego koszty. Skrócenie czasu realizacji procesu oraz polepszenie jakości produktu fi nalnego uzyskuje się przez intensyfi kację przepływu ciepła wynikającą z zastosowania techniki IQF oraz kriogenicznej.

 

 

dr inż. Beata GRABOWSKA
Politechnika Wrocławska,
Wydział Mechaniczno-Energetyczny,
Zakład Podstaw Konstrukcji
i Maszyn Przepływowych

 

 

LITERATURA:

[1] AGOULON A.: Wpływ parametrów mrożenia na charakterystykę żywności. Przemysł Fermentacyjny i Owocowo- Warzywny. 2013. 10.

[2] BETLIŃSKI Ł., BONCA Z.: Urządzenia typu LIN do kriogenicznego zamrażania produktów żywnościowych. Cz. 1. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna. 2001. 2. 61-65.

[3] BETLIŃSKI Ł., BONCA, Z.: Urządzenia typu LIN do kriogenicznego zamrażania produktów żywnościowych. Cz. 2. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna. 2001. 3. 100-104.

[4] GAZDA W.: Techniki kriogenicznego chłodzenia i zamrażania. Przemysł Spożywczy. 2010. 9. 26-30.

[5] GRUDA Z., POSTOLSKI J.: Zamrażanie żywności. Wydawnictwo Naukowo- Techniczne. Warszawa. 1999.

[6] GRABOWSKA B.: Mrożenia owoców i warzyw. Cześć I. Normy i Przepisy. Chłodnictwo&Klimatyzacja. 2014. 8.

[7] GRABOWSKA B.: Mrożenia owoców miękkich. Cześć II. Technologie, urządzenia. Chłodnictwo&Klimatyzacja. 2014. 8.

[8] JASTRZĘBSKI W.: Technologia obróbki chłodniczej. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne.

[9] KOZŁOWSKA-WOJCIECHOWSKA M.: Mrożonki – niezbędne składniki zdrowej, współczesnej diety. Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny. 2007. 3. 34.

[10] MARKOWSKA J., POLAK E.: Chłodnicze przetwórstwo owoców i warzyw. Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny. 2014. 3.

[11] Materiały informacyjne http://www.leonard.kolasa.priv.pl

[12] Materiały informacyjne fi rmy Linde Gaz Polska Sp. z o.o. http://www.linde-gaz.pl

[13] PANCER B.: Tunele fl uidyzacyjne do mrożenia IQF – nowoczesna technologia. Przemysł Fermentacyjny i Owocowo- Warzywny. 2009. 10. 6-7.

[14] PAWLONKA G.: Kierunki rozwoju myśli technicznej w zakresie mrożenia gazami. Chłodnictwo. 2005. 9. 44-47.

[15] PAŹDZIORA J.: Nowoczesne i skuteczne systemy kriogenicznego zamrażania żywności. Przemysł Spożywczy. 2011. 09. 36.

[16] SALAMONIK I.: Wybrane technologie gazowe stosowane w sektorze owocowowarzywnym. Przemysł Spożywczy. 2005. 7. 22-23.

[17] PN-A-07005:2006 – Produkty żywnościowe – Warunki klimatyczne i okresy przechowywania w chłodniach.

[18] Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 19 września 2003r w sprawie szczegółowych wymagań w zakresie składowania i transportu głęboko mrożonych artykułów rolno-spożywczych (DzU Nr 177 poz. DzU z 2010 r. Nr 173 poz. 1175).

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.