Заморожування; глибоке заморожування - Харчова техніка

1-холодний, агропродовольча потреба

11- Загальна інформація про холод

Холод відповідає зниженню температури тіла, щоб значно зменшити його розвиток.
Використання джерел холоду існувало завжди: збір та зберігання льоду з озер або річок взимку для охолодження риби чи м’яса, випаровування води з глиняної банки для підтримки свіжої їжі - ось деякі давні приклади. Сьогодні у Франції, за підрахунками, щонайменше 50% нашої їжі пройшло холодильну процедуру. Отже, холод є важливою складовою харчової промисловості: при зберіганні сировини (сирого молока, що зберігається в охолоджуваному резервуарі при температурі 3 - 4 ° C), під час виготовлення продукту (блокування процесу підкислення холодом до 3 ° C для виробництво йогуртів), для консервації (зберігання свіжих продуктів у холодильних камерах), транспорту (рефрижератор) та розподілу (холодильні або морозильні шафи).

Коли ми говоримо про «холод» у харчовій промисловості, ми говоримо про два рівні температури:
• Над точкою зміни стану затвердіння води: ми говоримо про позитивний холод або охолодження, а продукти в середньому знаходяться в діапазоні від 0 ° C до 10 ° C.
• Нижче цього пункту: ми говоримо про негативний холод; це заморожування та глибоке заморожування, залежно від швидкості падіння температури. Продукти мають температуру від - 40 ° C до -10 ° C. (-18 ° C найчастіше)

Тут у відео (від "C’est pas Sorcier") пояснення заморожування/заморожування !

12 Джерела холоду

Використовуються холодоагенти, тобто рідини з особливими характеристиками, такими як легкість зміни стану (рідкий на твердий і навпаки) при низькому тиску та низьких температурах. Зазвичай використовують два типи рідин:
а) Холодоагенти отримані хімічними перетвореннями (галогенування, хлорування)
Вийшло два покоління продуктів:
• Холодоагенти, що складаються з літери “R” (для холодоагенту), за якою слідують дві або три цифри: R - xyz. Це галогеновані вуглеводні, такі як R22, як правило, або RI 15. Ці холодоагенти підпадають під певну номенклатуру, яку ми не будемо обговорювати.
• Холодоагенти, що складаються з літери "С", що представляють собою сполуки, що містять хлор, такі як ХФУ (хлорфторуглероди) або HCHC (атом водню замість хлору). Ці сполуки беруть активну участь у руйнуванні озонового шару. Крім того, на регуляторному рівні ЄЕС обмежив використання ХФУ та ГХЦГ, з обмеженням споживання на сьогодні, зникнення в 2030 р.

b) Природні холодоагенти, звані "кріогенними газами"
Саме рідкий азот і вуглекислий газ мають особливість змінювати стан при нормальному тиску і при дуже низьких температурах .

13 Впроваджених методів

Можливі два способи: так звана "механічна" холодна техніка, яка використовує холодильну машину (тип холодильника), і так звана "кріогенна" холодна техніка, яка безпосередньо використовує азот або вуглекислий газ.

131 Механічний холод
Концепція холодильної машини сягає середини 19 століття завдяки лорду Кельвіну.

* Принцип
Холодоагент (або холодоагент) циркулює по замкнутому контуру і легко змінює стан під впливом тиску. Ми використовуємо той факт, що будь-яка зміна стану призводить до споживання або виділення енергії.
Зокрема:
• перехід з рідкого стану в газоподібний вимагає зовнішньої енергії (+ Q),
• перехід з газоподібного стану в рідкий виділяє енергію (-Q).
Дійсно, потрібна енергія, щоб дезорганізувати речовину та розділити молекули (Рідкий газ), одночасно з’єднуючи їх, що виділяє енергію.

Спрощений опис механічної холодильної установки
(холодильник або морозильна камера ...)

Установка включає замкнутий контур для циркуляції холодоагенту: фреону (рідкісний газ) або синтетичних холодильних рідин.
Установка включає:

Випарник:
Він містить холодоагент при 20 ° C; при нормальному атмосферному тиску P1 рідина випаровується (переходячи з рідкого стану в газоподібний): отже, існує потреба в енергії. Це береться з повітря у внутрішньому відділенні холодильника (корпусу). Повітря і їжа в ньому охолоджуються.
Випарник є основним компонентом у виробництві холоду.
Компресор
У компресорі тиск стає P2> P1. Рідина все ще газоподібна, і її температура підвищується до Т2> Т1.
Конденсатор
У конденсаторі газ охолоджується при контакті з навколишнім повітрям, що призводить до зрідження газу (перехід з газоподібного стану в рідкий): відбувається виділення калорій, отже, тепла (це пояснює, що задня частина холодильник гарячий).
Регулятор
Це дозволяє знижувати тиск рідини для холодоагенту, щоб повернути її до початкового значення (P1). Температура також падає.

132 Кріогенний холод
• Принцип
Випаровування певних скраплених газів при безпосередньому контакті з їжею поглинає їх тепло (енергію) і дозволяє дуже швидко охолоджувати.
У їжі використовують два рідкі гази, які цікаві своїм дуже низьким зміною температури при низькому тиску:
• рідкий СО2, який стає газоподібним при - 78,5 ° C під 1 атм,
• рідина N2, яка при 1 атм стає газоподібною при -196 ° C.

14 Холод і якість

Визначений Олександром МОНВУАЗІНОМ (1928), основоположні принципи застосування холоду для збереження швидкопсувних харчових продуктів викладені під терміном " MONVOISIN холодильний штатив ":

1. Застосування холоду до корисні продукти: Оскільки охолодження уповільнює явища псування та розмноження мікробів, дуже важливо, щоб їжа спочатку була чудової якості та мало забруднена.
2. Скоростиглість: Холод слід застосовувати якомога швидше після вирубки або збирання врожаю, перш ніж почалися різні погіршення стану.
3. Безперервність: Для кожного типу охолоджуваного продукту слід підтримувати відповідну температуру (наприклад, температуру максимум 4 ° С для м’яса, птиці тощо). Будь-яке помітне підвищення температури продукту вище цього значення спричиняє пришвидшення розмноження мікробів і явища деградації. Температура зберігання їжі повинна залишатися якомога постійною нижче цієї межі, від забою або збору врожаю до споживання. Таким чином ми говоримо про "холодний ланцюг", його ефективність залежно від найслабшого ланки.

Ось ілюстрація різних колективних токсичних інфекцій (TIAC), спричинених розривом холодного ланцюга:

2- Дія холоду

Холод зобов'язаний своєю здатністю до збереження 2 ефектам:

Тепловий ефект зниження швидкості біологічних реакцій розвитку (метаболізм мікроорганізмів) та біохімічних та ферментативних реакцій, які також можуть впливати на збереження їжі .
Другий ефект ще потужніший, але який існує лише при заморожуванні/глибокому заморожуванні: зниження активності води тобто кристалізована вода стає недоступною для всіх реакцій (біологічних, хімічних та ферментативних); це пояснює, чому заморожування/глибоке заморожування дозволяє набагато довший час зберігання, ніж охолодження !

21 дія холоду на мікроорганізми

Холод не вбиває мікроорганізми: він лише уповільнює їх розвиток, тобто пригнічує. І, ви повинні пам’ятати, що існують холодостійкі мікроби: це психотрофи, психрофіли та кріофіли. Дріжджі та цвілі, зокрема, насолоджуються холодною та вологою середовищем.

Деякі бактерії, такі як Yersinia або Listeria, люблять позитивний холод.

Однак слід пам’ятати три ключові температури:
• + 3 ° C: кінець ризику через патогенні та токсигенні бактерії,
• - 10 ° C: зупиніть розмноження бактерій,
• - 18 ° C: зупинити розмноження мікробів (включаючи дріжджі та цвілі).

22 Вплив холоду на характеристики їжі

Зміни залежатимуть від режиму та товару.

221 У холодильнику
Зміни мінімальні, але помітні.
див. статтю про холодильне обладнання !

2. Заморожування повільний, що стосується продуктів, які за своїм зовнішнім виглядом чи способом збирання не можуть відповідати певним вимогам, наприклад, швидкість заморожування, якій піддаються заморожені продукти. Їжа повільно охолоджується, в результаті чого утворюються кристали льоду порівняно великих розмірів порівняно з клітинами продукту.

Гострі голки крижаних кристалів можуть пробивати і розривати стінки слабких клітин і сприяти деякій ексудації під час відтавання.

Фруктовий сік і чиста вода, поміщені в морозильну камеру, навіть знижуватимуть їх температуру, але відповідно до різної кінетики (швидкості). Дивіться графік нижче:

1. - Корпус чистої води:

Коли чисту воду охолоджують до її кристалізації, спостерігаються 3 фази

Фаза водяного охолодження до 0 ° C = плавлення води T ° C.
Точка переохолодження води: це початок зародження (утворення перших кристалів), що змушує рідку воду опускатися до температури трохи нижче 0 ° C.
Температурний крок до температури плавлення води (= 0 ° C); це на час зміни стану; лише прихована теплота плавлення (Lf = 79,7 ккал/кг = 318,8 кДж/кг) поглинається холодоагентом
Охолодження льодом: Коли вся вода кристалізується, утворений лід охолоджується швидше, ніж рідка вода! (Cp морозиво = 1,96 кДж/кг/° C; C шкіра = 4,18 кДж/кг/° C)

2- Корпус харчового продукту:

З термодинамічної точки зору біологічна тканина поводиться як розведений розчин.

Початкова температура плавлення (або замерзання) (Tc) нижче температури замерзання чистої води (0 ° C); це кріоскопічне зниження: різниця між початковою температурою замерзання розчину і чистою водою (0 ° C) тим більша, чим більше розчин концентрується !

Псевдопальєр: коли вода кристалізується, залишок розчиненої речовини концентрується в рідкій фазі (процес кріоконцентрації, що використовується для концентрації вин і фруктових соків); Потім температура плавлення залишкової води зменшується одночасно зі збільшенням концентрації: ми отримуємо псевдопальєр !
Температура "кінця замерзання" (Tf): це відповідає температурі, яка дозволила кристалізувати всю заморожувану воду (кінець псевдопальєра); ми все ще говоримо про евтектичну температуру; ця температура дуже низька, особливо для харчових продуктів, які є дуже складними рішеннями !

Наслідки: в IAA рідко застосовуються такі низькі температури замерзання (- 55 ° C)!; це означає, що в продуктах, заморожених при –18 ° C, завжди буде морозильна вода (вільна вода); певним чутливим продуктам (наприклад, жирним) потрібно скоротити тривалість зберігання та/або вдатися до більш низьких температур (до всіх інших інгредієнтів їжі (напр .: ліпід = 0,5 ккал/кг/° С)
Наслідки: чим більше води містить їжа, тим більше енергії знадобиться для її заморожування !
• Теплопровідність (в ккал/м. ° C):
Лід (1,9 ккал/м. ° C)> Заморожені продукти> Вода (0,51)> Заморожені продукти> Жир (0,05)> Повітря (0,02)
• Щільність (повітря = теплоізоляція)
• Геометрія: форма та товщина

б) Характеристики матеріалу
• Температура холодоагенту та різниця температур між продуктом та холодоагентом або повітрям
• Характеристики холодоагенту: вода, повітря, кріогенні гази не мають однакових коефіцієнтів теплообміну.
• Доступна охолоджуюча потужність (в кВт або ккал/год або фрігорі)
• Коефіцієнт тепловіддачі (залежно від типу контакту між продуктом та холодоагентом)

Заморожування харчових продуктів використовує кілька методів. Ці методи включають тунельні морозильні камери, морозильні камери та системи прямого заморожування (кріогенне заморожування).

Тунельні морозильні камери використовувати примусове повітря як проміжний холодоагент. Це охолоджується через випарник холодильної машини, імпульсується на продукт вентилятором, а потім переробляється для повторного охолодження. Ця система існує постійно (конвеєрний тунель або динамічний) та розривний (статичний тунель).
Перевагою морозильних тунелів є їх гнучкість використання. Їх рекомендують заморожувати кілька видів продуктів, різної форми та розміру.

Ось схема статичного тунелю:

Ось анімація, що описує роботу тунелю (або динамічного) замерзання пояса:

Для того, щоб обмежити відстань та забезпечити довший час заморозки, виробники подовжили довжину несучого ременя, що описує гвинтовий шлях (як гвинтові сходи); ми говоримо про "морозильник" або "спіральний морозильник".

Ось схема моделі Фрігоскандії:
Легенди:
1-товарний вхід;
Випуск 2-го продукту;
3- барабан;
4-конвеєрна стрічка;
5-вентилятор;
6- охолоджувач повітря (випарник холодної групи);
7-підвісні стелі;
8-приводів;
9-електрична панель;
10-конвеєрна система промивання стрічки;
11-конвеєрний стрічковий сушильний вентилятор.

Див. Нижчеанімація, розроблена Фрігоскандією:

Ця техніка також дає змогу отримувати заморожені продукти індивідуально (без склеювання); ми говоримо про процес "IQF" (індивідуально швидко заморожений)
Дивіться таку анімацію: