Zamrzavanje

1.1. Važnost zamrzavanja kao metode čuvanja voća i povrća

Metode smrzavanja hrane su pogodne i lako primenljive. Ova metoda omogućava očuvanje atributa hrane kao što su ukus, tekstura i hranljiva vrednost. Smrznuti proizvodi su jako slični svežim proizvodima, posebno ako se sa njima dobro rukuje po pitanju lagera i čuvanja posle smrzavanja. Kvalitet se bolje čuva ako se hrana čuva na maksimalnih -18°C ili još nižim. Na ovim temperaturama se ne razvijaju  mikroorganizmi a reakcije kvarenja hrane su jako spore.

U razvijenim zemljama zamrzavanje hrane je velika industrija. U zemljama u razvoju ona je vrlo slabo razvijena. Industrija zamrzavanja hrana smatra se skupom, uglavnom zbog visoke početne investicije za opremu, ali proces zamrzavanja i čuvanja čine samo 10% od ukupnih troškova proizvodnje.

Važnost zamrzavanja kao metode čuvanja hrane. Zamrzavanjem se čuva kvalitet hrane u dugom periodu. Generalno se smatra superiornijom metodom od konzervisanja i sušenja, po pitanju senzornih atributa i hranljivih osobina. Zamrzavanja od svih metoda zahteva najkraće vreme obrade. Konzervisanje i sušenje zahtevaju manje energije.

Udeo hrane koja se zamrzava raste kako se društvo ekonomski razvija. Roba koja se zamrzava je obično ona najkvarljivija, koja takođe ima i najvišu cenu. Dakle, za ovakve pogone potrebne je znatan kapital.

Tržišni udeo smrznutog voća i povrća je važan u oblasti smrznute hrane. Komercijalno smrznuto povrće pojavilo se 1929 godine. Ova indstrija značajno je porasla razvojem naučnih metoda blanširanja 1940-ih godina. Komercijalizacija smrznutog voća je starija od smrznutog povrća (1905).

Budući rast industrije smrznute hrane je pod uticajem ekonomskih i tehnoloških faktora. Rast broja stanovnika, lični prihodi, relativna cena drugih vrsta hrane, promene u ukusu i željama i tehnološki napredak u zamrzavanju se neki od glavnih faktora. Proizvodnja najvišeg kvaliteta uz najniže troškove najviše zavisi od tehnologije koja se koristi.

1.2 Opšte preporuke o procesu zamrzavanja

Veštački led prvi put je proizveden 1755 godine. Zamrzavanjem je prvo čuvana riba i puter, zatim voće (1905) i povrće (1917). Pravi napredak u zamrzavanju povrća počeo je kada su naučnici zaključili da se blanširanjem zaustavljaju enzimatski procesi koji vode propadanju proizvoda. Pravi proboj nastao je 1928 godine sa razvojem kontaktnih zamrzivača sa dve trake koji je omogućio brzo zamrzavanje proizvoda, što je dovelo do brzog prihvatanja istih 1930-ih godina. Danas se zna da je važno upravljati procesom zamrzavanja, uključujući pripremu pre samog zamrzavanja kao i lagerovanje zamrznute robe, kako bi se dobili visoko kvalitetni proizvodi.

1.2.2 Proces zamrzavanja

Proces čine termodinamički i kinetički faktori. Osnova procesa je smanjenje sadržaja toplote u materijalu. Hlađenjem se stvara nukleus na kome kristal može da raste (nukleacija). Kreće promena faze iz tečne u čvrstu uz dalji rast kristala. Dakle nukleacija je kritičan korak u procesu i služi za iniciranje procesa zamrzavanja. Tačka mržnjenja hrane je složenija nego čiste vode jer voće i povrće sadrži i slobodnu i vezanu vodu. Postoje empirijske jednačine kojima se računa temperatura početnog mržnjenja hrane u funkciji sadržaja vlage. Vreme zamrzavanja je najvažniji parametar procesa definisan kao vreme potrebno da termički centar objekta dostigne traženu nisku temperaturu. Ovo vreme zavisi od početne i krajnje temperature, oblika i dimenzija proizvoda posebno debljine, termičke provodnosti proizvoda, temperature medijuma – freona, itd.

Brzina zamrzavanja (°C/h) je količnik razlike početne i krajnje temperature i vremena zamrzavanja. Kvalitet zamrznutih proizvoda jako zavisi od brzine zamrzavanja. Generalno brže zamrzavanje-bolji kvalitet. Ako je zamrzavanje trenutno biće više mesta na kojima počinje kristalizacija, što daje manje kristale leda. Sporo mržnjenje vodi kristalima većih dimenzija koji mehanički oštećuju zidove ćelija. Ipak, postoje neki proizvodi koji pucaju kada se duže izlože niskim temperaturama.

Energetski zahtevi zamrzavanja računaju se na bazi promene entalpije i količine proizvoda koji se zamrzavaju.

1.2.3 Rashlada

Rashlada je odvođenje toplote iz materijala čija je temperatura viša od njegove okoline. Kod industrijske rashlade vodimo toplotu sa tačke niže temperature ka tačkama sa višim temperaturama. Da bi se ovo izvelo po drugom zakonu termodinamike treba uložiti rad.

1.2.4 Kapacitet zamrzavanja (t/h)

Količina ubačenih proizvoda zavisi od dimenzija proizvoda i samog tunela.

1.2.5 Sistemi zamrzavanja

Postoji više sistema zamrzavanja i većina proizvoda može se zamrzavati na više načina. Da bi odredili najbpovoljniji sistem potrebno je analizirati ekonomiju, funkcionalnost i izvodljivost. Finansijski se posmatra investicija i troškovi proizvodnje. Ovde treba uključiti trošak gubitaka. Funkcionalni faktori su u stvari pogodnost izabranog tunela za dati proizvod. Računarsko upravljanje smanjuje troškove proizvodnje. Neki zamrzivači mehanički ne odgovaraju nekim proizvodima. Izvodljivost se tiče lokacije pogona, higijenskih uslova u odnosu na željeni kvalitet proizvoda. Podela sistema za zamrzavanje može se izvršiti po tome da li je isti šaržni ili kontinualni, po sistemu prenosa toplote (vazduh, kontakt ili kriogenski) i po stabilnosti proizvoda.

1.2.6 Oprema za zamrzavanje

Zamrzavanje hladnim vazduhom

Najstariji i najčešći način koji daje temperaturnu stabilnost zamrzavanju i koristi se kod mnogih proizvoda. Medijum za zamrzavanje je vazduh bez obzira da li se kreće ili ne. Ovo je najsporiji sistem zamrzavanja jer je nizak koeficijent prenosa toplote vazduha. Dve su osnovne mogućnosti šaržni ili kontinualni rad. Kontinualni zamrzivači su najpogodniji za masovnu proizvodnju spakovanih proizvoda sličnih vremena mržnjenja-gde proizvod prolazi kroz sistem na kolicima ili traci. Kod komornih sistema osnovno je paziti da se ne preopterete.

Tunelski zamrzivači

U tunelu cirkuliše hladan vazduh oko kolica sa lesama na kojima su proizvodi. Sistem je pogodan za sve vrste proizvoda, mada postoje neka mehanička ograničenja, pre svega zbog potrebe za mnogo ljudskog rada, čišćenje i transport lesa.

Zamrzivači sa trakom

Ovi sistemi su projektovani sa žičanom trakom u komori sa hladnim vazduhom. Početni problemi rešeni su vertikalnim duvanjem vazduha kroz sloj proizvoda. Struja vazduha ima dobar kontakt sa proizvodom samo kada je isti ravnomerno raspoređen na traci. Da bi se smanjio potreban prostor u pogonu traka ide u više nivoa ili spiralno.

Fluidizirajući zamrzivači

U ovom sistemu uduvava se hladan vazduh kroz perforirano dno vertikalno naviše. Na taj način proizvod pluta na struji hladnog vazduha. Sistem je vrlo efikasan za pojedinačne sitne proizvode. Fluidizacija ima nekoliko prednosti nad drugim metodama zamrzavanja jer se proizvod zamrzava brzo i pojedinačno (IQF), što je posebno pogodno za proizvode koji se lepe jedan za drugi.

Kontaktni zamrzivači

Ako se posmatra prenos toplote ovo je jedan od najefikasnijih sistema zamrzavanja. Ovde proizvod može da bude u direktnom ili posrednom dodiru sa medijumom za zamrzavanje. Kod direktnog sistema proizvod je potpuno okružem medijumom (freonom), dok je kod indirektnom u dodiru sa trakom ili pločom koja je u kontaktu sa medijumom za zamrzavanje. Potapajući zamrzivači-direktni kontaktni sistem
U ovom sistemu postoji tank sa medijumom za zamrzavanje tj. rastvorom u koji se potapa proizvod ili se isti sa njim prska dok prolazi kroz zamrzivač. Dobija se brzo smanjenje temperature zbog direktne razmene toplote. Ovo je najbrži način zamrzavanja jer tečnost ima bolje karakteristike provođenja toplote od vazduha. Rastvor mora biti bezbedan a glavni problem ovog sistema je rastvaranje proizvoda.
Indirektni kontaktni sistem

U ovom sistemu materijal koji se zamrzava odvojen je od freona provodnim materijalom, obično je to čelična ploča. Sistem ima efikasan prenos toplote, ali i ograničenje posebno ako se koristi kod spakovane robe, zbog otpora koji pakovanje predstavlja prenosu toplote. U obzir treba uzeti i koroziju.

Najčešći kontaktni sistem zamrzavanja je pločasti zamrzivač. Proizvod je stisnut između dve šuplje ploče u kojima cirkuliše freon. Kontaktni trakasti zamrzivač služi za zamrzavanje tankih proizvoda.
Kriogenski zamrzivači Ovo je relativno nova metoda zamrzavanja u kojoj je hrana izložena direktnom dodiru temperaturama ispod -60°C kroz direktan kontakt sa tečnim gasovima azotom ili ugljen dioksidom. U ovom sistemu nema frigo opreme; freon se doprema u sudovima pod pritiskom do postrojenja za zamrzavanje. Investicija je niska a radni troškovi visoki.

Zamrzavanje tečnim azotom

Tečni azot je nus-proizvod u proizvodnji kiseonika i ima tačku ključanja od -196°C. Azot se prska u zamrzivač i isparava u kontaktu sa proizvodom. Potrošnja azota je 1.2 kg na 1 kg proizvoda. Obično se na ovaj način zamrzava riba, morski plodovi, voće i bobice.

Zamrzavanje tečnim ugljen dioksidom

Kada se lageruje na atmosferskom pritisku CO2 je čvrst ili gasovit. Kada se gas ispusti u atmosferu na -70°C, pola gasa postaje sneg a druga polovina ostaje gasovita. Jedan od načina upotrebe tečnog CO2 je kao predtretman tečnom azotu.

1.2.7 Pakovanje

Dobro pakovanje štiti proizvod od kontaminacije i oštećenja, čuva mu vrednost, ukus, boju i teksturu. Kod smrznute robe postoje tri vrste pakovanja. Primarno je u dodiru sa robom i u njemu je sve dok se roba ne počne upotrebljavati. Sekundarno je kutija za više kesica, a tercijalno je za transport (paleta). Materijal za pakovanje ne sme da propušta vlagu niti paru da bi se sprečilo isparavanje i očuvao najviši kvalitet smrznute robe. I kiseonik treba biti kompletno odstranjen. Generalno posude ne smeju da cure i treba da se lako zaptivaju. Na niskim temperaturama ne sme da puca. Najčešće se koriste kesice zbog svoje savitljivosti.

1.2.8 Čuvanje i distribucija smrznute robe
Kvalitet finalnog proizvoda zavisi od istorije sirovine. Osnovno je koristiti što nižu temperaturu u hladnjači, transportu i distribuciji kako be se postigao kvalitet proizvoda, jer procesi propadanja robe najviše zavise od temperature. Što je temperatura niža to je sporija reakcija koja vodi ka gubitku kvaliteta. Standard za hladnjaču je -18°C, za distribuciju -15°C a za prodaju -12°C.