Articol tehnic Congelare delicata cu gaze criogenice Congelarea rapida Cea mai importanta caracteristica a congelarii in profunzime este viteza de reducere a temperaturii alimentelor, indiferent daca este vorba de carne, legume sau produse de patiserie. Exista un motiv intemeiat: cu cat dureaza mai mult procesul de congelare, cu atat mai mult timp au moleculele de apa din alimente sa se uneasca pentru a forma cristale mari de gheata. Cristalele mari pot perfora membrana celulelor si vatama tesutul, rezultatul fiind pierderea formei si a structurii alimentului congelat, pierzandu-se astfel vitaminele, nutrientii si aromele.
Congelare delicata cu gaze criogenice Daca procesul de congelare are loc rapid, se formeaza predominant cristale de gheata mici, care nu supun materialul celular unei presiuni excesive (Fig. 1). Metode de congelare criogenica versus metode de congelare conventionala Racirea inseamna reducerea temperaturii unui produs pana la un punct imediat inainte de inghetarea acestuia. In cazul majoritatii alimentelor acest punct este intre 0 C si -2 C. Congelarea se refera la racirea alimentelor cu continut de apa de la temperatura ambientala (ex. +20 C) la cel putin -15 C. Eficienta procesului de congelare este definita prin viteza medie de congelare (exprimata in cm/h). Formula corecta d.p.d.v. fizic este: Dimensiune in unitati ale diametrelor tipice celulelor w = d0 / z0 Viteza de congelare Fig. 1: In timpul congelarii criogenice, cristalele de gheata raman mici, evitandu-se vatamarea peretilor celulelor. Drept urmare, produsul decongelat este proaspat si apetisant. Viteza necesara de congelare este de cel putin 5 cm/h si poate fi obtinuta prin intermediul metodelor de congelare criogenica, care utilizeaza temperaturile scazute ale gazelor criogenice lichefiate azot si dioxid de carbon. Ambele gaze sunt elemente naturale ale aerului si au fost aprobate ca gaze alimentare in UE. Aplicatiile criogenice functioneaza astfel: pulverizat direct intr-o incinta frigorifica azotul se gazeifica / dioxidul de carbon sublimeaza. Alimentele furnizeaza energia termica necesara, fiind racite si congelate intr-un interval de cateva minute. Sistemul Cryogen-Rapid unde d0 corespunde celei mai scurte distante de la miezul produsului la suprafata acestuia; z0 este timpul necesar miezului produsului sa se raceasca de la 0 C la -10 C. Incintele frigorifice pot fi clasificate in baza acestei formule. Un congelator casnic, de exemplu, are o viteza de congelare de 0.1 cm/h, considerata ca fiind o congelare lenta. Camerele frigorifice asigura o viteza de 0.1-0.5 cm/h. Congelarea este mai rapida intr-un pat fluidizat cu aer rece (0.5 5 cm/h). Viteze de 5 cm/h si peste pot fi asigurate prin metode de congelare criogenica, pe care se bazeaza, de exemplu, sistemele de congelare Cryogen-Rapid ale Messer Grup. Totusi, pentru a congela la viteze de 5 cm/h sau mai mari, este necesar mai mult decat un gradient mare al temperaturii (Fig. 2). Azotul trebuie sa se gazeifice / dioxidul de carbon sa sublimeze direct pe suprafata alimentului. Transferul de caldura are loc conform urmatoarei formule: Q= α A T Exprimata in cuvinte: cantitatea de caldura Q transferata la suprafata data a produsului A (m2) per unitatea de timp depinde de gradientul temperaturii T (K) si de coeficientul de transfer termic α (W/m2K). Sistemul cu compresor Miezul produsului Suprafata produsului Atmosfera din incinta frigorifica 2 Fig. 2: Comparatie intre profilul tipic al temperaturii intr-un sistem CryogenRapid si o incinta frigorifica cu tunel de aer rece (sistem cu compresor)
Ventilatoare de circulatie Sistem de pulverizare azot lichid Valva de control pneumatica Ventilator de extragere Supapa de sens Zona de preracire Zona de postracire Intrarea in incinta Rezervor de stocare azot lichid Fig. 3: Principiul de operare al unui tunel de congelare cu functionare continua Numai la viteze mari de congelare (peste 5 cm/h) se cristalizeaza apa din celule suficient de rapid pentru a permite formarea predominanta de cristale de gheata mici (Fig. 4), care nu vatama materialul celular: Produse proaspete Celule Congelare criogenica Microcristale Congelare conventionala Macrocristale Fig. 4: In timpul congelarii criogenice cristalele de gheata raman mici, evitandu-se vatamarea peretilor celulari. Drept urmare produsul decongelat este proaspat si apetisant. Pierderile prin scurgere, care pot ajunge pana la 5% in cazul sistemelor conventionale, sunt mai mici de 1% in cazul congelarii criogenice. Produsele care au fost congelate criogenic au un aspect atractiv vizual si apetisant dupa decongelare. Viteza ridicata de congelare a incintelor criogenice econimiseste timp si spatiu. In majoritatea cazurilor capacitatea de congelare a sistemelor conventionale este proiectata doar pentru o functie specifica. Pe de alta parte, sistemele de congelare operate cu azot lichid sau dioxid de carbon lichid ofera o gama mai larga de functii. Prin comparatie, acestea au un pret mic si asigura flexibilitate de utilizare, inclusiv integrarea in liniile de productie existente. In plus, sunt mai mici decat sistemele conventionale comparabile. Nu sunt necesare modificari structurale speciale (de ex.: marirea capacitatii electrice). 3 Sistemele Cryogen-Rapid nu sunt fixate intr-un singur loc si sunt usor de transportat. Rezervoarele de stocare necesare pentru gazele criogenice sunt instalate in aer liber. Un beneficiu suplimentar este ca sistemele Cryogen-Rapid nu necesita schimbator de caldura, care poate acumula gheata. Temperaturile reduse din incinta frigorifica inseamna ca sunt necesare doar cantitati infime de umezeala pentru ca atmosfera sa devina saturata. Uscarea alimentelor este aproape inexistenta in timpul congelarii, prin urmare acestea isi mentin masa si aspectul apetisant.. Sisteme de congelare pentru toate cerintele Pentru a putea profita in mod optim de avantajele gazelor criogenice - azot si dioxid de carbon Messer foloseste sistemele de congelare adecvate pentru o gama larga de cerinte. Acestea sun descrise pe scurt mai jos.. De exemplu, mecanismul de control pentru gazul refrigerant al Cryogen-Rapid Tunnel Freezer este in special adecvat pentru gestionarea unor cantitati mari de alimente. Azotul / dioxidul de carbon lichid este pulverizat in tunelul de congelare printr-un sistem de pulverizare cu temperatura controlata. In tunelul de congelare gazul rece rezultat este distribuit pe suprafetele produselor cu ajutorul unor ventilatoare de circulatie (Fig. 3). Odata ce si-a incheiat rolul de racire, gazul este extras. Temperatura scade rapid cu mult sub zero grade. Chiar si cele mai infime contitati de umezeala sunt suficiente pentru ca atmosfera sa devina saturata. Produsele nu se usuca si isi pastreaza greutatea. Aceasta unitate este in special adecvata pentru peste, carne si produse de panificatie. Cofetarii il utilizeaza, deasemenea, pentu a stabiliza decoratiunile inainte de a refrigera torturile in mod conventional.
N2 si CO2 refrigerantii ideali Azot lichid Azotul (N2) este un gaz inert, inhibitor de reactii, care este produs in forma lichida prin separarea criogenica a aerului; N2 este principalul element al aerului, cu un volum de 78%. Azotul lichid (LIN) fierbe la 196 C in conditii de presiune atmosferica. La presiunea de 3 bar intr-un rezervor de stocare, azotul lichid fierbe la 185 C. Cand este pulverizat pe suprafata produsului, LIN se evapora si absoarbe in jur de 183 kj/kg de caldura (entalpia evaporarii). Absorbtia de caldura se dubleaza daca azotul rece este incalzit la 20 C in cursul procesului de congelare in profunzime. Aceasta inseamna ca un continut teoretic de 363 kj/kg este disponibil pentru racire. Temperatura gazului de evacuare 0 C -10 C -20 C -30 C -40 C Fig. 5: Capacitatea de absorbtie a azotului lichid in relatie cu starea de fierbere si temperatura gazului evacuat N2 Dioxid de carbon lichid Dioxidul de carbon (CO2) este un gaz inert, inodor, insipid, incolor si neinflamabil in conditii normale (0 C, 1 bar). Este obtinut din surse naturale sau produs industrial. CO2 poate fi lichefiat doar la o presiune de 5.18 bar. Dioxidul de carbon lichid este pastrat in rezervoare izolate termic. Daca un kilogram de dioxid de carbon lichid care a fost depozitat la 17 bar si 25 C se dilata la presiunea atmosferica, produce aproximativ 0.5 kg de gheata carbonica si 0.5 kg de gaz cu un continut de frig de aproximativ 285 kj. Ambele faze ale CO2 ating o temperatura de 78.8 C ca urmare a dilatarii. Cand intra in contact cu suprafata comparativ mai calda a produsului, gheata carbonica sublimeaza, cu alte cuvinte trece direct in faza de vapori. Daca gazul este incalzit la 20 C, continutul sau total de energie este de aproximativ 330 kj/kg. Prin subracirea CO2 cu procedeul Thermocool dezvoltat de Messer, continutul de frig poate creste cu inca 15%. Un alt factor semnificativ in ceea ce priveste alimentele este faptul ca CO2 are un efect inhibator pentru bacterii. (Toate presiunile sunt date ca presiuni absolute). Capacitatea totala de absorbtie a caldurii [kj/kg] daca gazul evacuat este incalzit la... C Caldura sublimarii Fig. 6: Capacitatea dioxidului de carbon de absorbtie a caldurii in relatie cu presiunea rezervorului si temperatura gazului de evacuare CO2 4 Cu ajutorul Cryogen-Rapid Spiral Freezer (Fig. 7) poate fi realizata o capacitate ridicata de congelare intr-un spatiu minim. Congelatorul asigura 1.000 kg/h, cu o lungime a laturii de doar 5 m. Banda transportoare trece prin cateva nivele sub forma unei scari spiralate. Intrarea si iesirea produselor poate fi personalizata conform spatiului si conditiilor de productie. Pentru cantitatile mici de produse, sau unde este necesara refrigerarea sau congelarea in loturi utilizand azot / dioxid de carbon lichid, CryogenRapid Cabinet Freezer este solutia ideala. Alimentele sunt amplasate pe diferite nivele ale unui carucior cu tavi, care este apoi impins in dulapul de congelare. Ventilatoarele imping gazul rece intre nivele, asigurand un transfer de caldura optim si o distributie uniforma a frigului (Fig. 8). Dulapul poate fi configurat ca o camera frigorifica, permitand deplasarea fara efort a caruciorului inauntru si in afara. Utilizatorii care opereaza dulapul ca un dulap de congelare dublu, pot profita in mod optim de energia de racire, utilizand gazul rezidual de la un dulap pentru a-l preraci pe celalalt. Dulapul de congelare poate fi descris ca fiind un echipament multirol, ce poate fi utilizat pentru toate produsele de calitate, in special pentru salamuri, carne si produse de panificatie. Cryogen-Rapid Rotary Freezer congeleaza articole individuale de peste si carne, paste, legume si mancaruri semipreparate de calitate IFQ, fie cu gheata carbonica, fie cu azot lichid. O banda transportoare transporta produsele in cilindru cu o viteza mare. Respectivul cilindru este un cilindru rotativ, izolat, de forma alungita, care se roteste continuu. Viteza mare de transportare impiedica produsele sa se lipeasca intre ele sau de cilindru in timpul congelarii.
Fig. 7: Capacitate mare de congelare intr-un spatiu mic acesta este avantajul Cryogen-Rapid Spiral Freezer. Lungime utila de Intrare produse Azot lichid Control nivel Azot lichid Iesire produse Scurgere Extragere azot Fig. 9: Principiul de operare a unui congelator cu imersare Congelatorul rotativ asigura rezultate de congelare reproductibile, uniforme; componentele individuale pentru meniuri complete pot fi congelate cu atentie. Pot fi relizati timpi de congelare de cateva secunde cu ajutorul Cryogen-Rapid Immersion Freezer (Fig. 9). Sistemul utilizeaza coeficientul mare de transfer a caldurii azotului in faza de fierbere (2,300 W/m2K) cu care produsul intra in contact. O banda transportoare transporta alimentele prin baia de azot cu nivel controlat. Congelatorul cu imersie este in principal utilizat in combinatie cu alte congelatoare pentru a le mari eficacitatea. Contactul direct cu agentul de racire face ca suprafata produsului sa se fixeze. In functie de congelatorul urilizat, eficienta poate fi imbunatatita cu pana la 300 %. Deasemenea, congelatorul cu imersie permite produselor cu o redusa conductivitate termica, sau cu temperatura de intrare ridicata, sa fie racite la temperaturi joase. Produsele fierbinti descarcate din extrudare sunt rapid si eficient inghetate, fara nici un fel de efecte neplacute, cum ar fi decolorarea. 5 Fig. 8: Pentru operarea in loturi si operatiuni de congelare intre 100 si 1,000 kg/h: Cryogen-Rapid Cabinet Freezer Cryogen-Rapid Pelletizer este destinat congelarii de produse lichide si sub forma de pasta in pelete usor dozabile: azotul lichid este pompat intr-un recipient de peletizare, formand un flux uniform. Produsul lichid picura in azot, astfel fixandu-se suprafata lui si formand o peleta. O banda transportoare cu plasa cu ochiuri mici transporta peletele congelate catre etapa urmatoare, in timp ce azotul lichid neutilizat se scurge si este recuperat in ciclul de racire. Aceasta metoda poate fi utilizata, de exemplu, pentru congelarea instantanee de enzime, sorbeturi, aditivi pentru deserturi, sucuri de fructe, produse lactate si sosuri. Dipl.-Fiz. Monika Lammertz, Messer Group, Krefeld (GE)
Gazele Messer pentru industria alimentara Toate gazele pure si amestecurile de gaze pe care Messer le produce pentru a fi utilizate in industria alimentara sunt comercializate sub denumirea de Gourmet. Gazele Messer si procesele tehnologice care le utilizeaza sunt folosite in diferite aplicatii: pentru congelare criogenica, in sisteme complete de transport frigorific, la ambalarea alimentelor in atmosfera modificata si in solutii de sisteme care optimizeaza procesele de omogenizare si framantare. Gazele alimentare de la Messer indeplinesc cele mai inalte standardede calitate si sunt aprobate in UE pentru aplicatii in industria alimentara. Din aprilie 2015 Messer Romania Gaz este certificata ISO 2200 si FSSC pentru fabricarea gazelor alimentare. Clientii nostri au astfel un partener de incredere pentru produse de calitate.
Activati in domeniu ca expert si aveti intrebari specifice cu privire la informatiile continute de aceasta brosura? Va rugam sa contactati: Dipl.-Phys. Monika Lammertz Senior Manager Food Tel.: +49 2151 7811-231 Fax: +49 2151 7811-503 monika.lammertz@messergroup.com Doriti mai multe informatii cu privire la tehnologiile, produsele si echipamentele aflate in portofoliul Messer? Va rugam sa contactati : Messer Romania Gaz SRL Departament Vanzari Tel.: +40 21 3273624 Fax: +40 21 3273624 sales@messer.ro www.messer.ro Messer Romania Gaz SRL Delea Veche 24, Corp A 024102 Bucuresti S2 Tel +4 021 3273624 Fax +4 021 3273626 mrg@messer.ro www.messer.ro