Криогенная заморозка

Криогенные жидкости представляют собой сжиженные газы, такие как азот (N2) и двуокись углерода (CO2) с температурой кипения -196°С и -79°С, соответственно. Эти вещества обеспечивают высокие коэффициенты теплопередачи при кипении. Другие важные свойства таких криогенных жидкостей заключаются в том, что они бесцветны, не имеют запаха, химически инертны и нетоксичны. Поэтому они безопасны для прямого контакта с неупакованными пищевыми продуктами. При замораживании продукт либо опрыскивается криогенной жидкостью, либо погружается в кипящую жидкость при атмосферном давлении. На сегодняшний день жидкий азот является наиболее часто используемой криогенной жидкостью для иммерсионной заморозки пищевых продуктов.

Криогенные жидкости обычно поставляются в специальных резервуарах (сосудах Дьюара), а не производятся на месте, и выбрасываются в атмосферу после использования. Для предотвращения поступления избыточной теплоты и потерь криогенных жидкостей необходима эффективная изоляция и/или охлаждение резервуара для хранения. Для жидкого азота системные потери обычно составляют до 1% хранимого объема в день. Для жидкой углекислоты, имеющей более высокую температуру испарения, требуется дополнительная небольшая механическая система охлаждения, которая может полностью исключить потери.

Технология криогенной заморозки заключается в воздействии на продукт интенсивно испаряющихся сжиженных газов, создающих среду вокруг замораживаемого продукта с температурой примерно -60°C. Из-за очень высоких скоростей замораживания и высоких значений коэффициента теплопередачи, процесс криогенного замораживания обычно включает стадию уравновешивания температуры продукта. Даже в этом случае температура поверхности продукта на выходе из морозильной камеры обычно остается несколько ниже, чем температура в его середине. Скорость иммерсионной заморозки криогенными жидкостями обеспечивает качество, недостижимое при любом другом методе заморозки.

Существует два основных типа криогенных морозильников: те, которые используют погружение продукта в жидкую среду, и те, которые распыляют жидкость на поверхность продукта. В обоих типах продукт непрерывно транспортируется по ленте к другому концу морозильной камеры. Обычно криогенные морозильники, использующие метод погружения, потребляют больше среды, но получают лучшие результаты замораживания, в то время как метод распыления обеспечивает меньшее использование среды и, следовательно, более низкие затраты.

Криогенные морозильники обычно используются в основном для продуктов малых и средних размеров, поскольку в более крупных продуктах скорость замораживания ограничена теплопередачей внутри самого продукта. Хотя более высокая скорость замораживания должна привести к более высокому качеству продукта, чем при использовании других видов быстрого замораживания, следует помнить, что длительное хранение сводит на нет эти преимущества. Было показано, что примерно через месяц хранения замороженных продуктов, их качество не зависит от типа использованной системы и скорости замораживания.

Криогенное замораживание (или, альтернативно, жидкостное иммерсионное замораживание) может использоваться для быстрого замораживания поверхности продукта с завершением его полного замораживания с помощью потока охлажденного воздуха в камере шоковой заморозки. Такие системы часто называют комбинированными криомеханическими системами. Эти системы направлены на достижение оптимального баланса между эксплуатационными расходами на эксплуатацию морозильной камеры и потерей влажности и качества продукта. Принцип заключается в том, что большая часть отвода теплоты от массы продукта осуществляется механической системой, что обеспечивает низкие эксплуатационные расходы, в то время как изначально быстрое понижение температуры поверхности продукта сводит к минимуму потерю влажности и качества продукта.

Преимуществом криогенных морозильных камер являются их компактные размеры, мобильность и высокая эффективность заморозки. Также достоинствами таких камер является их невысокая начальная стоимость, низкая трудоемкость монтажа и низкие затраты на обслуживание. Однако, высокая стоимось сжиженных газов и постоянная зависимость от их поставщиков, рассматривается как существенный недостаток морозильных камер этого типа, особенно для перерабатывающих предприятий пищевой промышленности, расположенных в отдаленных районах.

Жидкий азот медленно кипит при температуре -196°C, что обеспечивает мощную движущую силу для интенсивного отвода теплоты.
Жидкий азот контактирует со всей поверхностью продукта неправильной формы, сводя таким образом к минимуму сопротивление теплопередаче.
Поскольку низкая температура является результатом испарения жидкого азота, нет необходимости в первичном хладагенте для охлаждения этой среды.
Жидкий азот нетоксичен и инертен по отношению к пищевым продуктам. Вытеснение воздуха из пор пищевых продуктов, сводит к минимуму окислительные изменения продукта во время замораживания и хранения в упакованном виде.
Скорость замораживания жидким азотом позволяет получить замороженные продукты с качеством, недостижимым при прочих методах заморозки. Некоторые продукты, такие как грибы, невозможно заморозить другими способами без чрезмерного повреждения их тканей.

Основным недостатком метода криогенной заморозки является высокая стоимость криогенных жидкостей.