Congelare și congelare

1-Rece, o nevoie agroalimentară

11- Informații generale despre frig

Frigul corespunde unei scăderi a temperaturii unui corp, astfel încât să se reducă considerabil evoluția acestuia.
Utilizarea surselor reci a existat dintotdeauna: colectarea și depozitarea gheții din lacuri sau râuri în timpul iernii, pentru răcirea peștelui sau a cărnii, evaporarea apei dintr-un borcan de lut pentru menținerea alimentelor proaspete, sunt câteva exemple antice. Astăzi, în Franța, se estimează că cel puțin 50% din alimentele noastre au fost supuse tratamentului frigorific. Prin urmare, frigul este o componentă esențială a industriei alimentare: în depozitarea materiilor prime (laptele crud păstrat într-un rezervor frigorific la 3 - 4 ° C), în timpul fabricării produsului (blocarea procesului de acidifiere prin rece la 3 ° C pentru fabricarea iaurturilor), pentru conservare (depozitarea alimentelor proaspete în camere frigorifice), transport (vehicule frigorifice) și distribuție (dulapuri frigorifice sau congelatoare).

Când vorbim despre „frig” în industria alimentară, vorbim despre două niveluri de temperatură:
• Peste punctul de schimbare a stării de solidificare a apei: vorbim despre frig sau refrigerare pozitive și produsele sunt în medie între 0 ° C și 10 ° C.
• Sub acest punct: vorbim de frig negativ; acestea sunt înghețate și înghețate, în funcție de rata de scădere a temperaturii. Produsele sunt între - 40 ° C și -10 ° C. (-18 ° C cel mai des)

Aici în video (de „C’est pas Sorcier”) explicația congelării/congelării !

12 Surse de frig

Se folosesc agenți frigorifici, adică fluide cu caracteristici speciale, cum ar fi ușurința schimbării stării (lichid în solid și invers) la presiuni scăzute și temperaturi scăzute. În general se utilizează două tipuri de fluide:
a) Agenti frigorifici obținut prin transformări chimice (halogenare, clorurare)
Au apărut două generații de produse:
• Agenți frigorifici constând din litera „R” (pentru agent frigorific) urmată de două sau trei cifre: R - xyz. Acestea sunt hidrocarburi halogenate, cum ar fi R22, utilizate în mod obișnuit sau RI 15. Acești agenți frigorifici intră sub o nomenclatură specifică pe care nu o vom discuta.
• Agenți frigorifici constând din litera „C” care sunt compuși care conțin clor, cum ar fi CFC (clorofluorocarburi) sau HCHC (un atom de hidrogen în loc de clor). Acești compuși sunt puternic implicați în distrugerea stratului de ozon. De asemenea, la nivel de reglementare, CEE a limitat utilizarea CFC-urilor și a HCHC-urilor, cu o limită a consumului începând de astăzi, o dispariție în 2030.

b) Agenți frigorifici naturali, numiți „gaze criogenice”
Azotul lichid și dioxidul de carbon au particularitatea schimbării stării la presiune normală și la temperaturi foarte scăzute .

13 Tehnici implementate

Sunt posibile două tehnici: așa-numita tehnică la rece „mecanică” care folosește o mașină frigorifică (tip frigider) și așa-numita tehnică la rece „criogenică” care utilizează direct azot sau dioxid de carbon.

131 Răcire mecanică
Conceptul de mașină frigorifică datează de la mijlocul secolului al XIX-lea datorită lordului Kelvin.

* Principiu
Un agent frigorific (sau agent frigorific) circulă într-o buclă închisă și schimbă starea cu ușurință sub influența presiunii. Folosim faptul că orice schimbare de stare are ca rezultat consumul sau eliberarea de energie.
În special:
• trecerea de la starea lichidă la starea gazoasă necesită energie externă (+ Q),
• trecerea de la starea gazoasă la starea lichidă eliberează energie (-Q).
Într-adevăr, este nevoie de energie pentru a dezorganiza materia și a separa moleculele (gazul lichid), în timp ce le reunesc, eliberează energie.

Descrierea simplificată a unei instalații de refrigerare mecanică
(frigider sau congelator ...)

Instalația include un circuit închis pentru circulația unui agent frigorific: freon (gaz rar) sau lichide frigorifice sintetice.
Instalarea include:

Evaporatorul:
Conține agent frigorific la 20 ° C; sub presiunea atmosferică normală P1, lichidul se vaporizează (trecând de la starea lichidă la starea gazoasă): este deci nevoie de energie. Aceasta este preluată din aerul din compartimentul interior al frigiderului (carcasa). Aerul și mâncarea din el sunt răcite.
Evaporatorul este componenta principală în producția de frig.
Compresorul
În compresor, presiunea devine P2> P1. Fluidul este încă gazos și temperatura acestuia crește la T2> Tl.
Condensatorul
În condensator, gazul se răcește la contactul cu aerul ambiant, ceea ce determină lichefierea gazului (trecerea de la starea gazoasă la starea lichidă): există apoi eliberare de calorii, deci de căldură (acest lucru explică faptul că partea din spate a frigiderul este fierbinte).
Regulatorul
Permite scăderea presiunii lichidului frigorific pentru a-l readuce la valoarea inițială (P1). Temperatura scade, de asemenea.

132 Frig criogenic
• Principiu
Vaporizarea anumitor gaze lichefiate, în contact direct cu alimentele, le absoarbe căldura (energia) și le permite să fie răcite foarte repede.
În alimente, se utilizează două gaze lichide, care sunt interesante pentru schimbarea de temperatură foarte scăzută a stării la presiune scăzută:
• CO2 lichid care devine gazos la - 78,5 ° C sub 1 atm,
• N2 lichid care devine gazos la -196 ° C sub 1 atm.

14 Frig și calitate

Definite de Alexandre MONVOISIN (1928), principiile fundamentale ale aplicării frigului la conservarea alimentelor perisabile sunt stabilite sub termenul „ Trepied frigorific MONVOISIN ":

1. Aplicarea frigului la produse sănătoase: Deoarece refrigerarea încetinește fenomenele de deteriorare și multiplicare microbiană, este esențial ca alimentele să fie inițial de o calitate excelentă și puțin contaminate.
2. Precocitate: Frigul trebuie aplicat cât mai curând posibil după tăiere sau recoltare, înainte ca diferitele deteriorări să înceapă.
3. Continuitate: Fiecare tip de produs refrigerat trebuie menținut la o temperatură adecvată (de exemplu, o temperatură maximă de 4 ° C pentru carne, păsări de curte etc.) Orice creștere apreciabilă a temperaturii produsului peste această valoare determină o accelerare a multiplicării microbiene și fenomene de degradare. Temperatura de depozitare a alimentelor trebuie să rămână cât mai constantă posibil sub această limită, de la sacrificare sau recoltare până la consum. Vorbim astfel de " lant rece ", eficacitatea sa în funcție de cea a celei mai slabe verigi.

Iată o ilustrare a diferitelor infecții toxice colective alimentare (TIAC) cauzate de o ruptură în lanțul de frig:

2- Acțiunea frigului

Frigul își datorează puterea de conservare la 2 efecte:

Un efect termic scăderea ratei reacțiilor biologice de dezvoltare (metabolismul microorganismelor) și a reacțiilor biochimice și enzimatice care pot afecta și conservarea alimentelor .
Un al doilea efect chiar mai puternic, dar care există doar în timpul congelării/congelării: scăderea activității apei adică apa cristalizată devine indisponibilă pentru toate reacțiile (biologice, chimice și enzimatice); acest lucru explică de ce congelarea/congelarea profundă permite perioade de depozitare mult mai mari decât refrigerarea !

21 acțiunea frigului asupra microorganismelor

Frigul nu ucide microorganismele: doar încetinește dezvoltarea lor, adică le inhibă. Și trebuie să vă amintiți că există microbi rezistenți la frig: aceștia sunt psihotrofi, psihrofili și criofili. Drojdiile și mucegaiurile se bucură mai ales în medii reci și umede.

Unelor bacterii, cum ar fi Yersinia sau Listeria le place răceala pozitivă.

Cu toate acestea, există trei temperaturi cheie de reținut:
• + 3 ° C: sfârșitul riscurilor cauzate de bacteriile patogene și toxigene,
• - 10 ° C: opriți orice multiplicare bacteriană,
• - 18 ° C: opriți orice multiplicare microbiană (inclusiv drojdii și mucegaiuri).

22 Efectul frigului asupra caracteristicilor alimentelor

Modificările vor depinde de tratament și produs.

221 În refrigerare
Modificările sunt minime, dar observabile.
vezi articolul despre refrigerare !

2. Congelare lent care se aplică produselor care, prin aspectul lor sau metoda lor de recoltare, nu pot îndeplini anumite cerințe, de exemplu viteza de înghețare la care sunt supuse produsele congelate. Alimentele sunt răcite încet, rezultând formarea de cristale de gheață de dimensiuni relativ mari comparativ cu celulele celulelor produsului.

Acele ascuțite ale cristalelor de gheață pot străpunge și rupe pereții celulelor slabe și pot promova o exsudare în timpul decongelării.

Sucul de fructe și apa pură plasate într-un congelator vor scădea chiar temperatura, dar în funcție de diferite cinetici (viteze). Vezi graficul de mai jos:

1.- Caz de apă pură:

Când apa pură este răcită până când cristalizează, se observă 3 faze

Faza de răcire a apei la 0 ° C = topirea apei T ° C.
Punctul de răcire a apei: acesta este începutul nucleației (formarea primelor cristale) care aduce apa lichidă la o temperatură ușor sub 0 ° C.
Pasul de temperatură până la punctul de topire al apei (= 0 ° C); aceasta pe durata schimbării de stat; numai căldura latentă de fuziune (Lf = 79,7 kcal/kg = 318,8kj/kg) este absorbită de agentul frigorific
Răcirea cu gheață: Când toată apa a fost cristalizată, gheața formată se răcește mai repede decât apa lichidă! (Înghețată Cp = 1,96 kj/kg/° C; piele C = 4,18 kJ/kg/° C)

2- Cutie produs alimentar:

Din punct de vedere termodinamic, un țesut biologic se comportă ca o soluție diluată.

O temperatură inițială de topire (sau îngheț) (Tc) sub punctul de îngheț al apei pure (0 ° C); aceasta este o scădere crioscopică: diferența dintre punctul inițial de îngheț al soluției și cel al apei pure (0 ° C) este mai mare cu atât soluția este mai concentrată !

Un pseudopalier: pe măsură ce apa cristalizează, soluția rămasă este concentrată în faza lichidă (proces de crioconcentrare utilizat pentru concentrația vinurilor și sucurilor de fructe); punctul de topire a apei rămase scade apoi în același timp cu creșterea concentrației: obținem deci un pseudopalier !
Temperatura „sfârșitul înghețului” (Tf): aceasta corespunde temperaturii care a făcut posibilă cristalizarea întregii ape înghețabile (sfârșitul pseudopaliei); tot vorbim de temperatura eutectică; această temperatură este foarte scăzută în special pentru produsele alimentare care sunt soluții foarte complexe !

Consecințe: în IAA, temperaturile de îngheț atât de scăzute (- 55 ° C) sunt rareori folosite!; aceasta înseamnă că va exista întotdeauna apă congelabilă (apă liberă) în alimentele înghețate la –18 ° C; va fi necesar ca anumite produse sensibile (grase de exemplu) să scurteze durata depozitării și/sau să recurgă la temperaturi mai scăzute (cu toate celelalte ingrediente ale alimentelor (de exemplu: lipide = 0,5 kcal/kg/° C)
Consecințe: cu cât alimentele conțin mai multă apă, cu atât va fi nevoie de mai multă energie pentru a le îngheța !
• Conductivitate termică (în kcal/m. ° C):
Gheață (1,9 kcal/m. ° C)> Alimente congelate> Apă (0,51)> Alimente necongelate> Grăsimi (0,05)> Aer (0,02)
• Densitate (aer = izolație termică)
• Geometrie: formă și grosime

b) Caracteristicile materiale
• Temperatura agentului frigorific și diferența de temperatură între produs și agentul frigorific sau aerul
• Caracteristicile agentului frigorific: apa, aerul, gazele criogenice nu au aceiași coeficienți de schimb de căldură.
• Capacitate de răcire disponibilă (în kW sau kcal/h sau frigorie)
• Coeficient de transfer de căldură (în funcție de tipul de contact dintre produs și mediu frigorific)

Congelarea produselor alimentare utilizează mai multe tehnici. Aceste tehnici includ congelatoare tunel, congelatoare cu plăci și sisteme de congelare directă (congelare criogenică).

Congelatoare tunel folosiți aer forțat ca agent frigorific intermediar. Acesta este răcit prin evaporatorul mașinii de refrigerare, pulsat pe produs de un ventilator, apoi reciclat pentru a fi răcit din nou. Acest sistem există continuu (tunelul benzii transportoare sau dinamic) și discontinuu (tunel static).
Avantajul tunelurilor de congelare este flexibilitatea lor de utilizare. Sunt recomandate la congelarea mai multor tipuri de produse, de diferite forme și dimensiuni.

Iată diagrama unui tunel static:

Iată o animație care descrie funcționarea unui tunel de înghețare a centurii purtătoare (sau dinamice):

Pentru a limita amprenta și pentru a satisface timpii mai mari de îngheț, producătorii au prelungit lungimea centurii purtătoare care descrie o cale elicoidală (ca o scară în spirală); vorbim de "Gyrofreezer" sau "spiralfreezer".

Iată diagrama modelului Frigoscandia:

Legendele:
1-intrare produs;
2-Eliberarea produsului;
3- tambur;
4-bandă transportoare;
5-ventilator;
6- răcitor de aer (evaporator al grupului rece);
7-tavane false;
8-actuatoare;
9-tablou electric;
10-sistem de spălare cu bandă transportoare;
Ventilator uscător cu 11 benzi transportoare.

Vezi mai josanimație dezvoltată de Frigoscandia:

Această tehnică face posibilă și obținerea produselor congelate individual (fără lipire între ele); vorbim despre procesul „IQF” (Congelare rapidă individuală)
Vedeți următoarea animație: