Aspecte generale privind congelarea

Aspecte generale privind congelarea

Congelarea consta in racirea produselor alimentare pana la temperaturi inferioare punctului de solidificare a apei continute in produs, adica o racire cu formare de cristale de ghiata.

Scopul principal al congelarii este conservarea produselor alimentare perisabile. Din acest punct de vedere, congelarea, ca metoda de conservare, mareste durata admisibila de pastrare a produselor alimentare de peste 5 50 ori fata de conservarea prin refrigerare.

Marirea conservabilitatii obtinuta prin congelare (asigurandu-se si conditiile necesare depozitarii in stare congelata) se bazeaza pe efectele temperaturilor scazute de incetinire puternica sau inhibare completa a dezvoltarii microorganismelor, de reducere sau stopare a proceselor metabolice in cazul produselor cu viata si de reducere a reactiilor chimice si biochimice.

Avand in vedere nivelele temperaturilor minime de inmultire a microorganismelor psihrofile, se considera ca valoare maxima a temperaturii de congelare a produselor alimentare, in general, temperatura de -10°C. Sub aceasta temperatura, dezvoltarea microorganismelor este practic neglijabila. In cadrul tehnologiilor de congelare a diferitelor produse alimentare de origine animala se folosesc insa temperaturi mai scazute in produs si eventual, se utilizeaza metode de inactivare a enzimelor proprii, in vederea reducerii activitatii tuturor agentilor modificatori.

Congelarea asigura marirea apreciabila a conservabilitatii produselor alimentare, dar aceasta necesita respectarea, pe langa conditiile impuse de specificul tehnologiei respective si a unei serii de conditii general valabile :

- utilizarea unor materii prime si produse de calitate corespunzatoare; introducerea acestora in spatiile sau aparatele de congelare cat mai repede posibil dupa producerea lor (exceptie facand produsele a caror tehnologii impun o anumita durata intre momentul producerii si introducerii la racire, durata necesara desfasurarii unor procese biochimice);

- asigurarea tuturor elementelor igienico-sanitare necesare evitarii conta­minarii cu microorganisme a produselor inaintea congelarii sau dupa decongelare;

- asigurarea unor temperaturi de refrigerare adecvate in cazurile in care produsele nu sunt introduse direct in spatiile sau aparatele de congelare sau nu sunt utilizate imediat dupa decongelare;

- evitarea congelarii produselor alimentare improprii consumului, deoarece aceasta metoda de conservare nu imbunatateste calitatile initiale; in cazul unor specii de legume si fructe este necesara inactivarea
enzimelor endogene si care de regula se face prin tratament termic - denumit blansare.

Intr-o acceptiune mai larga, procesul tehnologic de conservare prin congelare a unui produs poate cuprinde urmatoarele faze: tratamentul sau tratamentele preliminare, congelarea propriu-zisa, ambalarea, depozitarea in stare congelata, transportul, decongelarea, pastrarea de scurta durata in stare decongelata pana la consum sau utilizare intr-un proces de fabricatie.

Inainte de a fi supuse congelarii propriu-zise, produsele alimentare sunt supuse unor operatii si tratamente preliminare specifice tipului de produs, metodei de congelare utilizate si scopului caruia ii este destinat produsul respectiv.

In cazul in care produsul nu este supus congelarii in faza 'calda', atunci refrigerarea poate fi privita ca un tratament preliminar.

Ca tratamente si operatii preliminare pot fi amintite: indepartarea partilor necomestibile, spalarea, sortarea, blansarea, racirea, portionarea, ambalarea etc. Aplicarea corecta a acestor tratamente si operatii are o importanta deosebita asupra calitatii ulterioare a produselor supuse congelarii. Tratamentele si operatiile preliminare, fiind specifice fiecarui produs agroalimentar, vor fi analizate mai detaliat in cadrul capitolelor de tehnologii specifice redate in partea a treia a lucrarii.

Pentru o intelegere mai buna a metodelor de congelare este necesara definirea si cunoasterea elementelor de baza ale procesului de congelare.

Congelarea unui produs alimentar este procesul de racire in care au loc urmatoarele fenomene fizice importante:

- solidificarea intr-o anumita proportie a apei continute in produs

- marirea volumului produsului;

- intarirea consistentei.

Fenomenele fizice de mai sus au loc ca urmare a schimbului de caldura de la produsul supus congelarii catre un mediu de racire (aer, agenti frigorifici intermediari sau criogenici etc). Temperatura mediului de racire trebuie sa fie mai scazuta decat temperatura medie finala a produsului supus congelarii. Temperatura in produsele alimentare supuse congelarii variaza in timpul procesului de racire in functie de timp si locul punctului de masura. Punctul cu temperatura cea mai ridicata la un moment dat poarta numele de centrul termic al corpului respectiv si reprezita un indicator al aprecierii stadiului congelarii (definitia centrului termic este valabila in conditiile in care mediul de racire are aceiasi parametri principali (temperatura, viteza) in jurul corpului racit.

Congelarea produselor agroalimentare se considera finalizata in momentul in care temperatura sa medie este egala cu temperatura la care urmeaza sa aiba loc depozitarea. Datorita dificultatilor mari in stabilirea temperaturii medii a produselor supuse congelarii, se poate lua drept criteriu de apreciere a stadiului racirii temperatura centrului termic. Aceasta temperatura este de obicei cu cateva grade Celsius mai ridicata decat temperatura la care urmeaza sa aiba loc depozitarea produsului respectiv. La corpurile omogene centrul termic se afla in centrul geometric al acestora.

Racirea produselor alimentare sub 0°C este insotita de un proces de formare a ghetii, incepand cu o anumita temperatura, caracteristica fiecarui produs, denumita temperatura punctului crioscoplc.

Procesul de formare a ghetii incepe atunci cand sunt conditii prielnice, prin agregarea unui grup de molecule de apa intr-o particula ordonata denumita nucleu de cristal. In mod obisnuit, formarea nucleului de cristal are loc la o subracire a apei sau solutiei apoase. Dupa formarea nucleelor de cristal are loc faza de crestere a acestora, faza care se desfasoara la temperaturi foarte apropiate de temperatura punctului de congelare; aceasta inseamna ca initierea cristalizarii se face cu un consum energetic mai mare decat desfasurarea acesteia. Viteza de crestere a cristalelor de gheata este determinata in principal de temperatura si viteza de preluare a calduri produsului. Astfel, daca ceilalti parametri raman constanti, odata cu scaderea temperaturii viteza de crestere a cristalelor scade, ca urmare a cresterii vascozitatii fazei congelabile din produs. Scaderea temperaturii superficiale a produsului supus congelarii, mareste diferenta de temperatura dintre suprafata si faza inca necongelata, contribuind astfel la marirea vitezei de crestere a cristalelor de gheata.

Viteza cu care avanseaza frontul de formare a cristalelor de gheata de la suprafata produsului spre interiorul acestuia se numeste viteza de congelare si se exprima de obicei in cm/h sau m/h.

Considerand un produs alimentar omogen sub forma de placa cu suprafata exterioara S (m²) prin care are loc schimbul de caldura cu mediul de racire si presupunand ca la momentul frontul de gheata se gaseste la distanta de suprafata S (spre centrul termic), intr-un interval de timp elementar , frontul de gheata va inainta cu . Presupunand ca temperatura mediului de racire, si temperatura la care are loc congelarea, sunt constante pe durata congelarii, cantitatea de caldura dQ preluata de la produs de catre mediul de racire va fi egala cu caldura latenta extrasa de la cantitatea de apa dW care congeleaza in stratul de grosime cu caldura latenta Din ipotezele de mai sus se poate scrie:

(4.1)

Cantitatea de apa (solutie apoasa) dW poate fi determinata in functie de volumul de gheata dV ce se formeaza:

(4.2)

in care:

- este densitatea produsului alimentar congelat, in kg/m³;

W cantitatea totala de apa continuta de produsul respectiv, in kg apa/kg, produs;

K coeficientul global de transfer termic de la frontul de gheata la mediul de racire, in kW/m²K.

Coeficientul global de transfer termic, K este dat de relatia:

(4.3)

in care:

este coeficientul de convectie de la mediul de racire la suprafata frontului de gheata, in kW/m²K;

- coeficientul de conductibilitate termica a produsului congelat, in kW/mK.

Inlocuind relatiile (4.2) si (4.3) in relatia (4.1), rezulta:

(4.4)

Notand viteza de congelare cu rezulta din (4.4):

(4.5)

In realitate, in marea majoritate a cazurilor, procesul de congelare este un proces nestationar in care temperatura mediului de racire variaza pe tot parcursul procesului in asa fel incat viteza de racire data de relatia (4.5) este tot timpul variabila ca si in cazul refrigerarii. De aceea, pentru a caracteriza un proces de congelare din punct de vedere al intensitatii racirii, se ia drept criteriu viteza medie liniara de congelare data de relatia:

(4.6)

in care:

- este distanta cea mai mica dintre centrul termic si suprafata produsului, in cm sau m;

- durata congelarii de la o temperatura initiala uniforma de 0°C pana la temperatura care se urmareste a se obtine in centrul termic, in ore.

In functie de viteza medie liniara de congelare, Institutul International al Frigului recomanda urmatoarea clasificare a metodelor de congelare:

congelare lenta < 0,5 cm/h;

congelare rapida = 0,5 3 cm/h;

congelare foarte rapida 10 cm/h;

congelare ultrarapida cm/h.

Viteza de congelare minima la care are loc procesul de racire trebuie astfel stabilita incat sa nu produca modificari microbiologice si enzimatice nedorite.

Clasificarea metodelor de congelare se poate face si dupa alte criterii in afara vitezei medii de congelare. Astfel, in multe tari, produsele conservate prin congelare se intalnesc sub urmatoarele denumiri :

- produse congelate ('Frozen foodstuffs');

- produse congelate rapid ('Deep-Frozen foodstuffs').

Produsele congelate sunt obtinute printr-o congelare obisnuita, pe parcursul careia, temperatura medie a acestora coboara sub -10°C intr-o durata care nu permite declansarea reactiilor enzimatice si microbiologice nedorite; depozitarea acestor produse congelate se face la temperaturi sub -10°C. Aceasta metoda se caracterizeaza prin adoptarea unor viteze medii liniare de congelare de 0,1 0,5 cm/h si este folosita pentru produse cu grosimi mari, cum ar fi: carne in carcase, sau blocuri, unt sau alte grasimi ambalate in lazi etc.

Produsele congelate rapid se obtin la viteze medii liniare de congelare mai mari de 0,5 cm/h. Producerea, depozitarea si distribuirea produselor congelate rapid presupunerespectarea urmatoarelor conditii:

traversarea zonei de formare si crestere a cristalelor de gheata (denumita si zona de congelare) intr-un timp cat mai scurt. Pentru majoritatea produselor alimentare de origine animala zona de congelare este cuprinsa intre -1 -5°C;

- temperatura medie a produselor sa fie mai mica de -18°C;

depozitarea, transportul si desfacerea produselor sa se faca la
temperaturi mai mici de -18°C, fara variatii importante ale acestora;

fiecare produs congelat rapid pus in vanzare va avea ambalaj individual inert fata de continut, rezistent din punct de vedere mecanic, impermeabil;

interzicerea vanzarii produselor alimentare sub denumirea de 'produse congelate rapid' in cazul decongelarii accidentale (partiale sau totale), chiar daca,ulterior, acestea au fost recongelate.

Respectarea conditiilor de mai sus asigura o calitate superiora produselor congelate rapid, garantata din punct de vedere sanitar si comercial.