Refrigerarea Produselor Alimentare de Origine Vegetala

4. REFRIGERAREA PRODUSELOR ALIMENTARE DE ORIGINE VEGETALĂ 4.1. ASPECTE GENERALE PRIVIND REFRIGERAREA PRODUSELOR ALIMENTARE DE ORIGINE VEGETALĂ Procesul de refrigerare constă în răcirea produselor pînă la temperaturi apropiate de punctul de congelare. In cele mai multe cazuri, refrigerarea este aplicată în scopul conservării propriu-zise a produselor. Refrigerarea poate fi însă utilizată şi în scopul asigurării condiţiilor optime de desfăşurare a unor procese biochimice necesare fabricării unor produse alimentare (bere, vinuri ş.a.) sau a unor procese fizicochimice necesare în anumite faze ale unor tehnologii alimentare. In sfîrşit, refrigerarea poate constitui o fază preliminară de răcire în cazul tehnologiilor de congelare a produselor alimentare. In cazul produselor alimentare în care au loc procese metabolice (produse vii), cum sunt legumele şi fructele, conservarea prin refrigerare se realizeaza în special prin acţiunea temperaturilor scăzute asupra proceselor metabolice, respectiv prin micşorarea vitezelor de reacţie şi a activităţii enzimelor endogene. In vederea obţinerii unei durate cât mai mari de păstrare în stare refrigerată a produselor, o mare importanţă o are, la începutul refrigerării, realizarea unei încărcături microbiologice cît mai mici. Acest lucru impune reducerea la maximum a posibilităţilor de contaminare microbiologică a produselo în toate etapele premergătoare aplicării refrigerării propriu-zise. In cazul produselor alimentare în care nu au loc procese metabolice (produse fără viaţă) conservarea prin refrigerare se realizează în special prin acţiunea temperaturilor scăzute asupra microorganismelor, respectiv prin frânarea sau anularea activităţii acestora. Şi în acest caz este foarte importantă asigurarea condiţiilor de eliminare a posibilităţilor de contaminare microbiologici a produselor în toate etapele premergătoare aplicării refrigerării. Un proces tehnologic de refrigerare poate cuprinde următoarele faze tratamentul sau tratamentele preliminare, refrigerarea propriu-zisă, depozitarea în stare refrigerată, încălzirea superficială în vederea evitării condensarii vaporilor de apă din aer pe produs la scoaterea din depozit, transportul. In funcţie de natura produselor, a procedeului de refrigerare şi a scopului refrigerării una sau mai multe faze amintite mai sus poate sau pot să lipseasca. 4.2. TRATAMENTE PRELIMINARE REFRIGERĂRII PROPRIU-ZISE Tratamentele preliminare refrigerării propriu-zise diferă esenţial în funcţie de natura produsului şi pot consta în spălare, sortare, calibrare, dezinfectare, tratamente de prevenire a bolilor fiziologice, sterilizare, ambalare ş.a. Trebuie făcută remarca cu valabilitate generală că realizarea întocmai a tratamentelor preliminare are o deosebită importanţă asupra întregului proces de refrigerare, influenţînd în final atît calitatea produselor refrigerate cât si mărimea duratei acceptabile de păstrare. 1

4.3. METODE Şl PROCEDEE DE REFRIGERARE In funcţie de natura şi caracteristicile fizice ale produsului precum şi de scopul urmărit, refrigerarea se poate realiza prin una dintre următoarele metode principale: • refrigerarea cu aer răcit; • refrigerarea cu apă răcită; • refrigerarea în vid; • refrigerarea cu gheaţă de apă; • refrigerarea în aparate cu perete despărţitor. Indiferent de metoda aplicată, un proces de refrigerare poate fi caracterizat din punct de vedere al intensităţii de răcire prin viteza de răcire. Aceasta se defineşte, pentru produsele alimentare solide sau lichide dar care nu curg în timpul răcirii, prin raportul dintre scăderea temperaturii centrului termic al produsului şi intervalul de timp necesar acestei scăderi. Cum însă procesul de refrigerare, ca de altfel orice proces de răcire, este un proces tipic nestaţionar de transfer de căldură, însăşi definiţia vitezei de răcire este deficitară, într-adevăr, viteza de răcire, conform definiţiei de mai sus, este în toate cazurile variabilă pe parcursul unui proces de refrigerare. Din aceste motive, se acceptă drept criteriu de comparaţie a intensităţii proceselor de refrigerare viteza de răcire globală definită ca raportul dintre scăderea totală a temperaturii medii a produsului (diferenţa dintre temperatura medie iniţială şi medie finală) şi durata totală a procesului de refrigerare. Un proces de refrigerare se poate considera terminat atunci cînd temperatura medie a produsului supus răcirii a atins valoarea temperaturii la care urmează a fi depozitat sau valoarea temperaturii necesare prelucrării ulterioare refrigerării propriu-zise. Refrigerarea trebuie să fie cu atît mai rapidă cu cît activitatea metabolică a produsului este mai intensă, temperatura iniţială a produsului este mai ridicată, gradul de contaminare microbiologică este mai ridicat, durata de depozitare urmărită este mai mare 4.3.1. REFRIGERAREA CU AER RĂCIT Refrigerarea cu aer răcit este metoda cea mai răspîndită datorită în primul rînd faptului că este pretabilă marii majorităţi a produselor alimentare. Indiferent de natura şi caracteristicile produselor supuse răcirii şi de sistemul constructiv utilizat, un spaţiu de refrigerare cu aer cuprinde în esenţă următoarele elemente: a) o incintă izolată termic; b) produse alimentare supuse răcirii; c) schimbătorul de căldură în care este răcit aerul (vaporizatorul instalaţiei frigorifice aferente, răcitorul de aer cu agent intermediar ş.a.); d) circulaţia aerului între răcitor-produse-răcitor (eventual, umidificatoare). Aerul, la trecerea peste răcitorul de aer, îşi scade temperatura şi îşi reduce umiditatea absolută, iar la trecerea peste produse se încălzeşte şi se umidifică. Procesul de refrigerare se poate realiza: 2

- în mod discontinuu (în şarje), caz în care spaţiul de răcire este încărcat cu produsele calde care rămîn în poziţie fixă pînă la terminarea procesului de refrigerare; - în mod continuu, caz în care în spaţiul de răcire sînt introduse continuu produsele calde care parcurg spaţiul răcit (perioadă de timp în care sunt refrigerate) şi tot în mod continuu sînt evacuate produsele deja refrigerate; -în mod semicontinuu, caz în care la anumite intervale de timp sunt introduse în spaţiul răcit produse calde şi concomitent evacuate produsele deja refrigerate. Principalii parametri ai aerului utilizat într-un proces de refrigerare sunt temperatura, umiditatea relativă şi viteza la nivelul produselor. Temperatura aerului de răcire în cazul sistemelor de refrigerare discontinui sau semicontinui este variabilă tot timpul procesului de răcire, având valori mai ridicate la începutul procesului şi ajungând în final la valori cu 4°C - 10°C mai scăzute decît temperatura produselor refrigerate. In cazul sistemelor de răcire continui, deoarece sarcina termică este aproximativ constantă pe toată durata procesului, temperatura aerului îşi menţine practic aceeaşi valoare în tot timpul răcirii. Nivelele temperaturilor aerului în aceste cazuri sînt net mai coborâte decît în cazul sistemelor discontinui. Viteza aerului în spaţiile de refrigerare are o importanţă determinantă asupra duratei procesului de răcire. Alegerea unei anumite viteze a aerului la nivelul produselor răcite este determinată în funcţie de durata impusă a procesului de răcire. Pornind de la viteze ale aerului corespunzător convecţiei naturale (0,1 m/s-0,4 m/s), creşterea vitezei aerului prin intermediul ventilatoarelor, conduce la creşterea vitezei de răcire prin creşterea coeficientului de convecţie termică la suprafaţa produsului. Această creştere a coeficientului de convecţie termică este considerabilă pînă la o anumită valoare a vitezei aerului, după care creşterea în continuare a vitezei aerului conduce 1a creşteri neînsemnate ale coeficientului de convecţie. In afara acestui aspect legat de creşterea vitezei aerului în vederea măririi vitezei de răcire, există şi aspectele legate de consumul de energie necesar vehiculării aerului şi aspectele legate de transferul căldurii la interiorul produsului. într-adevăr, în timp ce coeficientul de convecţie termică este proporţional cu o putere subunitară a vitezei aerului, căderile de presiune pe circuitul aerului, sunt, teoretic, proporţionale cu pătratul vitezei aerului, iar energia necesară antrenării ventilatoarelor, este (tot teoretic) proporţională cu cubul vitezei aerului. Cele de mai sus conduc la necesitatea ca viteza aerului să fie mărită numai pînă la o valoare limita peste care consumul de energie electrică la ventilatoare devine prohibitiv de mare în comparaţie cu avantajele pe care le aduce. In plus, creşterea vitezei aerului determină o scădere importantă a temperaturii suprafeţei produsului datorită rezistenţei termice conductive care se opune propagării căldurii dinspre centrul termic al produsului spre suprafaţa acestuia. Scăderea temperaturii suprafeţei produsului determinată de cei doi factori (creşterea coeficientului de convecţie ca urmare a creşterii vitezei aerului şi respectiv imposibilitatea propagării căldurii cu aceeaşi intensitate prin conducţie de la centrul produsului spre suprafaţă) conduce la 3

scăderea diferenţei dintre temperatura suprafeţei produsului şi cea a aerului. Acest fapt conduce la micşorarea fluxului de căldură de la produs spre aer şi, deci, la frânarea transferului de căldură, ceea ce nu justifică creşterea vitezei aerului peste anumite valori. Trebuie, în sfîrşit, menţionat şi faptul că odată cu mărirea vitezei aerului la nivelul produsului cresc şi pierderile în greutate ca urmare a intensificării transferului de masă la suprafaţa produselor. Această creştere a pierderilor în greutate este însă, în general compensată pe total proces datorită scăderii duratei de răcire, aşa încât este de aşteptat ca la viteze mai mari ale aerului, pierderile totale în greutate ale produselor să fie mai mici. O problemă de o deosebită importanţă practică este asigurarea unei distribuţii cît mai uniforme a vitezelor aerului în spaţiul de refrigerare în aşa fel încât toate produsele supuse răcirii să beneficieze de condiţii similare de răcire. O distribuţie neuniformă a aerului în spaţiul de refrigerare conduce la prelungirea duratei totale a procesului datorită zonelor în care vitezele aerului la nivelul produselor sînt mai mici, produsele din aceste zone rămânînd în urma celorlalte produse din punct de vedere al răcirii. Asigurarea unor condiţii similare de răcire pentru toate produsele din spaţiul de refrigerare se realizează prin alegerea unui sistem adecvat de distribuţie a aerului şi printr-o corectă aşezare a produselor în corelare cu sistemul concret de recirculare a aerului. Umiditatea aerului poate influenţa asupra pierderilor în greutate a produselor supuse refrigerării. In acest sens sunt recomandate umidităţi cât mai ridicate ale aerului pentru a se obţine pierderi în greutate mai mici. Refrigerarea cu aer răcit a produselor alimentare vegetale se poate face în spaţii separate de cele de depozitare (răcire rapidă în tunele sau celule de refrigerare), in spaţiile de depozitare (răcire lentă) sau în mijloace de transport.Refrigerarea in aer se poate realiza şi în aparate şi instalaţii specifice de refrigerare pentru anumite grupe de produse, aparate care vor fi descrise, în capitolele de aplicaţii ale tehnologiilor frigorifice. Tunetele de refrigerare sînt spaţii care, în general, au lungimea de 3 - 5 ori mai mare decît lăţimea. Vitezele aerului în tunelele de refrigerare încărcate cu produse au valori cuprinse între 1 m/s şi 2 m/s, putând ajunge şi la valori mai mari în cazul tunelelor de refrigerare rapidă. In funcţie de natura produselor răcite, tunelele de refrigerare pot fi cu circulaţie predominant longitudinală, predominant transversală sau predominant verticală. In cazul circulaţiei predominant longitudinale răcitorul de aer 1 poate fi montat la un capăt al tunelului (fig. 4.1), deasupra tavanului fals 5 sau pe peretele lateral în lungul tunelului, în acest din urmă caz, circulaţia longitudinală a aerului realizîndu-se în plan orizontal (în locul tavanului fals fiind prevăzut un perete lateral fals). Ventilatorul 2 aspiră aerul din tunel, îl trece peste răcitor şi-1 trimite în tunel prin gura de refulare amplasată la capătul opus, după ce aerul parcurge canalul format de planşeul tunelului şi tavanul fals 5. Aerul trece printre produsele 4 aşezate pe rastele, cărucioare sau suspendate pe cîrlige agăţate de linii aeriene. Aerul parcurge astfel tunelul de-a lungul lui şi, pentru o mai intensă „spălare" cu aer a produselor, se montează uneori şi canale, 6. In cazul circulaţiei transversale, răcitoarele sînt montate pe un perete lateral al tunelului. Aerul, după ce trece peste răcitor, este refulat în tunel pe care îl parcurge transversal. Pentru obţinerea aceleiaşi viteze a aerului, în cazul 4

tunelelor cu circulaţie transversală, debitele de aer sînt mult mai mari decît în cazul tunelelor cu circulaţie longitudinală din cauza secţiunilor mai mari de curgere a aerului. Tunelele de refrigerare cu funcţionare continuă sînt prevăzute cu conveiere prin intermediul cărora se asigură în permanenţă introducerea şi evacuarea produselor răcite.

Fig. 4.1 — Secţiune longitudinală. în plan vertical printr-un tunel de refrigerare cu circulaţia aerului predominant longitudinala: 1-răcitor de aer; 2-electroventilator; 3-spaţiu frigorific izolat termic; 4-rastele, stelaje, containere, lazi, 5-tavan fals; 6-şicane pentru evitarea baipasarilor aerului; 7-tava de scurgere a apei de la decongelarea răcitorului de aer

Fig. 4.2 -Schema unui spaţiu de refrigerare - depozitare, cu răcitoare de aer de perete: 1 - răcitoare de aer de perete; 2 - izolaţie termică; 3 - uşă frigorifică; 4 umidificatoare; 5 - ventilatoare

5

Celulele de refrigerare sînt asemănătoare tunelelor cu deosebirea că au capacităţi de răcire mai mici. Spaţiile de depozitare în care se face şi refrigerare asigură o răcire mai lentă decât în cazul tunelelor de refrigerare datorită vitezelor de aer mai mici. Debitele ventilatoarelor sunt determinate de natura şi dimensiunile produselor, de sistemul de distribuţie al aerului ş.a. Vitezele de aer au valori de peste 0,3 m/s, ceea ce corespunde în general la 50 ... 100 recirculări orare (numărul de recirculări se defineşte prin raportul dintre volumul de aer vehiculat de ventilatoare în timp de o oră şi volumul spaţiului de răcire). Distribuţia aerului în spaţiul de refrigerare-depozitare se realizează fie prin refulare directă şi aspiraţie liberă (caz în care se utilizează răcitoare de aer montate pe perete ca în fig. 4.2, pe tavan sau pe pardoseala), fie printr-un sistem de canale de refulare şi aspiraţie prevăzute cu fante sau orificii. O importanţă deosebită pentru obţinerea vitezelor de răcire scontate într-o cameră de refrigerare o are modul de aşezare a produselor în spaţiul de refrigerare. Aşezarea trebuie făcută astfel încît să se asigure o circulaţie uniformă a aerului pe lângă fiecare produs. Interspaţiile dintre produse trebuie orientate în direcţia de curgere a aerului în aşa fel să nu se obţină căderi prea mari de presiune pe circuitul aerului. Refrigerarea este urmată de o depozitare în stare refrigerată a produselor în acelaşi spaţiu. 4.3.2. REFRIGERAREA CU APA RĂCITA In cazul refrigerării cu apă răcită, viteza de răcire este mult mai mare decît în cazul răcirii cu aer. Refrigerarea cu apă răcită se realizează prin imersia produselor, prin stropire sau mixt, folosindu-se atât aparate în flux continuu cât şi aparate cu acţionare discontinuă. Apa este răcită cu ajutorul unei instalaţii frigorifice sau cu gheaţă. Temperatura la care este răcită apa este cu cîteva grade deasupra punctului de congelare (0°C). In apa de răcire se adaugă şi substanţe dezinfectante, iar dacă procedeul de răcire este prin imersie, atunci apa trebuie periodic împrospătată. Pe lângă viteza mare de răcire, refrigerarea cu apă răcită mai prezintă şi avantajele evitării pierderilor în greutate prin evaporare, spaţii tehnologice mai mici şi, în multe cazuri, asigură o calitate mai bună produselor răcite în raport cu refrigerarea cu aer răcit. Ea poate fi aplicată însă la o categorie restrânsă de produse.

6

4.3.3. REFRIGERAREA IN VID Refrigerarea în vid se bazează pe efectul de răcire care se obţine prin vaporizarea la presiuni sub cea atmosferică a unei anumite părţi din apa conţinută în produs şi a apei cu care a fost stropit în prealabil produsul. Refrigerarea în vid este aplicată în special la legumele frunzoase (salată, spanac) care prezintă o suprafaţă specifica mare, facilitînd schimbul de căldură şi masă. 4.3.4. REFRIGERAREA CU GHEAŢA DE APA Răcirea obţinută în acest caz are la bază în principal absorbţia căldurii necesare topirii gheţii, căldură care se preia de la produse. Deoarece intensitatea transferului de căldură între produs şi gheaţă (şi deci implicit durata procesului) depinde în mare măsură de suprafaţa de contact dintre gheaţă şi produs, este recomandabilă utilizarea unor dimensiuni cât mai mici ale bucăţilor de gheaţă. Refrigerarea cu gheaţa de apă se utilizează pentru o gamă relativ restrînsă de produse (legume frunzoase şi unele fructe). 4.3.5. REFRIGERAREA IN APARATE SCHIMBATOARE DE CALDURĂ CU PERETE DESPARTITOR Metoda este utilizată la răcirea lichidelor (sucuri de fructe, băuturi fermentate ş.a.). Răcirea se realizează în aparate schimbătoare de căldură în care de o parte a peretelui despărţitor circulă un agent de răcire, iar de cealaltă parte circulă lichidul care urmează a fi răcit. Agentul de răcire poate fi un agent frigorific, un agent intermediar sau apă. Sunt de preferat agenţii de răcire care, în cazul unor eventuale scăpări prin neetanşeităţi, nu afectează calitatea produsului. Astfel de agenţi sunt apa, soluţia de alcool-apă ş.a. In cazul utilizării apei se pot utiliza scheme care cuprind în circuitul apei şi un acumulator de frig sub formă de gheaţă. Aparatele schimbătoare de căldură utilizate pot fi cu funcţionare discontinuă, în şarje (vane cu pereţi dubli, vane cu serpentină imersată) sau cu funcţionare continuă (aparate cu plăci, aparate multitubulare în manta, aparate cu fascicol de ţevi în ţeava, aparate ţeava în ţeava sau aparate cu stropire exterioară). 4.4. DEPOZITAREA Şl TRANSPORTUL PRODUSELOR REFRIGERATE Refrigerarea produselor alimentare este urmată de cele mai multe ori de o depozitare în acelaşi spaţiu în care s-a făcut refrigerarea sau în alte spaţii răcite destinate, special depozitării. Pentru fiecare produs in parte, în funcţie de parametrii de depozitare care vor fi trataţi în continuare, există durate limită de depozitare peste care produsele perisabile devin inutilizabile. Pentru depozitarea produselor alimentare refrigerate este necesar, dar nu suficient, ca temperaturile să fie menţinute la valori scăzute toată durata depozitării. In afara asigurării unei temperaturi scăzute constante de depozitare a produselor vegetale, mai trebuiesc respectate o serie de condiţii referitoare la: 7

• • • • • • • • •

umiditatea aerului; puritatea aerului (atât din punct de vedere al încărcăturii microbiologice cât şi din punct de vedere al poluării de orice natură); compoziţia atmosferei interioare; ventilaţia şi distribuţia aerului la nivelul produselor; compatibilitatea de depozitare mixtă a mai multor feluri de produse ambalarea şi aşezarea produselor în spaţiul răcit; gradul de încărcare cu produse a spaţiului de depozitare; funcţionarea instalaţiei frigorifice (mai ales în sensul corelării permanente a puterii frigorifice cu necesarul de frig); asigurarea igienei pe tot parcursul depozitării produselor.

4.4.1. CONDIŢII REFRIGERATE

NECESARE

LA

DEPOZITAREA

PRODUSELOR

Temperatura aerului. Nivelul temperaturii aerului necesar în depozitele de produse refrigerate este determinat de tipul de produse depozitate, Acest nivel va fi însă întotdeauna mai scăzut, la limită egal cu temperatura finală a produselor refrigerate, temperatură impusă de tehnologia de refrigerare respectivă. în capitolele de tehnologii frigorifice specifice diferitelor grupe de produse alimentare se vor analiza temperaturile optime de depozitare în stare refrigerată a acestora. Pentru un acelaşi produs, nivelul temperaturii aerului la depozitare în stare refrigerată este influenţată de durata depozitării. Durate mai mari de depozitare necesită temperaturi mai scăzute de depozitare. Pentru asigurarea temperaturii necesare a aerului, instalaţia frigorifică aferentă depozitului trebuie dimensionată în corelare cu caracteristicile produselor respective. Limitele admisibile între care poate varia temperatura aerului din depozit sunt de asemenea determinate de caracteristicile produselor. Menţinerea temperaturii între limitele admisibile necesită prevederea reglării automate la acesteia. De cele mai multe ori, această reglare se face prin intermediul unor bucle de reglare automată bipoziţională. Umiditatea relativă a aerului. Pe lângă temperatură, umiditatea relativă a aerului are o influenţă importantă asupra comportării produselor refrigerate la depozitare. Umidităţi relativ ridicate favorizează dezvoltarea microorganismelor, mai ales la temperaturi mai ridicate ale aerului din depozit. Umidităţi ridicate ale aerului determină pentru unele produse o intensificare a dezvoltării de mucegaiuri şi în consecinţă determina dezvoltarea de mirosuri. Deci, din punct de vedere microbiologic sunt de dorit umidităţi cît mai scăzute ale aerului. In acelaşi timp, însă, o umiditate scăzută a aerului determină pierderi în greutate a produselor mai mari decât în cazul unei umidităţi mai ridicate, în plus, uscarea suprafeţei produselor determină în general scăderea valorii comerciale a acestora. Cele două aspecte cu influenţe deosebite, respectiv aspectul microbiologic şi cel al pierderilor în greutate, determină nivelul optim al umidităţii relative a aerului din depozit. De reţinut este faptul că, în general, 8

valori ale umidităţii aerului sub 85% conduc la pierderi în greutate exagerate ale produselor depozitate în stare refrigerată. Pentru a creşte nivelul umidităţii relative a aerului este necesară scăderea nivelului temperaturii aerului. Umiditatea aerului are influenţe relativ mici asupra reacţiilor biochimice din produsele depozitate în stare refrigerată. Limitele admisibile de variaţie ale umidităţii aerului sunt determinate de natura produsului depozitat şi de nivelul temperaturii aerului. La temperaturi mai ridicate ale aerului, limitele admisibile de variaţie ale umidităţii relative a aerului sunt mai mici. Dacă diferenţele între temperatura produselor depozitate şi temperatura aerului sunt mici, atunci trebuie evitate creşteri exagerate ale temperaturii aerului şi ale umidităţii acestuia, deoarece pot să se producă pe suprafaţa produsului condensări. Fenomenul de condensare (care are un efect net defavorabil din punct de vedere microbiologic) se poate produce atunci când temperatura termometrului umed al aerului este mai mare decât temperatura suprafeţei produselor. Puritatea aerului. In interiorul spaţiilor frigorifice de depozitare a produselor refrigerate trebuie asigurată o puritate cât mai mare a aerului. Poluarea aerului interior este determinată de zestrea iniţială de încărcătură microbiologică şi de substanţe chimice poluante, de degajările de substanţe (în special substanţele volatile rezultate din procesul de respiraţie şi care pot provoca boli fiziologice sau pot reduce conservabilitatea fructelor) sau mirosuri ale produselor precum şi de dezvoltarea microorganismelor în timpul ventilării aerului. Pentru micşorarea poluării aerului interior este necesară o împrospătare, de obicei periodică. Aerul proaspăt introdus trebuie filtrat şi tratat termic până la atingerea temperaturii de regim interior. Dacă debitul de aer proaspăt introdus este relativ mare, atunci, pentru a asigura neperturbarea parametrilor aerului interior, se procedează la o tratare completă, în sensul aducerii lui la nivelul parametrilor aerului interior atât ca temperatură, cât şi ca umiditate, în acest fel se evită şi pericolul condensării de vapori de apă pe suprafaţa produselor. Debitul de aer proaspăt şi frecvenţa introducerii lui în depozitele de produse refrigerate se determină în funcţie de natura produselor, durata lor de depozitare, de volumul spaţiilor de depozitare şi de frecvenţa introducerii si scoaterii de produse în şi din depozit. Compoziţia atmosferei interioare spaţiului se depozitare. Pentru depozizitarea unor specii de fructe se utilizează o compoziţie modificată a aerului interior spaţiului de depozitare care constă în reducerea conţinutului de oxigen şi creşterea conţinutului de bioxid de carbon. Utilizarea atmosferei modificate la depozitare în stare refrigerată determină o reducere a produselor de respiraţie, inhibarea dezvoltării microorganismelor şi îmbunătăţirea calităţii produselor depozitate. Ventilaţia şi distribuţia aerului. Sistemul de ventilaţie a aerului în interiorul spaţiilor frigorifice pentru depozitarea produselor refrigerate este determinat de tipul de depozit şi de natura produselor. In cazul depozitelor cu elemente de răcire, circulaţia aerului este asigurată de convecţie naturală. Ventilaţia mecanică a aerului intensifică transferul de căldură la nivelul produselor şi uniformizează temperaturile şi umidităţile aerului. 9

Distribuţia aerului are o deosebită importanţă în asigurarea unor condiţii cât mai apropiate de depozitare pentru toate produsele. Debitul total de aer recirculat este de cea 1 m3/h pentru fiecare 1 Kcal/h necesar de frig. In funcţie de natura produselor depozitate, vitezele recomandate ale aerului au valori cuprinse între 0,3 m/s şi 0,7 m/s la nivelul produselor. In general, sistemul de ventilaţie este prevăzut şi cu posibilitatea de introducere a aerului proaspăt. Ambalarea şi modul de aşezare al produselor. Dacă produsele refrigetate sunt introduse la depozitare în stare ambalată şi ambalarea se face fără vacuumare, atunci trebuie asigurată o etanşeitate cât mai bună a ambalajului, iar naterialele folosite pentru ambalaje trebuie să nu reacţioneze în nici un fel cu produsul, să aibă o permeabilitate cât mai redusă la vapori de apă, să fie impermeabile la lichide şi grăsimi. Modul de aşezare a produselor în depozit trebuie să asigure condiţii bune de circulaţie a aerului printre produse. La aşezarea produselor trebuiesc respectate anumite distanţe minime între produse şi pereţi, stâlpi sau tavan şi, în nici un caz, nu se aşează produsele direct pe pardoseala. Dispoziţia produselor în depozit este de preferat să se facă lotizat şi cu interspaţii corespunzătoare între loturi, pentru a permite o manipulare corecta si posibilitatea permanentă de control. In cazul general este de dorit ca toate produsele introduse la depozitare sa fie corect şi total refrigerate în prealabil, astfel încât, în timpul depozitării, temperatura acestora să nu mai suporte variaţii. Compatibilitatea de depozitare mixtă a produselor. Depozitarea mai multor tipuri de produse alimentare refrigerate în acelaşi spaţiu devine posibilă numai dacă aceasta nu se influenţează reciproc din nici un punct de vedere. Compatibilitatea la depozitare mixtă este determinată în principal de degajare de mirosuri, respectiv de capacitatea de a reţine mirosuri şi de posibilitatea contaminării microbiene. Din punct de vedere al degajării şi reţinerii de mirosuri, există produse alimentare care degajă puternic mirosuri specifice şi produse alimentare care au o mare capacitate de a reţine aceste mirosuri. Din acest motiv, aceste două categorii de produse sunt incompatibile la depozitare mixtă în acelaşi spaţiu frigorific. Gradul de incărcare cu produse a spaţiului de depozitare. Prin proiect, un spaţiu frigorific pentru depozitarea produselor refrigerate este dimensionat şi echipat pentru o anumită capacitate de încărcare cu produse, în funcţie de natura produselor, modul de aşezare al produselor ş.a. In consecinţă, spaţiul de depozitare se va încărca numai la capacitatea sa nominală. Atât supraîncărcarea cu produse, cât şi subîncărcarea cu produse au efecte negative asupra calităţii produselor depozitate şi asupra pierderilor în greutate. Exploatarea spaţiului tehnologic al instalaţiei frigorifice aferente. Este recomandabil ca spaţiul tehnologic de depozitare a produselor refrigerate să fie conceput şi exploatat numai în scopul de păstrare a produselor refrigerate, în acest caz, în depozit vor fi introduse numai produse deja refrigerate, evitîndu-se variaţiile importante de temperatură şi umiditate ale aerului care s-ar produce la introducerea de produse calde (excepţie fac spaţiile care prin proiect sunt dimensionate astfel încât să poată asigura şi refrigerarea propriu-zisă a unei cantităţi de produse). 10

Pentru asigurarea condiţiilor de microclimat necesare unei bune depozitări a produselor refrigerate, trebuie ca permanent să existe egalitate între necesarul de frig şi puterea frigorifică a răcitoarelor de aer. Pentru aceasta se va ajusta manual sau automat puterea frigorifică a compresoarelor instalaţiei frigorifice aferente depozitului respectiv. De asemenea, se va prevedea reglarea temperaturii aerului. Dat fiind faptul că în cele mai multe cazuri temperatura medie a suprafeţei răcitorului de aer se află sub temperatura punctului de rouă al aerului, pe acesta suprafaţă se formează de regulă zăpadă care se acumulează în timp. Ca urmare a acestei acumulări, puterea frigorifică a răcitorului de aer scade, atât datorită micşorării coeficientului global de transfer termic, cât şi datorită scăderii debitului de aer al ventilatoarelor. Se impune în consecinţă decongelarea periodică a răcitoarelor de aer. Frecvenţa necesară a decongelărilor depinde de mulţi factori, printre care: aportul de umiditate de la produse, nivelul temperaturii suprafeţei răcitorului, limita admisibila a scăderii puterii frigorifice, a debitului de aer ş.a. Deoarece prin secţiunea uşii deschise pătrunde în depozit o cantitate apreciabilă de căldură şi umiditate, este foarte important ca manipulările de produse să se facă în aşa fel, încît să se reducă la minimum perioada de timp în care uşile stau în poziţie deschisă. Măsuri igienico-sanitare. Deoarece la temperaturile uzuale ale aerului din spaţiul de depozitare a produselor refrigerate, ca de altfel şi din spaţiile frigorifice de refrigerare, microorganismele psihrofile au condiţii de dezvoltare, se impun măsuri severe de asigurare a curăţeniei şi măsuri suplimentare de dezinfecţie. Un prim aspect igienico-sanitar este legat de încărcătura microbiană iniţială a produselor care urmează a fi refrigerate sau depozitate în stare refrigerată, în acest sens se impune respectarea tuturor măsurilor preliminare răcirii care să asigure o încărcătură microbiană minimă a produselor, măsuri care depind de natura acestor produse. Al doilea aspect al asigurării igienei este legat de spaţiile tehnologice propriu-zise. Curăţenia permanentă în interiorul spaţiilor răcite este strict necesară. Pentru aceasta se vor îndepărta resturile de produse şi oricare alte corpuri străine care constituie focare de contaminare microbiologică. Spălarea spatiilor tehnologice se face cu apa calda sub presiune si detergent. După curăţire şi spălare urmează operaţia de dezinfectare care se efectuează de regulă numai după golirea de produse a spaţiului respectiv şi decongelarea completă a răcitoarelor de aer. 4.4.2. METODE Şl SISTEME DE RACIRE LA DEPOZITAREA PRODUSELOR REFRIGERATE Spaţiile de depozitare a produselor refrigerate, sunt prevăzute cu aceleaşi sisteme de răcire ca şi cele de la spaţiile frigorifice pentru refrigerare. In ultima perioadă de timp, pe plan mondial, se manifestă tendinţa ca spaţiile frigorifice de depozitare să fie prevăzute cu mai multe răcitoare de aer montate de-a lungul unui perete; fiecare dintre aceste răcitoare de aer fiind cu funcţionare independentă, respectiv având fiecare staţie proprie de reglaj, în aşa fel încât să poată fi decongelate secvenţial. Concomitent cu aceasta, există şi tendinţa de automatizare a decongelării, astfel încât, prin intermediul unui

11

programator automat, la intervale prestabilite de timp, fiecare dintre răcitoare este decongelat automat. Răcitoarele de aer independente („unit-coolere”) au de cele mai multe ori aspiraţia şi refularea liberă fără utilizarea de tubulaturi de aspiraţie sau sisteme de distribuţie a aerului. Dacă sistemul de răcire este constituit dintr-un singur răcitor, atunci acesta este racordat la un sistem de circulatie si distribuţie a aerului care depinde de natura produsului depozitat, de modul de aşezare a produselor ş.a. 5. CONGELAREA PRODUSELOR ALIMENTARE J^DE ORIGINE VEGETALĂ Procesul de congelare constă în răcirea produselor alimentare pînă la temperaturi inferioare punctului de solidificare a apei conţinute în produs, adică o răcire cu formare de cristale de gheaţă. 5.1 ASPECTE GENERALE PRIVIND ALIMENTARE DE ORIGINE VEGETALĂ

CONGELAREA

PRODUSELOR

Scopul principal al congelării este conservarea produselor alimentare perisabile. Din acest punct de vedere, congelarea, ca metodă de conservare, măreşte durata admisibilă de păstrare a produselor alimentare de peste 5-50 de ori faţă de conservarea prin refrigerare. Mărirea conservabilităţii obţinute prin congelare (asigurându-se şi condiţiile necesare depozitării în stare congelată) se bazează pe efectele temperaturilor scăzute de încetinire puternică sau inhibare completă a dezvoltării microorganismelor, de reducere sau stopare a proceselor metabolice în cazul produselor cu viaţă şi de reducere a reacţiilor chimice şi biochimice. Avînd în vedere nivelele temperaturilor minime de înmulţire a microorganismelor psihrofile se consideră ca valoare maximă a temperaturii de congelare a produselor alimentare, în general, temperatura de -10°C. Sub această temperatură, dezvoltarea microorganismelor este practic neglijabilă, în cadrul tehnologiilor de congelare a diferitelor produse alimentare, de origine vegetală se folosesc însă temperaturi mai scăzute în produs şi eventual, se utilizează metode de inactivare a enzimelor proprii, în vederea reducerii activităţii tuturor agenţilor modificatori. Congelarea asigură mărirea apreciabilă a conservabilităţii produselor alimentare, dar aceasta necesită respectarea pe lângă condiţiile impuse de specificul tehnologiei respective şi a unei serii de condiţii general valabile: • utilizarea unor materii prime şi produse de calitate corespunzătoare; introducerea acestora în spaţiile sau aparatele de congelare cât mai repede posibil după producerea lor; • asigurarea tuturor elementelor igienico-sanitare necesare evitării contaminării cu microorganisme a produselor inaintea congelării sau după decongelare; • asigurarea unor temperaturi de refrigerare adecvate în cazurile în care produsele nu sunt introduse direct în spaţiile sau aparatele de congelare sau nu sunt utilizate imediat după decongelare; • evitarea congelării produselor alimentare improprii consumului, deoarece această metodă de consevare nu îmbunătăţeşte calităţile iniţiale.

12

Procesul tehnologic de conservare prin congelare a unui produs alimentar poate cuprinde următoarele faze: tratamentul sau tratamentele preliminare, congelarea propriu-zisă, ambalarea, depozitarea în stare congelată, transportul, decongelarea, păstrarea de scurtă durată în stare decongelată până la consum sau utilizarea într-un proces de fabricaţie. 5.2. TRATAMENTE PRELIMINARE CONGELĂRII PROPRIU-ZISE Inainte de a fi supuse congelării propriu-zise, produsele alimentare, sunt supuse unor operaţii şi tratamente preliminare specifice tipului de produs, metodei de congelare utilizate şi scopului căruia îi este destinat produsul respectiv. In cazul în care produsul este supus congelării după ce a fost refrigerat, atunci refrigerarea poate fi privită ca un tratament preliminar. Ca tratamente şi operaţii preliminare pot fi amintite: îndepărtarea părţilor necomestibile (needibile), spălarea, sortarea, calibrarea, blanşarea, răcirea, porţionarea, ambalarea etc. Aplicarea corectă a acestor tratamente şi operaţii are o importanţă deosebită asupra calităţii ulterioare a produselor supuse congelării. 5.3. SISTEME DE CONGELARE A PRODUSELOR ALIMENTARE DE ORIGINE VEGETALĂ Pentru o înţelegere mai bună a sistemelor de congelare este necesară definirea şi cunoaşterea elementelor de bază ale procesului de congelare. In acest sens în continuare, se vor trata succint aspectele fizice definitorii ale unui proces de congelare, precum şi caracteristicile principale ale acestuia. în funcţie de acestea, se poate face şi clasificarea procedeelor de congelare. 5.3.1. ELEMENTE CARACTERISTICE ALE UNUI PROCES DE CONGELARE Congelarea unui produs alimentar este procesul de răcire în care au loc următoarele fenomene fizice importante: • solidificarea într-o anumită proporţie a apei conţinute în produs; • mărirea volumului produsului; • întărirea consistenţei. Fenomenele fizice de mai sus au loc ca urmare, a schimbului de căldură de la produsul supus congelării către un mediu de răcire (aer, agenţi frigorifici intermediari sau criogenici etc.). Temperatura mediului de răcire trebuie sa fie mai scăzută decât temperatura medie finală a produsului supus congelării. Temperatura în produsele alimentare supuse congelării variază în timpul procesului de răcire în funcţie de timp şi locul punctului de măsură. Punctul cu temperatura cea mai ridicată la un moment dat poartă numele de centru termic al corpului respectiv şi reprezintă un indicator al aprecierii stadiului congelării. Definiţia centrului termic este valabilă în condiţiile în care mediul de răcire are aceiaşi parametrii principali temperatură, viteză în jurul corpului răcit. Congelarea produselor alimentare se consideră finalizată în momentul în care temperatura sa medie este egală cu temperatura la care urmează să aibă loc depozitarea. Datorită dificultăţilor mari în stabilirea temperaturii medii a produselor supuse congelării se poate lua drept criteriu de apreciere a 13

stadiului răcirii temperatura centrului termic. Această temperatură este cu 35°C mai ridicată decât temperatura la care urmează să aibă loc depozitarea produsului respectiv. La corpurile omogene centrul termic se află în centrul geometric al acestora. In funcţie de viteza medie liniară de congelare, wm Institutul Internaţional al Frigului recomandă următoarea clasificare a metodelor de congelare: • congelare lentă wm ≈ 0,2 cm/h; • congelare rapidă wm = 0,5 - 3 cm/h; • congelare foarte rapidă wm = 5 - 10 cm/h; • congelare ultrarapidă wm = 10 - 100 cm/h. Viteza de congelare minimă la care are loc procesul de răcire trebuie astfel stabilită încât să nu se producă modificări microbiologice şi enzimatice nedoritite. Produsele congelate sunt obţinute printr-o congelare obişnuită, pe parcursul căreia, temperatura medie a acestora coboară sub -10°C într-o durată care nu permite declanşarea reacţiilor enzimatice şi microbiologice nedorite; depozitarea acestor produse congelate se face la temperaturi sub 10°C. Această metodă se caracterizează prin adoptarea unor viteze medii liniare de congelare de 0,1- 0,3 cm/h şi este folosită pentru produse cu grosimi mari, cum ar fi unt, fructe congelate în blocuri sau butoaie etc. Produsele congelate rapid se obţin la viteze medii liniare de congelare mai mari de 0,5 cm/h. Producerea, depozitarea şi distribuirea produselor congelate rapid presupune respectarea următoarelor condiţii: • traversarea zonei de formare şi creştere a cristalelor de gheaţă (denumită şi zonă de congelare) într-un timp cît mai scurt. Pentru majoritatea produselor alimentare de origine vegetală zona de congelare este cuprinsă între -0,5 3°C • temperatura medie a produselor să fie mai mică de - 18°C; • depozitarea, transportul şi desfacerea produselor să se facă la temperaturi mai mici de - 18°C, fără variaţii importante ale acestora; • fiecare produs congelat rapid pus în vânzare va avea ambalaj individual inert faţă de conţinut, rezistent din punct de vedere mecanic, impermeabil; • interzicerea vânzării produselor alimentare sub denumirea de „produse congelate rapid" în cazul decongelării accidentale (parţiale sau totale), chiar dacă, ulterior acestea au fost recongelate. Respectarea condiţiilor de mai sus asigură o calitate superioară produselor congelate rapid, garantată din punct de vedere sanitar şi comercial. 5.3.2. CLASIFICAREA SISTEMELOR DE CONGELARE In funcţie de modul de desfăşurare a procesului de congelare se deosebesc trei sisteme de congelare şi anume: cu funcţionare discontinuă (în şarje), cu funcţionare semicontinuă şi cu funcţionare continuă. Sistemul de congelare cu funcţionare discontinuă (în şarje) presupune introducerea produselor ce vor fi supuse congelării în incinte special amenajate, după care instalaţia de răcire aferentă intră în funcţiune; după atingerea în produs a temperaturii prescrise, instalaţia de răcire se opreşte, iar produsele congelate sunt descărcate. Sistemul de congelare cu funcţionare semicontinuă se caracterizează prin acea că o anumită cantitate de produse este introdusă (spre congelare) sau 14

scoasă (congelată) în/din aparatul de congelare la un interval de timp constant, în acest fel, aparatele de congelare sunt încărcate în permanenţa cu o aceeaşi cantitate de produse (cu excepţia pornirilor-opririlor-operaţiilor de întreţinere), sarcina instalaţiei frigorifice fiind constantă. Introducerea şi scoaterea produselor congelate în sistemul semicontinuu se poate mecaniza şi automatiza. Sistemul de congelare cu funcţionare continuă se caracterizează prin aceea că trecerea produselor prin aparatul de congelare se realizează continuu sau întrerupt ritmic. Aplicarea sistemului de congelare cu funcţionare continuă presupune următoarele condiţii: • existenţa liniilor continue la tratamentele preliminare; • limitarea grosimii produselor supuse congelării în scopul scurtării duratei de congelare şi a reducerii gabaritului aparatelor. • capacităţi de congelare relativ mari (de obicei capacităţi de peste o tonă/oră) deoarece la capacităţi mici costurile de amortizare ale mecanizării si automatizării devin inacceptabil de mari. Din punct de vedere al mediului şi metodei de preluare a căldurii de la produse, congelarea poate fi efectuată în aer, prin contact cu suprafeţe metalice şi prin contact direct cu agenţi intermediari sau frigorifici. 5.3.3. CONGELAREA CU AER RĂCIT Metoda de congelare cu aer răcit este cea mai răspândită datorită faptului că majoritatea produselor alimentare se pretează acestui tip de conservare. In general, aplicarea metodei de congelare cu aer răcit presupune existenţa unui spaţiu închis, izolat termic, un răcitor de aer şi un sistem de distribuţie a aerului răcit peste produse. In funcţie de starea produsului, pe durata procesului de congelare în raport cu suportul material pe care sunt aşezate, se deosebesc: • sisteme de congelare cu poziţie fixă a produselor; • sisteme de congelare a produselor în strat fluidizat. Sistemele de congelare cu poziţie fixă a produselor în raport cu suportul material pe care sunt aşezate, utilizează aparate care pot fi cu funcţionare discontinuă sau continuă. In funcţie de dimensiunile spaţiilor de congelare, aparatele cu funcţionare discontinuă pot fi împărţite în două categorii şi anume: tunele de congelare şi celule de congelare. Tunelele de congelare au spaţiul de răcire al produselor cu lungimea de câteva ori mai mare decît lăţimea, iar înălţimea este în funcţie de sistemul de distribuţie a aerului, de tipul produselor pentru care sunt utilizate, modul de aşezare a produselor ş.a. Capacităţile de congelare ale unui tunel de congelare variază de la câteva tone de produs la câteva zeci de tone de produs pe şarjă. Tunelele de congelare sunt de cele mai multe ori, realizate ca spaţii integrate în ansamblul construcţiei frigoriferului sau fabricii respective. Ca şi tunelele de refrigerare, tunelele de congelare pot fi în funcţie de sistemul de distribuţie a aerului, cu circulaţie predominant longitudinală, predominant transversală sau predominant verticală (fig. 5.1.). Observaţiile făcute cu privire la amenajările interioare, modul de aşezare a produselor,

15

amplasarea răcitorului de aer şi distribuţia aerului, referitoare la tunelele de . refrigerare sunt valabile şi în cazul tunelelor de congelare. Celulele de congelare au capacităţi de răcire mult mai mici decât cele ale tunelelor de congelare, fiind de ordinul sutelor de kilograme de produs pe şarjă. Aparatele de congelare cu funcţionare semicontinuă se caracterizează prin faptul că, la anumite intervale de timp, sunt introduse în spaţiul de răcire produse şi, concomitent, se scot din spaţiul de răcire produse care sunt deja răcite. De regulă, aceste aparate sunt de tipul cu cărucioare rastel pe care se aşează tăvile în care se găsesc produsele, mişcarea cărucioarelor rastel în interiorul spaţiului de răcire făcîndu-se mecanizat. Aparatele de congelare cu funcţionare continuă se caracterizează prin introducerea practic permanentă de produse care urmează a fi congelate şi evacuarea concomitentă de produse care sunt deja congelate. La aceste aparate, pentru a se obţine durate cât mai mici ale procesului de congelare, vitezele aerului la nivelul produselor sunt mai mari decât la aparatele cu funcţionare discontinua sau semicontinuă. Sistemele de răcire la aparatele cu funcţionare continuă cuprind, ca şi la aparatele cu funcţionare semicontinuă, vaporizatoare răcitoare de aer în care circulaţia aerului în spaţiul de congelare este transversal sau verticala.

16

Fig. 5.1 Tunele de congelare cu aer racit a - cu circulaţie longitudinală în plan vertical a aerului şi răcitor montat deasupra tavanului fals; b - cu circulaţia longitudinală în plan vertical a aerului şi răcitor montat la un capăt al tunelului; c - cu circulaţie, longitudinlă în plan orizontal a aerului; d - cu circulaţie transversală a aerului, cu tavan fals; e - cu circulaţie transversală a aerului cu perete lateral fals, cu orificii sau fante; f - cu răcitoare de aer cu refulare liberă a aerului; g - cu circulaţie verticala a aerului, cu tavan fals cu fante 1 - răcitor de aer; 2 - tavan fals; 3 - electroventilator 4 - produse; 5 - perete lateral fals cu fante; 6 – tavan fals cu faste

Există o mare diversitate de aparate de congelare cu funcţionare continua. După modul în care se realizează mişcarea produselor supuse congelării, există aparate cu mişcare continuă a produselor şi respectiv cu mişcare ritmic întreruptă a produselor. Din punct de vedere al sistemului de mecanizare, există aparate cu conveier acţionat hidraulic sau electromecanic. Aparatele de congelare cu mişcare continuă a produselor sunt realizate cu conveier cu banda, lant sau cablu. Aparatele de congelare cu bandă transportoare sunt destinate congelării de produse neambalate sau ambalate de dimensiuni mici. Pentru a se reduce suprafaţa ocupată de aparat, banda transportoare se dispune pe mai multe nivele suprapuse, de obicei, sub formă de spirale suprapuse. Sistemele de congelare în strat fluidizat sunt foarte utilizate la congelarea unor legume şi fructe, fapt pentru care, în continuare se vor analiza aspectele transferului de căldură la acest sistem de congelare. Răcirea în strat fluidizat se realizează prin insuflarea unui gaz pe la partea inferioară a unui suport material perforat (grilă) pe care se găseşte un produs (sub formă de particule) ce urmează a fi răcit şi care se fluidizează sub acţiunea gazului. Fluidizarea unui produs reprezintă procesul gazodinamic prin care particulele de material solid execută, sub influenţa curentului de gaz, o mişcare continuă. Starea de fluidizare poate fi privită ca un sistem bifazic gaz solid în care cele două faze sunt: particulele solide între care curge gazul şi respectiv gazul în care se găseşte o parte din particulele solide. Odată cu creşterea vitezei gazului sub grila de distribuţie, înălţimea h a stratului de particule solide începe să se mărească. La atingerea vitezei critice wcr a gazului parte dintre particulele solide încep să se mişte în timp ce majoritatea acestora rămîn nemişcate. In acest moment, căderea de presiune, Δp, a gazului care traversează stratul de produs, devine egală cu presiunea exercitată de masa totală de produs asupra 17

suprafeţei grilei plus presiunea necesară pentru desprinderea particulelor.

Fig. 5.4 - Aparat de congelare în strat fluidizat cu jgheab (Flo-freeze — Frigoscandia): 1 - incintă izolată termic; 2 - 1imitator de deversare; 3 - placă perforată; 4 - dispozitiv de alimentare cu produse; 5 -jgheab exterior de descărcare; 6 - vaporizator; 7 - sistem de distribuţie a gentului intermediar; 8 - jgheab; 9 - produse în strat fluidizat; 10 - separator de picături; 11 - ventilator; 12 - bazin cu agent intermediar

Forma produselor are de asemenea importanţă în realizarea fluidizării. Astfel pentru păstăi de fasole verde, la lungimi de pînă la 60 mm ale acestora, fluidizarea se obţine relativ uşor şi este stabilă şi uniformă, la lungimi între 60 şi 100 mm fluidizarea se poate încă realiza în timp ce la păstăi mai lungi de 100 mm fluidizarea este instabilă, neregulată iar procesul de conelare nu mai decurge în condiţii acceptabile. Există o mare diversitate de aparate de congelare în strat fluidizat, produse în diferite ţări. Aceste aparate pot fi împărţite în două categorii: aparate de congelare cu jgheab (fără bandă transportoare) şi aparate de congelare cu bandă transportoare. Există şi aparate bivalente, în care se pot realiza atât congelare în strat fluidizat cât şi congelare în strat fix. In figura 5.4 este prezentat schematic un aparat de congelare în strat fluidizat cu jgheab, de tip Flo-freeze (produs de firma Frigoscandia). Aparatul este compus din incinta izolată termic 1, în care se găseşte vaporizatorul 6 racordat la instalaţia frigorifică, ventilatoarele centrifugale 11 şi jgheabul din tablă inoxidabilă 8 prevăzut cu limitatorul de deversare 2 a produselor congelate. Aparatul poate fi prevăzut şi cu sistem de recirculare a unei soluţii de agent intermediar, distribuită peste suprafaţa vaporizatorului prin sistemul de distribuţie 7, evitându-se în acest fel depunerea de zăpadă pe suprafaţa răcitorului de aer. Pentru evitarea antrenării de lichid, se prevede separatorul de picături 10. Produsele sunt introduse în aparat prin dispozitivul de alimentare 4, parcurg în strat fluidizat jgheabul 8, se congelează şi sunt evacuate din aparat, peste limitatorul de deversare, către jgheabul exterior 5. Modelul Flo-freeze-M se realizează în mai multe tipodimensiuni, pentru care, în tabelul 5.2 sunt date capacităţile orare de congelare pentru cîteva fructe şi legume. Durata de trecere a produselor prin jgheabul de congelare şi înălţimea stratului fluidizat se pot regla prin modificarea vitezei de alimentare 18

şi modificarea înălţimii limitatorului de deversare. Capacităţi de congelare ale aparatelor Flo-freeze — M Capacitatea de congelare a, kg/h Nr. crt.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Produsul

Mazăre Fasole verde, întreagă Fasole verde felii Fasole tăiată, 25 mm Afine mici Afine mari Morcovi, cuburi 10 x 10 x 10 mm Varză de Bruxelles, tăiată 25 mm Cartofi prăjiţi, 5 mm Cartofi prăjiţi, 10 mm Cartofi tăiaţi 25 mm Căpşuni, 25 mm Vişine Zmeură

Tip

Tip

Tip

Tip

13 M

20 M

27 M

35 M

600 350 470 430 470 370

900 500 700 650 700 570

1200 670 950 850 950 750

1600 850 1200 1100 1200 1000

470

700

950

1200

200

300

370

480

250 200 300 270 370 430

370 300 470 430 570 650

500 400 630 550 750 850

650 500 800 700 1000 1100

Observaţii

b) b) b)

b) b) b) b) b b) b) b)

a - în condiţiile: temperatură de vaporixare - 40°C, temperatură iniţială a produselor +15°C, temperatura finala a produselor - 18°C; b - cu dispozitiv de vibrare în prima parte a procesului în vederea evitării aglomerării produselor prin congelare.

Unele variante ale aparatului Flo-freeze sunt prevăzute cu posibilitatea congelării de produse în strat fix, dispuse în tăvi pe cărucioare rastel şi introduse în aparat paralel cu jgheabul de fluidizare. Aparatele de congelare în strat fluidizat, cu bandă perforată transportoare permit congelarea în strat fluidizat, semifluidizat sau fix în funcţie de natura şi dimensiuunile produselor. In figura 5.5 este redată schema unui aparat de congelare în strat fluidizat, cu bandă transportoare realizată din plasă de sîrmă inoxidabilă. Aparatul cuprinde incinta izolată termic 1, vaporizatoarele răcitoare de aer 2, ventilatoarele axiale 6 şi banda transportoare 4. Produsele sunt aşezate în strat fix şi introduse în aparat, răcite în strat fluidizat şi evacuate în stare congelată pe la capătul opus. Dimensiunile de gabarit ale tipurilor de aparate Lewis şi Tehnofrig Cluj Napoca sînt redate în tabelul 5.3. Pentru aparatele de congelare în strat fluidizat prevăzute cu posibilitatea congelării şi în strat fix, în figura 5.6 este redata schema unui astfel de aparat din care se observă şi modul de amplasare a produselor aşezate în tăvi în cărucioare rastel la interiorul aparatului. 19

Fig. 5.5 - Aparat de congelare în strat fluidizat, cu bandă transportoare 1 - incintă izolată termic; 2 - vaporizatoare; 3 - dispozitiv de nivelare a stratului fluidizat; 4 banda transportare; 5 - ieşire produse congelate; 6 - ventilatoare; 7 - intrare produse

5.6 - Aparat de congelare în strat fluidizat cu bandă şi in strat fix 1 – incinta izolata termic;2 - ventilator; 3 - cărucioare cu tavi produse; 4 – vaporizator; 5 sistem de distributie a agentului intermediar; 6 - separator de picaturi 7 - jghejab,

20

Dimensiunile de gabarit ale aparatelor de congelare în strat fluidizat cu bandă transportoare tip Lewis şi Tehnofrig Cluj Napoca Nr. crt. 1 2 3 4 5

Tipul aparatului Lewis 1200 kg/h (Unitunel) Lewis, 2000 kg/h (Unitunel) Lewis, 3000 kg/h (Unitunel) Lewis, 2000 kg/h (Double-Flo) Tehnofrig Cluj Napoca, 1760 kg/h (TCLF-40)

Dimensiuni maxime de gabarit, m Lăţime Inălţime Lungime 9500 4600 3900 12700 4600 3900 16300 4600 3900 14400 4100 3900 16570 4150 3480

5.3.4. CONGELAREA PRIN CONTACT CU AGENTI INTERMEDIARI Metoda de congelare prin contact cu agenţi intermediari de răcire oferă avantajul unor durate de congelare mai mici decât în cazul răcirii cu aer. Coeficienţii de convecţie termică la nivelul produselor supuse răcirii sunt de cel puţin 10 ori mai mari decât în cazul răcirii cu aer 5.3.5. CONGELAREA PRIN CONTACT CU AGENTI CRIOGENICI Congelarea prin contact cu agenţi criogenici (denumire oarecum improprie) constă în utilizarea căldurii latente de vaporizare la presiune atmosferică a unor agenţi frigorifici, precum şi a căldurii sensibile pe care aceştia o absorb mărindu-şi temperatura de la nivelul corespunzător vaporizării pînă la un nivel apropiat temperaturii la care se congelează produsul. Având în vedere condiţiile de netoxicitate, neinflamabilitate şi neexplozibilitate pe care trebuie să le îndeplinească, ca agenţi criogenici pot fi utilizaţi azotul lichid, bioxidul de carbon lichid, unii freoni lichizi (în special R 12). In tabelul 5.4. sunt redate principalele proprietăţi ale agenţilor criogenici utilizaţi la congelarea produselor alimentare. 5.3.6. CONGELAREA PRIN CONTACT CU SUPRAFEŢE METALICE RACITE In cazul congelării prin contact cu suprafeţe metalice răcite, căldura este preluată de la produs prin transfer direct de către suprafaţa răcită cu un agent frigorific care vaporizează sau cu un agent intermediar. Transferul de căldură se realizează în cele mai multe cazuri exclusiv prin conductibilitate, fapt care reprezintă un avantaj energetic important în raport cu metoda de congelare prin convecţie forţată în aer la care se consumă energie electrică la ventilatoare şi care implică existenţa unor temperaturi de vaporizare mai scăzute. Există mai multe procedee de congelare şi corespunzător acestora mai multe tipuri de aparate de congelare. Astfel există aparate de congelare cu plăci, aparate de congelare cu bandă metalică răcită şi aparate cu cilindri metalici răciţi.

21

Proprietăţile caracteristice ale agenţilor criogenici utilizabili la congelarea produselor alimentare Nr. crt.

Caracteristica

Azot N2

Freon 12 C C12F2

Bioxid de carbon

Oxid de azot

1.

Masă moleculară, [Kg/Kmol]

28,016

120,93

44,01

44,02

2.

Temperatura de fierbere la presiunea de 1 atm. -195,81 [°C]

-29,79

-78,5

-89,5

3.

Parametrii de stare la saturaţie a agentului criogenie din butelii aflate la temperatura mediului ambiant de t = 20°C

20°C

20°C 5,785 ata

20°C 58,46 ata

20°C

4.

Căldura absorbită din exterior de către lichidul aflat în condiţii de îmbuteliere şi transport, la +20°C, pentru a se transforma în vapori cu presiuneaa 1 atm, [Kcal/Kg]/[KJ/Kg]

44,3 185,4

28,96 121,2

63,2 264,5

5.

Densitatea lichidului la saturaţie în butelii aflate la 20°C, [Kg/m3]

812

1327

1030

6.

Densitatea vaporilor la presiunea de saturaţie de 1 atm. [Kg/m3]

1,1

5

1,5

7.

Densitatea vaporilor la saturaţie în butelii aflate la 20°C, [Kg/m3]

31,52

189.8

8.

Căldura specifică a vaporilor la presiunea de 1 atm. si temperatura de 15,6°C, [Kcal/Kg °C] [KJ/KgK]

0,145 0,607

0,1988 0,8321

0,2004 0,8388

39,44 165,08

83,33 348,78 (vaporizare) 146,67 613,89 (sublimare)

102,22 427,84

9.

Capacitate frigorifică totală (latentă + sensibilă pînă la o temperatură de -28,9°C a vaporilor) [Kcal/kgJ/fKJ/Kg]

0,2477 1,0367

89,44 374,35

5.4. DEPOZITAREA IN STARE CONGELATA A PRODUSELOR ALIMENTARE DE ORIGINE VEGETALĂ Scopul principal al congelării produselor alimentare este prelungirea duratei de conservare. Pentru asigurarea duratei de depozitare scontate este necesar să fie îndeplinite o serie de condiţii de microclimat în care produsele congelate sunt păstrate. Pentru aceasta sunt utilizate spaţii frigorifice special amenajate. După congelare produsele alimentare sunt depozitate, de cele mai multe ori pentru perioade mari de timp, în alte spaţii decât în cele în care s-a făcut congelarea. La temperaturi scăzute, inferioare punctului de congelare a produselor, dezvoltarea şi înmulţirea microorganismelor sunt puternic încetinite sau anulate, procesele biochimice, fiziologice şi chimice sunt frânate sau oprite şi se produc o serie de modificări fizice sau fizico-chimice mai mult sau mai puţin importante. Având în vedere aceste aspecte, pentru fiecare produs congelat, în funcţie de parametrii de depozitare, există durate limită de depozitare peste care produsele îşi modifică inacceptabil calitatea şi devin inutilizabile. Pe lângă asigurarea unor temperaturi scăzute constante de depozitare la un nivel cel puţin egal cu temperatura finală de congelare a produsului 22

elemente esenţial al tehnologiei de depozitare - este necesar să se asigure o serie de condiţii referitoare la: ƒ umiditatea relativă a aerului; ƒ ventilaţia şi distribuţia aerului la nivelul produselor; ƒ congelarea prealabilă a produselor introduse în depozit; ƒ compatibilitatea de depozitare mixtă a mai multor feluri de produse; ƒ gradul de încărcare cu produse a depozitului; ƒ ambalarea şi aşezarea produselor în depozit; ƒ asigurarea igienei pe tot parcursul depozitării produselor ; ƒ modul de funcţionare şi exploatare a instalaţiei frigorifice; ƒ rulajul şi manipularea produselor. 5.5. AMBALAREA PRODUSELOR ALIMENTARE CONGELATE Ambalarea produselor alimentare congelate poate fi făcută înainte sau după congelare, folosind două tipuri de ambalaje şi anume: ƒ ambalaje primare, care vin în contact direct cu produsul; ƒ ambalaje de transport, care conţin mai multe ambalaje primare. Ambalajele primare trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: a) să fie inerte faţă de produsul ambalat şi să nu degaje în timp mirosuri sau substanţe toxice care pot face ca alimentele să devină improprii pentru consum; b) să fie impermeabile la lichide, grăsimi, vapori de apă, oxigen, substanţe volatile (mirosuri) etc. Impermeabilitatea la aceste substanţe depinde de natura produsului congelat, durata şi condiţiile de depozitare; c) penetrabilitate cât mai redusă la lumină (în special la radiaţiile ultraviolete şi albastre din spectrul luminii). Această condiţie trebuie avută în vedere la ambalarea produselor cu destinaţia de a fi vândute în unităţi comerciale unde vor fi depozitate în vitrine frigorifice vitrate; d) elasticitate, rezistenţă mecanică şi stabilitate la acţiunea umidităţii în condiţii normale de producţie, transport şi desfacere; e) să aibă rezistenţă termică redusă dacă se foloseşte ca ambalaj primar înainte de congelare, în scopul îmbunătăţirii transferului de căldură în timpul racirii. f) să fie rezistent la condensări repetate atât pe partea produsului ambalat cât şi pe partea de contact cu mediul exterior; g) să aibă o comportare satisfăcătoare în timpul ambalării în maşinile de format-ambalat şi în timpul imprimării; h) să aibă un coeficient de reflexie ridicat pentru a reduce pătrunderile de căldură spre produsul ambalat în cazul expunerii spre vînzare; i) să aibă un preţ de cost cât mai redus; j) să aibă aspect comercial cât mai atrăgător. Pentru ambalajele de transport, care nu au contact direct cu produsele alimentare, sunt importante respectarea condiţiilor de la punctele a, d, e şi i. Dintre cele mai uzuale tipuri de ambalaje primare sunt: pungile obişnuite, pungile termocontractibile care permit ambalarea sub vid, pungile termo-rezistente care permit decongelarea şi încălzirea, cutiile şi caserolele. Ca ambalaje de transport se folosesc cutii mari, lăzi şi containere frigorifice, acestea din urmă cunoscând o mare dezvoltare în ultimii ani în multe

23

6. LIOFILIZAREA PRODUSELOR ALIMENTARE DE ORIGINE VEGETALA Liofilizarea, denumită şi criodesicare, este un procedeu de conservare care constă în eliminarea apei dintr-un produs congelat în prealabil, prin sublimare sub vid, adică trecerea directă a apei din stare solidă în stare de vapori. In raport cu alte procedee de uscare liofilizarea conferă produselor alimentare proprietăţi superioare printr-o mai bună conservare a proprietăţilor produsului proaspăt şi printr-o mai mare capacitate de rehidratare în momentul utilizării. In plus liofilizarea are avantajul de a nu necesita condiţii de temperaturi scăzute pentru depozitare şi transport în raport cu tehnologiile de congelare. Liofilizarea are însă marele dezavantaj de a necesita un mare consum de energie. 6.1. ELEMENTE DE BAZĂ ALE TEHNOLOGIEI DE LIOFILIZARE Privit în ansamblul său tehnologia de liofilizare cuprinde următoarele procese: ƒ tratamente preliminare; ƒ congelarea; ƒ sublimarea (uscarea primară); ƒ uscarea secundară; ƒ condiţionarea şi ambalarea produsului liofilizat; ƒ depozitarea produsului liofilizat; ƒ rehidratarea produsului liofilizat în vederea utilizării sale. 6.1.1. TRATAMENTE PRELIMINARE Tratamentele preliminare diferă de la produs la produs. Indiferet însă de ce tratamente preliminare sunt necesare trebuie subliniat faptul că pentru a fi liofilizat, un produs trebuie să fie de calitate superioară şi să prezinte o serie de proprietăţi cum ar fi: conţinut cât mai ridicat de substanţă uscată, conţinut cât mai redus de lipide şi conţinut cât mai mic de apă legată. Calitatea finală a unui produs liofilizat depinde în foarte mare măsură de calitatea sa iniţială. Este necesar de aceea să se acorde o deosebită importanta alegerii materiei prime. Există două cerinţe tehnologice comune tuturor produselor alimentare care urmează a fi liofilizate, cerinţe care au o mare importanţă asupra derulării procesului de liofilizare. Prima cerinţă se referă la asigurarea unui raport suprafaţă/volum cât mai mare pentru a uşura sublimarea. Deoarece din punct de vedere economic sunt de preferat durate cât mai mici ale sublimării este necesar ca suprafaţa produselor să fie cât mai mare şi grosimea cât mai mică deoarece în acest caz frontul de sublimare va avansa mai repede şi cu mai multă uşurinţă către centrul produselor faţă de cazul unor suprafeţe mai mici şi grosimi mai mari ale produselor. In cazul produselor masive vaporii de apă vor reuşi din ce în ce mai greu să părăsească produsul pe măsura înaintării frontului de sublimare către centrul produsului. Duratele uscării în acest din urmă caz vor fi mai mari. Din considerente comerciale şi de consum, produsele liofilizate nu pot avea dimensiuni foarte mici şi în consecinţă, în unele cazuri se limitează 24

divizarea acestora până la anumite valori ale dimensiunilor. Sunt însă cazuri în care dimpotrivă, produsul liofilizat obţinut are dimensiuni foarte mici (cafea, cacao ş.a.). A doua cerinţă tehnologică se referă la modul de încărcare a produselor în incinta în care are loc liofilizarea propriu-zisă. In acest sens, repartiţia produselor în incintă trebuie făcută cât mai uniform din punct de vedere al compoziţiei, greutăţii şi grosimii produselor încărcate. Dintre tratamentele preliminare pot fi amintite cele de natură mecanică (curăţirea, îndepărtarea părţilor necomestibile, tăierea, mărunţirea, măcinarea etc), de natură fizică (crioconcentrarea sucurilor de fructe ş.a.) şi denatura chimică (adăugarea unor substanţe în vederea îmbunătăţirii gustului şi aromei, adăugarea de substanţe care uşurează liofilizarea sau adăugarea unor substanţe care să protejeze produsul de acţiunea microorganismelor). 6.1.2. CONGELAREA Modul în care se realizează congelarea, prin modificările de structură pe care le implică, influenţează desfăşurarea fazelor următoare ale liofilizării produsului. De aceea alegerea metodei şi condiţiilor optime de congelare pentru fiecare produs alimentar în parte au o deosebită importanţă asupra calităţii finale a produsului liofilizat. In general influenţele congelării se manifestă în cursul tratamentelor de liofilizare sau în cursul operaţiei de rehidratare a produsului liofilizat în vederea utilizării sale. Pentru a diminua cât mai mult efectele nedorite ale congelării este indicată o congelare cât mai rapidă, limitată însă ca viteză de răcire din considerente economice. Congelarea rapidă conduce la formarea de cristale de gheaţă de dimensiuni mici şi uniform repartizare în masa produsului, ceea ce face ca produsul să fie mai puţin afectat în raport cu o congelare lentă. După rehidratare, un produs bine liofilizat care a fost congelat rapid are în general proprietăţi foarte apropiate de cele ale produsului iniţial. Pentru a se asigura o bună uscare, temperaturile finale de congelare trebuie să fie suficient de scăzute astfel încât, practic toată masa de apă conţinută în produs să fie solidificată. Temperaturile finale de congelare recomandate pot ajunge la -40 - 60°C. 6.1.3. USCAREA PRIMARĂ După congelare, urmată în unele cazuri de o mărunţire a produsului congelat, produsul este introdus în incinta unde urmează să se efectueze liofilizarea propriu-zisă. In incinta de liofilizare se scade presiunea cu ajutorul unei pompe de vid, de la presiunea barometrică până la o presiune de 1 mm Hg - 0,3 mm Hg la începutul uscării primare. Deoarece punctul triplu al apei se află la o presiune de 4,6 mm Hg, rezultă că la orice presiune sub această valoare, singurele două schimbări de fază posibile sunt sublimarea şi respectiv desublimarea. Aceste schimbări de fază se pot realiza, teoretic, fie prin scăderea presiunii, izoterm, sub o anumită valoare, fie prin creşterea temperaturii, izobar peste o anumită valoare. Apa conţinută în produsele alimentare nefiind chimic pură, nu are acelaşi punct triplu ca apa chimic pură. Punctul triplu în acest caz este determinat de o temperatură şi o presiune mai scăzute. 25

Ca urmare a punerii sub vid a produsului congelat, presiunea totală fiind sub punctul triplu, are loc un efect de deshidratare a produsului prin sublimare. Sublimarea provoacă o scădere a temperaturii produsului cu 2 13°C sau mai mult, urmată de o umezire superficială a produsului. Deoarece sublimarea este o reacţie endotermă, pentru întreţinerea acesteia şi o bună derulare a ei, este necesar un aport de căldură din exteriorul produsului. Produsul este astfel încălzit, sub o presiune scăzută, cu o sursă de căldură a cărei flux termic este progresiv reglat în funcţie de cantitatea de gheaţă care trebuie sublimată. Altfel spus, încălzirea se face cu o cantitate de căldură egală cu cea absorbită de gheaţă pentru sublimare. Fluxul de căldură trebuie reglat permanent astfel încât să se evite decongelarea parţială sau totală a mijlocului congelat al produsului, supraîncălzirea părţilor uscate ale produsului şi respectiv suprarăcirea produsului. Uscarea primară se consideră terminată în momentul în care a sublimat total întreaga masă de apă cristalizată din produs. Vaporii de apă care rezultă în urma sublinării gheţii sunt dirijaţi pâna la un schimbător de căldură răcit, pe suprafaţa căruia sunt condensaţi. Acest schimbător de căldură se numeşte condensatorul instalaţiei de liofilizare. In timpul uscării prin sublimare a produsului congelat, frontul de sublimare avansează către interiorul produsului având loc fenomene complexe şi intercondiţionate: transformarea de fază solid-vapori, migrarea vaporilor formaţi prin produs către exterior, transferuri de căldură. Migrarea vaporilor de la nivelul frontului de sublimare prin produs se produce ca urmare a diferenţei dintre presiunea p1 la nivelul frontului de sublimare şi presiunea p2 la nivelul produsului uscat: Cum presiunea p1 este strict determinată de natura produsului şi de nivelul temperaturii locale, pentru a influenţa diferenţa de presiune Δp (care este forţa motrice a procesului de uscare) se poate influenţa presiunea p2 prin realizarea unor anumite dimensiuni ale porilor în produs (alegînd adecvat metoda de congelare prealabilă) şi prin alegerea unei presiuni optime p3 în incinta de uscare, presiune care influenţează direct valoarea presiunii p2. O creştere a presiunii p3 în incinta de uscare determină o intensificarea transferului de căldură prin activarea convecţiei termice între suprafeţele încălzitoare şi produsul congelat. In acelaşi timp însă, creşterea presiunii p3 determină o creştere a presiunii p2 în porţiunile uscate ale produsului şi deci conduce la o scădere a valorii Δp iar în final la o diminuare a transferului de vapori de apă către exterior. Având în vedere cele două fenomene determinate de creşterea presiunii p3 în incinta de uscare care au efecte contrare asupra intensităţii procesului de uscare, trebuie aleasă valoarea optimă a presiunii p3. Pe măsura avansării frontului de sublimare către interiorul produsului, traseul pe care trebuie să-l parcurgă vaporii de apă devine din ce în ce mai lung iar o parte din acest traseu se face prin interiorul porilor de dimensiuni foarte mici ai produsului. în acest fel condiţiile de migrare a vaporilor devin din ce în ce mai nefavorabile. Se înrăutăţeşte de asemenea şi transferul de căldură. Factorii care influenţează transferul de căldură şi transferul de masă în timpul sublimării sunt: ƒ rezistenţa la curgere prin stratul de produs deja uscat; ƒ conductibilitatea termică a stratului de produs uscat ; ƒ conductibilitatea stratului de produs congelat; ƒ porozitatea produsului congelat; 26

ƒ ƒ ƒ

aportul de căldură către produs; raportul presiune/temperatură în produs şi în incinta de uscare; rezistenţa la curgere pe traseul produs-schimbătorul de (condensator).

căldură

6.1.4. USCAREA SECUNDARĂ Faza de uscare principală (sublimarea) este terminată atunci când a sublimat ultimul cristal de gheaţă din produs. In acest moment apa care mai este conţinută în produs (10 ... 30%) se află sub formă lichidă şi în stare de vapori. Această apă adsorbită pe pereţii porilor produsului, deşi se află în cantitate mică, are efecte dăunătoare asupra bunei conservări a produsului în timpul depozitării şi din acest motiv trebuie îndepărtată. Faza pe durata căreia se îndepărtează apa rămasă în produs după terminarea sublimaţii este denumită în tehnica liofilizării, uscare secundară. Ea reprezintă un proces de desorbţie izotermă în care apa este eliminată din produs sub formă moleculară, în condiţii de vid. Apa adsorbită este puternic legată şi joacă un rol de filtru evitând astfel pierderile de substanţe volatile. In consecinţă, procesul de desorbţie trebuie astfel condus încât să se evite ca odată cu îndepărtarea apei să se antreneze şi substanţele volatile în vaporii de apă. Dacă presiunea de lucru în incinta de uscare este judicios aleasă, atunci apa adsorbită este îndepărtată lent şi uniform din produs şi colectată în condensatorul instalaţiii de liofilizare. Gazele adsorbite, necondensabile, care păsăsesc produsul împreună cu vaporii de apă (aer, 02, C02 etc) sunt eliminate în exteriorul incintei prin intermediul pompei de vid. Indepărtarea absolut completă a apei din produs este practic imposibilă, fapt care face ca, pentru fiecare caz în parte operaţia de desorbţie să fie oprită atunci cînd conţinutul de apă din produs a scăzut sub o anumită valoare minimă stabilită. Stabilirea umidităţii reziduale acceptate în produs la sfîrşitul fazei de uscare secundară este în general dificilă, variază de la produs la produs şi se stabileşte în funcţie de rezultatele experimentale obţinute în prealabil, de natura produsului, de modul de ambalare şi condiţionare a produsului liofilizat, de modul şi durata depozitării şi de modul de utilizare a produsului. In funcţie de natura produsului trecerea de la temperatura de sublimare la temperatura corespunzătoare desorbţiei se face mai brusc sau mai treptat. Temperatura în timpul uscării secundare este cuprinsă în general între 20°C şi 65°C, în funcţie de produsul liofilizat. Durata uscării secundare este cuprinsă între 1 oră şi 6 ore şi este determinată de natura produsului, tipul instalaţiei de liofilizare şi de umiditatea reziduală dorită. După terminarea fazei de uscare secundară, urmează presurizarea incintei de uscare, de la presiunea scăzută ajungîndu-se în timp de 10 - 20 minute la o presiune puţin mai mare decât cea barometrică. Alegerea acestei presiuni la o valoare superioară celei atmosferice se face pentru a preveni intrarea de aer exterior în incintă la deschiderea uşii. Presurizarea se face cu un gaz neutru (azot, bioxid de carbon) care se fixează la suprafaţa produsului asigurând astfel o bună protecţie a acestuia în timpul manipulărilor ulterioare şi depozitării.

27

6.1.5. CONDIŢIONAREA Şl AMBALAREA PRODUSELOR LIOFILIZATE După terminarea fazei de uscare secondară şi a presurizării incintei de uscare produsele liofilizate sunt scoase din incintă şi, este recomandabil, să se facă o depozitare de 2 - 3 zile în containere vacuumate de capacităţi mari în vederea omogenizării umiditătilor reziduale, după care se efectuiază condiţionarea definitivă în ambalaje de dimensiuni mici destinate distribuţiei către utilizatori. Condiţionarea produselor liofilizate se face în vederea eliminării sau reducerii la maximum a cauzelor care determină modificări în calitatea produselor pe perioada depozitării, transportului şi manipulărilor. Factorii care influenţează conservabilitatea produselor liofilizate sunt: umiditatea reziduală, lumina, oxigenul din aer, deteriorările mecanice. Produsele liofilizate sunt ambalate de preferinţă, sub vid sau în atmosferă de gaz inert (azot sau bioxid de carbon şi aer uscat cu o umiditate relativă de 10-20%). Materialele utilizate pentru ambalaje sunt impermeabile la gaze, arome, vapori de apă, grăsimi. Ambalajele utilizate sunt perfect etanşe. Sistemele utilizate la ambalarea produselor liofilizate sunt în general: ƒ cutii metalice cu sau fără lăcuire interioară, cu sistem de închidere care permite ambalarea sub vid sau îti atmosferă de gaz neutru; ƒ cutii de aluminiu acoperit sau nu cu lac interior, cu vid sau cu atmosferă de gaz neutru la interior; ƒ ambalaje din sticlă, sistem care permite utilizarea unei game largi de atmosferă interioară, dar care prezintă deficienţe legate de influenţa razelor luminoase şi a etanşeităţii sistemelor de închidere, prezentând în plus şi dezavantajul unor greutăţi suplimentare importante; ƒ ambalaje pe bază de materiale plastice, sisteme care prezintă o serie de avantaje, fiind însă în multe cazuri, mai scumpe. In acest caz se utilizează materiale de ambalare complexe alcătuite din mai multe straturi de material plastic şi metalice. Dintre cele mai utilizate materiale sunt clorura de polivinil, polietilena, polipropilena împreună cu filme de poliesteri şi pelicule celulozice, hîrtie, carton şi aluminiu. 6.1.6. DEPOZITAREA PRODUSELOR LIOFILIZATE In general dacă liofilizarea, condiţionarea şi ambalarea produsului liofilizat s-au făcut în condiţii bune, atunci depozitarea nu se determină nici un fel de efecte negative asupra calităţilor produsului liofilizat. Nivelul temperaturii de depozitare influenţează conservabilitatea produselor liofilizate. Temperatura optimă de depozitare diferă de la produs la produs. Există produse liofilizate care necesită temperaturi de depozitare de până aproape de 0°C, în timp ce altele pot fi depozitate şi la temperaturi de 30°C fără implicaţii negative asupra produsului. Durata admisibilă de depozitare a produselor liofilizate depinde de natura produsului şi de nivelul temperaturii de depozitare. Prin scăderea temperaturii de depozitare se poate prelungi substanţial durata de păstrare, în unele cazuri de peste 10 ori.

28

6.3. INSTALAŢII DE LIOFILIZARE Deoarece parametrii proceselor tratamentului de liofilizare variază mult în funcţie de tipul de produs alimentar, există tendinţa ca instalaţiile de liofilizare să fie concepute şi realizate în mod diferit ţinându-se seama de acest aspect. Astfel există două mari categorii de instalaţii: destinate liofilizării produselor alimentare lichide sau păstoase şi respectiv destinate liofilizării produselor alimentare cu textură. Pentru lichide se adoptă din ce în ce mai mult o congelare separată urmată de o mărunţire şi de o criodesicare continuă în aparate de volume mici şi în care produsul rămîne o perioadă mică de timp. Liofilizarea continuă a produselor lichide sau păstoase este denumită şi liofilizare „de particole în mişcare", deoarece într-un astfel de tip de instalaţii se liofilizează un produs congelat mărunţit şi care se prezintă sub formă de granule mai mari sau mai mici, granule care se deplasează la interiorul uneia sau mai multor incinte sub acţiunea vibraţiilor, antrenate de o bandă în mişcare sau prin rotaţia însăşi a incintei. Produsele intră în instalaţie printr-un sas de intrare şi sunt evacuate printr-un sas de ieşire. Avantajele acestui tip de instalaţii care decurg din faptul că produsul de liofilizat fiind granulat, are o suprafaţă mare de schimb de masă sunt: ƒ îndepărtarea apei din produs este foarte rapidă datorată în plus şi mişcării care omogenizează uscarea; ƒ durata procesului este mică, produsul rămânând în aparat 20...30 minute; ƒ la producţii egale, au gabarite mult mai mici în raport cu instalaţiile de liofilizare discontinue sau semicontinue; ƒ permit trecerea uşoară de la liofilizarea unui produs liofilizarea altuia; ƒ în cazul unor accidente tehnologice, datorită capacităţii lor reduse de încărcare, pierderile economice sunt mai mici în raport cu alte tipuri de instalaţii.

Fig. 6.2 — Schemă, simplificată, a unei instalaţii de liofilizare cu congelare exterioară şi condensator exterior: 1 - incintă de uscare; 2 - produs aşezat în tăvi; 3, 4 - intrarea şi ieşirea agentului de încălzire; 5 - condensator de vapori de apă; 6 - robinet de laminare; 7 - compresor; 8 - condensator frigorific; 9 - pompă de vid; 10 – robinet de purjare condens; 11 - placă încălzitoare

29

Pentru produsele cu textură sunt utilizate instalaţii de liofilizare de tipul discontinuu, semicontinuu şi continuu. Instalaţiile cu congelare interioară şi condensator interior sunt instalaţii discontinue, concepute astfel încât congelarea se realizează în aceeaşi incintă ca şi criodesicarea, iar condensatoarele sunt de asemenea interioare. Principalul avantaj al acestor instalaţii este evitarea manipulărilor produsului congelat şi, deci, posibilitatea de realizare a unor incinte de volume mari. Ele prezintă însă o serie de dezavantaje. Astfel, dacă instalaţia este concepută pentru mai multe grupe de produse, atunci mărimile instalaţiei frigorifice aferente şi a grupului de ghidare sunt importante, ceea ce atrage după sine costuri de investiţie mari. De asemenea, durata totală a procesului şi deci de imobilizare a aparatului este foarte mare, dat fiind faptul că în acelaşi aparat, în afara criodesicării propriu-zise, se realizează practic toate celelalte faze ale procesului de liofilizare. Instalaţiile cu congelare exterioară şi condensator exterior sunt cu funcţionare discontinuă (v. fig. 6.2.), caz în care sunt prevăzute cu un singur condensator, sau semicontinuă, caz în care incinta de criodesicare este prevăzută cu două condensatoare. Incintele de liofilizare au volume mai mici decât în cazul precedent. Acest tip de instalaţii necesită o cameră sau un tunel de congelare sau un aparat de congelare pe bandă şi poate fi precedat de o cameră de lucru răcită. Poate fi utilizat atât pentru produsele cu textură cât şi pentru produsele lichide sau păstoase, mărunţite după congelare. Avantajul acestor instalaţii de liofilizare, cu un sistem de condensare a vaporilor sublimaţi bine conceput este acela de a permite funcţionarea semicontinuă. Dezavantajul principal îl constituie necesitatea manipulării produselor congelate, fapt care poate antrena uneori începuturi de decongelări ale produselor la introducerea lor în incinta de criodesicare. Instalaţiile cu funcţionare continuă pentru produsele cu textură cuprind un tunel format din unităţi de liofilizare standard cuplate în linie sau în formă de U. Fiecare unitate este separată de precedenta şi de următoarea şi este deservită de mai multe condensatoare exterioare care pot fi izolate prin robinete şi decongelate fără a opri liofilizarea. Produsul congelat este încărcat prin sasul de intrare şi trecut prin unităţile tunelului până la ieşirea prin sasul de ieşire când procesul de liofilizare este terminat. Produsele sunt aşezate în tăvi dispuse pe cărucioare suspendate pe şine care permit înaintarea lor progresivă către interioriul tunelului. Pe măsură ce un cărucior intră în tunel un altul iese. Acest tip de instalaţii este pretabil la producţii mari şi la un acelaşi tip de produs de liofilizat. In cadrul tipurilor de instalaţii de liofilizare amintite mai sus există o mare diversitate de realizări practice a părţilor componente şi a sistemelor de încălzire, de producere a vidului şi de îndepărtare a vaporilor sublimaţi din produsul congelat. Ca sisteme de încălzire se utilizează: încălzirea cu plăci prin care circulă un fluid de încălzire, încălzirea cu rezistenţe electrice, încălzirea cu curenţi de înaltă frecvenţă, încălzirea prin inducţie, încălzirea cu radiaţii infraroşii. Transferul de căldură către produsul congelat în timpul criodesicării se poate realiza prin conductibilitate termică, prin convecţie termică sau prin radiaţie. Pentru a fi eficace sistemul de încălzire trebuie să asigure o distribuţie cât mai 30

uniformă a căldurii pe toată suprafaţa produsului congelat şi să evite încălziri locale excesive care pot determina decongelări parţiale, cu efecte nedorite. Ca sisteme de realizare a vidului în incinta de liofilizare se utilizează sisteme cu pompe mecanice de vid şi, mai rar, cu pompe statice de vid (ejectoare de vapori). Ca pompe mecanice se folosesc pompele rotative cu lamele culisante în rotor, pompe cu piston oscilant, pompe cu rotoare profilate ş.a. Toate instalaţiile de liofilizare a căror sisteme de vidare sunt cu pompe mecanice sunt prevăzute cu un condensator care acumulează vaporii de apă şi vaporii condensabili care nu pot fi absorbiţi de către pompele mecanice de vid. Sistemul de condensare a vaporilor de apă cel mai răspândit cuprinde ca parte principală vaporizatorului unei instalaţii frigorifice. Temperaturile de vaporizare la condensatorul instalaţiei de liofilizare sunt cuprinse între - 40°C ... -50°C şi sunt realizate cu instalaţii frigorifice într-o treaptă.

31