ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ 1 6 ο ΕΞΑΜΗΝΟ. https://courses.chemeng.ntua.gr/food_science_and_technology/ ΔΙΔΑΣΚΩΝ Πέτρος Ταούκης, Καθηγητής ΕΜΠ, Γρ. 301, τηλ. 210 772 3171, taoukis@chemeng.ntua.gr ΕΔΙΠ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ Ε. Δερμεσονλούογλου, τηλ. 210 772 3118, efider@chemeng.ntua.gr B. Γιάννου, τηλ. 210 772 3118, vgiannou@chemeng.ntua.gr

2 ΚΑΤΑΨΥΞΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Χημικών Μηχανικών Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων 2

3 ΚΑΤΑΨΥΞΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Απομάκρυνση νερού Μειωμένη ενεργότητα νερού a w p p o Ελάττωση θερμοκρασίας Περιορισμένη μοριακή κινητικότητα (υαλώδης μετάπτωση) Επιβράδυνση ποιοτικής υποβάθμισης ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ 3

ΑΡΧΕΣ ΚΑΤΑΨΥΞΗΣ 4 ΜΕΙΩΣΗ ΤΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΚΑΙ ΔΡΑΣΗΣ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΟΣΟ ΜΕΙΩΝΕΤΑΙ Η ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΑΘΟΓΟΝΟΙ ΚΑΙ ΑΛΛΟΙΟΓΟΝΟΙ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΑΔΡΑΝΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΠΛΗΡΩΣ ΣΤΟΥΣ 10 C + ΜΕΙΩΣΗ ΠΛΗΘΥΣΜΟΥ ΕΠΙΒΡΑΔΥΝΣΗ ΕΝΖΥΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΡΑΣΕΩΝ ΟΜΩΣ : ΟΡΙΣΜΕΝΕΣ ΕΝΖΥΜΙΚΕΣ ΔΡΑΣΕΙΣ ΣΥΝΕΧΙΖΟΝΤΑΙ ΑΚΟΜΑ ΚΑΙ ΣΕ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ 30 C ΖΕΜΑΤΙΣΜΑ ΟΡΙΣΜΕΝΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΠΡΙΝ ΤΗΝ ΚΑΤΑΨΥΞΗ. ΕΠΙ ΠΛΕΟΝ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΗΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Η ΚΑΤΑΨΥΞΗ ΜΕΣΩ ΤΗΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΤΟ ΤΡΟΦΙΜΟ ΜΕΙΩΝΕΙ ΤΟ ΠΟΣΟ ΤΟΥ ΥΓΡΟΥ ΔΙΑΘΕΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ ΚΑΙ ΕΤΣΙ ΕΠΗΡΕΑΖΕΙ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΤΗΝ ΕΝΖΥΜΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ. 4

5 5

6 Παραγωγή κατεψυγμένων τροφίμων υψηλής ποιότητας: Επιλογή ά υλών Κατάψυξη στην επιθυμητή θερμοκρασία (-20 ως -40C) με την κατάλληλη μέθοδο/ταχύτητα σε διάφορες μονάδες κατάψυξης Διατήρηση σε θαλάμους οι οποίοι πρέπει να διατηρούνται σε σταθερή θερμοκρασία με τις μικρότερες δυνατές διακυμάνσεις. ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ -18C 6

% των περιπτώσεων Κλειστοί κάθετοι καταψύκτες Οικιακοί καταψύκτες 7 50 40 30 ΕΛΛΑΔΑ ΙΤΑΛΙΑ ΠΟΡΤΟΓΑΛΙΑ ΙΣΠΑΝΙΑ 13% 7% 8% 4% 19% -31 C ως -27 C -27 C ως -23 C -23 C ως -19 C -19 C ως -15 C 20 10 19% -15 C ως -11 C -11 C ως -7 C 0 < -18 C -18 C ως -15 C -15 C ως -12 C > -12 C 30% -7 C ως -3 C ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΨΥΚΤΙΚΗ ΑΛΥΣΙΔΑ

Για το σχεδιασμό ενός συστήματος κατάψυξης πρέπει κατ αρχήν να εκτιμηθούν οι ενεργειακές απαιτήσεις δηλ. η μεταβολή ενθαλπίας του τροφίμου κατά την κατάψυξη που εξαρτάται από το ίδιο το τρόφιμο το οποίο καταψύχεται. 8 Ο δεύτερος σημαντικός παράγοντας για ένα τέτοιο σύστημα είναι ο ρυθμός με τον οποίο προχωρεί η κατάψυξη του τροφίμου. Ο ρυθμός κατάψυξης σχετίζεται με τις ενεργειακές απαιτήσεις, τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του τροφίμου και του μέσου κατάψυξης και τις ιδιότητες του τροφίμου. Ο ρυθμός κατάψυξης επηρεάζει τον τρόπο σχηματισμού του πάγου και τις ιδιότητες / ποιότητα του προϊόντος. Επίσης ο ρυθμός κατάψυξης καθορίζει και το ρυθμό παραγωγής μιας μονάδας. 8

Ο τρόπος που σχηματίζονται οι κρύσταλλοι του πάγου κατά την κατάψυξη ενός τροφίμου έχει μεγάλη σημασία λόγω της επίδρασης του μεγέθους των κρυστάλλων στην ποιότητα του προϊόντος. Δύο στάδια: (α) Πυρηνογένεση (σχηματισμός του αρχικού κρυστάλλου) (β) Αύξηση του μεγέθους του κρυστάλλου. Πυρηνογένεση = εναρκτήριο στάδιο σχηματισμού των πυρήνων / κέντρων των κρυστάλλων. Γένεση, σε ένα μετασταθές σύστημα ή φάση, μικρών σωματιδίων μίας νέας σταθερής φάσης που μπορούν να μεγαλώνουν αυτοφυώς. Δύο τύποι πυρηνογένεσης η ομογενής και η ετερογενής. Αρχικά μείωση της θερμοκρασίας κάτω του σημείου πήξης χωρίς τον σχηματισμό κρυστάλλων :υπέρψυξη (supercooling). Στην ετερογενή πυρηνογένεση μικρότατα σωματίδια που υπάρχουν μέσα στο υγρό δρουν σαν πυρήνες για την εκκίνηση του σχηματισμού των κρυστάλλων. Ετερογενής πυρηνογένεση δημιουργείται από τοπικές διακυμάνσεις της συγκέντρωσης της διαλυμένης ουσίας αλλά και από μηχανικά αίτια (δυνάμεις κρούσης). Συμβαίνει μετά από προσωρινή υπέρψυξη -μέχρι και 10 C (σε μεγάλα βιολογικά δείγματα). Σχηματισμός κρυστάλλων πάγου 9 9

Ο ρυθμός της πυρηνογένεσης παίζει σημαντικό ρόλο στο μέγεθος και τη δομή των κρυστάλλων. Δημιουργία λίγων πυρήνων σχηματισμός λίγων και μεγάλων κρυστάλλων πάγου. Δημιουργία πολλών πυρήνων μεγάλος αριθμός μικρών κρυστάλλων. Η πυρηνογένεση αρχίζει μετά από κάποια χαρακτηριστική μείωση της θερμοκρασίας κάτω του σημείου πήξης και ο ρυθμός της αυξάνεται ταχύτατα καθώς μειώνεται περαιτέρω η θερμοκρασία. Ο ταχύς ρυθμός πυρηνογένεσης και η δημιουργία πολλών μικρών κρυστάλλων σχετίζεται άμεσα με τον ταχύ ρυθμό μείωσης της θερμοκρασίας κάτω του σημείου πήξης ή με τον ταχύ ρυθμό κατάψυξης. 10 10

11 Αύξηση του μεγέθους των κρυστάλλων του πάγου, αφού σχηματισθούν οι πυρήνες και περάσουν ένα κρίσιμο μέγεθος. Ο ρυθμός αύξησης εξαρτάται από το ρυθμό διάχυσης των μορίων του νερού από το διάλυμα στην επιφάνεια του κρυστάλλου, το ρυθμό με τον οποίο εναποτίθενται τα μόρια του νερού στην επιφάνεια του κρυστάλλου και το ρυθμό απομάκρυνσης της θερμότητας κρυστάλλωσης. Επίδραση της θερμοκρασίας Η αύξηση του μεγέθους των κρυστάλλων ξεκινά σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο σημείο πήξης και ο ρυθμός της αυξάνεται πολύ λιγότερο με μείωση της θερμοκρασίας από ότι ο ρυθμός πυρηνογένεσης. 11

12 12

13 Το μέγεθος των κρυστάλλων του πάγου και η ποιότητα του κατεψυγμένου τροφίμου μπορεί να ελεγχθεί μέσω του ρυθμού απαγωγής θερμότητας: απαγωγή θερμότητας βραδεία ή/και το τρόφιμο παραμείνει για μεγάλο χρονικό διάστημα μεταξύ των 0C και του σημείου Α οι κρύσταλλοι που δημιουργούνται θα μεγαλώσουν σημαντικά ταχεία απαγωγή θερμότητας η θερμοκρασία του τροφίμου θα μειωθεί γρήγορα κάτω του σημείου Α θα σχηματισθούν πολλοί κρύσταλλοι μικρού μεγέθους. 13

14 Ο βραδύς ρυθμός κατάψυξης ευνοεί τον σχηματισμό κρυστάλλων στον εξωκυτταρικό χώρο: Με τον σχηματισμό των αρχικών κρυστάλλων η συγκέντρωση των διαλυτών συστατικών στον εξωκυτταρικό χώρο αυξάνει και διαχέεται νερό από το εσωτερικό του κυττάρου (που βρίσκεται σε κατάσταση υπέρψυξης) προς τον εξωκυτταρικό χώρο, όπου και εναποτίθεται στους εξωκυτταρικούς κρυστάλλους. Η αφυδάτωση αυτή του κυττάρου προκαλεί αύξηση των διαλυμένων συστατικών και περαιτέρω ταπείνωση του σημείου πήξης με αποτέλεσμα να ελαχιστοποιείται η πιθανότητα πυρηνογένεσης μέσα στο κύτταρο. Η συνέχιση της κατάψυξης οδηγεί σε μεγάλους εξωκυτταρικούς κρυστάλλους και συρρίκνωση των κυττάρων, η οποία μπορεί να είναι μη αντιστρεπτή κατά την απόψυξη. Ιδιαίτερα στην περίπτωση της ρήξης των κυτταρικών μεμβρανών καταστρέφεται η υφή των ιστών και συμβαίνει απώλεια κυτταρικού χυμού κατά την απόψυξη. Με ταχύ ρυθμό κατάψυξης παράγονται ομοιόμορφοι μικροί κρύσταλλοι στον εσωκυτταρικό και εξωκυτταρικό χώρο, η μετακίνηση του νερού ελαχιστοποιείται, η μικροσκοπική εικόνα των παγωμένων ιστών είναι παρόμοια με την αρχική και η ποιότητα του τροφίμου μετά την απόψυξη είναι ανώτερη. 14

ΑΝΑΚΡΥΣΤΑΛΛΩΣΗ Οι κρύσταλλοι πάγου που σχηματίζονται στο κατεψυγμένο τρόφιμο είναι ασταθείς και επηρεάζονται από τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας κατά την αποθήκευση. Η ανακρυστάλλωση οφείλεται στην τάση του συστήματος να μειώσει την ελεύθερη ενέργειά του, η οποία ελαχιστοποιείται στην κρυσταλλική φάση όταν η δομή της προς όλες τις κατευθύνσεις είναι τέλεια και το μέγεθός της άπειρο. Η ανακρυστάλλωση στα κατεψυγμένα τρόφιμα περιλαμβάνει μεταβολή της επιφάνειας και της εσωτερικής δομής των κρυστάλλων, μετανάστευση μορίων από τους μικρούς κρυστάλλους στους μεγαλύτερους και συνένωση μικρών κρυστάλλων. Οι δύο τελευταίες περιπτώσεις έχουν ως συνέπεια την αύξηση του μεγέθους των κρυστάλλων. Ο ρυθμός ανακρυστάλλωσης είναι μεγάλος σε θερμοκρασίες κοντά στο αρχικό σημείο κατάψυξης και μειώνεται δραστικά σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Η ανακρυστάλλωση μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά διατηρώντας χαμηλή και σταθερή θερμοκρασία κατά την αποθήκευση των κατεψυγμένων τροφίμων. 15 15

Ιδιότητες των κατεψυγμένων τροφίμων 16 Οι ιδιότητες του τροφίμου και ιδιαίτερα οι θερμικές ιδιότητες μεταβάλλονται κατά την κατάψυξη. Οι ιδιότητες του νερού μεταβάλλονται σημαντικά καθώς αλλάζει κατάσταση και μετατρέπεται από υγρό σε στερεό (πάγο) και επηρεάζουν τις ιδιότητες του τροφίμου που μεταβάλλονται και αυτές σημαντικά με την κατάψυξη. Οι εμπειρικές σχέσεις για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων των τροφίμων, χρησιμοποιούνται και στα κατεψυγμένα τρόφιμα, διακρίνοντας τα συστατικά τους σε στερεά, νερό και πάγο. Επομένως πρέπει να είναι γνωστό το ποσοστό νερού του τροφίμου που έχει μετατραπεί σε πάγο για να προσδιορισθούν οι ιδιότητες του. Οι ιδιότητες των λοιπών στερεών συστατικών δεν μεταβάλλονται πολύ στο θερμοκρασιακό εύρος 0 C έως 40 C και συνήθως μπορούμε να θεωρήσουμε τις μέσες τιμές αυτών στους υπολογισμούς. Η πυκνότητα, η θερμική αγωγιμότητα και η ειδική θερμότητα του μη κατεψυγμένου ή του κατεψυγμένου τροφίμου μεταβάλλονται λίγο με τη θερμοκρασία εφόσον δεν αλλάζει το ποσοστό νερού σε υγρή κατάσταση και πάγου, αλλά μεταβάλλονται με τη μετάβαση από τη μία κατάσταση στην άλλη και σχετίζονται άμεσα με το ποσοστό νερού και πάγου. 16

Ως πρώτη προσέγγιση των συντελεστών θερμικής αγωγιμότητας νωπών, και των αντίστοιχων κατεψυγμένων τροφίμων, μπορούν να θεωρηθούν οι εμπειρικοί κανόνες: 17 νωπά τρόφιμα υγρασίας >30-40%: k f = 0.40-0.58 W/m C κατεψυγμένα τρόφιμα υγρασίας >30-40%: k ff 2.5k f όπου k f, k ff συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας του αρχικού, του κατεψυγμένου και του ξηρού τροφίμου 17

18 Η τιμή της ειδικής θερμότητας μεταβάλλεται πολύ με τη σύσταση του τροφίμου, ιδιαίτερα με την περιεκτικότητα σε νερό, καθώς η ειδική θερμότητα του νερού είναι 4.18 kj/kg C, ενώ των στερεών συστατικών πολύ μικρότερη 1-2 kj/kg C H ειδική θερμότητα αλλάζει σημαντικά με την αλλαγή φάσης, όπως στην κατάψυξη των τροφίμων, λόγω της μεγάλης διαφοράς των τιμών ειδικής θερμότητας πάγου και νερού. 18

19 Συστατικό Συμβολισμός Πυκνότητα (kg/m 3 ) Ειδική θερμότητα (kj/kg) Θερμική αγωγιμότητα (W/m C) Νερό w 1000 4.18 0.58-0.60 Πρωτεΐνες p 1400 1.55-2.00 0.18-0.30 Ζελατίνη ge 1270 0.30 Υδατάνθρακες ca 1500-1670 1.42-1.55 0.20-0.50 Άμυλο st 1500 0.48 Σακχαρόζη su 1588 0.30 Λιπαρά fa 900-950 1.67-1.98 0.18 Ίνες fi 1270-1610 1.84 0.18 Ανόργανα as 2400 0.84-1.09 0.33 πάγος I 917 2.10 2.22 αέρας a 1.24 1.00 0.020 19

20 20

Ταπείνωση σημείου πήξης 21 Τα τρόφιμα περιέχουν σχετικά μεγάλες ποσότητες νερού στο οποίο είναι διαλυμένα διάφορα συστατικά. Επομένως το σημείο έναρξης της πήξης του νερού στο τρόφιμο θα είναι χαμηλότερο από αυτό του καθαρού νερού. Το μέγεθος ταπείνωσης του σημείου πήξης εξαρτάται από το μοριακό βάρος και τη συγκέντρωση των διαλυμένων συστατικών στο νερό. Το σημείο πήξης ενός διαλύματος (Τ Α ) σε σχέση με το σημείο πήξης του καθαρού διαλύτη (Τ Αο ), εκφρασμένα σε απόλυτη θερμοκρασία, δίνεται από τη σχέση: 1 1 ln X A ln(1 X si) R TAo TA όπου λ λανθάνουσα θερμότητα πήξης του διαλύτη (J/mole), R=8.314 J/mole K Χ Α μοριακό κλάσμα του διαλύτη στο διάλυμα X si μοριακά κλάσματα των διαλυμένων συστατικών στο διάλυμα Για αραιά διαλύματα όπου ΣX si <<1 και για μικρή διαφορά θερμοκρασίας (T Ao -T A ) η εξίσωση απλοποιείται σε: T Ao T A RT 2 Ao X si 21

22 Η εξίσωση για ένα διάλυμα ενός συστατικού γραμμομοριακότητας m (moles της διαλυμένης ουσίας ανά kg διαλύτη) μπορεί να διατυπωθεί ως: T T T F Ao A RT 2 Ao M m A 1000L όπου L λανθάνουσα θερμότητα πήξης ανά μονάδα μάζας (kj/kg) R εκφρασμένο ανά μονάδα μάζας (J/g Κ) M A μοριακό βάρος του διαλύτη. Με την εξίσωση μπορεί να υπολογισθεί το σημείο έναρξης της κατάψυξης ενός τροφίμου- όλοι οι παράγοντες του δεξιού σκέλους, εκτός της γραμμομοριακότητας m αποτελούν την κρυοσκοπική σταθερά, ή μοριακή ταπείνωση του σημείου πήξης (β), η οποία για το νερό υπολογίζεται β=1.86 kg K/mole. 22

Μίγμα παγωτού έχει την ακόλουθη σύσταση: λιπαρά 10 %, στερεά γάλακτος μη λιπαρά 12 % εκ των οποίων λακτόζη (ΜΒ=342) 54.5 %, ζάχαρη (ΜΒ=342) 15 %, σταθεροποιητής 0.22 %. Να υπολογισθεί το σημείο έναρξης κατάψυξης θεωρώντας τα ζάχαρα ως τα κύρια συστατικά που επηρεάζουν τη μείωση του σημείου πήξης. Να υπολογισθεί ποιο ποσοστό νερού μένει στην υγρή φάση στους 20 C. Λύση Εάν θεωρήσουμε ότι κυρίως τα σάκχαρα επηρεάζουν το σημείο πήξης και ότι η συγκέντρωση των σακχάρων στο νερό είναι αρκετά μικρή μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την εξίσωση T T T για τον υπολογισμό ταπείνωσης του σημείου πήξης. Η γραμμομοριακότητα του διαλύματος ως προς τα σάκχαρα θα είναι m m / M s F Ao A s ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ RT 2 Ao M m A 1000L όπου m s η μάζα του κάθε σακχάρου που είναι διαλυμένη σε 1000 g νερού και Ms το μοριακό βάρος του. 23 23

24 Σύμφωνα με τα δεδομένα της σύστασης σε 100 g παγωτού περιέχονται 12x0.545=6.54 g λακτόζης, 15 g ζάχαρης και (100-10-12-15-0.22)=62.78 g νερού. Άρα ( 6. 54 / 62. 78) 1000 ( 15 / 62. 78) 1000 m 342 342 mole/kg διαλύτη. 1003. Από την (8.3) με γνωστή την κρυοσκοπική σταθερά του νερού β=1.86 προκύπτει T F 186. m 186. 1003. 1866. Επομένως το σημείο έναρξης κατάψυξης του παγωτού θα είναι 1.87 C ή 271.28 Κ 24

Το νερό που παραμένει σε υγρή φάση στους 20 C (253 K) μπορεί να υπολογισθεί μέσω της 1 1 ln X A ln(1 X si) R TAo TA θεωρώντας το δεσμευμένο νερό στα διάφορα συστατικού του παγωτού αμελητέο. λ (νερού)=6003 J/mole R=8.314 J/mole K 6003 1 1 ln X A 0.2091 8.314 273 253 X A 0.811 Εάν καλέσουμε m w τη μάζα του νερού ανά 100 g που παραμένει σε μη κατεψυγμένη κατάσταση στους 20 C, σύμφωνα με τον ορισμό του μοριακού κλάσματος θα ισχύει: 0. 811 m w m w / 18 / 18 2154. / 342 m w 4. 87 Άρα το ποσοστό του αρχικού νερού που μένει σε μη κατεψυγμένη κατάσταση είναι: 4,87/62,78 x 100= 7,8% 25 25

26 26

27 Καθώς το νερό αρχίζει να καταψύχεται η συγκέντρωση των διαλυμένων συστατικών στο νερό που έχει παραμείνει σε υγρή κατάσταση συνεχώς αυξάνεται προκαλώντας επί πλέον ταπείνωση του σημείου πήξης του μη κατεψυγμένου τμήματος. Επομένως η θερμοκρασία πήξης στο τρόφιμο συνεχώς μειώνεται έως το ευτηκτικό σημείο, σε αντίθεση με το νερό. Σε ένα διάλυμα ενός συστατικού η απαγωγή θερμότητας μετά το ευτηκτικό σημείο δεν συνεπάγεται μείωση της θερμοκρασίας, αλλά κρυστάλλωση της διαλυμένης ουσίας παράλληλα με το σχηματισμό κρυστάλλων πάγου μέχρι την πλήρη κρυστάλλωση όλου του διαλύματος. Στην πραγματικότητα στα τρόφιμα συνήθως υπάρχουν περισσότερες από μία διαλυμένες ουσίες και επομένως εμφανίζονται περισσότερα του ενός ευτηκτικά σημεία, τα οποία δεν είναι εμφανή. 27

28 28

29 Η μάζα του νερού που παραμένει σε υγρή φάση σε οποιαδήποτε θερμοκρασία T χαμηλότερη του σημείου έναρξης κατάψυξης μπορεί να υπολογιστεί: μέσω της απλοποιημένης σχέσης: Y Y w wo T F T όπου Y w, Y wo κλάσμα μάζας του νερού στη θερμοκρασία Τ (C) και πριν την έναρξη της κατάψυξης, αντίστοιχα T F η θερμοκρασία έναρξης κατάψυξης (C) Άλλες προτεινόμενες σχέσεις στηρίζονται στο διάγραμμα φάσεων ή στην εξίσωση Clausius-Clapeyron και στο νόμο Raoult. 29

30 Y wo Y Y wo w 1 1 exp( L FwM w / R)(1/ TFw 1/ TF ) exp( LFwM w / R)(1/ TFw 1/ T ) 1 exp( L M / R)(1/ T 1/ T ) exp( L M / R)(1/ T 1/ T ) Fw w Fw Fw w Fw F Y Y w wo BY BY so so T T Fw Fw T F T όπου L Fw λανθάνουσα θερμότητα πήξης του νερού στο τρόφιμο σε θερμοκρασία T F (kj/kg), T Fw σημείο πήξης του νερού (Κ) 30

31 Η συνεχής αύξηση της συγκέντρωσης των διαλυμένων συστατικών όσο προχωρεί η κατάψυξη προκαλεί και σημαντικές μεταβολές των φυσικοχημικών ιδιοτήτων της μη κατεψυγμένης φάσης, όπως του ph, της οξύτητας, της ιοντικής ισχύος, του ιξώδους, της επιφανειακής και διεπιφανειακής τάσης και του δυναμικού οξειδοαναγωγής. Επίσης μπορεί να αποβληθεί διαλυτό οξυγόνο ή διοξείδιο του άνθρακα. Η αύξηση της συγκέντρωσης και η μεταβολή του ph μπορεί να προκαλέσουν την καταβύθιση συστατικών που βρίσκονται σε κολλοειδή διασπορά. 31

Μεταβολή ενθαλπίας κατά την κατάψυξη 32 Για το σχεδιασμό ενός συστήματος κατάψυξης χρειάζεται η γνώση των ενεργειακών απαιτήσεων ή αλλιώς της θερμότητας που πρέπει να απομακρυνθεί για τη μείωση της θερμοκρασίας του τροφίμου στο επιθυμητό επίπεδο. Η συνολική μεταβολή της ενθαλπίας του τροφίμου (ΔΗ, kj/kg) που απαιτείται για να μειωθεί η θερμοκρασία του, από κάποια τιμή ψηλότερη του σημείου έναρξης πήξης στην επιθυμητή θερμοκρασία αποθήκευσης, μπορεί να εκφρασθεί ως άθροισμα των επί μέρους μεταβολών της ενθαλπίας διαφόρων φάσεων ή καταστάσεων: H H H H H so w L I όπου ΔΗ so η μεταβολή ενθαλπίας των στερεών συστατικών του τροφίμου ΔΗ w η μεταβολή ενθαλπίας του νερού που παραμένει σε υγρή κατάσταση ΔΗ L η μεταβολή ενθαλπίας λόγω της λανθάνουσας θερμότητας ΔΗ Ι η μεταβολή ενθαλπίας του πάγου 32

33 Η μεταβολή ενθαλπίας των στερεών συστατικών του τροφίμου από μία αρχική θερμοκρασία Τ ΙΤ σε μία τελική Τ, χαμηλότερη του σημείου έναρξης κατάψυξης (Τ F ) δίνεται από : H H IT dh Y c T T Y c dt so so so IT F so so T T F Ο υπολογισμός των τριών άλλων όρων που εκφράζουν τις μεταβολές ενθαλπίας δεν είναι εύκολος δεδομένου ότι μεταβάλλεται τόσο η μάζα του νερού και του πάγου σε θερμοκρασία κάτω του σημείου Τ F, όσο και η ειδική θερμότητα του νερού που έχει παραμείνει σε υγρή κατάσταση και του πάγου. Ο κάθε ένας από αυτούς τους όρους μπορεί επομένως να εκφρασθεί ως: H TF w w wo w IT F w ( ) w ( ) H Y T L T H T H dh Y c T T Y T c T dt IT H dhi Y ( T) c ( T) dt I H 0 TF T I I ( ) ( ) L I w 33

34 Η μεταβολή της ενθαλπίας κατά την κατάψυξη διαφόρων τροφίμων έχει μετρηθεί πειραματικά με χρήση αδιαβατικού θερμιδομέτρου και τα αποτελέσματα έχουν παρουσιασθεί σε νομογραφήματα ενθαλπίας περιεκτικότητας σε υγρασία. όπως για την ενθαλπία βοδινού κρέατος συναρτήσει της περιεκτικότητας σε υγρασία για εύρος θερμοκρασιών μεταξύ 40 C και 40 C ενώ παράλληλα παρουσιάζεται και το ποσοστό του νερού που έχει καταψυχθεί. Η επιλογή των 40 C ως θερμοκρασίας βάσης στηρίζεται στο γεγονός ότι αμελητέα ποσότητα νερού καταψύχεται κάτω από αυτή τη θερμοκρασία και το νερό που παραμένει σε υγρή κατάσταση αποτελεί το δεσμευμένο νερό του τροφίμου. 34

35 35

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Να υπολογισθεί η απαίτηση σε ψύξη για κατάψυξη 50 kg βοδινού κρέατος υγρασίας 74.5 % από 5 C σε 15 C. Τι ποσοστό τροφίμου είναι κατεψυγμένο στους -15 C; 36 Λύση Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το προηγούμενο διάγραμμα ή τον Πίνακα (8.1). Από το διάγραμμα για περιεκτικότητα σε νερό 74.5 % βρίσκουμε: Ενθαλπία στους 5 C: 330 kj/kg Ενθαλπία στους 15 C: 55 kj/kg Συνολική απαίτηση σε ψύξη: ΔΗ x m =(330-55)x50 = 13750 kj Το ποσοστό του νερού που είναι κατεψυγμένο σύμφωνα με το ίδιο διάγραμμα είναι 86 %. Αφού η συνολική περιεκτικότητα νερού ανέρχεται σε 74.5 % και το νερό είναι το μόνο συστατικό του κρέατος που καταψύχεται το ποσοστό του κρέατος που θα είναι κατεψυγμένο είναι: 86x0.745 = 64.1 %. Από τον Πίνακα 8.1. Ενθαλπία στους 5 C: 304+3.52x5= 321.6 kj/kg Ενθαλπία στους 15 C: 55 kj/kg όπως προκύπτει με γραμμική παρεμβολή. Συνολική απαίτηση σε ψύξη ΔΗ x m =(321.6-55)x50 = 13330 kj Το ποσοστό του νερού που παραμένει μη κατεψυγμένο είναι 13.5 %, επομένως το κατεψυγμένο ποσοστό θα είναι 86.5 %. Και το κατεψυγμένο ποσοστό του κρέατος: 36 86.5x0.745 = 64.4 %.

37 37

Υπολογισμός χρόνου κατάψυξης 38 Υπάρχουν δύο προσεγγίσεις για τη διατύπωση της απαγωγής θερμότητας κατά την κατάψυξη. Η πρώτη στηρίζεται στη συνεχή μεταβολή της πυκνότητας (ρ), της ειδικής θερμότητας (c) και του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας (k) του τροφίμου και είναι η περισσότερο ρεαλιστική. Σύμφωνα με αυτή, η μεταβολή της θερμοκρασίας στα διάφορα σχήματα θα ακολουθεί τις κλασσικές εξισώσεις μεταφοράς θερμότητας όπου τα k, ρ και c μεταβάλλονται με τη θερμοκρασία. Η δεύτερη δέχεται ένα κινούμενο μέτωπο κατάψυξης και μεταβολή των ιδιοτήτων του τροφίμου από τη μη κατεψυγμένη στην κατεψυγμένη κατάσταση. 38

Ο Plank διατύπωσε μία εξίσωση για τον υπολογισμό του χρόνου κατάψυξης η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για προϊόντα διαφόρων γεωμετρικών σχημάτων. Η εξίσωση στηρίζεται στη μεταφορά θερμότητας κατά μία διεύθυνση όπως φαίνεται στο σχήμα 8.4 για ένα στερεό με σχήμα πλάκας πάχους d. Το ισοζύγιο θερμότητας εκφράζεται από την εξίσωση: AL dx dt A( T T ) 1 / h x / k (8.31) όπου Α επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας (m 2 ) L λανθάνουσα θερμότητα πήξης (J/kg στερεού) ρ πυκνότητα του στερεού (kg/m 3 ) Τ m θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου (C) T F σημείο έναρξης κατάψυξης (C) h συντελεστής μεταφοράς θερμότητας από την επιφάνεια του τροφίμου προς το ψυκτικό μέσο (W/m 2 C) k συντελεστής αγωγής θερμότητας δια μέσου της κατεψυγμένης φάσης (W/mC) Το διαφορικό dx/dt αντιπροσωπεύει την ταχύτητα του μετώπου κατάψυξης. O πρώτος όρος της εξίσωσης εκφράζει τη θερμότητα που παράγεται στο μέτωπο κατάψυξης και ο δεύτερος τη μεταφορά θερμότητας με αγωγή δια μέσου του κατεψυγμένου τμήματος του τροφίμου και συναγωγή, αγωγή ή ακτινοβολία από την επιφάνεια του τροφίμου προς το μέσο κατάψυξης. m F 39 39

κατεψυγμένο τμήμα 40 μη κατεψυγμένο τμήμα t F T F L T m Pd h Rd k 2 T m Τ T S T F T S x d Οι σταθερές P και R εξαρτώνται από το σχήμα και σε πλάκα ισούνται με 1/2 και 1/8 αντίστοιχα. Για κύλινδρο απείρου μήκους παίρνουν τις τιμές P=1/4 και R=1/16 και για σφαίρα P=1/6 και R=1/24, με d τη διάμετρο του κυλίνδρου ή της σφαίρας. Επομένως η εξίσωση Plank στη γενική της μορφή εμπεριέχει τον παράγοντα σχήματος και είναι προφανές από τις τιμές που παίρνουν οι σταθερές ότι εάν πλάκα πάχους d, κύλινδρος διαμέτρου d και σφαίρα διαμέτρου d εκτεθούν στις ίδιες συνθήκες θα έχουν χρόνους κατάψυξης ανάλογους προς 6:3:2. 40

Όταν η εξίσωση Plank εφαρμόζεται σε τρόφιμο ορθογώνιου σχήματος πρέπει να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των σταθερών ένα νομογράφημα. Σ αυτή την περίπτωση η διάσταση d της εξίσωσης Plank είναι η μικρότερη διάσταση του ορθογωνίου. Η σταθερά β1 είναι το πηλίκο της αμέσως μεγαλύτερης διάστασης του ορθογωνίου προς το d και η σταθερά β2 το πηλίκο της μεγαλύτερης διάστασης του ορθογωνίου προς το d. 41 41

H εξίσωση Plank είναι η πιο γνωστή απλοποιημένη αναλυτική μέθοδος για την πρόρρηση του χρόνου κατάψυξης. Οι βασικές απλοποιητικές παραδοχές της είναι οι ακόλουθες: 42 Η εξίσωση χρησιμοποιεί μία τιμή λανθάνουσας θερμότητας πήξης και δεν λαμβάνει υπ όψιν ότι η απαγωγή της λανθάνουσας θερμότητας γίνεται σε ένα θερμοκρασιακό εύρος κατά την κατάψυξη του τροφίμου. Η τιμή του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας θεωρείται επίσης σταθερή, ενώ καθώς μεταβάλλεται η θερμοκρασία της κατεψυγμένης ζώνης κατά τη διεργασία και ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας αυτής μεταβάλλεται. Επίσης η εξίσωση λαμβάνει υπ όψιν τη μεταφορά θερμότητας μετά την επίτευξη του αρχικού σημείου κατάψυξης του τροφίμου και δεν υπολογίζει το χρόνο που απαιτείται για την απαγωγή θερμότητας πριν την κατάψυξη. Παρ όλα αυτά η εξίσωση Plank είναι μια απλή εξίσωση που έχει αποδεκτή ακρίβεια στον υπολογισμό του χρόνου κατάψυξης με την προϋπόθεση το τρόφιμο να βρίσκεται αρχικά στη θερμοκρασία έναρξης της κατάψυξής του. 42

43 t F T H F T m Pd h Rd k 2 Ο όρος ΔΗ εκφράζει τη συνολική μεταβολή της ενθαλπίας από την αρχική θερμοκρασία στην οποία βρίσκεται το τρόφιμο έως την τελική. 43

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Φράουλες καταψύχονται σε καταψυκτήρα με προσφύσηση αέρα θερμοκρασίας -35 C. Να υπολογισθεί ο απαιτούμενος χρόνος για την κατάψυξη του προϊόντος από τους 5 C στους 20 C αν θεωρηθεί ότι τα τεμάχια έχουν σχήμα σφαίρας με μέση διάμετρο 2 cm. Δίνονται: επιφανειακός συντελεστής συναγωγής h=80 W/m 2 C, θερμοκρασία έναρξης κατάψυξης -1.1 C, πυκνότητα φράουλας 1030 kg/m3, συντελεστής αγωγής θερμότητας του κατεψυγμένου τμήματος 1.85 W/mC. Εάν ο καταψυκτήρας φέρει ιμάντα συνεχούς λειτουργίας πλάτους 1.5 m και μήκους 6 m να υπολογισθεί η ταχύτητα του ιμάντα και η δυναμικότητα του καταψυκτήρα. Λύση Θα χρησιμοποιηθεί η τροποποιημένη εξίσωση Plank H ΔΗ θα υπολογισθεί από τον Πίνακα 8.1 Ενθαλπία στους 5 C: 367+ 3.94x5 = 386.7 kj/kg Ενθαλπία στους 20 C: 44 kj/kg ΔΗ= 342.7 kj/kg και t F H T T 3 3 1030( kg / m ) 342. 7 10 ( J / kg) 0. 02( m) t 2 ( 11. 35)( C) 6 80( W / m C) 527. 7( s) 8. 8(min) F m Pd h Rd k 2 2 2 0. 02 ( m ) 24 185. ( W / m C) F o o o 44 44

Οι φράουλες πρέπει να παραμείνουν στον καταψυκτήρα 8.8 min. Δεδομένου ότι ο ιμάντας του καταψυκτήρα έχει μήκος 6 m η ταχύτητά του πρέπει να είναι: 6/8.8= 0.68 m/min Αν θεωρήσουμε ότι οι φράουλες διατάσσονται σε ομοιόμορφες σειρές στον ιμάντα στο πλάτος αυτού μπορούν να τοποθετηθούν 1.5/0.02= 75 τεμάχια και στην επιφάνεια 1-m μήκους ιμάντα 1/0.02 x 75= 3750 τεμάχια / m ιμάντα ή 3750 4 2 3750 4 3 3 ( d / ) ( 0. 01) 1030 1617. 3 3 16.17 kg/m ιμάντα Με βάση την ταχύτητα ιμάντα που υπολογίσθηκε η δυναμικότητα θα είναι: 16.17x 0.68= 10.996 kg/min ή 660 kg/h 45 45

t F E( T H F 10 T m ) Pd h Rd k s 2 1 1.65N k s Ste ln T T ref T m T m 46 P=0.5[1.026+0.5808Pk+Ste(0.2296Pk+0.1050)] R=0.125[1.202+Ste(3.410Pk+0.7336)] ΔH 10 μεταβολή ενθαλπίας από T F σε -10C (J/m3) T τελική θερμοκρασία στο θερμικό κέντρο T ref θερμοκρασία αναφοράς = -10C Ε=1 για πλάκα, 2 για κύλινδρο απείρου μήκους και 3 για σφαίρα Ste = c s (T F -T m )/ΔΗ (αριθμός Stephan) Pk = c l (T IT -T F )/ΔH (αριθμός Plank) 46

47 Όταν το προϊόν που θα καταψυχθεί είναι συσκευασμένο ο συντελεστής (h) στις παραπάνω εξισώσεις αντικαθίσταται από ένα συνολικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας (U) που συμπεριλαμβάνει και την αντίσταση στη μεταφορά θερμότητας δια μέσου του υλικού συσκευασίας: U x k p 1 p 1 h όπου x p, το πάχος και k p, ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υλικού συσκευασίας. 47

Αποθήκευση κατεψυγμένων τροφίμων Οι συνθήκες αποθήκευσης των κατεψυγμένων τροφίμων είναι εξ ίσου σημαντικές για την ποιότητα αυτών με την κατάψυξη. Ο στόχος της αποθήκευσης υπό κατάψυξη είναι να διατηρηθεί η θερμοκρασία στα επίπεδα που θα περιορίσουν το ρυθμό όλων των μεταβολών που υποβαθμίζουν την ποιότητα του τροφίμου. Στις χαμηλές θερμοκρασίες που χρησιμοποιούνται ( 18C έως 40 ο C ) στην αποθήκευση κατεψυγμένων τροφίμων οι μικροβιακές δράσεις πρακτικά αναστέλλονται. Οι ενζυμικές και χημικές δράσεις συνεχίζονται με βραδύτερο ρυθμό όσο μειώνεται η θερμοκρασία, ενώ μπορεί να παρατηρηθούν και ορισμένες φυσικές μεταβολές, όπως κρυστάλλωση ή ανακρυστάλλωση του πάγου και απώλεια υγρασίας. Οι κύριες ενζυμικές δράσεις που υποβαθμίζουν την ποιότητα των κατεψυγμένων τροφίμων περιλαμβάνουν το ενζυμικό μαύρισμα και οι κύριες χημικές δράσεις την οξείδωση των λιπαρών, την αλλοίωση αρωματικών και χρωστικών συστατικών και τη μερική καταστροφή των βιταμινών. Λόγω μεταβολής του ph και αύξησης της συγκέντρωσης των αλάτων μπορεί να προκληθεί μερική αδιαλυτοποίηση των πρωτεϊνών. Επίσης καθίζηση ουσιών με μικρή διαλυτότητα, όπως η λακτόζη. 48 48

49 Τα μη συσκευασμένα τρόφιμα μπορεί να χάσουν πολλή υγρασία με το χρόνο και να παρουσιάσουν κηλίδες που μοιάζουν με εγκαύματα. Για το λόγο αυτό προκειμένου για μακροχρόνια διατήρηση είναι απαραίτητη η συσκευασία με υλικά μικρής διαπερατότητας σε υγρασία. Λόγω των μεταβολών που αναφέρθηκαν η διάρκεια αποθήκευσης υπό κατάψυξη δεν είναι απεριόριστη και εξαρτάται από τη θερμοκρασία. 49

C/Co*100 Αρακάς (var. Karina) Σπανάκι 50 100 100-3 C -8 C -16 C -5 C -12 C C/Co*100-3 C -12 C -8 C -20 C 10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 χρόνος (d) 10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 χρόνος (d) ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΑΠΩΛΕΙΑΣ ΒΙΤΑΜΙΝΗΣ C ΣΕ ΠΡΑΣΙΝΑ ΛΑΧΑΝΙΚΑ 50

C/Co*100 C/Co*100 51 Φασολάκια Μπάμια 100 100 10-5 C -8 C -16-12 C 10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 χρόνος (d) -3 C -5 C -8 C -16 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 χρόνος (d) ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΑΠΩΛΕΙΑΣ ΒΙΤΑΜΙΝΗΣ C ΣΕ ΠΡΑΣΙΝΑ ΛΑΧΑΝΙΚΑ 51

52 Λαχανικό Arrhenius 1000 Διάγραμμα διατηρησιμότητας Αρακάς (ποικιλία Karina) Ε Α (kcal /mol ) k ref (d -1 ) R 2 23.4 0.00213 0.958 Σπανάκι 26.7 0.00454 0.992 Φασολάκι α 25.3 0.00223 0.967 Μπάμια 24.3 0.00105 0.868 lnθs 100 10 1 αρακάς φασολάκια σπανάκι μπάμια -20-15 -10-5 0 θερμοκρασία ( C) ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΑΠΩΛΕΙΑΣ ΒΙΤΑΜΙΝΗΣ C ΣΕ ΠΡΑΣΙΝΑ ΛΑΧΑΝΙΚΑ 52

C Σ: διατηρησιμότητα για σπανάκι στους 20 C (ημέρες) Α: διατηρησιμότητα για αρακά στους 20 C(ημέρες) Φ: διατηρησιμότητα για φασολάκια στους 20 C(ημέρες) Μ: διατηρησιμότητα για μπάμια στους 20 C(ημέρες) 0-5 -10-15 -20-25 -30 Σ:139 Α:312 Φ:297 Μ:645 Σ: 127 Α:299 Φ:284 Μ:632 Σ:36 Α:218 Φ:198 Μ:549 Σ: -159 Α:53 Φ:19 Μ:378 1 o στάδιο 2 o στάδιο 3 o στάδιο 4 o στάδιο 0 240 480 720 960 1200 1440 χρόνος (h) 53 72% σφάλμα με θεώρηση ενιαίας κινητικής ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΑΠΩΛΕΙΑΣ ΒΙΤΑΜΙΝΗΣ C ΣΕ ΠΡΑΣΙΝΑ ΛΑΧΑΝΙΚΑ 53

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Οι χημικές μεταβολές (οξείδωση βιταμίνης C, μεταβολή χρώματος) είναι πιο ευαίσθητες στη θερμοκρασία από τις φυσικές μεταβολές (σύγκριση Ε a ) Η απώλεια βιταμίνης C είναι ιδιαίτερη σημαντική για χαμηλές θερμοκρασίες, με μεγάλη θερμοκρασιακή ευαισθησία. Το χρώμα είναι ένας καλός δείκτης ποιότητας και μπορεί να αποτελέσει κριτήριο αποδεκτότητας για τον καταναλωτή. 54 Ποια ποιοτική υποβάθμιση καθορίζει την επισήμανση για το όριο ζωής? ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Κινητική μελέτη δεικτών: μοντέλα πρόρρησης διατηρησιμότητας σε σταθερές θερμοκρασίες Πραγματική ψυκτική αλυσίδα: συνθήκες ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΩΝ θερμοκρασιών, που αποκλίνουν από τις ιδανικές 55 Ανάγκη επαλήθευσης και χρήσης κινητικού μοντέλου ΚΑΙ για μεταβλητές συνθήκες Εφαρμογή Χρονοθερμοκρασιακών Δεικτών για καταγραφή-έλεγχο συνθηκών και βελτίωση προώθησης των κατεψυγμένων λιγότερα απορριπτόμενα προϊόντα, αύξηση ικανοποίησης καταναλωτή ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Εξοπλισμός 56 Οι καταψυκτήρες που χρησιμοποιούνται για τα τρόφιμα διακρίνονται σε τρεις τύπους: (α) τους καταψυκτήρες με προσφύσηση αέρα (β) τους καταψυκτήρες επαφής με στερεές επιφάνειες (γ) τους καταψυκτήρες εμβάπτισης σε υγρά ή ψεκασμού με υγρά. 56

57 Σήραγγα κατάψυξης με προσφύσηση αέρα. 1: Ψυκτικά στοιχεία, 2: Ανεμιστήρες, 3: Φορεία με προϊόντα, 4: Μεταφορική διάταξη, 5: Θύρες εισόδου-εξόδου, 6: Κενός χώρος υπό το δάπεδο. 57

58. Καταψυκτήρας προσφύσησης αέρα με ελικοειδή μεταφορική ταινία. 1: Ψυκτικά στοιχεία, 2: Πρώτος κύλινδρος με ανοδική πορεία της μεταφορικής ταινίας, 3: Δεύτερος κύλινδρος με καθοδική πορεία της μεταφορικής ταινίας, 4: Έξοδος, 5: Διάταξη αυτόματου πλυσίματος της ταινίας, 6: Στεγνωτήριο, 7: Ρυθμιστής κίνησης 58 και τάσης της ταινίας, 8: Κύλινδρος αναστροφής.

59 Για την κατάψυξη τροφίμων μικρού μεγέθους (μπιζέλια, κύβοι καρότου, γαρίδες κ.ά.) χωρίς να κολλούν μεταξύ τους χρησιμοποιείται ρευστοστερεά κλίνη. Τα τρόφιμα μεταφέρονται σε διάτρητο ιμάντα και η ρευστοαιώρηση επιτυγχάνεται με εμφύσηση αέρα με μεγάλη ταχύτητα εγκάρσια από το κάτω μέρος του ιμάντα. Φρούτα και λαχανικά καταψύχονται με αυτή τη μέθοδο εντός 3 έως 5 min γι αυτό και χρησιμοποιείται εμπορικά ο όρος IQF: instant quick frozen. 59

60 Καταψυκτήρας με κατακόρυφες πλάκες. Α: Ψυκτικές πλάκες, Β: Θέσεις φόρτωσης C: Χειριστήριο υδραυλικής ρύθμισης, D: Έμβολο μετακίνησης των πλακών, Ε: Μηχανισμός εκφόρτωσης, F: Έμβολο ανύψωσης του μηχανισμού εκφόρτωσης, G Σωλήνες κυκλοφορίας του ψυκτικού υγρού. 60

61 Η μέθοδος αυτή στηρίζεται στην άμεση επαφή του προϊόντος με ένα ψυκτικό υγρό χαμηλής θερμοκρασίας που συνεπάγεται την ταχύτατη κατάψυξή του. Στην περίπτωση χρήσης υγρών με πολύ χαμηλό σημείο βρασμού χρησιμοποιείται ο όρος κρυογόνος κατάψυξη. Τα ψυκτικά μέσα που χρησιμοποιούνται στην κρυογόνο κατάψυξη είναι κυρίως το υγρό άζωτο (σ.β. 196 C) και δευτερευόντως το υγρό διοξείδιο του άνθρακα (σ.β. 78 C) 61