انجماد فوق سریع با اسپری نیتروژن مایع برای انجماد ماهیها و دیگر پروتئینها در روش صنعتی

 با اسپری نیتروژن مایع با دبی مشخص بر روی محصولات پروتئینی تازه و گرم می توان بسرعت در عرض کمتر از یک دقیقه محصولات کاملا" منجمد شده با کمترین هزینه را بدست آورد که این روش دارای مزایای زیادی به لحاظ عدم مصرف انرژی برق و هزینه های آن و سرعت بالای خنک سازی را بدنبال دارد. سیستم های اسپری و تزریق ساخته شده توسط متخصصان  شرکت  آرین نوین تجهیز- نیتروژن مایع می تواند در انجماد سریع محصولات با حجمهای متوسط با روش فوق سریع محصول منجمد را تولید و جهت بسته بندی آماده نماید. از جمله مزیت این روش ایمنی و سلامت کامل این روش برای اپراتور و محصول بوده و صد در صد بهداشتی می باشد.

قبل از مطالعه مطلب فیلم رو بدقت ببینید.

انجماد سریع با سیستم اسپری نیتروژن مایع در تونل و تنظیم در دمای بسیار پایین و کنترل آن با کنترل سرعت تزریق نیتروژن مایع

 

 

 

 

انجام کلیه فعل و انفعالات شیمیایی و فعالیت های بیولوژیکی نیازمند دو فاکتور اصلی یعنی  گرما و آب می باشد لذا کاهش درجه حرارت تا زیر صفر و پایین تر از آن یا عدم دسترسی به   آب آزاد در اثر انجماد (تشکیل کریستالهای یخ) هر دو از جمله عواملی هستند که می توانند بر  سرعت و شدت فعل و انفعالات شیمیایی و فعالیت های بیولوژیکی مؤثر بوده و در شرایطی آنها را متوقف نماید. اصول انجماد:


  برای منجمد کردن مواد غذایی، ضروری است که ابتدا گرمای محسوسی Sensible heat و سپس گرمای نهان (Latent heat) از آن ماده غذایی گرفته شود. نخست درجه حرارت به نقطه انجماد رسیده و سپس کریستالهای یخ شروع به تشکیل شدن می کنند ولی تشکیل بلورهای یخ همیشه در نقطه انجماد آغاز نمی شود، بلکه ابتدا درجه حرارت تا پایین تر از نقطه انجماد سرد شده و سپس با آزاد شدن گرمای نهان تبلور یخ، مجدداً به نقطه انجماد برمی گردد. البته نقطه انجماد در انواع مواد غذایی به علت داشتن ترکیبات مختلف و درصد آب متفاوت یکسان نیست به همین جهت برای انجماد دو ماده غذایی با درجه حرارت یکسان، به زمانهای متفاوت نیاز است. رشد کرستالهای یخ در فضاهای سلولی و اندازه و شکل آنها از مهمترین عوامل مؤثر بر کیفیت نهایی محصول ارائه شده است. بطور کلی، اگر انجماد بصورت کند انجام شود، تشکیل هسته بلور یخ معمولاً محدود به فضاهای خارج سلولی خواهد بود و با ادامه رشد کریستالها، اندازه آنها به حدی افزایش می یابد که سبب بروز آسیب در سلولها می گردد ولی در صورتی که سرعت انجماد زیاد باشد تمایل به هسته دار شدن کریستالهای یخ در خارج سلول کم بوده و هسته ها بصورت یکنواخت در سراسر نمونه ظاهر می شود. در این حالت بلورهایی که تشکیل می شوند عمدتاً کوچک و داخل سلولی هستند؛ بنابراین سرعت انجماد مهمترین عامل کنترل کننده اندازه بلورهای یخ می باشد.


کاربرد انجماد ماهی:


منظور از انجماد ماهی بدست آوردن محصولی است که بدون تغییر باقی مانده و کیفیت نهایی آن پس از چندین ماه نگهداری در سردخانه در حد مطلوب حفظ شود. وقتی ماهی منجمد در دمای زیر صفر نگهداری می شود رشد باکتری ها متوقف می گردد و سرعت فعالیتهای آنزیمی و شیمیایی کاهش و گاهی متوقف می شد. انجماد در مقایسه با دیگر روشهای نگهداری مانند خشک کردن drying))، دود دادن (smoking) و نمک سود کردن (curing) از مزایای بیشتری برخوردار است؛ زیرا در این روش محصول کمترین تغییر می یابد بطوری که پس از انجماد زدائی (Thawing) به سختی قابل تشخیص از ماهی تازه است. کاربرد روش انجماد در فصلی که صید فراوان است یا در موقعی که دسترسی به بازار در کوتاه مدت امکان پذیر نیست، ماهی در شرایط مناسب نگهداری شده و در فرصت مناسب به بازار عرضه شود. انجماد بطور طبیعی قادر است 90%- 50% باکتری ها را نابود سازد و در طول نگهداری ماهی در سردخانه زیر صفر تعدادی از باکتری ها به کندی می میرند که بستگی به دمای نگهداری و گونه باکتری دارد. هرچند که بعضی از باکتری ها در طول انجماد و نگهداری در سردخانه زنده می مانند و پس از انجماد زدائی فعال شده و تکثیر می یابند و اگر این ماهیان در دمای بالاتر از نقطه انجماد نگهداری شوند. فعالیت آنها منجر به فساد می شود اما در هر صورت این ماهیان سریعتر از ماهیان تازه فاسد نمی شوند.


روش های انجماد:


برای انجماد ماهی در حال حاضر از 3 روش عمده استفاده می شود که شامل انجماد کند Slow freezing و انجماد سریع Quick freezing و انجماد فوق سریع Ultra rapid freezing می باشد. انجماد کند در هوای ساکن صورت می گیرد و چون هوای ساکن از نظر انتقال حرارت بسیار ضعیف عمل می کند لذا سرعت انجماد بسیار کم است. در این روش اگر دمای اتاق انجماد به حد کافی هم پایین نباشد و بخصوص اگر ضخامت ماهی نیز زیاد باشد، محصول برای مدت طولانی در منطقه بحرانی باقی خواهد ماند. (تا 19 ساعت) بی شک مهمترین مرحله در طول انجماد ماهی، مرحله عبور از منطقه بحرانی و نحوه تشکیل بلورهای یخ است. اگر سرعت انجماد پایین باشد کریستالهای یخ تشکیل شده کم ولی اندازه آنها بزرگ خواهد بود و باعث بروز آسیب به سلولهای بافت ماهی می گردد و اثرات نامطلوب این آسیب ها در مرحله انجماد زدائی به صورت نشت آب است و در این حالت آنزیم های درون سلولی آزاد شده با سوبسترا ترکیب شده و تغییرات قابل توجهی در کیفیت محصول و طعم و بافت آن خواهد شد. از دیگر تغییرات که در اثر انجماد داخل سلولی رخ می دهد، تراکم املاحی است که در سلول وجود دارند و در قسمت مایع منجمد نشده سلول باقی می مانند. این محلول و املاح تغلیظ شده بدلیل کاهش PH به پروتئین ها آسیب رسانده و باعث کاهش نفوذ پذیری سلول و در نهایت کاهش ظرفیت نگهداری آب در ماهی می گردد که نشانه آن خروج مقدار زیادی آب از ماهی منجمد پس از انجماد زدائی یا در مرحله پخت است که منجر به کاهش مواد مغذی و تغییر در طعم محصول می شود و بافت ماهی را سفت (Tough)، رشته ای (Stringy) و خشک می کند. بنابراین برای حفظ کیفیت بافت خوراکی ماهی لازم است که دمای عضله هر چه سریعتر از منطقه بحرانی انجماد (فاصله صفر تا Cº 50-) عبور کند تا از تشکیل کریستالهای یخ بزرگ جلوگیری کند و همچنین فرصت کافی برای تغلیظ مواد معدنی و کاهش PH و تخریب پروتئین ها نخواهد داشت.


انجماد سریع:


روشی که در آن دمای درونی محصول طی مدت کمتر از 2 ساعت از منطقه بحرانی (زمان تشکیل کریستال یخ) عبور نماید. در این روش از طریق افزایش سرعت عبور هوای سرد از تونل انجماد، حرارت به سرعت از محصول گرفته شده و ماهی منجمد می گردد. قرار دادن محصول در تماس مستقیم یا غیر مستقیم با ماده سرمازا، مهمترین روش های انجماد سریع محسوب می گردد. در این روش، بر خلاف انجماد کند، تمایل به تشکیل کریستالهای یخ خارج سلولی کم بوده و هسته ای کریستالی بصورت یکنواخت در سراسر نمونه ظاهر می گردد. در این حالت بلورهایی که تشکیل می شوند عمدتاً کوچک و داخل سلولی و چون فرصت کمتری برای رشد و بزرگ شدن ندارند، تغییری در ساختار سلول ایجاد نمی گردد.


انجماد فوق سریع:


در این روش که انجماد بوسیله گازهای سرمازای مایع انجام می گیرد، محصول را در مدت چند دقیقه منجمد می کنند. غوطه ور کردن محصول در مواد سرمازا یا اسپری نمودن این مواد مثل نیتروژن مایع و دی اکسید کربن مایع، فرئون 12 بر روی ماهی می تواند این محصول را در حداقل زمان منجمد کرد. حسن این روش حفظ کیفیت بافت و طعم محصول منجمد در حد محصول تازه است ولی از لحاظ اقتصادی کاربرد آن برای تمامی فرآورده های دریایی مقرون به صرفه نیست.


روش های صنعتی انجماد ماهی:


در صنعت از سه روش برای انجماد ماهی استفاده می شود: 1- انجماد در هوای سرد (ساکن و متحرک). 2- انجماد از طریق تماس غیر مستقیم با مواد سرمازا. 3- انجماد به کمک غوطه وری در محیط های سرمازا. 1- روش اول- انجماد در هوای سرد:

که به دو روش الف- هوای ساکن و ب- هوای متحرک بیان می شود و اختلاف آنها مربوط به سرعت جریان هوا است.

الف- هوای ساکن:

قدیمی ترین روش انجماد، تکنیک هوای ساکن Still air است که محصول درون یک اتاق ایزوله (عدم تبادل حرارت از درون به بیرون و بالعکس) بر روی قفسه ها و صفحات آلومینیومی قرار می گیرد که از لوله های پیچ خورده ای تشکیل شده که در درون آنها ماده سرمازا جریان دارد. این نوع فریزرها برای انجماد فرآورده های دریایی بکار می رود و چون سرعت انجماد در آنها کم است به انجماد آن Slow freezing گویند که در دمای Cº 29- Cº 21- حدود 16-14 ساعت وقت لازم است تا بسته های فیله به ضخامت cm 4/6-5 از دمای Cº 10+ به Cº 18- برسد. این روش علاوه بر کندی انجماد، بارگیری و تخلیه آن پر هزینه است و به کارگران زیادی نیاز دارد و این تخلیه و بارگیری باعث ورود هوای گرم به داخل اتاق شده و روی قفسه ها برفک می زند که همه این عوامل باعث افزایش زمان انجماد می گردد.

ب- انجماد در هوای متحرک Air blast freezing:

این سیستم معمولی ترین روش انجماد مواد غذایی است. زیرا هم سرعت انجماد بالاست و هم برای انواع فرآورده ها در ابعاد و حجم های مختلف قابل استفاده است. در این روش قابلیت تغییر جهت و چرخش هوا این امکان را می دهد که تا انواع فرآورده های دریایی بخصوص ماهیان بزرگ از طریق تماس با هوا در تمامی سطوح مجاور، بسرعت گرما را از دست بدهند. اشکال این روش کاهش رطوبت محصول است که این هم از طریق بسته بندی مناسب و یخ پوششی برطرف می گردد.
برای انجماد با هوای متحرک روشهای مختلفی وجود دارد که اصول کلی فرآیند در تمامی آنها مشابه ولی نحوه جریان هوا، روش بارگیری، سرعت و ظرفیت در آنها متفاوت است. یکی از متداولترین روشها، انجماد پیوسته Continuous blast freezing است که این روش برای انجماد حجم های زیاد محصول بکار می رود. محصول آماده پس از چیده شدن روی سینی های مخصوص بوسیله نوار نقاله به درون اتاق یا تونل کاملاً ایزوله منتقل و در پایان عملیات به صورت منجمد از آنجا خارج می گردد. جهت حرکت هوا در تونل می تواند همسو با جهت حرکت محصول یا غیر همسو باشد ولی سرعت آن باید دقیقا تحت کنترل باشد. در فرم دیگر این روش انجماد در هوای متحرک، انجماد ناپیوسته Batch blast freezing گویند. محصول مانند روش پیوسته در سینی های مخصوص در روی قفسه های ثابت و در درون اتاقک انجماد چیده شده و سپس منجمد می گردد. اختلاف این روش با روش پیوسته در این است که در این روش محصول به یکباره و در یک مرحله در فریزر قرار می دهند و در پایان عملیات نیز به یکباره از فریزر تخلیه می شود. در این سیستم نیز استفاده از جریان همسو یا غیر همسو امکان پذیر است.


2- انجماد از طریق تماس غیر مستقیم با ماده سرمازا (انجماد صفحه ای) Plate Freezing :


انجماد در این روش از طریق تماس غیر مستقیم محصول با ماده سرمازا که در داخل صفحات فلزی تو خالی جریان دارد انجام می گیرد. در این حال از طریق فشاری که توسط صفحات فریزر به دو طرف محصول وارد می گردد، ضمن ایجاد تماس بیشتر و کامل تر، ضریب انتقال حرارت بین محصول و صفحات افزایش می یابد. این نوع فریزرها به دو شکل افقی Horizental و عمودی Vertical ساخته می شوند و عمدتاً برای محصولاتی که قبلاً بسته بندی شده اند یا محصولاتی که بصورت بلوک های بزرگ آماده شده اند قابل استفاده اند. این روش در ظرفیت های بالا مقرون به صرفه نیست و عدم تماس کافی بین محصول و صفحات منجر به کاهش سرعت انجماد می گردد که علاوه بر مسئله کیفیت، مدت زمان انجماد را طولانی و کارائی دستگاه را کاهش می دهد. عدم تماس بین محصول و صفحات بدلایل زیر هستند: 1- پر نشدن کارتن از محصول و وجود فضای خالی Air space بین محصول و کارتن (پوشش) که وجود در داخل بسته به عنوان یک لایه عایق عمل نموده و زمان انجماد را سه برابر افزایش می دهد. 2- وجود برفک روی سطح خارجی صفحات که در اثر متراکم شدن رطوبت موجود در هوا بصورت برفک در روی صفحات می باشد.


3- انجماد به روش غوطه وری Immersion freezing:


در این روش ماده غذایی بصورت مستقیم در ماده سرمازا غوطه ور گردیده و یا ماده سرمازا روی محصول اسپری می گردد. تماس بیشتر بین محصول و ماده سرمازا باعث می شود که انتقال حرارت به بهترین وجه صورت گیرد. در این حالت باید ماده سرمازا از قابلیت انتقال حرارت بالائی برخوردار باشد و ویسکوزیته آن در درجات حرارت پایین کم باشد و در محصول بو و طعم خاصی ایجاد نکند و رنگ و بافت و ظاهر محصول را تغییر ندهد. مواد سرمازاری مورد استفاده در روش غوطه وری به دو گروه تقسیم می شوند: 1- مواد سرمازای با برودت کم که محصول در آن غوطه ور می گردد و در تماس مستقیم با محصول است مانند محلول کلرور سدیم و محلولهای قندی. 2- مواد سرمازای با برودت زیاد یا Cryogen: که در ابتدا بصورت گاز بوده و در اثر فشار از حالت گاز به مایع تبدیل می شوند (توسط کمپرسور) و این مواد با جذب گرما از ماده غذایی در حال انجماد، مجدداً تغییر حالت داده و تبخیر می گردد (بدلیل پایین بودن نقطه تبخیر) و در این حالت برودت مورد نظر را فراهم می آورند مانند CO2(جامد یا مایع)، ازت مایع و فرئون 12 (دی کلرو-دی فلورو متان).


انیدرید کربنیک یا CO2:

در صنایع ماهی معمولاً از CO2 برای سرد کردن، انجماد و بسته بندی در اتمسفر تحت کنترل استفاده می شود. این گاز در فشار اتمسفر و درجه حرارت معمولی در همان حالت گاز است و اگر آنرا کمپرسی کنیم و سرد کنیم بصورت مایع یا جامد در می آید.
ایندرید کربنیک معمولاً به دو شکل استفاده می شود: 1- در شکل خشک (جامد) که ایندرید کربنیک در Cº 79- بصورت پودر و بصورت مکانیکی با ماده غذایی مخلوط و تصعید می گردد و در فرم مایع آن که به سطح ماده غذایی اسپری می گردد و هنگام مجاورت به شکل گاز تغییر حالت می دهد. در انجماد فرآورده های دریایی از شکل مایع CO2 بصورت اسپری بر روی محصول استفاده شده که در فشار اتمسفر منبسط شده و یه شکل گاز در می آید. CO2 مایع تحت فشار حدود Psi300 بر روی محصول که روی نوار نقاله در حال حرکت است پاشیده می شود و CO2 با جذب مقدار زیادی گرما از حالت مایع به گاز تبدیل می شود و در این حالت محصول بسرعت سرد شده و سپس منجمد می شود. در فشار اتمسفر و درجه حرارت اتاق، CO2 جامد (یخ خشک) بطور مستقیم از حالت جامد به بخار تبدیل می شود (گرمای لازم برای تبدیل CO2 جامد به بخار به گرمای نهان تصعید (Latent heat of Sublimation ) موسوم است) که این عمل در دمای C º 5/78- انجام می شود به همین جهت استفاده از CO2 جامد درجه برودت را تا Cº75- کاهش می دهد ولی درجه حرارت لازم برای نگهداری فرآورده های دریایی Cº3- است.


ازت مایع:


ازت مایع در حال حاضر معمولی ترین ماده سرمازایی است که برای انجماد فوق سریع مواد غذایی بکار می رود که بجای غوطه وری از روش اسپری ازت مایع در سیستم های جدید بکار می رود. چون ازت مایع در فشار اتمسفر در دمای Cº 196- به جوش می آید لذا بلافاصله پس از اسپری ماده غذایی، ازت مایع بصورت گاز تبدیل می شود و در این حال گرمای محصول گرفته شده آنرا سرد و در نهایت منجمد می کند. استفاده از گاز ازت سرد در مراحل اولیه ورود ماده غذایی به تونل انجماد این حسن را دارد که از طریق کاهش تدریجی درجه حرارت، از بروز شدت حرارتی و در نتیجه ایجاد ترک و آسیب های دیگر در مواد غذایی جلوگیری کند بخصوص وجود فن های (پنکه) تعبیه شده در تونل انجماد، با گردش مجدد هوای سرد، سرعت انتقال گرما بهبود می یابد. غوطه وری ماده غذایی در ازت مایع مانع از کاهش وزن محصول شده و با افزایش چشمگیر در سرعت انجماد، از بروز آسیب های ناشی از انجماد کند در محصول جلوگیری می کند.


فرئون مایع:


ماده ای به نام دی کلرو دی فلوئورو متان به عنوان ماده سرمازا (فرئون مایع) در صنایع غذایی و با قابلیت تماس مستقیم با آنها (غوطه وری یا اسپری) بکار می رود. قسمت عمده این ماده سرمازا پس از مصرف قابل بازیابی است و میزان اتلاف آن محدود است. با بکارگیری فرئون مایع معمولاً هزینه عملیات بیشتر از روش هوای متحرک و بدلیل امکان بازیابی آن، هزینه آن کمتر از ازت مایع است. این ماده سرمازا دارای نقطه جوش Cº 30- بوده لذا نگهداری محصول منجمد در انبار Cº 30- دیگر نیاز به عملیات بعدی ندارد.