روش‌های انجماد و نوع دستگاه منجمد‌کننده برای ساخت سردخانه

یکی از مهمترین مواردی که در ساخت سردخانه های تونل انجماد دارای اهمیت بالایی می باشد مدت زمان انجماد محصول بوده که در کیفیت و حفظ بافت محصول تاثیر بسزایی دارد ولیکن هر مقدار که مدت زمان انجماد محصول کاهش یابد، هزینه ی ساخت سردخانه و تونل انجماد افزایش خواهد یافت.پس لزوم کار بر این بوده که در موارد نیاز و محصولات خاص امر تسریع در زمان انجماد صورت پذیرد.

الف- انجماد کند:

در انجماد کند محصول برای مدت بیشتر از 2 ساعت در منطقه بحرانی باقی می‌ماند. انجماد در این روش در هوای ساکن صورت می‌گیرد و چون هوای ساکن از نظر انتقال حرارت بسیار ضعیف عمل می‌نماید، لذا سرعت انجماد نیز بسیار کم خواهد بود.

در این روش اگر دمای اتاق انجماد به حد کافی پایین نباشد و به خصوص اگر ضخامت ماهی نیز زیاد باشد، محصول برای مدت طولانی‌تری در منطقه بحرانی باقی خواهد ‌ماند.

تحقیقات نشان داده است که حداکثر تغییر ماهیت پروتئین در دمای 1- تا 2- درجه سانتی گراد رخ می‌دهد. از آنجا که در روش آهسته، محصول مدت زمان بیشتری در این محدوده دمایی باقی می‌ماند، در نتیجه پروتئین‌های آن نیز بیشتر در معرض دناتوره شدن می‌باشند.

هم‌اکنون این عامل، به عنوان عامل اصلی تفاوت بین کیفیت ماهی منجمد شده به روش سریع و ماهی منجمد شده به روش کند شناخته شده است.

در رابطه با انجماد کند همواره این نظریه وجود داشته که تشکیل هسته بلور معمولاً محدود به فضای خارج سلول بوده که همواره با تشکیل و رشد این بلور‌ها، فشار اسمزی خارج سلولی افزایش می‌یابد که این امر باعث خارج شدن آب از سلول شده که به دنبال آن غلظت محیط احاطه‌کننده بلور افزایش یافته، سبب پایین آمدن نقطه انجماد می‌گردد و با گسترش مرز انجماد، تعدادی بلورهای یخ بزرگ بوجود می‌آیند.

تشکیل بلور‌های یخ در خارج سلول بر خلاف نظرات گذشته، منجر به پارگی غشای سلولی نشده وبه سلول آسیب نمی‌رساند، بلکه عامل اصلی در این مورد افزایش غلظت الکترولیت‌ها و تغییر pH و در نتیجه تغییر ماهیت پروتئین‌هاست، که با ایجاد تغییر در ماهیت طبیعی آن ها می‌تواند به سلول آسیب برساند.

معایب ساخت سردخانه انجماد کند:

1- تشکیل بلور‌های بزرگ یخ و در نتیجه متلاشی شدن سلول‌های عضلانی و خارج شدن مقادیر زیادی از مایعات و ترشحات بین بافتی هنگام انجمادزدایی.

2- خشک شدن و از دست دادن آب که در اثر تماس با هوای سرد کم رطوبت ایجاد می‌گردد.

ب- انجماد سریع:

روشی که در آن دمای درونی محصول طی مدت کمتر از 2 ساعت از منطقه بحرانی عبور می‌نماید در اصطلاح انجماد سریع گفته می‌شود. در این روش از طریق افزایش سرعت عبور هوای سرد از ورای ماهی (تونل انجماد)، حرارت به سرعت از محصول گرفته شده و ماهی منجمد می‌گردد. قرار دادن محصول در تماس مستقیم یا غیرمستقیم با ماده سرمازا، مهم‌ترین روش‌های انجماد سریع محسوب می‌گردند.

چون ناحیه بحرانی فساد ناشی از دناتوره شدن پروتئین‌ها، زیر دمای 0 درجه سانتی گراد می‌باشد، در تعریف اولیه پیشنهاد شده در انگلستان در مورد انجماد سریع بیان شده است که باید دمای ماهی در زمان کمتر از 2 ساعت از 0 درجه به 5- درجه سانتی گراد برسد و این کاهش دما باید تا رسیدن به دمای نگه‌داری در سردخانه، یعنی 30- درجه تداوم داشته باشد.

پیشنهاد کاهش دمای ماهی در فریزر تا دمای موردنظر برای نگه‌داری از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد و در همه آئین‌های کاری وضع شده برای انجماد سریع ذکر شده است.

این دو شرط اصلی، یعنی انجماد سریع محصول و کاهش دما تا دمای نگه‌داری با یکدیگر مطابق و متناسب می‌باشند، چون اگر دستگاه منجمدکننده‌ای بتواند به انجماد سریع ماهی بپردازد از طرف دیگر می‌تواند دمای ماهی را تا دمای پیشنهاد شده برای نگه‌داری کاهش دهد.

در انجماد سریع سرما با سرعت در حدود 3/0 سانتی‌متر در دقیقه یا سریع‌تر در داخل جسم ماهی نفوذ می‌کند و به همین جهت کریستال‌های یخ ایجاد شده در بافت‌های ماهی به مراتب کوچک‌تر از بلورهای یخ حاصل از انجماد به طریقه کند می‌باشد و از متلاشی شدن سلول‌ها جلوگیری می‌گردد و نیز تغییرات چندانی را در ساختار سلولی سبب نمی‌شوند.

البته ممکن است که از نظر کیفی بر محصول تأثیرات نامطلوبی هم داشته باشد. به علاوه انجماد سریع ممکن است ایجاد آب‌زدایی (Dehydration) نماید که این امر خود می‌تواند سبب تغییر ماهیت پروتئین‌ها گردد.

انجماد سریع را می‌توان در سه دسته طبقه‌بندی کرد:

1- مجاورت مستقیم محصول با مایع منجمدکننده

2- مجاورت غیرمستقیم محصول با مایع منجمدکننده

3- انجما به‌وسیله تونل‌های مخصوص انجماد (جریان هوای سرد شدید)

ج- انجماد فوق سریع:

در این روش که انجماد به‌وسیله گاز‌های سرمازای مایع (Cryogenic) صورت می‌گیرد، محصول را می‌توان در مدت چند دقیقه منجمد نمود.

غوطه‌ور کردن محصول در مواد سرمازا یا اسپری‌ نمودن این مواد مثل: نیتروژن مایع، دی‌اکسید‌کربن مایع، یا فرئون 12، بر روی ماهی می‌تواند این محصول را در حداقل زمان منجمد نماید.

حسن این روش حفظ کیفیت بافت و طعم محصول منجمد در حد محصول تازه است.

سیستم‌های منجمد‌کننده

به طور کلی روش های متعددی برای منجمد کردن ماهی وجود دارد که مهم‌ترین آنها شامل:

1- انجماد در هوای سرد (ساکن و متحرک)

2- انجماد از طریق تماس غیر مستقیم با مواد سرمازا

3- انجماد به وسیله غوطه‌وری در محیط‌های سرمازا

انجماد با استفاده از هوای سرد ساکن:

در این روش انتقال سرما از طریق هوا صورت می‌گیرد و ماهی خیلی به آرامی منجمد می‌گردد زیرا برودت معمولاً 10- درجه سانتی گراد تا30- درجه سانتی گراد می‌باشد و به دلیل آنکه سرعت انجماد در آنها کم است انجماد حاصل انجمادی کند خواهد بود.

برای مثال، در دمای تبخیر 21- تا 29- درجه حدود 16-14 ساعت وقت لازم است تا بسته‌های فیله به ضخامت 4/6 -5 سانتی‌متر از دمای 10+ به 18- درجه برسند.

البته در این روش می‌توان از طریق تعبیه بادزن در داخل اتاق و ایجاد جریان درهوا، سرعت انجماد را افزایش داد، ولی باز هم در مقایسه با دیگر روش‌ها سرعت انجماد بسیار کم است.

مزیت اصلی فریزر‌های وزشی کاربرد چند‌جانبه آنها می‌باشد. بطوریکه این فریزر را می‌توان جهت استفاده برای انواع محصولات دارای اشکال نامنظم هماهنگ نمود.

در مجموع فریزر وزشی جهت انجماد طیف وسیعی از اشکال و اندازه‌ها، بهترین انتخاب می‌باشد.

انجماد با استفاده از هوای فشرده متحرک Air blast freezing در ساخت سردخانه :

این سیستم در حال حاضر معمولی‌ترین روش انجماد مواد غذایی می‌باشد زیرا هم سرعت انجماد زیاد است و هم برای انواع فرآورده‌ها در ابعاد و حجم‌های مختلف قابل استفاده می‌باشد.

در این روش ماهی به صورت آویزان و یا در باکس پالت‌ها در مسیر جریان هوای سرد متحرک 40- درجه سانتی گراد با سرعت بین 30 تا 1070 متر در دقیقه قرار می‌گیرد به طوریکه سرعت یخ زدن افزایش یافته و در هر دقیقه سه میلی‌متر از قطر بدن ماهی منجمد می‌گردد، بنابراین این سرعت جریان قادر خواهد بود محصول را در کوتاه ترین زمان با کیفیتی مطلوب منجمد نماید.

در این نوع سیستم انجماد قابلیت تغییر جهت و چرخش هوا این امکان را فراهم می‌سازد تا انواع فرآورده‌های دریایی به خصوص ماهیان بزرگ از طریق تماس با هوا در تمامی سطوح مجاور، به سرعت گرما از دست بدهند.

سرعت انجماد در فریزر‌های با هوای متحرک همواره تحت تأثیر متغیر‌های بسیاری قرار دارد که در میان آنها سرعت جریان هوا از اهمیت بیشتری برخوردار است.

افزایش سرعت هوا از طریق افزایش جابه‌جایی، و کاهش ضخامت لایه هوا در اطراف محصول سبب می‌گردد تا سرعت سردسازی افزایش یابد. به همین جهت با افزایش سرعت جریان هوا می‌توان زمان انجماد را هم کاهش داد.

چنانچه ماهی‌ها فاقد پوشش و بسته‌بندی مناسب باشند و یا رطوبت لازم در تونل موجود نباشد، سوختگی حاصل از سرما  Freezer burnدر سطوح ماهی ایجاد شده و کریستال‌های کوچک به صورت برفک روی آن تشکیل می‌گردد ضمن اینکه مقداری از رطوبت ماهی تبخیر شده، کاهش و افت وزنی را به همراه خواهد داشت.

برای جلوگیری از بروز این تغییرات، زمان و رطوبت هوا در فریزر از جمله عواملی هستند که باید به دقت تحت کنترل قرار گیرند.

در این رابطه کاهش اختلاف درجه حرارت بین محصول و محیط از جمله روش‌هایی است که می‌تواند تا حد زیادی از کاهش رطوبت جلوگیری نماید.

برای این منظور معمولاً سرعت حرکت محصول در داخل فریزر را به صورتی تنظیم می‌کنند که محصول قبل از انتقال به قسمت سردتر، با قسمت قبلی تعادل دما پیدا کرده باشد.

در نتیجه چون اختلاف فشار بخار آب در هر قسمت به حداقل رسیده و زمان رسیدن به تعادل دما نیز کوتاه می‌گردد، لذا کاهش رطوبت نیز به حداقل ممکن می‌رسد.

کاهش هرچه بیشتر دما در فریزر نیز روش دیگری است که در این زمینه می‌تواند مؤثر واقع گردد. زیرا هرچه هوا سردتر باشد رطوبت مطلق آن نیز در حالت اشباع کمتر خواهد بود.

به همین جهت اگر دمای فریزر را مثلاً تا دمای 30- درجه یا کمتر تقلیل دهیم، مقدار رطوبت لازم برای رسانیدن آن به درجه اشباع به حداقل رسیده و در نتیجه هنگام ورود محصول به فریزر مقدار کمتری رطوبت از آن گرفته می‌شود.

انجماد از طریق تماس غیر مستقیم با مواد سرمازا Plate freezing در ساخت سردخانه:

انجماد در این روش از طریق تماس غیر مستقیم محصول با ماده سرمازا که در داخل صفحات فلزی توخالی جریان دارد انجام می‌گیرد.

در این حال از طریق فشاری که توسط صفحات فریزر به دو طرف محصول وارد می‌گردد، ضمن ایجاد تماس بیشتر و کامل‌تر، ضریب انتقال حرارت بین محصول و صفحات هرچه بیشتر افزایش می‌یابد.

به طور کلی 35 % از ماهی‌ها از این طریق منجمد می‌‌گردند که بیشتر برای ماهی‌های بسته‌بندی شده مانند فیله و استیک و میگوهای بسته‌بندی شده استفاده می‌شود.

علل اصلی ضعف عملکرد این روش انجماد، عدم تغییر مکان و انتقال محصول قبل از کامل شدن انجماد و نقص در نگه‌داری دستگاه و تماس نامناسب بین صفحات و محصول می‌باشد.

عدم تماس کافی بین محصول و صفحات، منجر به کاهش سرعت انجماد خواهد گردید که جدا از مسئله کیفیت، مدت زمان انجماد را طولانی و کارایی دستگاه را کاهش می‌دهد.

عدم تماس بین محصول و صفحات ممکن است در حالات زیر اتفاق بیفتد:

– پر نشدن کامل کارتن‌ها، به طوری که فضای خالی بین محصول و کارتن یا پوشش ‌بوجود آید. از آنجائیکه این کارتن‌ها از یک طرف سرد می‌شوند، لذا وجود هوا در داخل بسته یک لایه عایق بوجود آورده و از این راه زمان انجماد را تا سه برابر افزایش می‌دهد.

– وجود برفک روی سطح خارجی صفحات، رطوبت موجود در هوا به صورت برفک روی صفحات سرد متراکم می‌گردد.

این نوع فریزر‌ها در دو شکل افقیHorizentel و عمودی Vertical ساخته می‌شوند:

فریزر‌های صفحه‌ای افقی: فریزر‌های صفحه‌ای افقی دو کاربرد مهم دارند، یکی از این دو کاربرد انجماد کارتن‌های از پیش بسته‌بندی شده ماهی مورد مصرف در خرده‌فروشی‌ها و دیگری انجماد بلوک‌های یکنواخت و مکعبی شکل فیله معروف به بلوک‌های لامینه، مورد استفاده در تهیه تکه‌های ماهی می‌باشد.

در این روش، در طول انجماد حرارت مستقیماً از محصول بسته‌بندی شده به صفحات فریزر منتقل می‌شود و در نتیجه ضمن تقلیل تبخیر سطحی، حداکثر صرفه‌جویی در فضا ملحوظ می‌گردد.

اگر بسته‌بندی محصول به خوبی انجام نشده باشد، می‌تواند به دلیل کاهش سرعت انجماد (انجماد کند) به کیفیت محصول آسیب‌هایی وارد نماید.

زمان انجماد در فریزر‌های صفحه‌ای افقی به عوامل متعددی بستگی دارد از جمله: درجه برودت صفحات، مقاومت گرمایی بین صفحات و محصول، رسانندگی گرمایی محصول و ضخامت محصول.

اما به طور کلی با سرعت انجماد معمول در این نوع فریزر‌ها، زمان لازم برای انجماد فیله‌های ماهی بسته‌بندی شده با ضخامت حدود 5 سانتی‌متر، 2-1 ساعت خواهد بود.

فریزر‌های صفحه‌ای عمودی: مزیت اصلی فریزر‌های صفحه‌ای عمودی، منجمد کردن فله‌ای ماهی بدون نیاز به بسته‌بندی یا قرار دادن محصول در سینی می‌باشد.

در واقع صفحات، صندوق‌هایی هستند که از بالا باز بوده و ماهی مستقیماً درون این فضاها بارگیری می‌شود.

از آنجا که این نوع فریزر‌ها برای انجماد فله‌ای محصولات مناسب هستند، به طور گسترده‌ای برای انجماد ماهی درسته در دریا استفاده می‌شوند.

زمان انجماد در این فریزر‌ها هم تابعی است از کلیه متغییر‌هایی که در رابطه با فریزر‌های صفحه‌ای افقی بیان گردید.

دمای محصول هنگام بارگیری در فریزر، گونه ماهی شکل محصول، درجه برودت فریزر، نوع مواد مورد استفاده در بسته‌بندی، سطح تماس بین محصول و صفحات فریزرو… از جمله عواملی هستند که در این رابطه حائز اهمیت می‌باشند.

انجماد به روش غوطه‌وریImmersion freezing در ساخت سردخانه :

در این روش ماده غذایی به صورت مستقیم در ماده سرمازا غوطه‌ور گردیده و یا ماده سرمازا روی محصول اسپری می‌گردد.

تماس بیشتر بین محصول و ماده سرمازا این امکان را فراهم می‌سازد تا انتقال حرارت به دلیل کاهش مقاومت به بهترین صورت انجام گیرد.

البته در روش‌هایی که بین محصول و ماده سرمازا تماس مستقیم برقرار می‌گردد، ضروری است ماده سرمازا از قابلیت انتقال حرارت بالایی برخوردار بوده و ویسکوزیته آن در درجات حرارت پایین کم باشد. بعلاوه در محصول بو و طعم خاص ایجاد نکرده، رنگ، بافت و ظاهر آن را تغییر ندهد.

مواد سرمازایی که در روش غوطه‌وری مورد استفاده قرار می‌گیرند به دو گروه تقسیم می‌گردند:

1- مواد سرمازای با برودت کم که محصول معمولاً در تماس مستقیم با آن قرار گرفته و در آن غوطه‌ور می‌گردد مثل: محلول کلرور سدیم و محلول‌های قندی.

2- مواد سرمازای با برودت زیاد (Cryogen) که در ابتدا به صورت گاز بوده و در اثر فشار از حالت گاز به مایع تبدیل می‌شوند.

این مواد با جذب گرما از ماده غذایی در حال انجماد، مجدداً تغییر حالت داده و تبخیر می‌گردند، و در این حال برودت مورد نظر را فراهم می‌نمایند.

منجمد کردن با استفاده از محلول نمکی Brine Freezing در ساخت سردخانه:

در این روش بجای ساخت سردخانه بصورت  اطاق  لزومی نداشته و به صورت مخازن روباز ارائه میگردد.ماهی‌ها توسط تماس با مایع سرد مناسب مانند آب‌نمک منجمد می‌گردند.

آب‌نمک یا محلول کلرور‌سدیم رایج‌ترین محلول سرمازایی است که برای انجماد ماهی بکار برده می‌شود.

البته در بکارگیری آب‌نمک ضروری است مایع سرمازا همواره در حال گردش باشد تا انتقال گرما از محصول به آب‌نمک با سرعت بیشتری انجام شود.

در این رابطه سرعتی معادل 2/0 متر در ثانیه می‌تواند با ایجاد حرکت لازم، از سکون آب‌نمک در تانک جلوگیری نماید.

بدیهی است سرعت بیش از اندازه محلول می‌تواند به محصول شناور آسیب‌هایی وارد نماید.

محلول اشباع کلرور ‌سدیم که از طریق حل کردن نمک معمولی در آب بدست می‌آید معمولاً در حدود 21- درجه سانتی گراد منجمد می‌گردد و از این‌رو نمی‌تواند دمای محصول را به کمتر از 20- درجه برساند.

در حالی که فرآورده‌های خوراکی دریایی عمدتاً باید در دمای 30- درجه نگه‌داری شوند. به همین جهت در رابطه با این فرآورده‌ها لازم است پس از انجماد اولیه در آب‌نمک، محصول مجدداً در سردخانه 30- درجه نگه‌داری شوند.

از طرف دیگر، نفوذ نمک در محصول نیز موضوع مهمی است که از نظر تأثیراتی که در کیفیت محصول از جمله طعم و زمان ماندگاری دارد باید مورد توجه قرار داده شود.

البته جذب نمک در ماهی زمانی کامل خواهد بود که مدت 4 ساعت ماهی در آب‌نمک 23 % قرار گرفته باشد.

میزان نفوذ نمک در محصول با عوامل مختلفی از جمله: گونه ماهی، نسبت سطح به حجم، سرعت انجماد، مدت زمان مجاورت و بسیاری عوامل دیگر در ارتباط است.

به همین دلیل در حال حاضر از روش غوطه‌وری در آب‌نمک عمدتاً در عرشه و برای انجماد ماهیان بزرگ مانند تون  استفاده می‌شود.

این سیستم به دلیل سرعت در انجماد، کارایی و هزینه کمتر، و دسترسی آسان به ماده سرمازا از مزایای عمده‌ای برخوردار است که استفاده از آن در بسیاری از شناور‌ها امکان‌پذیر است.

البته در کنار مزایای عنوان شده، معایبی برای آن شمرده می‌شود که به هر صورت باید مورد توجه قرار گیرد. از جمله:

مشکل نفوذ نمک در محصول، مسئله خوردگی وسایل و تجهیزات مورد استفاده، عدم کاهش دما تا 30- درجه که دمای لازم برای نگه‌داری طولانی فرآورده‌های دریایی است، و بالاخره لزوم کنترل دقیق درجه برودت برای جلوگیری از انجماد آب‌نمک، و همین‌طور لزوم محافظت از آب‌نمک از نظر بروز آلودگی‌های باکتریایی، شکل‌گیری مواد لزج در داخل تانک‌ها و بسیاری مسائل بهداشتی دیگر.

منجمد کردن با استفاده از گاز‌های مایع Cryogenic Freezing در ساخت سردخانه:

انجماد مواد غذایی با استفاده از مواد سرمازای کرایوژن سریع‌ترین روشی است که امروزه در صنایع غذایی از آن استفاده می‌شود.

دی‌اکسیدکربن به صورت جامد یا مایع، نیتروژن مایع معمولی‌ترین مواد سرمازا هستند که در این روش مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دی‌اکسیدکربن: در صنایع ماهی به طور معمول از دی‌اکسدکربن برای سرد کردن، انجماد و بسته‌بندی در اتمسفر تحت کنترل استفاده می‌شود.

دی‌اکسیدکربن قادر است ماهی را در دمای 78- درجه سانتی گراد منجمد کند. در انجماد فرآورده‌های دریایی معمولاً از شکل مایع آن استفاده می‌شود.

این مایع پس از استفاده در فشار اتمسفر منبسط شده و به شکل گاز در‌می‌آید. برای انجماد محصول معمولاً آن را از زیر یک دوش یا آب‌پاش مخصوص در حین عبور، دی‌اکسیدکربن تحت فشار بر روی محصول که روی نوار نقاله در حرکت است پاشیده می‌شود.

هم‌زمان با خروج از مخزن، دی‌اکسیدکربن با جذب مقدار زیادی گرما از حالت مایع به صورت گاز در‌می‌آید، در نتیجه به دلیل جذب گرما، محصول به سرعت سرد و سپس منجمد می‌شود.

نیتروژن مایع: نیتروژن مایع درحال حاضر معمول‌ترین ماده سرمازایی است که برای انجماد فوق سریع مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته در سیستم‌های جدید به جای غوطه‌وری از روش اسپری نیتروژن مایع استفاده می‌شود.

در این حالت با توجه به این که نیتروژن مایع در فشار اتمسفر در دمای 196- درجه سانتی گراد به جوش می‌آید، لذا بلافاصله پس از اسپری ماده غذایی، نیتروژن به صورت گاز درآمده و در همین حال گرمای محصول را گرفته و آن را سرد و در نهایت منجمد می‌نماید.

برای انجماد به روش اسپری، ماده غذایی به صورت بسته‌بندی شده یا بدون بسته‌بندی بر روی نوار نقاله سوراخ‌دار قرار داده شده و نوار به داخل تونل انجماد هدایت می‌گردد.

استفاده از گاز نیتروژن سرد در مراحل اولیه ورود ماده غذایی به تونل انجماد این حسن را دارد که از طریق کاهش تدریجی درجه حرارت، از بروز شوک حرارتی و نتیجتاً ایجاد ترک، شکستگی یا آسیب‌های دیگر در مواد غذایی جلوگیری می‌گردد.

غوطه‌وری ماده غذایی در نیتروژن مایع مانع از کاهش وزن محصول گردیده و با افزایش چشمگیر در سرعت انجماد، از بروز آسیب‌های ناشی از انجماد کند در محصول جلوگیری به عمل می‌آورد.

استفاده از این روش در مقایسه با روش هوای متحرک به فضای کمتری نیازمند بوده، از نظر میزان انرژی مصرفی نیز با صرفه‌تر می‌باشد.