Surgelazione

Surgelazione

Come Funziona e Come Ottengo Una Produzione Maggiore dalla Mia Attrezzatura?

Pubblicato come “Blast Freezing Tips” nel numero di dicembre 2012 di Pacific Fisheries Bering Sea and Distant Water Fleets Review.

Rick Greenquist
Highland Refrigeration

La surgelazione è il metodo di lavoro che serve per congelare i prodotti di pesce nel settore della pesca, semplicemente perché è il più versatile. Secondo dietro l’esplosione è il congelamento a piastre, che è il re dei prodotti surgelati a blocchi. In terzo luogo è il congelamento della salamoia, che è specifica per i prodotti che tollerano l’assunzione di sale, come il tonno o sono rafforzati dall’assorbimento di sale, come il granchio. Ma per la stragrande maggioranza dei prodotti del mare che si basano sia sul gusto, sulla consistenza, sia su una presentazione visiva, la surgelazione è l’investimento più produttivo e versatile per uno stabilimento di produzione di frutti di mare congelati.

La surgelazione è il processo di spingere l’aria fredda ad alta velocità su un prodotto alimentare per congelare il prodotto il più rapidamente possibile. I surgelatori vengono forniti in una varietà di configurazioni, da congelatori a singolo carico che congelano i lotti di prodotti, a congelatori “continui” come i congelatori a tunnel che continuano a congelare il prodotto mentre si muove attraverso il congelatore su una cinghia di trasporto.

L’obiettivo primario nella surgelazione sono tempi veloci di congelamento. I tempi di congelamento sono importanti per una serie di ragioni – la più evidente è l’efficienza produttiva – ottenere la maggior parte della produzione dal minimo spazio di produzione è importante in ogni settore. Tuttavia, la motivazione più convincente è l’economia della qualità. I prodotti alimentari di alta qualità possono essere spinti in mercati ad alto prezzo, ma i prodotti di scarsa qualità sono lasciati ai mercati dei prezzi bassi – semplice e chiaro. La surgelazione è uno sforzo da parte dei produttori di alimenti surgelati per preservare la qualità che era presente nel prodotto grezzo quanto sia possibile per posizionare i propri prodotti davanti al tipo di clienti che siano disposti a pagare di più per la migliore qualitá.

Ma quali tempi di congelamento hanno a che fare con la conservazione della qualità? Quali sono gli elementi che fanno per i grandi impianti di congelamento? Ci sono modi per migliorare l’efficacia di congelamento delle attrezzature esistenti? Queste sono questioni fondamentali importanti per ogni produttore di alimenti surgelati.

Ecco alcune domande frequenti che ti daranno una misura di buon senso per ottenere la massima qualità e produttività dalla tua operazione di congelamento.

D – LA MIA PRIMA DOMANDA É: PERCHÉ LA VELOCITÁ É COSÍ IMPORTANTE PER LA QUALITÁ? SE É SURGELATO PRESTO O LENTAMENTE, PER ME UN PESCE SURGELATO É SEMPRE LA STESSA COSA!

R – Buona domanda! La qualità della conservazione durante il ciclo di congelamento è legata al modo in cui l’acqua all’interno delle cellule del prodotto si congela – a livello molecolare.
Mentre i contenuti cellulari perdono energia, le molecole d’acqua iniziano a legarsi l’una con l’altra per formare ghiaccio solido. Tuttavia, queste molecole d’acqua non si legano in modo casuale, ma si legano in schemi ordinari di “reticolo” che formano cristalli di ghiaccio puro all’interno delle cellule.
La formazione di cristalli di ghiaccio puro esclude gli altri componenti disciolti dell’interiore delle cellule, in modo che la concentrazione delle sostanze escluse di non acqua, come vari enzimi e elettroliti, aumenta e, attraverso una varietà di meccanismi, danneggia le pareti delle cellule. Più lento il congelamento, più tempo ogni molecola di acqua dovrá migrare verso la posizione più favorevole, quindi si formeranno grandi cristalli di ghiaccio puro e concentrazioni pesanti di enzimi e elettroliti dannosi.

In un congelamento veloce dove le molecole hanno meno tempo per trovare la posizione più favorevole, viene eseguito un pattern meno ordinato con la formazione di cristalli molto più piccoli. Il risultato è che gli enzimi e gli elettroliti diventano isolati in tasche più piccole all’interno della serie disordinata di piccoli cristalli di ghiaccio. Con meno degli enzimi e degli elettroliti a contatto con la membrana cellulare, si verifica un danno minore, in modo tale che quando il prodotto viene scongelato, ci sono meno cellule danneggiate e quindi una carne più solida, con una somiglianza più vicina allo stato fresco del prodotto. Quando il prodotto congelato lento è scongelato, le cellule danneggiate spellano il loro contenuto nella carne circostante e scolano via. La struttura cellulare perde la sua integrità e la sua fermezza. Diventa morbido, morbido e lenito – e meno desiderabile per il consumatore.

D – AFFASCINANTE! ORA NELLA SUA AFFERMAZIONE INIZIALE, LEI HA DESCRITTO LA SURGELAZIONE COME “ARIA FREDDA AD ALTA VELOCITÁ”. C’É UN PUNTO DI EQUILIBRIO TRA LA VELOCITÁ DELL’ARIA E LA TEMPERATURA? PER ESEMPIO, POSSO INSTALLARE QUALCHE VENTILATORE COME PARTE DELLA MIA CELLA PER FARE UN SURGELATORE?

R – Posso vedere che mi segui – tuttavia fare un surgelatore da un deposito a freddo non funziona molto bene in due conteggi; innanzitutto lo stoccaggio a freddo non è stato progettato con la capacità di congelare molto prodotto, quindi la attrezzatura di refrigerazione sarà sovraccaricata e la temperatura di stoccaggio fredda aumenterà. Poi, le temperature di stoccaggio a freddo non sono solitamente quelle che riteniamo essere temperature di congelamento. La maggior parte dei depositi frigoriferi sono tenuti a circa -10F, e un surgelatore progettato inizierà a -30F o inferiore.

D – VA BENE, MA SONO ANCORA INTERESSATO AL TEMA DI “BASSA TEMPERATURA VS. GRANDE VENTILATORE”. CONTINUO A PENSARE NEL MIO CONGELATORE A COFANETTO IN CASA. METTIAMO LE COSE LÍ DENTRO PER CONGELARLE E MI SEMBRA CHE VADA TUTTO BENE, SENZA VENTILATORI. CAPISCO LA NECESSITÁ DI CONGELARE IN MANIERA VELOCE MA PENSIAMO IN UNA CAMERA A -30 F E NESSUN VENTILATORE. SI POTREBBE RISPARMIARE ENERGIA COSÍ. NON FUNZIONEREBBE?

R – Beh, funzionerebbe meglio di niente. Tuttavia, la velocità dell’aria attraverso il prodotto è una parte critica del processo di congelamento. Lasciatemi spiegare: Iniziamo con una stanza molto fredda a -30F, piena di scaffali di pesce a +45F. La temperatura dell’aria a un millimetro dalla superficie del pesce si è riscaldata fino a qualcosa sopra -30F, diciamo che è +10F. Finora tutta l’energia che abbiamo messo per avere l’aria a -30F non fa nessun bene perché l’aria accanto al pesce è a +10F. Ci vorrà molto più tempo per congelare i pesci in un ambiente +10F che in un ambiente di -30F. Ma c’è speranza! L’aria calda intorno ai pesci si alza in cima al congelatore e tira l’aria fredda dal basso. Lo strato inferiore dei pesci vede l’aria più fredda e alla fine si congela. Lo strato superiore dei pesci non vedrà l’aria fredda per un bel po’ – l’aria che vedono è stata riscaldata dalla colonna di pesce qui sotto. Passerà molto tempo prima che lo strato superiore dei pesci inizi a congelarsi.

D – WOW! ORA CAPISCO PERCHÉ I VENTILATOR SONO COSÍ IMPORTANTI. MA NON C’É UNA VELOCITÁ OTTIMALE DELL’ARIA? NON SI PUÓ SEMPLICEMENTE AUMENTARE LA POTENZA DEI VENTILATORI PER MIGLIORARE I TEMPI DI CONGELAMENTO, OPPURE SÍ?

R – Corretto. Non puoi semplicemente aumentare la potenza del ventilatore per diversi motivi. Uno è che tutta la potenza del motore del ventilatore si disperde come il calore nel surgelatore. Infatti, una ventola da 5 CV aggiunge quasi 4KW di calore al congelatore! Se hai una sonda di temperatura accurata, potrai misurare un aumento della temperatura attraverso il ventilatore! Così si può vedere che se si continua ad aumentare la potenza del ventilatore, si può facilmente arrivare al punto in cui il carico di calore più alto nel congelatore sono i tuoi ventilatori!

D - Quindi, diciamo che ho avuto dei buoni progressi per quanto riguarda il ciclo di congelamento. Come so quando considerare che il congelamento é finito?

R – Eccellente domanda! Tuttavia, la risposta non è così semplice. Il modo migliore per determinare la fine del ciclo di congelamento è quello di sperimentare con quel tipo e la dimensione del prodotto per determinare a quale temperatura centrale è necessario tirare il prodotto in modo che dopo un periodo di un’ora nel magazzino a freddo, la temperatura del prodotto sia equilibrato con la temperatura circostante di stoccaggio a freddo. Ad esempio, diciamo che il cliente richiede una temperatura di -10F per il nucleo del prodotto, la conservazione a freddo e la spedizione. La temperatura dell’aria di raffreddamento a fine raffreddamento è di -35F. Tirate il prodotto ad una temperatura di -10F? No! A quella temperatura di base, la temperatura superficiale del prodotto è probabilmente intorno a -30F, e dopo 1 ora nel magazzino a freddo, la temperatura probabilmente si equilibrerà a circa -20F. Che è più freddo del deposito freddo! Il mio punto è che se la temperatura equilibrata è inferiore alla temperatura di stoccaggio a freddo, allora hai sovraccaricato il prodotto. Il prodotto si scalda fino alla temperatura nel freddo. Hai sprecato energia, idratazione del prodotto e tempi di produzione preziosi estendendo il tempo di congelamento al di là di quello che era necessario.

Cosa succede se, sperimentando, hai scoperto che tirando il prodotto a temperatura nucleare 0F, vetri, involucri e trasportando al magazzino freddo, la temperatura del prodotto si equilibra a -10F dopo un’ora? A quel punto, hai soddisfatto i requisiti del cliente in modo molto pratico, hai risparmiato energia e metti il tuo surgelatore a funzionare nel prossimo congelamento.

Allora come si fa a prendere la temperatura interna? Selezionate campioni casuali da varie posizioni nel congelatore; forate un foro con la dimensione della sonda di temperatura che utilizzerete in modo da poter misurare la temperatura al centro della massa del prodotto. Trattate i campioni nello stesso modo in cui lo fate con il resto del prodotto – cioè smalto, cassa, pallettizzazione e spostamento allo stoccaggio a freddo nello stesso modo di tutti gli altri prodotti. Dopo un’ora, prendete un altro ciclo di temperature. Ripetete il processo finché non si è determinato con i risultati ripetuti, la migliore temperatura di nucleo a cui tirare il prodotto e il tempo di congelamento associato. Ripetete il processo di volta in volta per verificare il tempo di tiro ottimale con i risultati ripetuti.

I campioni di prodotto da eseguire dovrebbero essere considerati sacrificati poiché probabilmente non utilizzerete strumenti sterilizzati. È necessario assicurarsi di utilizzare lo stesso strumento di misurazione della temperatura correttamente calibrato. Lasciate il lavoro di misurare le temperature del nucleo e determinare i tempi di attesa a un team di assicurazione della qualità che possa adottare un approccio deliberato e preciso. Se siete molto riflessivi e precisi con i vostri studi di temp core, si svilupperà molto rapidamente il vostro buon senso sui tempi di estrazione congelatore in una particolare operazione.

D – PENSO CHE ABBIA ABBASTANZA DEI FONDAMENTI ADESSO. MA COME POSSO TRADURRE QUESTO IN UNA COMPRENSIONE BASICA DEI MACCHINARI, CIOÉ CHE QUANDO VEDA UN SURGELATORE, SAPPIA COME FARE UNA VALUTAZIONE BASICA?

R – Buona domanda! Andiamo attraverso alcuni elementi di base di un congelatore. Li elencherò e ci occuperemo di ogni una alla volta. Cominceremo con l’unità di trattamento dell’aria – o come si riferisce nell’industria della refrigerazione, “l’evaporatore”; progrediamo attraverso il disegno del flusso d’aria; e poi l’integrità del recinto.

Siamo pronti?

D – ASSOLUTAMENTE! DA DOVE COMINCIARE DI NUOVO? L’EVAPORATORE. CHE COS’É, CHE FA E COME POSSO SAPERE SE SARÁ EFFICACE PER IL COMPITO DEL CONGELAMENTO?

R – L’evaporatore consiste in una disposizione di tubi in una “bobina” attraverso la quale il refrigerante passa. Esiste un reticolato di alette metalliche sottili che agiscono per estendere la superficie frigorifera della bobina di tubi. La quantità di superficie refrigerante nella bobina determina la capacità di refrigerazione (e il costo di acquisto) della bobina. Più grande è la superficie, minore sará la differenza di temperatura tra il refrigerante e l’aria necessaria per eseguire il lavoro di refrigerazione. Perché questo è importante? Per ottenere una temperatura dell’aria di -30F, si desidera avere una temperatura del refrigerante -40F; quindi, una DT (differenza di temperatura) di 10F. Un evaporatore congelatore a basso costo che ha solo la metà della superficie di refrigerazione, richiederà una temperatura di refrigerazione di -50F per ottenere una temperatura dell’aria di 30F, quindi una DT di 20F. Ciò fa in modo che il dispositivo di refrigerazione (il compressore) subisce un lavoro più duro. Inoltre, una differenza di temperatura molto elevata aumenta la disidratazione del prodotto. Quindi la regola: più grande l’evaporatore, meglio è! Cercare un evaporatore che abbia un’area frontale molto vicina alla sezione trasversale in cui il prodotto è disposto.

Un’altra caratteristica molto importante di un evaporatore congelatore è la spaziatura delle alette attraverso le quali passano le bobine del refrigerante. Come ho già detto in precedenza, lo scopo di queste “alette” è quello di estendere la superficie della bobina. La distanza tra le alette in una bobina di evaporatore è estremamente importante a causa della formazione di gelo. La surgelazione prenderà una buona quantità di umidità dalla superficie del pesce, come abbiamo discusso in precedenza. Se la spaziatura delle alette è troppo stretta, l’evaporatore sarà molto rapidamente collegato a gelo, bloccando il flusso d’aria, fermando il processo di congelamento. Cercate la spaziatura delle alette che non dia più di tre alette per pollice. Se desiderate visualizzare un buon confronto, osservate la spaziatura delle alette in un evaporatore di stoccaggio a freddo – sarà molto più densa – fino a sette alette per pollice. Quando state osservando la spaziatura delle alette, assicuratevi di confrontare entrambi i lati della bobina! Spesso i produttori di evaporatori per congelatori forniranno ampie distanziali all’entrata dell’aria dell’evaporatore per catturare l’umidità e una spaziatura stretta tra le alette all’uscita del congelatore per dare migliori prestazioni dell’evaporatore.

I ventilatori sono così critici per il funzionamento del congelatore di esplosione come la superficie della bobina del refrigerante. Maggiore è il volume di aria che passa attraverso la bobina e il prodotto, più veloce sarà il tempo di congelamento. Cercate ventilatori che riempano l’area frontale quanto sia possibile. Se state acquistando nuovi evaporatori, chiedete quale sarà la pressione statica del ventilatore oltre l’evaporatore – i ventilatori di grandi dimensioni dovrebbero essere in grado di sviluppare una pressione di 1/2″ a 1″ di colonna d’acqua (un modo di misurare la pressione statica del ventilatore) esterno all’unità scarico per fare il lavoro di congelamento brusco. Nella maggior parte dei casi, i ventilatori ad alta potenza richiederanno gruppi di ventilazione ad alto tenore di alluminio, mentre i ventilatori a freddo sono spesso costruiti con lamiera stampata.

Infine, l’evaporatore del surgelatore deve avere un mezzo di scongelamento, elettrico o a “gas caldo”. Lo sbrinamento elettrico dipende da elementi elettrici che passano attraverso la bobina, forniscono calore durante il ciclo di sbrinamento per fondere il gelo. Le bobine sbrinate a gas calde, durante il ciclo di sbrinamento, utilizzano il gas di scarico del compressore per passare attraverso gli stessi tubi che il refrigerante liquido passa durante il ciclo di congelamento.

Durante il ciclo di sbrinamento, il gas di scarico del compressore si condenserà in refrigerante liquido e quindi rinuncia al calore per sciogliere il gelo (il retro della refrigerazione!). Non tutte le bobine si sbrinano bene, quindi è molto importante tenere d’occhio il successo dello sbrinamento – per assicurarsi che la bobina sia completamente priva di gelo. In caso contrario, il ciclo di congelamento successivo sarà impedito dal flusso d’aria bloccato. I cicli di congelamento ripetuti dopo cicli di sbrinamento incompleti possono eventualmente rovinare la bobina a causa di danni al ghiaccio.

D – DESIGN DEL FLUSSO DI ARIA – NON SEMBRA ESSERE PARTE DI UNA MACCHINA. COSA INTENDE LEI PER “DESIGN DEL FLUSSO DI ARIA”?

R – La progettazione del flusso d’aria ha a che fare con l’interno del surgelatore che dirige l’aria attraverso il prodotto ad una velocità progettata e restituisce l’aria all’evaporatore per il raffreddamento. Ecco un elenco di punti che dovrebbero dare un buon senso su ciò che rende buono un design del flusso d’aria:

Gli evaporatori che riempiono l’intero settore trasversale del vano dove si trova il prodotto sono migliori per produrre uniformità nei tempi di congelamento e di temperatura, rispetto agli evaporatori più piccoli.

I surgelatori con un flusso di aria di “una sola volta” attraverso il plenum d’aria di ritorno sono migliori per produrre uniformità di temperatura e tempi di congelamento rispetto ai congelatori che soffiano l’aria attraverso la cima dei rack dei prodotti, lasciate che l’aria si giri davanti la scatola e l’aria di ritorno attraverso la parte inferiore degli stessi rack.

Un buon design di flusso d’aria include “tornanti” o strutture in lamiere che forniscono un raggio di svolta per essere eseguito dall’aria, invece di angoli affilati – quando è necessario far cambiare la direzione dell’aria. Ad esempio, in una cella quadrata, è necessario effettuare le direzioni di cambiamento dell’aria per un totale di 360 gradi; ognuna delle curve si verifica negli angoli del congelatore. Girare le palette in queste aree aiuta a ridurre la caduta di pressione riducendo l’attrito di turbolenza.

Good airflow design matches the freezing compartment with the size of the product racks so that there is very little space for the air to bypass around the product. Air will always follow the paths of least resistance, which means that every opportunity for the air to bypass the product, it will. When air is bypassing product, the result is lower airflow through the product racks, and therefore higher temperatures next to the product.

D – Integritá del recinto – Suppongo che quello si riferisce a alla camera di surgelazione?

R – Corretto – tutto lo spazio che coinvolge l’evaporatore, l’area di congelamento del prodotto, l’aria di ritorno (o l’aria di rifornimento), le porte e persino le tubazioni che portano l’acqua di sbrinamento sono parte integrante del recinto. L’integrità del recinto ha a che fare con l’infiltrazione di calore e umidità. Ecco un elenco di punti associati all’integrità del recinto:

Una cella poco isolata condurrà il calore dall’esterno della cella verso l’interno, quindi sconfiggendo una percentuale della capacità di refrigerazione della macchina.

Una cella con isolamento deteriorato – come l’isolamento stagnato è spesso un isolatore peggiore di nessun isolamento!

I migliori isolatori sono pannelli in uretano o poliuretano con pelli in lamiera schiumate in fabbrica, in contrapposizione a sezioni stratificate di schiuma tra le pelli di lamiera.

La lana di vetro non è accettabile a temperature di refrigerazione poiché non fornisce alcuna barriera alla migrazione dell’umidità, la lana di vetro alla fine diventa bloccata con ghiaccio.

Le porte che non si chiudono correttamente sono la causa più comune per i tempi di congelamento eccessivi di qualsiasi altra cosa. La causa è generalmente l’usura o la mancanza di guarnizioni delle porte, porte deformate, porte danneggiate o fissaggi di porta non adatti come cerniere o chiusure. Andate all’interno della cella e lasciate un compagno fuori, chiudete le porte nello stesso modo in cui quando la cella è in produzione, spegnete la luce interna e cercate luce intorno alle porte. Ogni divario, non importa quanto piccolo, permetterà che l’aria e l’umidità che l’aria porta entrino nel congelatore. Sì, l’aria calda esterna rovinerà la capacitá delle attrezzature di refrigerazione, ma più di questo, l’aria che s’infiltra dentro la cella durante il congelamento cederà la sua umidità alla bobina dell’evaporatore e bloccherá rapidamente la bobina con il gelo! Il modo più semplice per migliorare i tempi di congelamento è quello di riparare le perdite delle porte!

La tubazione dell’acqua di scongelamento che porta l’acqua di sbrinamento all’esterno della scatola è una fonte molto comune di infiltrazione dell’umidità se l’uscita del tubo non è intrappolata. Se alla fine del tubo dell’acqua di sbrinamento non è installato un “P-trap”, l’aria viene tirata attraverso il tubo quando i ventilatori sono in funzione e tutta l’umidità che viene con l’aria si condenserà, congelerà e si collega l’evaporatore bobina con gelo in ordine molto breve.

Inoltre, guardate le penetrazioni del condotto elettrico all’evaporatore. Il vostro installatore elettrico dovrebbe avere sigillato l’interno del condotto in cui penetra la cella con schiuma, mastice o caulk approvato per l’uso di condotte elettriche. In caso contrario, il condotto consentirà l’infiltrazione di aria umida nella cella. Infatti, nel tempo, riempirà completamente il condotto e danneggerá per congelamento alcuni punti!

D – Favoloso! Tutto questo é stato una giornata interessante! Lei ha fatto causa per quello che sembra un evaporatore gigante, un compressore di alta Potenza, temperature molto basse, porte che si chiudono bene, e un interno della camera perfettamente abbinato alla forma in cui il prodotto é stagionato. Ho visto quel tipo di macchinari nei migliori impianti di produzione e spazi di lavorazione, ma vedo che ci sono molti produttori con macchinari che sono ben altro che perfetti; e sembrano di essere in una lotta continua sempre. Posso vedere ad un nuovo operatore cominciare sotto queste condizioni, ma a che punto dovrebbe un proprietario pensare in una forma di operazione piú di prima categoria?

R – Questa è una domanda molto buona. Sì, abbiamo un’industria molto diversificata di produttori e acquirenti che riempiono ogni nicchia nel mercato dei frutti di mare congelati; e ogni produttore può decidere in quale mercato desidera fare affari. Questa è una buona attività commerciale, ma non c’è bisogno di fare alcun tipo di caso per il tipo di attrezzatura che fa bene al fondo del mercato della qualità in quanto non esiste uno slancio in avanti. Perché non guardare i produttori di alta qualità, grandi e piccoli, e come si impegnano con il mercato? Essi sono quelli che guidano gli standard e in ultima analisi attireranno il mercato nella loro direzione. Per fare un’analogia semplice: l’aspettativa di qualità nel mercato dei pesci congelati sarà in ultima analisi determinata dalle aspettative del mercato dei frutti di mare di qualità premium, e non all’inversa; perciò fissiamo i nostri occhi sulla qualità premium e impegniamo il mercato da questa prospettiva. Pertanto, per concludere, per produrre frutti di mare congelati di alta qualità, è necessario concentrarsi sui tempi di discesa veloci e tempi di congelamento molto brevi; e c’è un livello di tecnologia meccanica e innovazione che sarà richiesto per arrivare a quel punto.

Spero che questa breve sessione di domande e risposte abbia aperto alcune possibilità per te! Quando guardo indietro negli ultimi tre decenni nell’industria dei frutti di mare, vedo abbastanza chiaramente che i migliori prodotti di pesce di qualità che sono stati prodotti sono stati prodotti in questo momento; e spero che questo articolo abbia fatto un piccolo contributo per continuare una progressione verso l’alto nella qualità di ciò che stiamo mettendo nei tavoli di tutto il mondo.