-2 °C bis -12 °C, nicht gekühlt, aber nicht gefroren

Das Bestreben, die Lager- und Haltbarkeit verderblicher Lebensmittel zu maximieren, hat zu einem zunehmenden Interesse daran geführt, Lebensmittel in der Region zwischen ihrem Gefrierpunkt und -12 ° C aufzubewahren. Es gibt auch eine Verwirrung der Begriffe, die verwendet werden, um die Zustände von Lebensmitteln und Prozessen in diesem Temperaturbereich zu beschreiben. Für Lebensmittel, die in diesem Temperaturbereich gehalten werden, werden häufig die Begriffe ’supergekühlt‘, ‚tiefgekühlt‘, ‚ultragekühlt‘ oder ‚teilweise gefroren‘ verwendet; Die Japaner verwenden auch den Begriff ‚Hyo-on‘.

Verwirrenderweise verwenden einige in der Lebensmittelindustrie auch ähnliche Begriffe für gekühlte Lebensmittel, die einfach unter 0 ° C gehalten werden, oder verwenden die Begriffe ‚Super-Chilling‘, ‚Deep-Chilling‘ oder ‚Hard-Chilling‘ für den Prozess der Verwendung von Kühltemperaturen unter 0 ° C (auch allgemein als ‚Rapid‘ oder ‚ultra-Rapid‘ Chilling bezeichnet). Wenn während des Prozesses vor dem Ausgleich auf die erforderliche Lagertemperatur gefroren wird, können auch Begriffe wie Krustengefrieren und Teilgefrieren verwendet werden. Das Einfrieren von Krusten wird häufig verwendet, um das Schneiden von Lebensmitteln zu unterstützen, indem die Außenseite des Produkts steif und somit leichter zu schneiden wird. Ein kontrollierter Prozess, bei dem das gesamte Produkt eine gleichmäßige Temperatur aufweist, bei der es einen erheblichen Eisgehalt für das Schneiden oder andere Formen der Verarbeitung aufweist, wird als Tempern bezeichnet. Um die Dinge noch weiter zu verwirren, können einige Lebensmittel deutlich unter ihrem Gefrierpunkt gehalten werden, ohne dass ein Einfrieren auftritt (d. H. Keimbildung von Eiskristallen); Dies wird normalerweise als ‚unterkühlt‘, ‚unterkühlt‘ oder ‚unterkühlt‘ bezeichnet.

Superkühlung

Typischerweise besteht das Ziel der Superkühlung darin, Lebensmittelprodukte bei Temperaturen knapp unter ihrem anfänglichen Gefrierpunkt zu lagern; niedrig genug, um die bakterielle Aktivität wesentlich zu reduzieren, aber hoch genug, um ein signifikantes Wachstum von Eiskristallen zu vermeiden, das strukturelle Schäden verursachen kann. Für typische Lebensmittel wie Fisch, Fleisch und Gemüse liegen diese Temperaturen im Bereich von -1°C bis -7°C, wobei (je nach Zusammensetzung) etwa 10 bis 50 Prozent des Wassers im Produkt Eis sind.

Der Großteil der Fachliteratur zum Thema Super-Chilling bezieht sich auf Fisch und andere Meereslebensmittel1,2,3,4,5, obwohl das Verfahren in den USA häufig für Geflügel6 verwendet wird. Dieses Produkt wird selten als supergekühlt bezeichnet, da in den USA legal Geflügelfleisch, das über -3,3 ° C gehalten wird, als frisch vermarktet werden kann (US Poultry Products Inspection Regulations 9CFR381). Studien an gehärteten und rohen Schweinegelenken haben berichtet, dass das Superkühlen die Haltbarkeit solcher Produkte im Vergleich zum Kühlen erheblich verlängert und Produkte von ähnlicher Qualität wie Gekühlt erzeugt4,7,8. Es hat sich jedoch gezeigt, dass supergekühltes rohes Rindfleisch ähnliche Tropfeigenschaften wie gefrorenes Rindfleisch aufweist und supergekühlt ist, um unansehnliche kleine weiße Flecken auf der Oberfläche der Schnitte zu erzeugen9.

Die supergekühlte Lagerung hat gegenüber der herkömmlichen Kühl- und Tiefkühllagerung eine Reihe potenzieller Vorteile, vor allem die Möglichkeit, die Haltbarkeit von Lebensmitteln von Tagen auf Wochen zu verlängern, ohne die nachteiligen Qualitätseffekte durch erhebliche Eiskristallbildung zu erleiden. Es wurde auch behauptet, dass das Vorhandensein von Eiskristallen in supergekühlten Produkten dazu beitragen könnte, akzeptable Temperaturen während der gesamten Kühlkette aufrechtzuerhalten, indem das Äquivalent eines internen Wärmespeichers bereitgestellt wird3. Wenn der Prozess das Einfrieren für einige Produkte unnötig macht, könnte er möglicherweise erhebliche Energieeinsparungen bieten, indem er die Notwendigkeit von Schockfrostern und Lagerung und Anzeige bei niedrigen Temperaturen überflüssig macht. Darüber hinaus könnten supergekühlte Produkte von Einzelhändlern im Vergleich zu gefrorenen Äquivalenten attraktiver vermarktet werden. Produkte, die derzeit in großen Mengen gefroren sind und vor dem Einzelhandel aufgetaut werden müssen (z. B. viele Fischprodukte), müssen nicht aufgetaut werden.

Temperieren und Einfrieren der Kruste

Temperieren ist der Prozess, bei dem ein Lebensmittelprodukt auf eine Temperatur gebracht wird, bei der ein erheblicher Teil des Wassers im Produkt in Form von Eis vorliegt, aber nicht das gesamte Wasser zu Eis geworden ist. Diese Temperatur muss unter dem Gefrierpunkt liegen und liegt häufig zwischen -2 ° C und -5 ° C, Temperaturen, die häufig für die supergekühlte Lagerung verwendet werden. In diesem Zustand ist das Produkt steif, aber nicht hart und somit leichter zu schneiden. Das temperierte Produkt kann entweder von einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts in diesen Zustand abgekühlt oder von einer gefrorenen Temperatur erwärmt werden. Krustengefrieren wird oft für den gleichen Zweck verwendet, ist aber im Wesentlichen ein weniger kontrollierter Prozess, bei dem nur die Oberfläche gefroren wird. Dies ist für einige Produkte in Ordnung, aber das Tempern auf eine gleichmäßige Temperatur und Steifigkeit ermöglicht ein gleichmäßigeres und kontrollierteres Schneiden und ist entscheidend für die Ausbeute an unbeschädigten Scheiben hoher Qualität in einigen Produkten10,11.

Superkühlung

Superkühlung ist das Phänomen, bei dem die Temperatur einer Lösung oder eines Materials unter ihren Gefrierpunkt gesenkt wird, ohne dass eine Kristallisation auftritt, aufgrund einer Energiebarriere, die überwunden werden muss, bevor die Keimbildung beginnt. Wenn die Kristallisation beginnt, wird die Temperatur auf den Gefrierpunkt angehoben. Der Punkt, an dem die Keimbildung eingeleitet wird, kann als ‚Keimbildungspunkt‘ oder ‚metastabile Grenztemperatur’12 bezeichnet werden.

Es ist bekannt, dass Flüssigkeiten in Haushaltsgefrierschränken leicht unterkühlen können, wobei sich unerwartet und plötzlich Eis bildet, wenn die Flasche oder Dose geöffnet oder geschüttelt wird. Viele Beispiele für Heimexperimente und Demonstrationen dieser Phänomene finden Sie beispielsweise auf YouTube. Eine Reihe von Getränkeunternehmen haben kommerzielle Produkte mit Superkühlung entwickelt. Der Vorteil der Eisbildung durch Unterkühlung besteht darin, dass dieses Eis aus dem Inneren des Getränks entsteht und somit nicht verdünnt wird. Ein supergekühltes Lager ‚Arc‘ wurde von Bass Brewers entwickelt (später von Coors als ‚Coors Sub Zero‘ neu aufgelegt), das bei -2,5 ° C mit einem Kopf aus Eiskristallen serviert wurde, die beim Gießen im supergekühlten Lager keimten 13. Kürzlich wurde auch berichtet, dass Coca-Cola eine ’super Cold‘ -Variante von Sprite entwickelt hat, die als ‚Sprite Super Chilled’14 vermarktet wird. Diese supergekühlten Produkte sollten nicht mit dem verwechselt werden, was allgemein als ’supergekühlte‘ Getränke vermarktet wird. Dies sind lediglich Produkte, die einige Grad kälter als ähnliche Produkte gehalten werden, im Allgemeinen unter 0 ° C, aber über dem Gefrierpunkt der Produkte.

Eine Reihe neuartiger Gefriersysteme ist nicht nur für die Herstellung von Speiseeis von Bedeutung, sondern verwendet auch eine Unterkühlung, indem das Zielprodukt Magnetfeldern niedriger Intensität (z. B. in Cells Alive System (CAS)) ausgesetzt wird) entwickelt von der japanischen Firma ABI Co Ltd) oder Hochdruck15, um eine gleichmäßige und schnelle Eisbildung im gesamten Produkt zu erreichen. In diesen Fällen ist die Unterkühlung ein Schritt auf dem Weg zum vollständigen Einfrieren.

Die Fähigkeit von Pflanzen, sich abzukühlen, um Frostschäden zu vermeiden, ist relativ bekannt16. Weniger berichtet ist die Fähigkeit von ganzen Früchten und Gemüse zu super-cool. Bereits in den 1920er Jahren berichtete Diehl17, dass isolierte Äpfel manchmal bis zu sieben oder acht Grad unter ihrem Gefrierpunkt ohne Eisbildung gekühlt werden konnten, vorausgesetzt, die Früchte blieben ungestört. Es wurde auch berichtet, dass eine Vielzahl anderer Obst- und Gemüsesorten zu einer signifikanten Unterkühlung fähig ist, darunter Früchte wie Trauben, Orangen, Zitronen18, Erdbeeren19 und Tomaten12 sowie Gemüse wie Kartoffeln (Hruschka et al., 1961) und Blumenkohl20. Jüngste Studien am FRPERC21 haben gezeigt, dass eine signifikante und überraschend stabile Unterkühlung in einer Vielzahl von Gemüsen (wie Knoblauch, Schalotten und Blumenkohl) auftritt, und haben gezeigt, dass einige Gemüsesorten (wie Knoblauch und Schalotten) bei Temperaturen gelagert werden können deutlich unter ihrem Gefrierpunkt für Wochen ohne Einfrieren.

Zukünftige Entwicklungen

Die Lagerung und Verarbeitung von Lebensmitteln bei Temperaturen im Bereich von -2 °C bis -12 °C hat in Bezug auf verbesserte Sicherheit und Qualität, verlängerte Haltbarkeit und geringeren Energieverbrauch viel zu bieten. Mehr Forschung und Entwicklung ist erforderlich, um dieses Potenzial zu maximieren, und es ist notwendig, die Definition von Produkten, die in diesem Temperaturbereich verarbeitet werden, klar zu definieren und zu rationalisieren.

1. Waterman, JJ & Taylor, DH (1967) Superchilling. Torry Forschungsnotiz Nr. 32.
2. Le Danois, E. (1920) Nouvelle méthode de frigorification du poisson. Französisches Patent Nr. 506.296. (Zitiert von Aune, 2003).
3. Aune, EJ (2003) Superchilling von Lebensmitteln, eine Überprüfung. 21. Internationaler Kongress für Kältetechnik, IIR/IIF, Washington, USA. Modell: ICR0127.
4. Haugland, A., Aune, E. J. & Hemmingsen, A. K. T. (2005) Superchilling – innovative Verarbeitung von frischen Lebensmitteln. EuroFreeze 2005: Individuelles Schnellgefrieren von Lebensmitteln, Proceedings of EU Workshop (Projekt QLK1-CT-2002-30544), 13.-15. Januar 2005, Sofia, Bulgarien, S. 1-8.
5. Gregersen, F. (2006) Noch längere Haltbarkeit. Fiskeriforskning Info, Nr. 11.
6. Jul, M. (1986) Chilling Broiler chicken: ein Überblick. Jüngste Fortschritte und Entwicklungen bei der Kühlung von Fleisch durch Kühlen, Sitzung der IIR-Kommission C2, Bristol (UK), S. 133-43.
7. Bøgh-Sørensen L & Zeuthen P (1984), ‚Die Gültigkeit des TTT-Konzepts für die Haltbarkeit gekühlter, gepökelter Fleischerzeugnisse‘, Proceedings of the European Meeting of Meat Research Workers, 30, Abschnitt 5:5, 223-224.
8. Duun, A. S., Hemmingsen, A. K. T., Haugland, A. & Rustad, T. (2008) Qualitätsänderungen während der supergekühlten Lagerung von Schweinebraten. LWT – Lebensmittelwissenschaft und -technologie. Vol. 41, S. 2136-2143.
9. Klein, A., Sikes, A. & Doral, D. (2008) Voruntersuchungen zur Verwendung von Deepchill-Temperaturen zur längeren Lagerung von Rindfleisch. Tagungsband des 54. Internationalen Kongresses für Fleischwissenschaft und -technologie (ICoMST), Kapstadt, Südafrika.
10. James, S. J. & James, C. (2002) Fleischkühlung. Woodhead Publishing Limited, ISBN 1 85573 442 7 1-347.
11. Lammertz, M. & Brixy, N. (2001) Kontinuierliche Prozess- und Produktionsverbesserungen durch Anwendung von Kälte mit kryogenen Gasen. Schnelle Kühlung von Lebensmitteln, Sitzung der IIR-Kommission C2, Bristol (UK) Paris: International Institute of Refrigeration, ISSN 0151-1637 ISBN 2-913149-23-5, pp119-126.
12. Cox, D. R. G. & Moore, S. R. (1997) Ein Verfahren zur Unterkühlung, Patent WO 97/18879.
13. Derbyshire, D. (2006) Möchten Sie Eis mit Ihrem Lager? Das Bier, das bei -2,5 ° C serviert wird. 23. Juni 2006. (http://www.telegraph.co.uk/news/main.jhtml?xml=/news/2006/06/22/nbeer22.xml&sSheet=/news/2006/06/22/ixuknews.html)
14. Reynolds, J. (2007) Coke Plots ‚Sprite mit Eis‘ mit Hilfe neuer Technologie. In: MarketingWeek. 12. September 2007. (http://www.marketingweek.co.uk/cgi-bin/item.cgi?id=57846)
15. Urrutia, G., Arabas, J., Autio, K., Brul, S., Hendrickx, M., Kakolewski, A., Knorr, D., Le Bail, A., Lille, M., Molina-García, A. D., Ousegui, A., Sanz, P. D., Shen, T. & Van Buggenhout, S. (2007) SICHERES EIS: Niedertemperaturdruckverarbeitung von Lebensmitteln: Sicherheits- und Qualitätsaspekte, Prozessparameter und Verbraucherakzeptanz. Zeitschrift für Lebensmitteltechnik. Vol. 83:2, S. 293-315.
16. Pearce, RS (2001) Einfrieren und Beschädigung von Pflanzen. Annalen der Botanik. Vol. 87, S. 417-424
17. Diehl, H. C. (1924) Gefrierverletzung von Äpfeln. Zeitschrift für Agrarforschung. Vol. 29, pp0099-0127.
18. Lucas, JW (1954) Unterkühlung und Eiskeimbildung in Zitronen. Pflanzenphysiologie. Vol. 29, S. 245-251.
19. Martins, R. C. & Lopes, V. V. (2007) Modellierung der Unterkühlung bei gefrorenen Erdbeeren: Experimentelle Analyse, zelluläre Automatisierung und inverse Problemmethodik. Zeitschrift für Lebensmitteltechnik. Vol. 80, S. 126-141.
20. Fuller, M. P. & Wisniewski, M. (1998) Die Verwendung der Infrarot-Wärmebildgebung bei der Untersuchung der Eiskeimbildung und des Einfrierens von Pflanzen. In: Journal of Thermal Biology. Vol. 23:2, S. 81-89.
21. James, C., Seignemartin, V. & James, SJ (2009) Das Einfrieren und Unterkühlen von Knoblauch (Allium sativum L.). In: International Journal of Refrigeration. Vol. 32:2, S. 253-260. IIR (2006) Empfehlungen für die Verarbeitung und Handhabung von Tiefkühlkost. IIR, Paris.

R22-Ausstieg

Judith Evans, Forschungszentrum für Lebensmittelkühlung und Verfahrenstechnik FRPERC

Ab dem 1. Januar 2010 legt die EG (ODS) -Verordnung 2037/2000 fest, dass kein reines HFCKW mehr geliefert oder zur Wartung bestehender Geräte verwendet werden darf. Ab dem 1. Januar 2015 besagt dieselbe Verordnung, dass kein recyceltes oder zurückgewonnenes HFCKW mehr geliefert oder zur Wartung bestehender Geräte verwendet werden darf.

R22 ist ein HFCKW und fällt unter diese Vorschriften. R22 ist immer noch ein weit verbreitetes Kältemittel in der gesamten Lebensmittelkühlkette. Eine Umfrage, die 2005 für den Carbon Trust (Strategic Review of Refrigeration Use in Food and Drink Sector) durchgeführt wurde, ergab, dass 70 Prozent der Lebensmittelverarbeitungsbetriebe Kälteanlagen mit R22 hatten. Interessanterweise gaben nur 25 Prozent derjenigen mit R22 vor Ort an, in den nächsten Jahren neue Anlagen kaufen zu wollen. Dies würde darauf hindeuten, dass eine große Anzahl von Lebensmittelherstellern heute noch Pflanzen hat, die R22 enthalten.

Es scheint, dass nur wenige Unternehmen eine klare Strategie für den Ersatz von R22 haben. Je näher die R22-Ausstiegsdaten rücken, desto knapper und teurer wird die Verfügbarkeit von Ressourcen (Auftragnehmer, Ausrüstung und Kältemittel). Lebensmittelhersteller haben mehrere Möglichkeiten, um sicherzustellen, dass Kühlanlagen nach Beginn des R22-Ausstiegs in Betrieb bleiben.

Die ODS-Vorschriften verbieten nicht den Betrieb von Anlagen mit R22, sondern verbieten die Verwendung von jungfräulichem und recyceltem Kältemittel. Wenn die Anlage leckagefrei ist, kann der Betrieb mit R22 so lange fortgesetzt werden, wie der Benutzer dies wünscht. Der Anwender macht sich jedoch angreifbar, wenn die Anlage auslaufen, beschädigt werden oder invasive Sanierungsarbeiten erfordern sollte. Benutzer, die eine Reihe von Anlagen besitzen, die mit R22 betrieben werden, sollten am besten eine schrittweise Ausstiegsstrategie anwenden. Zunächst sollten Anlagenaufzeichnungen untersucht werden, um die Anlagen mit den historisch größten Leckage- und Wartungsproblemen zu ermitteln. Diese Anlagen können dann entweder durch neue ersetzt oder (nachdem sie leckagefrei gemacht wurden) möglicherweise mit einem Drop-in-Ersatz für R22 nachgerüstet werden. Unter der Annahme, dass es sauber ist, kann das R22 aus der inzwischen stillgelegten Anlage bis 2015 in anderen R22-Anlagen verwendet werden. Wenn die Pflanzen, die R22 enthalten, schrittweise ersetzt werden, können Benutzer einen schrittweisen Ausstieg aus R22 planen und planen.

Der geplante Ausstieg aus R22 bietet Anwendern die Möglichkeit, Anlagen zu verbessern und zu optimieren. Im Laufe der Zeit wurden möglicherweise viele Kühlsysteme geändert und sind möglicherweise nicht mehr vollständig für ihre Aufgabe geeignet. Es bestehen daher Möglichkeiten, besser optimierte, energieeffiziente Anlagen unterzubringen. Informationen zu den derzeit und in Zukunft verfügbaren Optionen zur Verbesserung der Effizienz von Kälteanlagen finden Sie im Rahmen eines Defra-finanzierten Projekts unter: www.in: frperc.bris.ac.uk/defraenergy/index.html