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Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren von tierischen Lebensmitteln Speziell Produkt Technologie.

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Präsentation zum Thema: "Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren von tierischen Lebensmitteln Speziell Produkt Technologie."—  Präsentation transkript:

1 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren von tierischen Lebensmitteln Speziell Produkt Technologie

2 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Inhaltsübersicht Geschichte der Kältetechnik Definitionen Tiefgefrierprozess Tiefgefrierverfahren Verpackung Weitertransport Lebensmittelrechtliche Vorschriften

3 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Geschichte der Kältetechnik Verlängerung der Haltbarkeit durch Anwendung tiefer Temperaturen - Unterirdische Keller - Kalte Quellen - Schnee 20. Jahrhundert: erstmaliges Einsetzen von Kälte als konventionelles Haltbarmachungsverfahren

4 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Entwicklung der Kältetechnik 16.JahrhundertKältemischung aus Eis, Wasser und Kochsalz 19.JahrhundertKompressorkühlschränke 1874Kältemaschine durch Ammoniakverflüssigung mittels Kompression durch Carl von Linde 1911 Industrielle Haltbarmachung von Lebensmitteln durch 30%ige Sole als Kältemittel Weißblech knapp – Unterstützung der Kühlindustrie durch Fördermittel der Regierung nach 1945 Aufbau einer Tiefkühlkette durch REWE und EDEKA

5 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Pro-kopf-Verbrauch an Tiefkühlkost in Deutschland in kg/a

6 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Absatzentwicklung in Deutschland in t

7 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Warum?

8 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Warum? Schonendste Verfahren zur Konservierung Verzögerung von biochemischen Reaktionen Einstellen der Mikroorganismenwachstums Längere Haltbarkeit im Vergleich zu anderen Verfahren

9 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Definitionen

10 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Kühlen Lagerung bei Temperaturen knapp oberhalb von 0°C chemische Veränderungen verlangsamt T = 0°C bis +10°C

11 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Gefrieren Lagerung bei Temperaturen unterhalb 0°C kaum wirtschaftliche Bedeutung T = 0°C bis -18°C

12 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrieren Synonym: frosten Herunterkühlen des Lebensmittels auf Temperaturen unter den Gefrierpunkt Prozess läuft in mehreren Stufen ab Beendigung, wenn T < -18°C ist

13 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrorene Lebensmittel Lebensmittel, die von der Herstellung bis zur Abgabe an den Endverbraucher eine Temperatur von -18°C aufweisen müssen zum Verzehr Erhitzung auf Verzehrstemperatur

14 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Temperatur früher: -10°C Ende der 30er Jahre: Festlegung der einzuhaltenden Temperatur auf 0°F (-17,8°C)

15 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefkühlkette alle Stationen von der Herstellung bis zur Abgabe an den Endverbraucher

16 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Gefrierzeit Zeit vom Eindringen des zu gefrierenden Lebensmittel bis zum Erreichen der Endtemperatur abhängig von Dicke, Form, Wärmeleitfähigkeit des Produktes

17 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Gefriergeschwindigkeit Internationales Institut für Kältetechnik: l = kürzester Abstand zwischen Oberfläche und Kern in cm t = erforderliche Zeit, um Temperatur von 0°C auf -10°C zu erniedrigen Gefrieren im Gefrierraum mit bewegter Luft 0,1 cm/h Gefrieren im Tunnel mit bewegter Luft0,3 – 1,5 cm/h Kontaktgefrieren1,2 – 2,5 cm/h Schnellgefrieren1,5 – 3,0 cm/h Gefrieren in verflüssigten Gasen3,0 – 10,0 cm/h schnell

18 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrierprozess

19 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrierprozess Wasser Eiskristallbildung bevorzugt an festen Oberflächen oder Partikeln

20 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren in Lebensmitteln Gehalt an Salzen, gelöster organischer Stoffe hoch keine Unterkühlung notwendig Vorhandensein von Kristallisationskeimen da

21 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Temperatur, bei der das Gefrieren beginnt ist abhängig von Konzentration der gelösten Stoffe im Wasser

22 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Gefrierbeginn bei Temperaturen unter 0°C LebensmittelGefrierbeginn Rindfleisch-1,1 °C Schweinefleisch-2,0°C Kabeljau-1,1°C Fettfisch-0,8°C Eiklar-0,5°C Eigelb-0,7°C Nüsse-6,7°C Weißbrot-4,5°C Karotten-1,4°C

23 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Mageres Fleisch enthält bis zu 74% Wasser gefrieren Bildung von Eiskristallen an festen Flächen / organische Stoffe Kristallisationstemperatur = -1,5°C Kerntemperatur = -10°C größte Teil des ausfrierbaren Wassers gefroren

24 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Unterscheidung der Kristallisationsbedingungen Langsame Gefriergeschwindigkeiten Schnelle Gefriergeschwindigkeiten

25 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Konzentration an gelösten Stoffen in den Zellen höher Kristallisationsbeginn später Eiskristallbildung im Bindegewebe entlang den Muskelfasern

26 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Erhöhung der Konzentration der nicht gefrorenen Restlösung durch Eisbildung Anstieg des osmotischen Druckes im extrazellulären Raum Konzentrationsgefälle Wasser diffundiert in den extrazellulären Raum und gefriert

27 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Anreicherung an gelösten Stoffe in der Zelle Kristallisationsbeginn wird abgesenkt Keine oder geringe Eiskristallbildung Entstehung großer unregelmäßig geformter Eiskristalle im extrazellulären Raum Zelldeformation

28 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Eisbildung beginnt im extrazellulären Raum Eisbildung im intrazellulären Raum schnellere Gleichgewichtseinstellung Entstehung vieler kleiner, feinkörniger Eiskristalle die über das gesamte Gewebe verteilt sind Zellen bleiben unzerstört

29 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Fazit Bildung von grob- oder feinkörnigen Eiskristallgefügen ist vom Verhältnis der Geschwindigkeit der Kernbildung zur Kristallwachstumsgeschwindigkeit abhängig

30 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Eiskristallgröße im Vergleich Abb. 1: Langsame GefriergeschwindigkeitAbb. 2: Schnelle Gefriergeschwindigkeit

31 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrieren – mehrstufiger Prozess VorgefrierstadiumAbkühlung des Produktes von der Eindringtemperatur bis auf den Gefrierpunkt GefrierstadiumErstarrung des ausfrierbaren Wassers bei nahezu konstanter Temperatur Absenkung der Produkttemperatur bis auf die vorgesehene Endtemperatur

32 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Anforderungen an die Rohware Hoher pH-Wert wünschenswert hohes Wasserbindevermögen geringer Abtropfverlust Rasse, Fütterung und Alter des Tieres bestimmen Qualität Zeitspanne zwischen Schlachtung und Herstellung soll gering sein Merke: Qualität des Tiefgefrierproduktes kann niemals besser sein, als die verwendete Rohware

33 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrierverfahren

34 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrierverfahren Differenzierung bei der Konstruktion von Gefrierapparaten nach –der dominierenden Art der Wärmeübertragung –der Art des Kühlmediums –dem Zustand des Gefriergutes –dem Transportmechanismus des Gutes im Gefrierapparat

35 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und TiefgefrierverfahrenKälteanlagen notwendig niedrige Temperaturen

36 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und TiefgefrierverfahrenKälteanlagen notwendig niedrige Temperaturen erreicht durch Verdampfen eines flüssigen Kältemittels Entzug von Wärme aus der Umgebung

37 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und TiefgefrierverfahrenKälteanlagen notwendig niedrige Temperaturen erreicht durch Verdampfen eines flüssigen Kältemittels Entzug von Wärme aus der Umgebung notwendig Kompressoren

38 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Gas Flüssigkeit Druck Wärmeaustauscher Flüssigkeit Gas Kälte durch Wärmeentzug

39 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Kältemittel meist Ammoniak preiswert+wirtschaftlich hohe Brennbarkeit giftig Explosionsgefahr aber

40 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Wärmetauscher Rohrbündelwärmeaustauscher Luftzirkulationsverdampfer Plattenverdampfer

41 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Rohrbündelwärmeaustauscher Wärmeentzug von flüssigen Wärmeüberträgern Zirkulation des Kältemittels im Inneren der Rohre Abb. 3: Rohrbündelwärmeaustauscher

42 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Luftzirkulationsverdampfer Wärmeentzug von gasförmigen Wärmeüberträgern Abb. 4: Luftzirkulationsverdampfer

43 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Plattenverdampfer Einspritzung des Kältemittels in die Hohlräume von Metallplatten

44 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Verfahren und Anlagen für das Tiefgefrieren

45 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Kriterien zur Auswahl des Verfahrens Qualitätserhaltung des Produktes Flexibilität Geringe Kapitalkosten Geringe laufende Kosten (Wartung, Energie, Reparaturen) Umweltverträglichkeit

46 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Verfahren mit einer Sole 1911Frostung von Fischen in Solebad (-21°C) heutzutage auch in Zuckerlösung oder Gylkol (-30°C) –Tauchgefrieren –Sprühgefrieren

47 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Produkt Sole Gitterband und Mitnehmer Oberband gefrorenes Produkt Abb. 5: Sole-Durchlaufanlage

48 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Verfahren mit einer Sole guter Wärmeübergang w n = 4 cm/h hoch Energieverbrauch niedrig geringer Platzverbrauch gute Integration in die bestehende Linie Möglichkeit zum Gefrieren von unregelmäßig geformten Produkten aberaufwendige Reinigung aufwendige Instandhaltung

49 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Verfahren mit kyrogenen Gasen bei NormdruckSiedetemperatur von Stickstoff = -196,7°C Fl. StickstoffLebensmittel rascher Wärmeentzug (w n = 12cm/h)

50 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Verfahren mit kyrogenen Gasen bei NormdruckSiedetemperatur von Stickstoff = -196,7°C Fl. StickstoffLebensmittel rascher Wärmeentzug (w n = 12cm/h) kleine Eiskristalle geringe Produktschädigung

51 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Abb. 6: Stickstoff-Tiefgefrier-Anlage

52 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Abb. 7: Stickstoff-Tiefgefrier-Anlage

53 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Abb. 8: Stickstoff-Tiefgefrier-Anlage- Sprühverfahren

54 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Vorteile - Nachteile kurze Gefrierzeiten hohe Gefriergeschwindigkeiten (w n = 12 cm/h) Gefriervorgang in keimhemmender und sauerstoffarmer Schutzgasatmosphäre kleine Kristallgrößen Qualitätserhalt des Produktes geringe Investition für die Anlage keine separate Kältemaschine erforderlich Gase sind nicht umweltbelastend Möglichkeit zum Gefrieren unregelmäßig geformter Produkte hohe Betriebskosten nur bei kleinen Mengen lohnenswert

55 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Kontaktgefrieren Wärmeentzug von Produkten durch Kontakt mit kalten Metallflächen Wärmeübertragung durch Wärmeleitung (Konvektion)

56 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Kontaktgefrieren diskontinuierliche Anlagen Plattenfroster kontinuierliche Anlagen Gefrierbandanlagen Walzenfroster Kratzkühler Rundgefrierer

57 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Abb. 9: Plattenfroster

58 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Abb. 10: Plattenfroster

59 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Abb. 11: automatischer Plattenfroster

60 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Abb. 12: Mehrplattenfroster

61 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Walzen- /Trommelfroster Trommel enthält kalte Sole Produkt gefriert auf der Oberfläche der Trommel nach ¾ Drehung Gefrierprozess beendet Produkt wird abgeschabt Fischfilet oder Fleischscheiben Leistung = 0,3 – 1t/h

62 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Walzen- /Trommelfroster Abb. 13: Walzenfroster

63 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Vorteile - Nachteile guter Wärmeübergang Gefrierzeiten < 2h geringer Platzbedarf zum Teil vollautomatisch Vollautomatisierte Anlagen sind nur für quaderförmige Güter mit einer maximalen Dicke von 100 mm verfügbar

64 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Gefrierverfahren in Kaltluft Lufttemperatur = -30 bis -45°C Luftschlechter Wärmeüberträger hohe Luftgeschwindigkeit Luftgeschwindigkeiten = 0,5 – 5,0 m/s

65 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Gefrierverfahren in Kaltluft Diskontinuierliche Gefrieranlagen Gefrierkammern mit Hordenwagen Kontinuierliche Gefrieranlagen Hordenfroster Spiralbandfroster Wirbelschichtfroster Palettenfroster Schlittenfroster

66 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Kammergefrierverfahren mit Luft Abb. 14: Kammergefrieranlage

67 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Kammergefrierverfahren mit Luft 1 Isolierraum 2 Wärmetauscher 3 Ventilator 4 Tür 5 Luftführung 6 Hordenwagen Abb. 15: Kammergefrieranlage

68 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Kammergefrierverfahren mit Luft niedrige Kapitalkosten aber: hoher Arbeitsaufwand hoher Energieverbrauch gleichmäßige Luft- und Gefriergeschwindigkeit schwer erreichbar

69 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Optimierung mittels Durchlauffroster

70 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tunnelgefrieranlage mit Hordenwagen Lebensmittel im Gegenstrom zur bewegten Luft Gleichverteilung der Luft durch Leitbleche Abb. 16: Tunnelgefrieranlage mit Hordenwagen

71 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tunnelgefrieranlage mit Hordenwagen gleichmäßige Verteilung der Luft geringe Kapitalkosten komplette Automatisierung aber:nur für kleine Produkte anfrieren von Panade nachfrosten von Fertiggerichten

72 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Fließbettfroster tiefgefrieren von großen Mengen Firma Heinen = 15000kg/h tiefgefrieren von schüttfähigen, kleinstückigen Lebensmitteln

73 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Fließbettfroster Abb. 17: Fließbettfroster der Firma Heinen

74 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Fließbettfroster schnelle Randfrostung Verhinderung von Feuchtigkeitsverlust Anordnung der Produkte auf dem Band bleibt erhalten

75 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und TiefgefrierverfahrenSpiralbandfroster Abb. 18: Spiralbandfroster der Firma Frigoscania

76 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Spiralbandfroster Bandbreiten von 1,2 m regelbare Durchlaufzeit von 10 – 240 min Kapazitäten von 0,5 – 10 t/h geringer Platzbedarf im Verhältnis zur Bandlänge

77 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und TiefgefrierverfahrenWirbelschichtfroster Für kleinstückige unverpackte Produkte Abb. 19: Wirbelschichtfroster

78 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Verpackungen

79 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und TiefgefrierverfahrenVerpackungsanforderungen Schutzfunktion Schutz vor Kontamination und Produktveränderung Umweltfunktion geringe Umweltbelastung Gebrauchsfunktion einfache und sichere Handhabung Verkaufsfunktion Übertragung gesetzlich vorgeschriebener Angaben Lagerfunktion Lagerfähigkeit und Raumeinsparung Transportfunktion Resistenz gegenüber Transportbelastung Sicherheitsfunktion Garantie der Unversehrtheit des Produktes Betriebsfunktion Erfüllung der betriebs- internen Anforderungen

80 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Verpackungsmaterialien Kunststoffbeschichtete Papiere + Kartonagen - Faltschachteln Kunststofffolien - Schrumpffolie - Kochbeutel - Aluminiumschalen

81 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Weitertransport Lastkraftwagen mit einer Nutzlast von 15 – 24t Isolieraufbau Durchschnittliches Ladevolumen = 80m³ Fahrzeugkühlungen –Kälteaggregate –Flüssigstickstoff-Anlagen Endtemperatur von -18°C darf nicht überschritten werden

82 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Lebensmittelrechtliche Vorschriften Gemäß §2 TLMV: Verwendung von Lebensmittel mit einwandfreier Qualität Als Gefriermittel mit direktem Kontakt: –Luft –Stickstoff –CO 2 Temperatur muss bis zur Abgabe an den Verbraucher <-18°C sein

83 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !!!


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