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

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

Entwicklung der Kältetechnik 16.Jahrhundert Kältemischung aus Eis, Wasser und Kochsalz 19.Jahrhundert Kompressorkühlschränke 1874 Kältemaschine durch Ammoniakverflüssigung mittels Kompression durch Carl von Linde Industrielle Haltbarmachung von Lebensmitteln durch 30%ige Sole als Kältemittel 1914 - 1945 Weißblech knapp – Unterstützung der Kühlindustrie durch Fördermittel der Regierung nach 1945 Aufbau einer Tiefkühlkette durch REWE und EDEKA Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

Absatzentwicklung in Deutschland in t Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Warum? Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Definitionen Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

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

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

Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Gefrierzeit Zeit vom Eindringen des zu gefrierenden Lebensmittel bis zum Erreichen der Endtemperatur abhängig von Dicke, Form, Wärmeleitfähigkeit des Produktes 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 Luft 0,3 – 1,5 cm/h Kontaktgefrieren 1,2 – 2,5 cm/h Schnellgefrieren 1,5 – 3,0 cm/h Gefrieren in verflüssigten Gasen 3,0 – 10,0 cm/h schnell Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Tiefgefrierprozess Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

Gefrierbeginn bei Temperaturen unter 0°C Lebensmittel Gefrierbeginn 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 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

Eisbildung im intrazellulären Raum 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 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

Tiefgefrierverfahren 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 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

Kälteanlagen notwendig niedrige Temperaturen Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

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

Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Wärmetauscher Rohrbündelwärmeaustauscher Luftzirkulationsverdampfer Plattenverdampfer Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

Verfahren und Anlagen für das Tiefgefrieren Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

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

Verfahren mit kyrogenen Gasen bei Normdruck Siedetemperatur von Stickstoff = -196,7°C Fl. Stickstoff Lebensmittel rascher Wärmeentzug (wn = 12cm/h) Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

Verfahren mit kyrogenen Gasen bei Normdruck Siedetemperatur von Stickstoff = -196,7°C Fl. Stickstoff Lebensmittel rascher Wärmeentzug (wn = 12cm/h) kleine Eiskristalle geringe Produktschädigung Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Vorteile - Nachteile kurze Gefrierzeiten hohe Gefriergeschwindigkeiten (wn = 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 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Abb. 9: Plattenfroster Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Abb. 10: Plattenfroster Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Abb. 12: Mehrplattenfroster 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 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

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

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

Optimierung mittels Durchlauffroster Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

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

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

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 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren Verpackungen Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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 Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

Lebensmittelrechtliche Vorschriften Gemäß §2 TLMV: Verwendung von Lebensmittel mit einwandfreier Qualität Als Gefriermittel mit direktem Kontakt: Luft Stickstoff CO2 Temperatur muss bis zur Abgabe an den Verbraucher <-18°C sein Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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