Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren von tierischen Lebensmitteln

Präsentation zum Thema: "Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren von tierischen Lebensmitteln"—  Präsentation transkript:

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

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

3 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

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

5 Pro-kopf-Verbrauch an Tiefkühlkost in Deutschland in kg/a
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6 Absatzentwicklung in Deutschland in t
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7 Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren
Warum? Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

8 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

9 Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren
Definitionen Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

10 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

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

12 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

13 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

14 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

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

16 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

17 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 ,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

18 Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren
Tiefgefrierprozess Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

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

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

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

22 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

23 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

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

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

26 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

27 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

28 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

29 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

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

31 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

32 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

33 Tiefgefrierverfahren
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34 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

46 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

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

48 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

49 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

50 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

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

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

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

54 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

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

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

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

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

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

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

61 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

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

63 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

64 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

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

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

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

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

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

71 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

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

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

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

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

76 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

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

78 Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren
Verpackungen Hochschule Bremerhaven Tiefgefrieren und Tiefgefrierverfahren

79 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

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

81 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

82 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

83 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !!!
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