فرآیند تولید محصولات منجمد بروش انجماد سريع

انجماد یکی از اصول نگهداری محصولات غذایی است که از دیرباز مورد توجه بشر اولیه بوده است. استفاده از یخچال های طبیعی و نگهداری گوشت شکار و ماهی در داخل برف توسط اسکیموها، استفاده از مخلوط یخ و نمک برای ایجاد درجات حرارت پایین تر از یخ خالص، ابداع روش مکانیکی تولید سرما با استفاده از آمونیاک در سال 1875 میلادی و احداث سردخانه های صنعتی و عرضه گوشت قرمز و سفید به صورت منجمد در نیمه دوم قرن نوزدهم در آمریکا برای اولین بار و تحقیقات آقای Clerence birdseye، منتهی به عرضه مواد منجمد آماده مصرف در حدود 30 سال پیش گردید. روش های نوین انجماد نظیر IQF، هم اکنون روش های تکامل یافته انجماد می باشند که کاربرد فراوانی در صنایع غذایی و نگهداری محصولات غذایی دارند.

انجماد سريع:

روشي كه در آن دماي دروني محصول طي مدت كمتر از 2 ساعت از منطقه بحراني عبور مي‌نمايد در اصطلاح انجماد سريع گفته مي‌شود. در اين روش از طريق افزايش سرعت عبور هواي سرد از وراي ماهي (تونل انجماد)، حرارت به سرعت از محصول گرفته شده و ماهي منجمد مي‌گردد. قرار دادن محصول در تماس مستقيم يا غيرمستقيم با ماده سرمازا، مهم‌ترين روش‌هاي انجماد سريع محسوب مي‌گردند.
چون ناحيه بحراني فساد ناشي از دناتوره شدن پروتئين‌ها، زير دماي 0 درجه سانتی گراد مي‌باشد، در تعريف اوليه پيشنهاد شده در انگلستان در مورد انجماد سريع بيان شده است كه بايد دماي ماهي در زمان كمتر از 2 ساعت از 0 درجه به 5- درجه سانتی گراد برسد و اين كاهش دما بايد تا رسيدن به دماي نگه‌داري در سردخانه، يعني 30- درجه تداوم داشته باشد.

پيشنهاد كاهش دماي ماهي در فريزر تا دماي موردنظر براي نگه‌داري از اهميت خاصي برخوردار مي‌باشد و در همه آئين‌هاي كاري وضع شده براي انجماد سريع ذكر شده است. اين دو شرط اصلي، يعني انجماد سريع محصول و كاهش دما تا دماي نگه‌داري با يكديگر مطابق و متناسب مي‌باشند، چون اگر دستگاه منجمدكننده‌اي بتواند به انجماد سريع ماهي بپردازد از طرف ديگر مي‌تواند دماي ماهي را تا دماي پيشنهاد شده براي نگه‌داري كاهش دهد.

در انجماد سريع سرما با سرعت در حدود 3/0 سانتي‌متر در دقيقه يا سريع‌تر در داخل جسم ماهي نفوذ مي‌كند و به همين جهت كريستال‌هاي يخ ايجاد شده در بافت‌هاي ماهي به مراتب كوچك‌تر از بلورهاي يخ حاصل از انجماد به طريقه كند مي‌باشد و از متلاشي شدن سلول‌ها جلوگيري مي‌گردد و نيز تغييرات چنداني را در ساختار سلولي سبب نمي‌شوند، البته ممكن است كه از نظر كيفي بر محصول تأثيرات نامطلوبي هم داشته باشد. بعلاوه انجماد سريع ممكن است ايجاد آب‌زدايي (Dehydration) نمايد كه اين امر خود مي‌تواند سبب تغيير ماهيت پروتئين‌ها گردد.

انجماد سريع را مي‌توان در سه دسته طبقه‌بندي كرد:

1- مجاورت مستقيم محصول با مايع منجمدكننده
2- مجاورت غيرمستقيم محصول با مايع منجمدكننده
3- انجماد به‌وسيله تونل‌هاي مخصوص انجماد (جريان هواي سرد شديد)

ج- انجماد فوق سريع:

در اين روش كه انجماد به‌وسيله گاز‌هاي سرمازاي مايع (Cryogenic) صورت مي‌گيرد، محصول را مي‌توان در مدت چند دقيقه منجمد نمود. غوطه‌ور كردن محصول در مواد سرمازا يا اسپري‌ نمودن اين مواد مثل: نيتروژن مايع، دي‌اكسيد‌كربن مايع، يا فرئون12، بر روي ماهي مي‌تواند اين محصول را در حداقل زمان منجمد نمايد. حسن اين روش حفظ كيفيت بافت و طعم محصول منجمد در حد محصول تازه است.

سيستم‌هاي منجمد‌كننده

به طور کلی روش های متعددي براي منجمد كردن ماهي وجود دارد كه مهم‌ترين آنها شامل:
1- انجماد در هواي سرد (ساكن و متحرك)
2- انجماد از طريق تماس غير مستقيم با مواد سرمازا
3- انجماد به وسيله غوطه‌وري در محيط‌هاي سرمازا

انجماد با استفاده از هواي سرد ساكن:

در اين روش انتقال سرما از طريق هوا صورت مي‌گيرد و ماهي خيلي به آرامي منجمد مي‌گردد زيرا برودت معمولاً 10- درجه سانتی گراد تا30- درجه سانتی گراد مي‌باشد و به دليل آنكه سرعت انجماد در آنها كم است انجماد حاصل انجمادي كند خواهد بود. براي مثال، در دماي تبخير 21- تا 29- درجه حدود 16-14 ساعت وقت لازم است تا بسته‌هاي فيله به ضخامت 4/6 -5 سانتي‌متر از دماي 10+ به 18- درجه برسند. البته در اين روش مي‌توان از طريق تعبيه بادزن در داخل اتاق و ايجاد جريان درهوا، سرعت انجماد را افزايش داد، ولي باز هم در مقايسه با ديگر روش‌ها سرعت انجماد بسيار كم است.
مزيت اصلي فريزر‌هاي وزشي كاربرد چند‌جانبه آنها مي‌باشد. بطوريكه اين فريزر را مي‌توان جهت استفاده براي انواع محصولات داراي اشكال نامنظم هماهنگ نمود. در مجموع فريزر وزشي جهت انجماد طيف وسيعي از اشكال و اندازه‌ها، بهترين انتخاب مي‌باشد.
این گروتها به گونه ای طراحی شده اند که توان جذب نیروهای وارده و انتقال آنها به بخش زیرکار را داشته باشند.

 انجماد با استفاده از هواي فشرده متحركAir blast freezing :

اين سيستم در حال حاضر معمولي‌ترين روش انجماد مواد غذايي مي‌باشد زيرا هم سرعت انجماد زياد است و هم براي انواع فرآورده‌ها در ابعاد و حجم‌هاي مختلف قابل استفاده مي‌باشد.
در اين روش ماهي به صورت آويزان و يا در باكس پالت‌ها در مسير جريان هواي سرد متحرك 40- درجه سانتی گراد با سرعت بين 30 تا 1070 متر در دقيقه قرار مي‌گيرد به طوري كه سرعت يخ زدن افزايش يافته و در هر دقيقه سه ميلي‌متر از قطر بدن ماهي منجمد مي‌گردد، بنابراين اين سرعت جريان قادر خواهد بود محصول را در كوتاهترين زمان با كيفيتي مطلوب منجمد نمايد. در اين نوع سيستم انجماد قابليت تغيير جهت و چرخش هوا اين امكان را فراهم مي‌سازد تا انواع فرآورده‌هاي دريايي به خصوص ماهيان بزرگ از طريق تماس با هوا در تمامي سطوح مجاور، به سرعت گرما از دست بدهند.
سرعت انجماد در فريزر‌هاي با هواي متحرك همواره تحت تأثير متغير‌هاي بسياري قرار دارد كه در ميان آنها سرعت جريان هوا از اهميت بيشتري برخوردار است. افزايش سرعت هوا از طريق افزايش جابه‌جايي، و كاهش ضخامت لايه هوا در اطراف محصول سبب مي‌گردد تا سرعت سردسازي افزايش يابد. به همين جهت با افزايش سرعت جريان هوا مي‌توان زمان انجماد را هم كاهش داد.
چنانچه ماهي‌ها فاقد پوشش و بسته‌بندي مناسب باشند و يا رطوبت لازم در تونل موجود نباشد، سوختگي حاصل از سرما Freezer burnدر سطوح ماهي ايجاد شده و كريستال‌هاي كوچك به صورت برفك روي آن تشكيل مي‌گردد ضمن اينكه مقداري از رطوبت ماهي تبخير شده، كاهش و افت وزني را به همراه خواهد داشت.
براي جلوگيري از بروز اين تغييرات، زمان و رطوبت هوا در فريزر از جمله عواملي هستند كه بايد به دقت تحت كنترل قرار گيرند. در اين رابطه كاهش اختلاف درجه حرارت بين محصول و محيط از جمله روش‌هايي است كه مي‌تواند تا حد زيادي از كاهش رطوبت جلوگيري نمايد. براي اين منظور معمولاً سرعت حركت محصول در داخل فريزر را به صورتي تنظيم مي‌كنند كه محصول قبل از انتقال به قسمت سردتر، با قسمت قبلي تعادل دما پيدا كرده باشد. در نتيجه چون اختلاف فشار بخار آب در هر قسمت به حداقل رسيده و زمان رسيدن به تعادل دما نيز كوتاه مي‌گردد، لذا كاهش رطوبت نيز به حداقل ممكن مي‌رسد.
كاهش هرچه بيشتر دما در فريزر نيز روش ديگري است كه در اين زمينه مي‌تواند مؤثر واقع گردد. زيرا هرچه هوا سردتر باشد رطوبت مطلق آن نيز در حالت اشباع كمتر خواهد بود. به همين جهت اگر دماي فريزر را مثلاً تا دماي 30- درجه يا كمتر تقليل دهيم، مقدار رطوبت لازم براي رسانيدن آن به درجه اشباع به حداقل رسيده و در نتيجه هنگام ورود محصول به فريزر مقدار كمتري رطوبت از آن گرفته مي‌شود. 

انجماد از طريق تماس غير مستقيم با مواد سرمازاPlate freezing :

انجماد در اين روش از طريق تماس غير مستقيم محصول با ماده سرمازا كه در داخل صفحات فلزي توخالي جريان دارد انجام مي‌گيرد. در اين حال از طريق فشاري كه توسط صفحات فريزر به دو طرف محصول وارد مي‌گردد، ضمن ايجاد تماس بيشتر و كامل‌تر، ضريب انتقال حرارت بين محصول و صفحات هرچه بيشتر افزايش مي‌يابد. به طور كلي 35 % از ماهي‌ها از اين طريق منجمد مي‌‌گردند كه بيشتر براي ماهي‌هاي بسته‌بندي شده مانند فيله و استيك و ميگوهاي بسته‌بندي شده استفاده مي‌شود.
علل اصلي ضعف عملكرد اين روش انجماد، عدم تغيير مكان و انتقال محصول قبل از كامل شدن انجماد و نقص در نگه‌داري دستگاه و تماس نامناسب بين صفحات و محصول مي‌باشد. عدم تماس كافي بين محصول و صفحات، منجر به كاهش سرعت انجماد خواهد گرديد كه جدا از مسئله كيفيت، مدت زمان انجماد را طولاني و كارايي دستگاه را كاهش مي‌دهد.

عدم تماس بين محصول و صفحات ممكن است در حالات زير اتفاق بيفتد:

– پر نشدن كامل كارتن‌ها، به طوري كه فضاي خالي بين محصول و كارتن يا پوشش ‌بوجود آيد. از آنجائيكه اين كارتن‌ها از يك طرف سرد مي‌شوند، لذا وجود هوا در داخل بسته يك لايه عايق بوجود آورده و از اين راه زمان انجماد را تا سه برابر افزايش مي‌دهد.
– وجود برفك روي سطح خارجي صفحات، رطوبت موجود در هوا به صورت برفك روي صفحات سرد متراكم مي‌گردد.
اين نوع فريزر‌ها در دو شكل افقيHorizentel و عمودي Vertical ساخته مي‌شوند:

فريزر‌هاي صفحه‌اي افقي: فريزر‌هاي صفحه‌اي افقي دو كاربرد مهم دارند، يكي از اين دو كاربرد انجماد كارتن‌هاي از پيش بسته‌بندي شده ماهي مورد مصرف در خرده‌فروشي‌ها و ديگري انجماد بلوك‌هاي يكنواخت و مكعبي شكل فيله معروف به بلوك‌هاي لامينه، مورد استفاده در تهيه تكه‌هاي ماهي مي‌باشد.
در اين روش، در طول انجماد حرارت مستقيماً از محصول بسته‌بندي شده به صفحات فريزر منتقل مي‌شود و در نتيجه ضمن تقليل تبخير سطحي، حداكثر صرفه‌جويي در فضا ملحوظ مي‌گردد. اگر بسته‌بندي محصول به خوبي انجام نشده باشد، مي‌تواند به دليل كاهش سرعت انجماد (انجماد كند) به كيفيت محصول آسيب‌هايي وارد نمايد.

انجماد به روش غوطه‌وريImmersion freezing :

در اين روش ماده غذايي به صورت مستقيم در ماده سرمازا غوطه‌ور گرديده و يا ماده سرمازا روي محصول اسپري مي‌گردد. تماس بيشتر بين محصول و ماده سرمازا اين امكان را فراهم مي‌سازد تا انتقال حرارت به دليل كاهش مقاومت به بهترين صورت انجام گيرد. البته در روش‌هايي كه بين محصول و ماده سرمازا تماس مستقيم برقرار مي‌گردد، ضروري است ماده سرمازا از قابليت انتقال حرارت بالايي برخوردار بوده و ويسكوزيته آن در درجات حرارت پايين كم باشد. بعلاوه در محصول بو و طعم خاص ايجاد نكرده، رنگ، بافت و ظاهر آن را تغيير ندهد.
مواد سرمازايي كه در روش غوطه‌وري مورد استفاده قرار مي‌گيرند به دو گروه تقسيم مي‌گردند:

1- مواد سرمازاي با برودت كم كه محصول معمولاً در تماس مستقيم با آن قرار گرفته و در آن غوطه‌ور مي‌گردد مثل: محلول كلرور سديم و محلول‌هاي قندي.
2- مواد سرمازاي با برودت زياد (Cryogen) كه در ابتدا به صورت گاز بوده و در اثر فشار از حالت گاز به مايع تبديل مي‌شوند. اين مواد با جذب گرما از ماده غذايي در حال انجماد، مجدداً تغيير حالت داده و تبخير مي‌گردند، و در اين حال برودت مورد نظر را فراهم مي‌نمايند.

منجمد كردن با استفاده از محلول نمكي Brine Freezing :

در اين روش ماهي‌ها توسط تماس با مايع سرد مناسب مانند آب‌نمك منجمد مي‌گردند. آب‌نمك يا محلول كلرور‌سديم رايج‌ترين محلول سرمازايي است كه براي انجماد ماهي بكار برده مي‌شود. البته در بكارگيري آب‌نمك ضروري است مايع سرمازا همواره در حال گردش باشد تا انتقال گرما از محصول به آب‌نمك با سرعت بيشتري انجام شود. در اين رابطه سرعتي معادل 2/0 متر در ثانيه مي‌تواند با ايجاد حركت لازم، از سكون آب‌نمك در تانك جلوگيري نمايد. بديهي است سرعت بيش از اندازه محلول مي‌تواند به محصول شناور آسيب‌هايي وارد نمايد. محلول اشباع كلرور ‌سديم كه از طريق حل كردن نمك معمولي در آب بدست مي‌آيد معمولاً در حدود 21- درجه سانتی گراد منجمد مي‌گردد و از اين‌رو نمي‌تواند دماي محصول را به كمتر از 20- درجه برساند. در حاليكه فرآورده‌هاي خوراكي دريايي عمدتاً بايد در دماي 30- درجه نگه‌داري شوند. به همين جهت در رابطه با اين فرآورده‌ها لازم است پس از انجماد اوليه در آب‌نمك، محصول مجدداً در سردخانه 30- درجه نگه‌داري شوند.
از طرف ديگر، نفوذ نمك در محصول نيز موضوع مهمي است كه از نظر تأثيراتي كه در كيفيت محصول از جمله طعم و زمان ماندگاري دارد بايد مورد توجه قرار داده شود. البته جذب نمك در ماهي زماني كامل خواهد بود كه مدت 4 ساعت ماهي در آب‌نمك 23 % قرار گرفته باشد. ميزان نفوذ نمك در محصول با عوامل مختلفي از جمله: گونه ماهي، نسبت سطح به حجم، سرعت انجماد، مدت زمان مجاورت و بسياري عوامل ديگر در ارتباط است. به همين دليل در حال حاضر از روش غوطه‌وري در آب‌نمك عمدتاً در عرشه و براي انجماد ماهيان بزرگ مانند تون استفاده مي‌شود.
اين سيستم به دليل سرعت در انجماد، كارايي و هزينه كمتر، و دسترسي آسان به ماده سرمازا از مزاياي عمده‌اي برخوردار است كه استفاده از آن در بسياري از شناور‌ها امكان‌پذير است. البته در كنار مزاياي عنوان شده، معايبي براي آن شمرده مي‌شود كه به هر صورت بايد مورد توجه قرار گيرد. از جمله:
مشكل نفوذ نمك در محصول، مسئله خوردگي وسايل و تجهيزات مورد استفاده، عدم كاهش دما تا 30- درجه كه دماي لازم براي نگه‌داري طولاني فرآورده‌هاي دريايي است، و بالاخره لزوم كنترل دقيق درجه برودت براي جلوگيري از انجماد آب‌نمك، و همين‌طور لزوم محافظت از آب‌نمك از نظر بروز آلودگي‌هاي باكتريايي، شكل‌گيري مواد لزج در داخل تانك‌ها و بسياري مسائل بهداشتي ديگر.

منجمد كردن با استفاده از گاز‌هاي مايع Cryogenic Freezing :

انجماد مواد غذايي با استفاده از مواد سرمازاي كرايوژن سريع‌ترين روشي است كه امروزه در صنايع غذايي از آن استفاده مي‌شود. دي‌اكسيدكربن به صورت جامد يا مايع، نيتروژن مايع معمولي‌ترين مواد سرمازا هستند كه در اين روش مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
دي‌اكسيدكربن: در صنايع ماهي به طور معمول از دي‌اكسدكربن براي سرد كردن، انجماد و بسته‌بندي در اتمسفر تحت كنترل استفاده مي‌شود. دي‌اكسيدكربن قادر است ماهي را در دماي 78- درجه سانتی گراد منجمد كند. در انجماد فرآورده‌هاي دريايي معمولاً از شكل مايع آن استفاده مي‌شود. اين مايع پس از استفاده در فشار اتمسفر منبسط شده و به شكل گاز در‌مي‌آيد. براي انجماد محصول معمولاً آن را از زير يك دوش يا آب‌پاش مخصوص در حين عبور، دي‌اكسيدكربن تحت فشار بر روي محصول كه روي نوار نقاله در حركت است پاشيده مي‌شود. هم‌زمان با خروج از مخزن، دي‌اكسيدكربن با جذب مقدار زيادي گرما از حالت مايع به صورت گاز در‌مي‌آيد، در نتيجه به دليل جذب گرما، محصول به سرعت سرد و سپس منجمد مي‌شود. 

نيتروژن مايع:

 نيتروژن مايع درحال حاضر معمول‌ترين ماده سرمازايي است كه براي انجماد فوق سريع مواد غذايي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. البته در سيستم‌هاي جديد به جاي غوطه‌وري از روش اسپري نيتروژن مايع استفاده مي‌شود. در اين حالت با توجه به اين كه نيتروژن مايع در فشار اتمسفر در دماي 196- درجه سانتی گراد به جوش مي‌آيد، لذا بلافاصله پس از اسپري ماده غذايي، نيتروژن به صورت گاز درآمده و در همين حال گرماي محصول را گرفته و آن را سرد و در نهايت منجمد مي‌نمايد.
براي انجماد به روش اسپري، ماده غذايي به صورت بسته‌بندي شده يا بدون بسته‌بندي بر روي نوار نقاله سوراخ‌دار قرار داده شده و نوار به داخل تونل انجماد هدايت مي‌گردد. استفاده از گاز نيتروژن سرد در مراحل اوليه ورود ماده غذايي به تونل انجماد اين حسن را دارد كه از طريق كاهش تدريجي درجه حرارت، از بروز شوك حرارتي و نتيجتاً ايجاد ترك، شكستگي يا آسيب‌هاي ديگر در مواد غذايي جلوگيري مي‌گردد.

غوطه‌وري ماده غذايي در نيتروژن مايع مانع از كاهش وزن محصول گرديده و با افزايش چشمگير در سرعت انجماد، از بروز آسيب‌هاي ناشي از انجماد كند در محصول جلوگيري به عمل مي‌آورد. استفاده از اين روش در مقايسه با روش هواي متحرك به فضاي كمتري نيازمند بوده، از نظر ميزان انرژي مصرفي نيز با صرفه‌تر مي‌باشد.

تهیه و تنظیم : مهندس محسن طاهرسلطانی

بازدیدها: 7