Как работает шоковая заморозка IQF для переработки фруктов?

Основной принцип шоковой заморозки: быстрое отведение тепла и контроль образования ледяных кристаллов

Физика сверхбыстрой заморозки: подавление зародышеобразования льда и минимизация внутриклеточных повреждений

Морозильные камеры шоковой заморозки (IQF) работают в основном за счёт очень быстрого отвода тепла, обычно со скоростью более 1 градуса Цельсия в секунду. Такое быстрое охлаждение изменяет процесс образования льда внутри продуктов питания. Когда замораживание происходит столь быстро, подавляется обычный механизм начала кристаллизации льда (так называемая гетерогенная нуклеация), и вместо этого одновременно возникает множество точек образования крошечных кристаллов. Результат? Кристаллы льда остаются очень маленькими, как правило, менее 25 микрометров в размере, что даже меньше большинства растительных клеток. Эти мелкие кристаллы не разрушают клеточные мембраны, в отличие от крупных. Обычная медленная заморозка работает иначе: она создаёт меньше центров кристаллизации, в результате чего образуются крупные, разрушительные кристаллы, которые проникают сквозь клеточные стенки и фактически разрушают структуру продукта. Сохранение клеток целыми означает, что при последующем размораживании выделяется меньше жидкости, а текстура продукта остаётся лучше. Исследования, опубликованные в научных журналах, показывают, что шоковая заморозка снижает повреждение клеток более чем на 80% по сравнению с традиционными методами.

Роль высокоскоростного воздушного потока с температурой ниже нуля в получении кристаллов льда менее 25 мкм (например, исследование случая с клубникой)

Когда холодный воздух проходит через туннели шоковой заморозки IQF при температурах от минус 30 до минус 40 градусов Цельсия, он становится основным фактором образования крошечных ледяных кристаллов, которые не дают замороженным продуктам стать мягкими. При скоростях от 2,5 до 4 метров в секунду этот быстро движущийся воздух создаёт так называемый эффект псевдоожижения. Мелкие фрукты, такие как клубника, фактически плавают в этом воздушном потоке, подпрыгивая и подвергаясь воздействию сверххолодного воздуха со всех сторон. Результат? Влага внутри фрукта превращается в лёд почти мгновенно, прежде чем успевают образоваться крупные кристаллические структуры. Испытания с клубникой показали, что размер этих микроскопических ледяных кристаллов в среднем составляет всего 22 микрометра — ниже отметки в 25 микрометров, при которой начинает ухудшаться текстура продукта. Это означает, что около 94 процентов пигментов цвета остаются сохранными, а ягоды сохраняют твёрдость после размораживания. Другим преимуществом является отсутствие слипания во время заморозки, поскольку каждая ягода индивидуально замораживается за пять–семь минут. Однако если неправильно выставить скорость воздуха, возникнут перепады температур и начнут формироваться более крупные ледяные кристаллы внутри фруктов. Для компаний, работающих с деликатными продуктами, достижение правильного баланса абсолютно необходимо для сохранения качества продукции на всех этапах хранения и транспортировки.

Рабочий процесс IQF-заморозки: от свежих фруктов до индивидуально замороженного продукта

Подготовка перед заморозкой: мойка, калибровка, бланширование и сушка поверхности для оптимальной работы IQF

Когда свежие ягоды поступают в систему шоковой заморозки IQF, они сначала проходят через несколько этапов, чтобы обеспечить равномерную и быструю заморозку. Фрукты промывают под высоким давлением, чтобы удалить любую грязь с полей. Затем следует оптическая сортировка, которая гарантирует, что все кусочки будут примерно одинакового размера, чтобы они правильно замораживались. Некоторые фрукты также нуждаются в кратковременной бланшировке в горячей воде, чтобы остановить назойливые ферменты, которые вызывают потемнение и появление странных привкусов после замораживания. Также очень важно избавиться от поверхностной влаги. Большинство предприятий используют либо центробежные сушилки, либо мощные воздушные струи, чтобы снизить содержание влаги до уровня ниже половины процента. Это предотвращает образование ледяных мостиков между замороженными продуктами, из-за которых они слипаются. Исследование, опубликованное в журнале Journal of Food Engineering в прошлом году, показало, что при правильной сушке фруктов перед замораживанием комкование снижается примерно на 70% по сравнению с простым помещением влажных фруктов в морозильную камеру. Такая разница имеет большое значение для производителей пищевых продуктов, которым важно, чтобы каждый кусочек оставался отдельным.

Динамика морозильных камер: конструкции шоковой заморозки с псевдоожиженным слоем и тоннельные, их влияние на производительность и равномерность

То, насколько хорошо работает шоковая морозильная камера, во многом зависит от конструкции её камеры. Возьмём, к примеру, морозильные аппараты с псевдоожиженным слоем: эти машины буквально поднимают мелкие продукты, такие как ягоды, в потоке сверххолодного воздуха, движущегося со скоростью около 2,5–4 метров в секунду при температуре минус 40 градусов Цельсия. Это создаёт эффект, напоминающий кипящую воду, но вместо пузырьков поднимаются отдельные кусочки, которые остаются разделёнными и замораживаются со всех сторон менее чем за десять минут. Другой вариант — тоннельные морозильные установки, которые работают совершенно иначе. Они используют конвейерные ленты, проходящие через несколько стадий охлаждения, где температура постепенно снижается до примерно минус 35 градусов. Такие установки лучше подходят для более крупных изделий или продуктов нестандартной формы, таких как дольки яблок или кусочки манго, которые плохо ведут себя в системе псевдоожижения. Конечно, и здесь ничто не обходится без компромиссов.

Флюидизационные установки обеспечивают ≥95% индивидуальную заморозку, но работают при меньших объемах; тоннельные системы масштабируются эффективно, сохраняя степень разделения на уровне 85–90%, согласно результатам, опубликованным в Международном журнале по холодильной технике (2022). Оба типа конструкций надежно ограничивают рост ледяных кристаллов значением менее 25 мкм при правильной настройке — что обеспечивает высокое качество в различных применениях.

Преимущества качества технологии шоковой заморозки IQF для фруктов

Показатели сохранности: витамин С (92%), антоцианы (89%) и сохранение текстуры по сравнению с традиционной заморозкой

Технология шоковой заморозки (IQF) действительно выделяется, когда речь идет о сохранении питательных веществ и вкуса. Исследования, опубликованные в научных журналах, показывают, что этот метод сохраняет около 92 процентов витамина C и около 89 процентов важных антиоксидантов антоцианов в ягодах, которые при обычных методах замораживания быстро разрушаются. Секрет заключается в размере образующихся ледяных кристаллов — в процессе их размер составляет менее 25 микрометров, и они не повреждают клетки внутри фруктов. Это означает, что активируется меньше ферментов и происходит меньшее окисление. Что касается текстуры, IQF также оказывает большое влияние. Фрукты, замороженные таким способом, сохраняют около 95 процентов своей первоначальной твердости, тогда как стандартное замораживание часто приводит к неприятной размякшей консистенции, с которой все мы слишком хорошо знакомы. Диапазон температур для IQF довольно узкий — от минус 30 до минус 40 градусов Цельсия. При таких температурах активность ферментов полностью прекращается, а все деликатные ароматы и соки остаются запечатанными внутри. Возьмем малину в качестве примера — после размораживания она на вкус практически такая же, как свежая, чего большинство людей не ожидают от замороженных продуктов.

Критические особенности конструкции, обеспечивающие истинную индивидуальную быструю заморозку

Инженерное решение для предотвращения слипания: сопла с волновым обдувом и точный контроль скорости воздушного потока (2,5–4,0 м/с)

Когда происходит слипание, это фактически сводит на нет то, что изначально делает шоковую заморозку индивидуальными кусочками (IQF) столь ценной — отдельные, свободно насыпаемые элементы. Вместо этого мы получаем замороженные блоки, которые нарушают дозирование, изменяют текстуру и вызывают проблемы на последующих этапах обработки. Для борьбы с этой проблемой современные системы используют специальные импинджмент-насадки с волнообразным потоком. Они выпускают колеблющиеся воздушные потоки, которые фактически разделяют продукты во время замораживания, не нанося при этом никаких повреждений от ударов. Сопла расположены под таким углом, чтобы частицы не соприкасались друг с другом, сохраняя при этом равномерную низкую температуру по всей зоне. Скорость воздушного потока также строго регулируется, обычно находится в диапазоне от 2,5 до 4 метров в секунду. Эта оптимальная зона создаёт так называемый устойчивый эффект псевдоожижения. Правильный баланс позволяет продуктам оставаться мягко подвешенными и надёжно разделёнными. Конечный результат? Клеточная структура сохраняется, и можно рассчитывать на последовательную, надёжную индивидуальную заморозку в промышленных масштабах.

Часто задаваемые вопросы

Что такое заморозка IQF?

IQF означает индивидуальную быструю заморозку — технологию, используемую для замораживания пищевых продуктов по отдельности, что предотвращает их слипание.

Каким образом заморозка IQF улучшает качество пищевых продуктов?

Заморозка IQF образует мелкие кристаллы льда размером менее 25 микрометров, сохраняя структуру клеток, текстуру, витамины и антиоксиданты, в отличие от традиционной заморозки, которая может повредить клетки.

Где применяется технология IQF?

Технология IQF особенно эффективна для небольших фруктов, таких как ягоды, но также может быть адаптирована для нарезанных фруктов и кусочков благодаря различным конструкциям морозильных камер.

Какие температуры и скорость воздушного потока оптимальны для заморозки IQF?

Заморозка IQF обычно происходит при температуре от минус 30 до минус 40 градусов Цельсия со скоростью воздушного потока от 2,5 до 4 метров в секунду.