Ein Leitfaden zu verschiedenen Arten von Gefrierschränken und Technologien
Für viele Lebensmittelverarbeiter stellt die Auswahl der richtigen Gefrieranlagen zu Beginn die größte Herausforderung dar, da das Angebot umfangreich und oft verwirrend erscheint. Dieser Leitfaden soll Ihnen ein besseres Verständnis für die Unterschiede zwischen den zahlreichen auf dem Markt erhältlichen Gefrieranlagentypen vermitteln.
Zunächst ist es wichtig zu erwähnen, dass die Gefrierzeit einer der wichtigsten Parameter im Gefrierprozess ist. Die Gefrierzeit bezeichnet die Zeit, die benötigt wird, um die Temperatur des thermischen Zentrums des Produkts auf eine bestimmte Temperatur unter Null zu senken. Sie ist deshalb so wichtig, weil sie die Qualität des Endprodukts und die Betriebskosten bestimmt.
Das Internationale Institut für Kältetechnik hat eine Reihe von Faktoren definiert, die die Gefrierzeit beeinflussen; dazu gehören: die Form und die Abmessungen des Produkts, die Ein- und Austrittstemperaturen, die Temperatur des Kältemittels, den Oberflächenwärmeübergangskoeffizienten des Produkts, die Änderung des gesamten Wärmeinhalts im System sowie die Wärmeleitfähigkeit des Produkts. Um daher die optimale Gefrierzeit und damit auch optimale Gefrierergebnisse zu erzielen, sollte für die jeweiligen Produkte die richtige Ausrüstung ausgewählt werden.
Es gibt 9 verschiedene
Arten von Gefrieranlagen (die meisten davon haben mehr als eine Bezeichnung):
- Die Schnellkühlgeräte / Tiefkühlgeräte
- Die Cartoon-Gefrierschränke / Gefriertruhen
- Die Spiralband-Gefrieranlagen
- Der Wirbelschichtgefrierer / IQF-Gefrierer (oder Tunnelgefrierer)
- Die Tauchgefriergeräte / Sole-Gefriergeräte
- Die Plattengefriergeräte / Blockgefriergeräte
- Die Kontaktband-Gefrieranlagen
- Die Impingement-Gefrieranlagen / Gefrieranlagen für flache Produkte
- Die Kryogen-Gefrierschränke
Luftgefrieranlage oder Kühlhaus-Gefrieranlage
Diese Gefrieranlagen, die wahrscheinlich die älteste der verschiedenen Gefrieranlagenarten darstellen, nutzen ruhende oder umgewälzte Luft als Medium, wobei das Produkt in Gefrierräumen stationär gelagert wird. Der Stillluft-Gefrierschrank oder das Kühllager ist die einfachste Methode mit den geringsten Investitionskosten. Er eignet sich am besten für große oder unverarbeitete Produkte, ist jedoch die langsamste Gefriermethode. Der Umluft-Gefrierschrank ist die verbesserte Version des Kühllagers und nutzt Konvektion, um kalte Luft im Gefrierraum zirkulieren zu lassen. Allerdings ist die Gefrierzeit bei dieser Technologie nach wie vor lang, da der Luftstrom im Gefrierraum nicht ausreichend geregelt wird, was zu einem geringen Wärmeaustausch an der Oberfläche führt. Da es sich um die kostengünstigste Gefriermethode handelt, werden Umluftgefriergeräte für eine breite Palette von Produkten eingesetzt.
Bei einigen alternativen Varianten dieses Verfahrens wird das Produkt auf Regalböden gelegt und im Kühlhaus mithilfe von Kaltluftzirkulation eingefroren. Die Wagen oder Regale können manuell oder mit Spezialfahrzeugen bewegt und ausgetauscht werden; der hohe Personalaufwand für den Betrieb stellt jedoch einen der Hauptnachteile dieser Methode dar. Der Vorteil besteht jedoch darin, dass sie für viele verschiedene Produktarten geeignet ist.
Cartoon-Gefrierschrank / Box-Gefrierschrank
Cartoon-Gefrierschränke, auch als Box-Gefrierschränke bezeichnet, sind mechanisch komplexe Gefrierschränke, die auf einem relativ einfachen Gefrierprinzip basieren. Bereits verpackte und in Kartons gelagerte Produkte werden durch automatisierte Mechanismen sortiert, transportiert und gelagert, wobei sie in einem mit kalter Luft durchströmten Lagerraum in Regale eingesetzt werden. Diese Kartons verbleiben dort in der Regel über längere Zeiträume und werden schließlich ebenfalls mechanisch entladen. Der gesamte Mechanismus ist automatisiert und erfordert nur sehr wenig Personal, ist jedoch für viele Produktarten nicht geeignet.
Es gibt eine Reihe von Gefriertechnologien, bei denen ein Förderband als Transportmittel für das Produkt zum Einsatz kommt. Der Hauptvorteil dieser Technologien liegt in der äußerst präzisen Steuerung des Transportvorgangs, während die Nachteile von Wartungsaufwand über Reinigungsschwierigkeiten bis hin zu Förderbandspuren auf dem Produkt reichen können. Im Folgenden werden wir die verschiedenen Arten von Gefrieranlagen vorstellen, bei denen Förderbänder für den Produkttransport verwendet werden.
Spiralband-Gefrieranlage
In diesem Fall wird das Band um eine zentrale Tragkonstruktion herumgeführt, wodurch die Bandfläche auf begrenztem Raum maximiert wird. Der Spiralbandkühler kann eine gute Lösung für empfindliche Produkte sein, da er Produktschäden an den Übergabestellen minimiert. Diese Technologie bietet zudem den Vorteil einer sehr großen Fläche auf begrenzter Stellfläche, was eine hohe Kapazität und eine kontinuierliche Produktion mit geringem Personalaufwand ermöglicht. Allerdings weist der Spiralbandkühler nach wie vor die Nachteile des Förderbandes auf.
Fließbett-Gefrieranlage oder IQF-Gefrieranlage (Tunnelgefrieranlage)
Der als „Tunnelgefrierer“ in Süd- und Nordamerika bezeichnete Wirbelschicht- oder IQF-Gefrierer basiert auf einem Förderband oder einem perforierten Bett, auf dem das Produkt durch einen starken vertikalen Luftstrom, der von unterhalb des Bettes bzw. des Förderbandes strömt, in eine Wirbelschicht versetzt wird. Dies ist die komplexeste Gefriertechnologie, da das Produkt nicht statisch eingefroren wird; daher beeinflussen zahlreiche Variablen wie die Form des Produkts, die Aerodynamik, der Reifegrad, die Festigkeit oder der Wassergehalt des Produkts das Gefrierergebnis.
Der Vorteil eines IQF-Gefriergeräts liegt in seiner hohen Luftgeschwindigkeit, durch die das Produkt im kalten Luftstrom schwebt und somit jedes einzelne Stück separat gefroren wird, ohne dass Klumpen entstehen. Diese Technologie eignet sich besonders gut für unverpackte, kleine Produkte, die dazu neigen, zu verklumpen, wie beispielsweise Garnelen, Erbsen, Fleischwürfel oder gewürfeltes bzw. in Scheiben geschnittenes Obst und Gemüse. Zudem handelt es sich um einen sehr schnellen Prozess, wodurch der Wasserverlust des Produkts auf ein Minimum reduziert wird. Je nach Hersteller gibt es bereits verschiedene Lösungen hinsichtlich der Bettarten, die von Förderbändern aus Kunststoff oder Draht bis hin zu herausnehmbaren und perforierten Bettplatten reichen.
Die folgenden drei Arten von Gefriergeräten gehören zur gleichen übergeordneten Kategorie, die als Kontaktgefriergeräte bezeichnet wird. Was die Wärmeübertragungsrate betrifft, zählen die Kontaktgefriergeräte zu den effizientesten Typen, da das Produkt in direkten oder indirekten Kontakt mit dem Gefriermedium kommt. Daher lassen sie sich in zwei Kategorien einteilen: Direktkontakt-Gefriergeräte, auch als Tauchgefriergeräte bezeichnet, und Indirektkontakt-Gefriergeräte, bei denen es sich um eine von zwei verschiedenen Arten handeln kann: Plattengefriergeräte oder Kontaktbandgefriergeräte. Im Folgenden werden wir jede dieser Technologien näher beschreiben.
Tauchgefriergerät oder Sole-Gefriergerät
Im Tauchgefrierer wird das Produkt vollständig in einen Tank mit einem gekühlten Gefriermedium eingetaucht, bei dem es sich um Chemikalien oder Mischungen mit Salz oder Zucker handeln kann. Das Tauchverfahren ist die schnellste Gefriermethode und wird üblicherweise zur Vorbehandlung großer Produkte eingesetzt, um eine gefrorene Schicht zu bilden, bevor das Produkt einer längeren Gefrierzeit ausgesetzt wird, wodurch eine Austrocknung vermieden wird. Die Herausforderung bei diesem Verfahren besteht darin, dass sich die Lösung durch das Produkt schnell verdünnt, was die Prozessgeschwindigkeit und -effizienz beeinträchtigen kann.
Plattenkühler oder Blockkühler
Dies ist der am häufigsten verwendete Kontaktgefrierer, bei dem das Produkt zwischen zwei Hohlplatten gepresst wird, in deren Inneren ein Kältemittel zirkuliert. Diese Art von Gefrieranlage eignet sich jedoch nur für Produkte mit regelmäßiger Form oder für kleine Produkte, die in einer Flüssigkeit blockgefroren werden (z. B. Meeresfrüchte). Diese Technologie wird als erster Schritt bei der Verarbeitung von Meeresfrüchten als Schnellgefrierverfahren zu Konservierungszwecken eingesetzt.
Kontakt: Bandgefrierer
Der Kontaktbandgefrierer, der aus einem Einzel- oder Doppelband besteht, auf das das Produkt aufgelegt wird, wird in der Regel zum Einfrieren dünner Produktschichten wie Eigelb, Suppen, Fruchtpürees oder anderer sehr weicher Produkte eingesetzt.
Impingement-Gefrieranlage / Gefrieranlage für flache Produkte
Bei der Impingement-Gefriermethode wird das Produkt auf einem Förderband oder einem Drahtgitter durch den Gefrierraum transportiert, während es mit Hochgeschwindigkeitsluft angeströmt wird. Dieses Gefrierverfahren eignet sich am besten für flache Produkte wie Hamburger. Bei zu großen oder zu kleinen Produkten kann diese Technologie jedoch Schwierigkeiten bereiten.
Tiefkühlgerät
Bei dieser Technologie wird das Produkt durch direkten Kontakt mit verflüssigten Gasen – in der Regel Stickstoff oder Kohlendioxid – einer Temperatur von ca. -60 °C ausgesetzt. Es gibt zwei verschiedene Arten von Gefrieranlagen mit kryogenen Eigenschaften: solche, bei denen das Produkt in das Medium eingetaucht wird, und solche, bei denen das Medium auf das Produkt gesprüht wird. Bei beiden Typen wird das Produkt kontinuierlich auf einem Förderband zum anderen Ende des Gefriergeräts transportiert. In der Regel verbrauchen kryogene Gefriergeräte, die das Eintauchen nutzen, mehr Medium, erzielen jedoch bessere Gefrierergebnisse, während das Aufsprühen einen geringeren Mediumverbrauch und damit niedrigere Kosten gewährleistet. Die Vorteile der kryogenen Gefrieranlagen liegen in ihrer geringen Größe, ihrer Mobilität und den guten Gefrierergebnissen. Die hohen Kosten für die verflüssigten Gase und die ständige Abhängigkeit von Lieferanten gelten jedoch als wesentlicher Nachteil dieser Art von Gefrieranlagen, insbesondere für Verarbeitungsbetriebe in abgelegenen Gebieten.
Alles in allem ist die Auswahl des richtigen Gefriergeräts nicht einfach und lässt sich nicht auf die Überlegung „Gefrierkosten pro kg“ beschränken. Jeder Lebensmittelverarbeiter muss alle wichtigen Faktoren wie Investitionskosten, Betriebskosten, Kosten für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, Produkttyp und gewünschte Gefrierqualität sorgfältig gegeneinander abwägen – all dies ist entscheidend für die Ermittlung der optimalen Gefrierlösung für den Verarbeiter.
