Kühlen und gefrieren von Lebensmitteln - 2

Die Bestimmung der Kühlzeit ist ein Element von praktischer Bedeutung, weil man so die notwendige Zeit kennt, die ein Produkt benötigt, um eine bestimmte Temperatur in seinem Wärmezentrum zu erreichen, ausgehend von einer Anfangstemperatur, einer Kühlmitteltemperatur, der geometrischen Konfiguration, Verpackungsart, etc. Dieses Ergebnis kann in der Berechnung der Belastung pro Produkt für die thermische Belastung verwendet werden.

 

Ein Weg für diese Zeitbestimmung besteht in einer grafischen Methode. Dabei werden für jede der einfachen geometrischen Formen, Kugeln, Quader und Zylinder Grafiken erstellt, die auf folgenden Daten beruhen: Temperaturfaktor, Fourier-Zahl, Temperaturleitfähigkeit, Größe des Produktes, Kühlzeit, Biot-Zahl die den Wärmedurchgangskoeffizientenausdrückt, Leitfähigkeit und die Dicke des Produktes.

 

Das oben beschriebene Verfahren setzt voraus, dass der Wärmeübergang einseitig ist. Wenn sich die Wärmeübertragung in mehr als einer Richtung entwickelt, führt die Ermittlung dieser erwähnten Zeit zu unendlichen Reihen und zeigt die Möglichkeit, sich nur auf den ersten der Begriffe zu beschränken. Für die praktische Arbeit sind Tabellen und Abbildungen vorbereitet worden, mit denen man einfach und rasch die Kühlzeit bestimmen kann.

 

Diese Methode basiert auf einer Kombination der unidirektionalen Wärmeübertragung, entwickelt für einfache geometrische Formen wie Kugeln und Zylinder. Für einen Zylinder von endlicher Länge, wo die Wärmeübertragung in Radial- und Längsrichtung erfolgt, kombiniert die Methode die Lösung des Zylinders für den ersten und die Lamelle für den zweiten. Im Falle eines Quaders kombiniert man die entsprechenden Lösungen für drei Lamellen.

 

Letztere liefert genauere Ergebnisse, da sich die geometrische Figur mehr einer regelmäßigen Figur annähert. Es zeigt die Anwendung dieser Methoden für unterschiedliche Systeme.

Wasser ist der am häufigst vorkommende Bestandteil in den meisten Lebensmitteln im Naturzustand und spielt daher eine wesentliche Rolle in der Struktur und anderen Merkmalen von Produkten pflanzlichen und tierischen Ursprungs.

 

Das Wasser ist ein Lebensmittel und kann als freies oder gebundenes Wasser vorhanden sein. Letzteres kann mehr oder weniger stark mit anderen Bestandteilen gebunden sein. Deshalb ist der Zustand des Wassers in einem Lebensmittel so wichtig für seine Stabilität wie der Gesamtinhalt: Vom Wasser hängt die Verfalleigenschaft des Lebensmittels ab.

 

Wasser ist ein Lösungsmittel für die zahlreichen chemischen Stoffe, die sich auflösen lassen und untereinander reagieren. Das Wasser kann sich auch verteilen und an verschiedenen Reaktionen teilnehmen, insbesondere der Hydrolyse. Werden Wasser verschiedene chemische Substanzen in Lösungsform oder in kolloidaler Suspension beigefügt, entstehen sogenannte kolligative Eigenschaften, die von der Anzahl der vorhandenen Moleküle abhängen. In diesem Zusammenhang kann man unter anderem folgendes nennen: Abnahme des Dampfdruckes, Siedepunktserhöhung, Gefrierpunktserniedrigung, verminderte Oberflächenspannung, Erhöhung der Viskosität und des osmotischen Druckgradienten über semipermeablen Membranen. Diese Eigenschaften bestimmen das Verhalten von Lebensmitteln.

 

Wassermoleküle im festen Zustand werden durch Wasserstoff-Bindungen verknüpft, was zu der Bildung von Polymeren kristalliner Struktur führt, in der jedes Molekül zu vier anderen verbunden ist.

 

Die verschiedenen Stoffe beeinflussen die Struktur des Wassers in unterschiedlicher Form. Zum Beispiel, die Elektrolyte, wie Na+, K+, Cl-, stark in Lösung hydratisiert, verringern die Anzahl der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen. Die Stoffe in Lösung, die durch sich selber Wasserstoffbrücken bilden, können die Assoziation zwischen den Wassermolekülen nach ihrer geometrischen Kompatibilität mit dem bestehenden Netz ändern.