أسس حفظ الأغذية بالتبريد

يعتبر تبريد الأغذية من طرق الحفظ شائعة الانتشار حيث تتيح للغذاء أن يظل محتفظا بجودته وخصائصه وذلك لمدة قصيرة تتراوح من عدة أيام إلى عدة أسابيع، ويعتمد مبدأ هذه الطريقة بشكل أساسي على خفض درجة حرارة المادة الغذائية المعاملة إلى الحد الذي يجعل النمو الميكروبي وكذلك التفاعلات الكيميائية والحيوية أقل ما يمكن وبشكل عام فإن لكل مادة غذائية درجة تبريد مثلى نحصل عندها على أفضل النتائج فعلى سبيل المثال يتم تبريد اللحوم والأسماك إلى درجات حرارة منخفضة بشكل كبير وعلى العكس من ذلك عند تبريد البطاطا حيث أن درجة الحرارة المنخفضة جدا تؤدي إلى تحول جزء من محتواها من المواد النشوية إلى سكريات بفعل الأنزيمات وتكتسب اللون البني عند طبخها ، أما بالنسبة إلى البندورة الناضجة فيجب تبريدها بمجرد قطفها وإلا أدى ذلك إلى فقد بعض الفيتامينات وبخاصة فيتامين C، وعموما فإن أفضل درجة حرارة للحصول على أطول فترة حفظ ممكنه هي 1.5 - 5 م.

ومن الجدير ذكره هنا على أن عملية التبريد لا تعمل على منع نمو الأحياء الدقيقة المحبة للحرارة العالية وعدد كبير من الأحياء الدقيقة المحبة للحرارة المتوسطة بالإضافة إلى التقليل من معدل التغيرات الحيوية الناتجة من البكتريا أو أنزيمات الغذاء الطبيعية فحسب بل تعمل على حفظ الغذاء طازجا كما أنها تساعد على تطرية اللحوم وإنضاج أصناف الجبن بالإضافة إلى زيادة انحلال غاز ثاني أكسيد الكربون في المياه الغازية.

أنواع التبريد:

يمكن أن نميز نوعين من التبريد وذلك حسب أوساط التبريد المستعملة :

1. التبريد الطبيعي.

2. التبريد الصناعي.

أولا : التبريد الطبيعي

تقسم عملية التبريد الطبيعي حسب الوسط المستخدم في التبريد إلى ثلاثة أقسام هي:

(1) التبريد بالماء والثلج Ice water :

يعتبر التبريد بالثلج من أقدم العمليات التي استعملت في التبريد وذلك بسبب قدرة الثلج على امتصاص كمية كبيرة من الحرارة قبل أن يذوب، حيث يمتص كل رطل (453 غ) من الثلج Btu144 درجة حرارة بريطانية وهي كمية الحرارة اللازمة لذوبانه .

وإذا استعرضنا علاقة كمية الحرارة بدرجة حرارة الماء في نطاق التبريد يتضح لنا بأنه إذا كان الجليد على درجة حرارة صفر فهرنهايت وسخن إلى درجة حرارة 32 فهرنهايت فإن كل رطل منه يمتص Btu 0.5 لكل درجة حرارة، وعندما تصل درجة حرارة الماء إلى 32 فهرنهايت لا ترتفع حتى يمتص الماء Btu144 وعندها ترتفع درجة حرارة الماء درجة فهرنهايتية واحدة كلما امتص الماء درجة حرارة بريطانية واحدة لكل رطل من الماء.

(2) التبريد بخليط من الثلج والملح :

يتم اللجوء إلى هذه العملية عند الرغبة في الحصول على درجة حرارة أدنى من 32 فهرنهايت، حيث أن وجود الملح مع الثلج المستخدم في عملية التبريد يزيد من فعاليته فعلى سبيل المثال إذا كانت نسبة الملح في الخليط 5% فإن درجة حرارته تنخفض إلى 27 م بينما إذا كانت نسبة الملح في الخليط 20% فإن درجة حرارة الخليط تصبح 1.5 م.

(3) التبريد باستعمال الثلج الجاف :

يمتاز الثلج الجاف بظاهرة التسامي أي أنه يتحول بعد قيامه بعملية التبريد إلى غاز ثاني أكسيد الكربون دون المرور بالطور السائل الأمر الذي أدى إلى انتشار استخدامه بشكل واسع، وغاز ثاني أكسيد الكربون هو ناتج ثانوي في الصناعة فيعمد إلى جمعه وتنقيته وتسييله ثم تحويله إلى ثلج مضغوط يتم تشكيله على شكل مكعبات بقطر 25سم بحيث تزن الواحدة منها 20-23 كيلو غراما، وعندما يراد استعماله يتم تقطيعه إلى قطع صغيرة بالحجم الملائم.

كما يجب الانتباه إلى ضرورة عدم ملامسته بالأيدي مباشرة حيث يتم حمله باستخدام حامل خشبي كما يحذر من ملامسته للمادة المبردة لشدة برودته.

ثانيا : التبريد الصناعي :

يعد التبريد الصناعي من أهم الطرق المستخدمة في حفظ الأغذية الطازجة والمصنعة ويستعمل لهذا الغرض طرائق كثيرة لتوليد الحرارة المنخفضة والتي من أهمها ما يلي:

أ. نظام الضغط Compression system:

يتألف هذا النظام من الأقسام التالية :

1. الضاغط Compressor : وهو عبارة عن مضخة تقوم بضخ الغاز القادم من المبخر إلى المكثف، حيث تؤدي هذه العملية إلى رفع درجة حرارة الغاز.

2. المكثف Condenser: يتألف من اسطوانة مصنوعة من الفولاذ المقاوم ذو جدران سميكة موضوعة أفقيا تتوزع فيها أنابيب يمر فيها الوسط المبرد القادم من الضاغط فيمتز الحرارة الزائدة من الغاز الذي تنخفض درجة حرارته الأمر الذي يؤدي إلى تحول الغاز إلى سائل تصب قطراته في حوض الاستقبال .

3. خزان الاستقبال Receiver : وهو عبارة عن خزان اسطواني الشكل مصنوع من الفولاذ المقاوم يتجمع فيه الغاز السائل تحت ضغط شديد .

4. صمام التمدد Expansion valve : يعمل هذا الصمام على تنظيم مرور الغاز السائل إلى المبخر، حيث يواجه هذا الغاز عندما يجتاز صمام التمدد ضغطا منخفضا فتتحول ذراته إلى الحالة الغازية فتمتص الحرارة اللازمة لهذا التحول من جو المبخر الذي تنخفض درجة حرارته إلى الدرجة المطلوبة.

5. المبخر Evaporator : عبارة عن مجموعة من الأنابيب المتعرجة الضيقة تتوزع في جميع أرجاء غرفة التبريد بشكل يؤمن خفض درجة الحرارة في جميع أرجاءها حيث أن هذه الأنابيب قد تلامس المواد المراد تبريدها مباشرة أو قد يفصلها عنها سطح معدني يقوم بحملها، وبعد أن يتحول الغاز إلى الحالة الغازية في المبخر بسبب امتصاص الحرارة من الغذاء المخزن الذي تنخفض درجة حرارته إلى الدرجة المطلوبة، وهكذا ترتفع درجة حرارة الغاز فيعود إلى الضاغط ليعود في دورة تبريدية جديدة، الشكل رقم (1) .

الشكل (1) نظام التبريد بالضغط

ب. نظام الامتصاص Absorption system:

يتألف نظام التبريد بالامتصاص من الأجزاء نفسها التي يتكون منها نظام التبريد بالضغط، ويكمن الاختلاف في الجزء الضاغط فقط والذي يتكون هنا من جزئين هما:

1. خزان الامتصاص Absorber: يقوم هذا الخزان باستقبال الغاز العائد من غرفة التبريد فيبرد بواسطة وشائع يمرر فيها الماء البارد ثم يضخ بواسطة مضخة إلى خزان المولد.

2 خزان المولد Generator : وهو خزان اسطواني الشكل موضوع أفقيا يحتوي على محلول الأمونيا المكون من جزء من الأمونيا وجزئين من الماء، يستقبل الغاز الذي يذوب في هذا المحلول مكونا محلولا مركزا يطرد منه الغاز بواسطة وشائع مسخنة بالبخار فينطلق الغاز من المولد إلى المكثف حيث يتم تبريده وتحويله إلى الحالة السائلة، الشكل رقم (2) .

وسط التبريد Refrigerant :

يعرف وسط التبريد حسب شركة Du Pont على أنه مركب كيميائي يتميز بقدرته على نزع الحرارة من منطقة منخفضة الحرارة ونقلها إلى منطقة مرتفعة الحرارة، وهو الوسيلة الفعالة في توليد الأثر المبرد الذي يستعمل في تبريد المواد المراد تبريدها، وقد يستعمل في تبريد وسط آخر يقوم هو بتبريد هذه المواد لذلك يعرف لوسط التبريد نوعان هما :

1. وسط التبريد الأولي Primary refrigerant : وهو الوسط الذي يولد الأثر المبرد بغليان أو تبخير الوسط في وشيعة المبخر أو نمط مماثل تجهز به المنطقة المراد تبريدها واستغلال الحرارة الكامنة للوسط في عملية التبريد.

2. وسط التبريد الثانوي Secondary refrigerant : وهو وسط آخر مثل كلور الكالسيوم يبرد بواسطة وسط التبريد الأولي، يرسل في وشائع مخزن التبريد ليقوم بتبريد المواد المراد تبريدها .

ومن أهم العوامل الداعية إلى اللجوء إلى هذا الإجراء ما يلي:

• إمكان تلوث المواد الغذائية بتسرب الوسط الأولي، وخطورة هذا التسرب في حال حدوثه.

• طول أنابيب التوصيل .

خصائص أوساط التبريد :

تمتاز أوساط التبريد المستخدمة بمجموعة من الخصائص والصفات والتي يمكن أن نوجزها في الفقرات التالية :

(1) الغليان ودرجة الحرارة والضغط :

يحدد الضغط (نظام التبريد بالضغط) درجة حرارة الوسط المبرد ودرجة حرارة تكاثفه، حيث يفضل في معظم الحالات اختيار وسط التبريد الذي يعمل تحت ضغط أعلى من الضغط الجوي، لأنه في حال حدوث تسرب يمكن كشف تسرب الغاز إلى الخارج ولكن لا يمكن كشف دخول الهواء إلى داخل أنابيب توصيل الوسط إذا كان الضغط أقل من الضغط الجوي .

(2) درجة حرارة التجمد :

يجب أن تكون درجة حرارة تجمد الوسط أخفض بكثير من درجة الحرارة التي تستعمل للتبريد وذلك بهدف تفادي المشاكل الناجمة عن تجمد وسط التبريد.

(3) الحرارة الكامنة للتبخير :

وهي كمية الحرارة التي يمتصها وسط التبريد كي يتحول من الطور السائل إلى الطور الغازي الأمر الذي يؤدي إلى نزع الحرارة من المواد المبردة ، وبالتالي فإن وسط التبريد الجيد يجب أن يمتص كمية كبيرة من الحرارة.

(4) سمية وسط التبريد :

وهي من أخطر الصفات لما لها من تأثير سلبي على العاملين في منطقة التبريد، وتتباين هذه السمية بين أوساط التبريد المختلفة، وعادة ما يستدل على حدوث تسرب بواسطة رائحة وسط التبريد.

(5) الاشتعال والانفجار :

تحدد هذه الخاصية قابلية استعمال وسط تبريد ما فعلى سبيل المثال يمتاز غاز البروبان بقابليته للاشتعال ثم الانفجار الأمر الذي أدى إلى منع استعماله في حين تمتاز الفحوم الهالوجينية بكونها غير مشتعلة ولكن اختلاطها بزيت تشحيم الآلات إذا اشتعل يفككها إلى غازات سامة، مع العلم أن مثل هذه الحوادث نادرة الحدوث ولكن يجب الأخذ الحيطة والحذر.

أنواع أوساط التبريد :

لقد شرعت الشركات الكيميائية إلى إنتاج أوساط تبريد كثرة مما أدى إلى تنوعها والتي من أهمها ما يلي :

(1) الأمونيا Ammonia :

يعتبر غاز الأمونيا من أكثر أوساط التبريد استعمالا حيث يتصف بميزات تبريدية عالية فهو يتبخر على درجة حرارة (- 33 م) عند الضغط العادي، والضغط اللازم لتكاثفه عند درجة حرارة 35 م هو psig181 أو 12 كغ/سم2 ، وهو لا يختلط بزيوت التشحيم ولا يسبب صدأ المعادن باستثناء المعادن المحتوية على النحاس في تركيبها، تتراوح درجة حرارته النوعية 0.52 م وحرارته الكامنة Btu589، كما يجدر بنا الإشارة هنا على أن غاز الأمونيا يتسم بشيء من الخطورة فهو سام وذو رائحة مخرشة وقابل للاشتعال في ظروف معينة لذلك يتم استعمال الأمونيا في المخازن الكبيرة.

(2) وسط تبريد 12 أو ثنائي كلور ثنائي فلور الميثان C c12 f2

يتميز هذه الوسط بصفات تصنيعية جيدة فهو يغلي على درجة حرارة 30 م عند الضغط العادي، والضغط اللازم لتكاثفه عند درجة حرارة 35 م هو Btu108 أو 7.6 كغ /سم2، وهو عديم الرائحة في الشروط الطبيعية، وهو غير قابل للاشتعال ولكنه يتحول إلى مركبات سامة في حال تعرضه للهب.

(3) وسط تبريد 22 أو أحادي كلور ثنائي فلور الميثان CH CL F2 :

من أهم الصفات التي تميز هذا الوسط هو أنه يغلي على درجة حرارة - 41 م مما يتيح استعماله في مجال التجميد، ويتراوح الضغط اللازم لتكاثفه عند درجة حرارة 35 نحو Psig181.

(4) وسط تبريد 12/152 أ - أو وسط تبريد CH3 CHF2/C Cl2 F2)500):

إن هذا الوسط هو عبارة عن خليط بين وسط تبريد 12-R و 152-R، ويمتاز بغليانه عند الدرجة - 34 م ويتكاثف عند ضغط 9.2كغ/سم2 وذلك على درجة حرارة ،35 م، ولقد كان الهدف من إنتاج هذا الوسط هو لاستخدامه في التبريد المنزلي ,

(5) وسط تبريد 40 أو كلور الميثيل CH3CI :

يعتبر هذا الوسط من أوساط التبريد الجيدة إلا أنه سريع الاشتعال بالإضافة إلى صفاته السمية الأمر الذي أدى إلى تضائل استخدامه، وهو يغلي على درجة حرارة - 24مْ في الضغط الجوي العادي وحرارته النوعية 0.2 ويتجمد على درجة حرارة - 144 فهرنهايت.

الشروط اللازم توافرها أثناء التخزين المبرد:

هناك مجموعة من الشروط الواجب مراعاتها أثناء تخزين المواد الغذائية المبردة وذلك من أجل المحافظة على صفات هذه المواد وجودتها وعلى قيمتها الغذائية، ويمكن إيضاح أهم هذه الشروط ضمن النقاط التالية :

(1) سرعة تبريد المواد الغذائية :

من المعروف أن الثمار والخضار تكون محتفظة بأفضل صفات الجودة عندما يتم قطفها في طور النضج المناسب، وتنخفض هذه الصفات كلما مضى الوقت بعد القطاف، ولكي نحافظ على هذه الصفات من التردي لابد من الإسراع بتبريد هذه المواد لأن بقاء هذه المواد بضع ساعات بعد القطاف دون تبريد يؤدي إلى إلحاق الضرر بصفاتها وخصائصها وبقيمتها التغذية .

(2) التحكم في درجة الحرارة:

يمكن المحافظة على صفات الجودة في المواد الغذائية المخزنة إذا تم حفظها على درجة حرارة أعلى من درجة تجمدها بقليل ثم المحافظة على درجة حرارة غرفة التبريد في الحدود المناسبة، ولهذا الغرض يتم القيام بالآتي:

• عزل جدران مخزن التبريد بشكل جيد وذلك عن طريق استعمال أفضل المواد في بناء الجدران وتبطين الجدران من الداخل بالمادة العازلة لمنع حدوث أي شكل من أشكال التبادل الحراري مع الوسط الخارجي.

• استعمال أجهزة تبريد ذات قدرات تبريدية مناسبة وذلك بهدف خفض درجة حرارة المخزن إلى الدرجة المناسبة، وذلك عن طرق حساب حجم المخزن وكميات الحرارة المتولدة من تنفس المواد الغذائية المخزنة.

(3) المحافظة على الرطوبة النسبية :

تعد الرطوبة النسبية من أهم العوامل التي تؤثر على عملية التخزين المبرد لأن توافر الرطوبة النسبية المنتظم يمنع فقد الماء من المواد الغذائية المخزنة وذلك نتيجة لوجود اتزان بين رطوبة المخزن ورطوبة المواد المخزنة حيث أنه إذا انخفضت رطوبة المخزن تبخر جزء من رطوبة المواد المخزنة للمحافظة على هذا التوازن الأمر الذي يؤدي إلى جفاف المواد، أما إذا زادت رطوبة المخزن فإن ذلك يؤدي إلى تكاثف جزء منها على سطح المواد المخزنة أو على أجهزة التبريد مما يؤدي إلى تشجيع نمو الأحياء الدقيقة المسببة للفساد، كما تؤدي إلى حدوث تشققات غير طبيعية لبعض الثمار حيث تظهر هذه التشققات بعد نقل الثمار إلى درجة حرارة أعلى كما هو الحال في التفاح.

وبشكل عام تحدد الرطوبة النسبية في جو مخزن التبريد بالفرق الحراري بين درجة حرارة هواء المخزن ودرجة حرارة الوشائع المبردة ، حيث أن وجود فرق حراري بمقدار 0.5 - 1 م أثناء تخزين منتج ما يعد ضروريا للمحافظة على درجة رطوبة نسبية مناسبة، ويمكن تحقيق ذلك إذا كانت مساحة سطح وشائع التبريد كبيرة وحركة عبور الهواء فوقها كبيرة من أجل أن تؤمن نقلا متوازنا للحرارة.

(4) حركة الهواء:

من الأمور الهامة أثناء التخزين المبرد أن يتم تأمين حركة هواء مناسبة في جو مخزن التبريد وذلك من أجل المحافظة على توزع الحرارة بشكل منتظم داخل جو مخزن التبريد، كما أنها تحافظ على تماثل تركيب جو المخزن وتساعد على سرعة تبريد المواد والمنتجات الداخلة إلى المخزن.

تبريد بعض المواد الغذائية :

أولا : تبريد اللحوم :

تعتبر اللحوم من الأغذية سريعة الفساد ولذا يجب تبريدها بأسرع وقت ممكن وخلال فترة التبريد تفقد اللحوم حوالي 1.5 -2.5 % من وزنها نتيجة فقدها لجزء من رطوبتها ومن اجل ذلك يجب أن تكون الرطوبة النسبية في جو التخزين 90% على الأقل وذلك من أجل التقليل من الفقد الحاصل في الوزن، وتتراوح درجة الحرارة المثلى لتبريد اللحوم الصفر المئوي على أن لا يتعدى التفاوت في درجة الحرارة

± 0.5 م حيث أن زيادة درجة الحرارة عن ذلك تؤدي إلى نمو الفطريات على سطح اللحوم، وبالتالي يفضل أن يتم تبريد اللحوم أولا ثم يتم نقلها إلى غرف التخزين حيث أن استخدام غرفة واحدة لغرض التبريد والتخزين يؤدي إلى حدوث تقلبات مستمرة في درجات الحرارة نتيجة دخول وخروج اللحوم بشكل مستمر.

ومن الأمور المساعدة على إطالة فترة حفظ اللحوم بالتبريد استخدام مصابيح الأشعة فوق البنفسجية والتي تعمل على منع نمو الأحياء الدقيقة المحبة للبرودة وبخاصة الفطريات، كما أن خفض درجة الحرارة إلى - 1 م يساعد على إطالة فترة حفظ اللحوم المبردة، ومن الأمور المساعدة أيضا على ذلك إضافة غاز ثاني أكسيد الكربون إلى جو التخزين بنسبة 10 - 15 % وكلما زاد تركيز الغاز زادة مدة الحفظ، إلا أن زيادة تركيز الغاز تؤدي إلى حدوث التلون البني للحوم نتيجة تحول صبغة الهيموغلوبين إلى ميتا هيموغلوبين .

ثانيا: تبريد الأسماك :

يتم تبريد الأسماك بغرض المحافظة على خصائصها وجودتها خلال فترة نقلها من مراكز الصيد إلى مراكز الاستهلاك أو التصنيع مع مراعاة عدم زيادة فترة التبريد عن اللازم لأن ذلك يؤدي إلى ليونة لحم السمك وتغير لون جلده وظهور رائحة غير مرغوبة.

وبشكل عام يفضل استخدام الثلج المجروش الناعم في عملية التبريد نظرا لسرعة تبريده وتكمن الغاية من جرش الثلج وتنعيمه لتجنب أي خدوش في أنسجة الأسماك المعاملة لأن حدوثها يساعد على سرعة التلف، وتتراوح نسبة الثلج المستخدم في التبريد (1) ثلج : (2) سمك ويمكن رفع النسبة إلى (1) ثلج : (2) سمك في الأجواء الحارة، ويتم توضع الثلج بشكل متناوب مع السمك على شكل طبقات على أن تكون الطبقة الأولى والأخيرة من الثلج .

ثالثا: تبريد الخضار والفواكه :

تختلف درجة الحرارة التبريد والرطوبة النسبية المثلى بالنسبة للأنواع المختلفة من الخضار والفاكهة الأمر الذي يؤدي إلى اختلاف مدة حفظ كل نوع منها، والجدول التالي يوضح درجات الحرارة المثلى والرطوبة النسبية ومدة الحفظ للأنواع المختلفة من الخضار والفواكه المحفظة بالتبريد .

جدول يبين درجات الحرارة والرطوبة النسبية المناسبة لحفظ الاغذية بالتبريد

ومن الجدير ذكره هنا أنه يمكن إطالة فترة الحفظ هذه عن طريق تعبئة الخضار والفواكه في أكياس من البولي إيثيلين وبهذا يمكن التقليل من نسبة الماء المفقود نتيجة البخر وبالتالي تأخير تعرضها للذبول، ومن الأمور الواجب توافرها في هذه الأكياس أن تكون منفذة للأكسجين بدرجة قليلة حيث أن الخضار والفواكه تبقى حية أثناء التبريد ولذلك فهي تتنفس وتستخدم هذا الأكسجين في إنتاج الطاقة عن طريق استهلاك النشاء المخزن فيها، ولكن إذا زادت كمية الأكسجين فإن ذلك يؤدي إلى زيادة استهلاك النشا مما يؤدي إلى تقليل فترة الحفظ، ومن جهة أخرى نلاحظ أنه إذا انخفض مستوى الأكسجين في العبوة فإن ذلك يؤدي إلى تحلل الأنسجة وإنتاج الأحماض والكحولات وتكتسب الثمار قواما عجينا .