Hoe blijft een diepvriesproduct zo lang vers? En welke innovaties zorgen voor betere kwaliteit en energie-efficiëntie? Van ultrasnelle vriesmethodes tot slimme energiebesparing: ontdek hoe moderne technologie invriezen optimaliseert en welke uitdagingen nog wachten op een oplossing. Lees verder en duik in de fascinerende wereld van industriële vriesprocessen!
Sinds de prehistorie maakt de mens gebruik van koeling en diepvriezen om voedsel langer te bewaren en bederf tegen te gaan. De Amerikanen waren de eersten die zich bezighielden met de methode van levensmiddelenconservering waarbij snelle, tot de kern gaande bevriezing wordt toegepast. Ons land maakte voor het eerst kennis met deze vriestechniek tijdens de Tweede Wereldoorlog. Vanaf de jaren ’50 verschenen de eerste diepvriesproducten van Belgische makelij, en tien jaar later volgde een sterke expansie. België is de grootste Europese producent van diepvriesgroenten, maar ook in andere subsectoren worden diepvriesproducten geëxporteerd binnen en buiten Europa.
Waarom blijft een ingevroren product langer houdbaar?
Invriezen vertraagt de natuurlijke afbraak veroorzaakt door microbiologische, enzymatische en fysicochemische processen. Bij temperaturen van -18°C of lager stopt de groei van micro-organismen en wordt enzymatische activiteit sterk geremd. Daarnaast worden andere biologische processen, zoals oxidatie in de cellen van het voedingsmiddel, vertraagd.
Een belangrijk effect van diepvriezen, is de vorming van ijskristallen. Het water in het voedsel bevriest, waardoor het onbeschikbaar wordt voor micro-organismen, die zich daardoor niet meer kunnen vermenigvuldigen. Ook biochemische processen die afhankelijk zijn van water komen hierdoor vrijwel volledig tot stilstand.
Hoewel diepvriezen de houdbaarheid aanzienlijk verlengt, is het geen permanente oplossing. De bederfprocessen worden weliswaar vertraagd, maar niet volledig gestopt. Zodra de temperatuur stijgt, worden micro-organismen weer actief en hervatten enzymen en andere biologische processen hun werk, wat tot versneld bederf kan leiden. Bovendien kan er ook bij vriestemperaturen vochtmigratie en -verlies optreden, wat de structuur en kwaliteit van het product negatief beïnvloedt.
Diepvriesproducten moeten bij een temperatuur van minimaal -18 °C worden bewaard, zoals bepaald in het Koninklijk besluit van 5 december 1990 betreffende diepvriesproducten (.PDF)) . Bedrijven die diepvriesproducten verwerken, moeten de temperatuur controleren en in bepaalde gevallen ook registreren (Verordening 37/2005 betreffende de temperatuurcontrole in vervoermiddelen en in opslagruimten van voor menselijke voeding bestemde diepvriesproducten (.PDF) en het Ministerieel Besluit van 28 januari 1993 betreffende de temperatuurcontrole van diepvriesproducten en haar rectificaties (.doc).
Het belang van de invriessnelheid
De snelheid van invriezen, heeft een grote invloed op de kwaliteit van voedingsproducten. Hoe sneller het invriesproces, hoe kleiner de ijskristallen die zich vormen. Dit is gunstig, want bij langzamer invriezen ontstaan grotere ijskristallen die de celmembranen kunnen beschadigen en de kwetsbare celwanden kunnen doorboren. Hierdoor loopt het celvocht, waarin essentiële voedingsstoffen zoals vitaminen, mineralen, eiwitten, koolhydraten en smaakstoffen zitten, uit de cel en bevriest het geleidelijk aan de buitenkant.
Bij het ontdooien gaat dit nutritionele vocht samen met het dooiwater verloren, wat niet alleen de voedingswaarde vermindert, maar ook de smaak, textuur en het uiterlijk van het product negatief beïnvloedt door extra vochtverlies.
Figuur 1: De verschillende parameters die invloed hebben op de kwaliteit van het voedingsproduct bij het invriesproces (bron: Recent developments in freezing of fruits and vegetables: Striving for controlled ice nucleation and crystallization with enhanced freezing rates - Grover - 2023 - Journal of Food Science - Wiley Online Library)
Als gevolg van dergelijke trage koeling, zijn deze producten ook meer gevoelig voor zogenaamd blokvriezen tijdens de koude bewaring. Dit betekent dat producten aan elkaar plakken door vochtmigratie en ijskristalvorming aan het oppervlak, vooral bij fluctuerende vriestemperaturen. Bij producten die een thermische voorbehandeling (zoals blancheren) ondergaan, moet men ook opletten voor weefselbeschadiging die tot gelijkaardige problemen kunnen leiden tijdens en na het invriezen. Overtollig vrij vocht tussen de producten geeft ook blokvriesproblemen.
Industriële invriesmethodes
Het vriesproces kent drie fasen: voorvriezen, invriezen en opslag. Hierbij vinden temperatuurveranderingen en faseovergangen plaats die de productkwaliteit beïnvloeden. Een gecontroleerd invriesproces helpt om versheid en voedingswaarde te behouden, maar correcte opslag en ontdooiing blijven essentieel. Hieronder geven we een kort overzicht van de verschillende technologieën:
Cryogeen invriezen
Cryogeen invriezen maakt gebruik van extreem lage temperaturen met vloeibare stikstof of koolstofdioxide voor snelle bevriezing. Dit voorkomt grote ijskristallen en behoudt textuur en kwaliteit, ideaal voor delicate producten zoals zeevruchten, fruit en kant-en-klare maaltijden. Cryogene systemen zijn compact, maar de operationele kosten kunnen hoger uitvallen door het gasverbruik.
Intermezzo: Binnen VEG-i-TEC, proeftuin voor de groente- en aardappelverwerkende bedrijven, maken ze gebruik van dergelijk cryogeen invriessysteem. Momenteel onderzoeken ze of ze het vriesproces op een intermediaire temperatuur kunnen stoppen om de gewenste minimum diepvries bewaartemperatuur zich te laten voltrekken in de minder energie intensieve diepvriescel. Hierbij zal er gekeken worden tot welke energiewinsten dit kan leiden en of de productkwaliteit behouden blijft.
Mechanisch invriezen
Mechanische vriezers onttrekken warmte via een gesloten koelcyclus en worden veel gebruikt in de voedingsindustrie. Tunnelvriezers zijn efficiënt voor grote hoeveelheden voedsel en bieden schaalbaarheid. Hoewel de initiële kosten hoger zijn, zijn de operationele kosten vaak lager dan bij cryogene systemen. Mechanische vriessystemen maken gebruik van circulerende koude lucht om het product in te vriezen, waarvoor vaak krachtige ventilatoren nodig zijn. Hierbij is een goede luchtcirculatie van belang voor zowel een snel als een homogeen invriesproces.
Plaatvriezen
Bij plaatvriezen worden producten direct ingevroren in direct contact tussen gekoelde platen, wat zorgt voor snelle en gelijkmatige bevriezing. Deze methode is energiezuinig en geschikt voor bulkproducten zoals vis, vlees en groenten.
Individueel Snel Invriezen (IQF)
IQF bevriest kleinere voedselstukken afzonderlijk in plaats van in bulk, wat de textuur en voedingswaarde behoudt. Daarvoor kan een gefluïdiseerd bed gebruikt worden, dat zorgt voor werveling van de producten in de koude lucht die er doorheen wordt geblazen. De snelheid van invriezen kan die van cryogene systemen benaderen aan een lagere operationele kost. Dit verlengt de houdbaarheid, voorkomt voedselverspilling en maakt producten makkelijker te portioneren. Daarnaast minimaliseert het bacteriegroei en vriesbrand, wat bijdraagt aan voedselveiligheid en duurzaamheid. Aandachtspunt is ook hier een goede luchtcirculatie verzekeren zodat te traag en onvolledig invriezen wordt vermeden.
Energie-efficiëntie en duurzaamheid in industriële koeling
Energie-efficiëntie is een essentieel aspect van duurzame industriële koeling. Door warmteverliezen te beperken en geavanceerde technologieën toe te passen, kan het energieverbruik aanzienlijk worden verlaagd. Zo zorgen frequentiegeregelde compressoren en verdampingscondensors en EC-ventilatoren voor efficiëntere koeling, terwijl moderne isolatiematerialen, zoals vacuümisolatiepanelen, warmteoverdracht minimaliseren en de prestaties verbeteren.
Wil je de efficiëntie van je koelsystemen maximaliseren? Overweeg dan deze strategieën:
- Slim energiebeheer: Gebruik een gecentraliseerd energiemanagementsysteem om de prestaties continu te monitoren en bij te sturen. Horafrost heeft hierrond samengewerkt met Ikologik en PropheSea: Energie kostenbewust sturen? Een oplossing in de maak! - Flanders' FOOD
- Efficiëntere componenten: Elektronische expansieventielen en frequentieomvormers kunnen het energieverbruik met wel 38% verminderen.
- Afstemmen van ventilatoren in mechanische koeling: ventilatoren kunnen makkelijk 30% van het energieverbruik betekenen. Denk na over de nodige ventilatie snelheid en de draaiduur van de ventilatoren.
- Stapeling en design: zorg voor voldoende koude luchtdoorstroming rondom of doorheen het product zodat geen warme zones of shortcuts ontstaan en zo homogeen mogelijke condities worden verzekerd.
- Ontdooien van de verdampers: als er veel vocht aanwezig in de ruimte (bv. door open deuren, nat product) kunnen verdampers makkelijk aanvriezen. De koelefficiëntie zakt dan drastisch en ook de ventilatoren werken dan niet optimaal. Ontdooien is nodig maar gebruikt ook snel 10% van de totale energie. Let dus op het type ontdooiing (in grote systemen met meerdere verdampers is hete gasontdooiing efficiënter dan elektrische ontdooiing), en optimaliseer de frequentie en duur van de ontdooiing.
- Optimalisatie van productieprocessen: stem de activiteiten af op de lokale warmte- en koudenoden. Hierbij kunnen buffervaten of andere energieopslagsystemen dienst doen als tijdelijke opslag van warmte of koude.
Naast kostenbesparing draagt een duurzame aanpak bij aan milieubescherming. Goed geïsoleerde constructies, zoals geïsoleerde metalen panelen, helpen energieverlies te beperken. Daarnaast verbeteren energiezuinige LED-verlichting en systemen met een variabel koelmiddeldebiet de algehele efficiëntie. Door deze maatregelen te implementeren, verlaag je niet alleen de operationele kosten, maar maak je ook een positieve impact op het milieu.
Intermezzo: Door middel van Computational Fluid Dynamics (CFD) is het mogelijk om de luchtstromen en de warmteoverdracht in kaart te brengen aan de hand van simulaties. KU Leuven onderzoekt a.d.h.v. deze methode in het Rethink Energy 4 Food project welke aanpassingen nodig zijn voor een tunnelvriezer en een opslagruimte (bv. Stapeling en design) om de ventilatiekoeling efficiënter te maken.
Uitdagingen binnen het invriesproces
Welke impact hebben temperatuurschommelingen bij de bewaring van diepvriesproducten?
Via energiemanagementsystemen is het mogelijk om afhankelijk van de beschikbaarheid van energie de diepvries harder te zetten bij een overschot van opgewekte elektriciteit. De diepvries wordt dan gebruikt als energiebuffer. De toepassing is veelbelovend, maar er rijzen vragen over welke impact dit heeft op de houdbaarheid en de kwaliteit van deze schommelingen.
Hoe ventilatoren, stapeling en designs optimaliseren voor meer energie-efficiënte invriesprocessen?
Luchtcirculatie is een sleutelfactor voor veel invriesprocessen, die bepalend is voor zowel de snelheid als de homogeniteit van het proces. Niet enkel de ventilatoren zelf maar ook de stapeling, verpakking en het design van de tunnel of vrieskamer dragen hieraan bij, net zoals andere condities zoals vochtigheid. Daardoor is optimalisatie niet altijd eenvoudig. Computersimulaties zoals deze uitgevoerd door KU Leuven kunnen hierbij helpen.
Loop je tegen uitdagingen aan bij het invriezen? Laat het ons weten! Samen kijken we of er al bestaande oplossingen zijn of verkennen we nieuwe onderzoeksmogelijkheden om tot een innovatieve aanpak te komen.
Het optimaliseren van energie en waterverbruik zijn een cruciaal onderdeel van de transformaties in Industrie 4.0. Benieuwd hoe jouw bedrijf scoort op het gebied van Industrie 4.0 en hoe die prestaties zich verhouden tot het gemiddelde in de voedingssector?
Ontdek concrete verbeterpunten en groeikansen met de FOF-scan, dé benchmarkingtool voor jouw bedrijf.
Partners
