Autor za publikację artykułu w czasopiśmie naukowym „Przemysł Spożywczy” otrzymuje 20 punktów zgodnie z komunikatem Ministra Edukacji i Nauki z dnia 1 grudnia 2021 r. w sprawie wykazu czasopism naukowych i recenzowanych materiałów z konfe­rencji międzynarodowych.

Chłodzenie żywności – zastosowanie suchego lodu

DOI 10.15199/65.2021.8.4

Chłodzenie jako sposób na przedłużenie trwałości żywności było znane ludzkości od bardzo dawna. Już w starożytnych Indiach, Egipcie, Grecji i Rzymie chłodzono wodę i wino w glinianych, porowatych amforach, które przechowywano w przewiewnych piwnicach. Na starych freskach egipskich sprzed 4500 lat przedstawiona jest „chłodziarka” domowa, której działanie polegało na odprowadzeniu ciepła na skutek parowania wody. W tym celu używano naczyń porowatych, a woda przesączała się ku zewnętrznej powierzchni naczynia i tam odparowywała. Aby dodatkowo zwiększyć intensywność tego procesu, niewolnicy wachlarzami wymuszali przepływ powietrza wokół naczynia (rysunek 1) [2, 6, 20].

W czasach starożytnych czynnikiem chłodzącym był również śnieg zbierany zimą oraz lód z rzek i jezior. Zastosowanie soli do konserwowania mięsa oraz chłodna i stała temperatura jaskiń pozwalały dłużej przechowywać zarówno ten surowiec, jak również zasolone i kiszone warzywa czy produkty uzyskane na bazie mleka [20]. W europejskich rezydencjach, także w polskich pałacach i zamkach, a z czasem również na dworach zaczęły pojawiać się głębokie piwnice lub wolnostojące domki bez okien, ale o grubych murach. W środku zimy wypełniano te pomieszczenia zasolonym lodem i zasypywano trocinami, które stanowiły znakomitą izolację.

Pod koniec XVI wieku F. Bacon podał pierwsze receptury na mieszaniny oziębiające, których zastosowanie stanowiło przełom w technice chłodniczej. W 1760 roku R. Braun zestalił rtęć w wyniku jej oziębieniu do temperatury około -40°C, a w 1793 roku T. Lowitz uzyskał temperaturę -50°C. Mieszaniny oziębiające stosowano wówczas głównie do chłodzenia napojów i wyrobu lodów. Na dworze Burbonów w XVII wieku przygotowywano potrawy mrożone przy pomocy mieszanin chłodzących. Wdrożenie stosowania mieszanin chłodzących na skalę przemysłową nie było możliwe ze względu na duże koszty związane z regeneracją soli lub jej utratą. Brak lodu w krajach zachodnioeuropejskich i trudności związane z jego importem z Norwegii, Szwajcarii lub Szwecji skłoniły konstruktorów z Anglii do podjęcia prób uzyskania maszyny chłodniczej. Pierwsze chłodziarki mechaniczne pojawiły się w latach 30-tych ubiegłego wieku. W 1877 roku Carl vonLinde skonstruował chłodziarkę amoniakalną, która szybko została rozpowszechniona i przez długie lata zajmowała czołowe miejsce w produkcji chłodziarek przemysłowych.

STRESZCZENIE:  
Głównym parametrem określającym mikroklimat w otoczeniu produktów spożywczych jest temperatura. W celu ograniczenia zmian jakości żywności, zasadnicze znaczenie ma dobór odpowiedniego czynnika chłodniczego oraz urządzeń do wychładzania w całym łańcuchu chłodniczym. Suchy lód zapewnia szybkie i bezpieczne chłodzenie oraz umożliwia zachowanie naturalnych właściwości produktu. Dodatkowo działa bakteriostatycznie, nie wpływa na zmiany profilu smakowo-zapachowego przechowywanej i transportowanej żywności. Stosowany jest w firmach cateringowych, w przemyśle mięsnym, mleczarskim, piekarskim, farmaceutycznym oraz w laboratoriach, głównie jako środek chłodzący. Bardzo ważnym aspektem jest również fakt, że suchy lód jest produktem naturalnym, bezpiecznym dla środowiska, niepalnym i nietoksycznym. Z powodzeniem może być stosowany tam, gdzie istnieje potrzeba utrzymania niskiej temperatury.
   
SUMMARY:  
The main parameter determi- ning the microclimate around food products is temperature. In order to limit of food quality changes, it is essential to choose the right refrigerant and cooling equipment throughout the chilling chain. Dry ice provides fast and safe cooling and enables preservation of natural product properties. Additionally, it has bacteriostatic effect and doesn’t influence on changes of taste and smell profile of stored and transported food. It is used in catering companies, meat, dairy, bakery, pharmaceutical industries and in laboratories, mainly as a cooling medium. Another very important aspect is the fact that dry ice is anatural, environmentally safe, non-flammable and non-toxic product. It can be successfully used where there is aneed to maintain low temperatures.

TITLE:
Refrigeration of Foodstuffs – The Use of Dry Ice
   
Źródło: [20].

Rys. 1. Niewolnik wywołujący intensyfikację powierzchniowego parowania wody – malowidło staroegipskie
Fig. 1. A slave causing intensification of surface evaporation of water-an ancient Egyptian painting

Jednocześnie F. Carre w 1859 roku we Francji zbudował pierwszą chłodziarkę absorp- cyjną w układzie woda-amoniak. W drugiej połowie XIX wieku, a mianowicie w 1860 roku zastosowano chłodzenie żywności w transporcie mięsa mrożone- go z Australii do Londynu, co zakończyło się niepo- wodzeniem. Pierwszy udany transport morski miał miejsce w 1868 roku, kiedy Tellier przewiózł mięso w lodzie na statku Le Frigorifique z Marsylii do Ar- gentyny. W latach 80-tych XIX wieku w Europie po- wstały pierwsze chłodnie – duża chłodnia składowa w Londynie i chłodnie przy rzeźniach w Bremie oraz w Wiesbaden [6, 20]. W obecnych czasach przemysł spożywczy nie może sprawnie funkcjonować bez urządzeń i systemów chłodniczych oraz odpowiednich pomieszczeń do schładzania i przechowywania żywności, które jednocześnie stanowią integralną część łańcucha chłodniczego. Jak podają Markowska i wsp. [11], w celu uzyskania satysfakcjonujących efektów chłodniczego przechowywania żywności należy zachować również wysokie standardy higieny oraz przestrzegać zasad ciągłości łańcucha chłodniczego, utrzymując optymalną i stałą temperaturę, wilgotność względną powietrza, które zapewniają wysoką jakość produktów podczas składowania. Źródła „chłodu” przeszły ogromną transformację – od chłodzenia lodem wodnym po chłodzenie maszynowe czy nawet termoelektryczne [10].

Jak podają Calm i Didion [3], idealny czynnik chłodniczy, oprócz posiadania pożądanych właściwości termodynamicznych, powinien być nietoksyczny, niepalny, całkowicie stabilny wewnątrz instalacji oraz nieszkodliwy dla środowiska naturalnego. Ponadto musi on być łatwo dostępny, tani w produkcji oraz kompatybilny z materiałami zastosowanymi do budowy urządzeń i instalacji. W przemyśle chłodniczym oraz w różnych gałęziach przemysłu spożywczego bardzo istotny jest dobór czynnika chłodniczego. Dlatego też poszukuje się takich rozwiązań techniczno-technologicznych, które maksymalnie zabezpieczą surowiec czy produkt na etapie jego produkcji, przechowywania oraz dystrybucji do konsumenta z zachowaniem łańcucha chłodniczego.

WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNE
suchego lodu i jego otrzymywanie

W zależności od potrzeb stosowane są różne metody chłodzenia sztucznego, a proces chłodzenia może przebiegać w środowisku gazowym, ciekłym lub stałym. Stałym środowiskiem chłodzącym, oprócz metali, jest również lód wodny naturalny lub suchy lód. Ten ostatni to dwutlenek węgla (CO2) w stanie stałym, produkowany ze skroplonego CO2, a jego nazwa wynika z faktu, że następuje sublimacja, tzn. ze stanu stałego przechodzi od razu w stan gazowy, z pominięciem stanu ciekłego. Ciekły CO2 nie może występować pod ciśnieniem atmosferycznym w fazie stałej, a po podgrzaniu ulega bezpośrednio parowaniu (rysunek 2). Temperatura wrzenia (sublimacji) wynosi -78,5°C przy ciśnieniu atmosferycznym 1013 hPa, natomiast ciepło sublimacji Cs=573,6 kJ/kg (136 kcal/kg). Proces rozprężania ciekłego CO2 pod ciśnieniem atmosferycznym ma wydajność około 2,5:1, przy czym z 2,5 kg ciekłego dwutlenku węgla powstaje 1 kg suchego lodu w postaci śniegu. Jego ciężar właściwy może wynosić od 1,2 do 1,6 kg/dm3 w zależności od stanu sprasowania. Charakteryzuje się barwą białą, orzeźwiającym lekko kwaśnym smakiem i bezwonnym zapachem. Twardość suchego lodu w skali Mohsa wynosi 2, co odpowiada twardości gipsu [15, 17, 18, 23].

Źródło: [23].

Rys. 2. Wykres fazowy dla dwutlenku węgla
Fig. 2. Phase diagram of carbon dioxide

W 1824 roku Thilorier kontynuował badania Faradaya i z postaci ciekłej CO2 wytworzył „białe drobinki” podobne do śniegu. Natomiast w 1849 roku Deloria przeprowadził rozprężanie, czyli zmniejszanie ciśnienia otrzymanych wcześniej drobinek śniegu, co pozwoliło na wytworzenie stałego CO2. Produkcję na skalę przemysłową rozpoczęto dopiero na początku XX wieku. Ciekły dwutlenek węgla przeznaczony do produkcji suchego lodu dostarczany jest do zakładu produkcyjnego w cysternach wysokociśnieniowych. Ciecz jest przepompowywana do dużych zbiorników, a następnie filtrowana i oczyszczana z domieszek siarkowodoru. Kolejnym etapem jest rozprężanie, czyli zamiana w stałą strukturę w postać płatków, wyglądem przypominających śnieg [1, 13, 19, 22]. Zestalony dwutlenek węgla jest stosunkowo trwały w temperaturze otoczenia i pod ciśnieniem atmosferycznym, a za pomocą specjalnych urządzeń można go prasować, tłoczyć i formować do różnych kształtów (tabela 1).

Tabela 1. Najczęściej stosowane formy suchego lodu
Table 1. The most common forms of dry ice

Forma suchego lodu Wymiary Zastosowanie
Granulat drobny Ø 3 mm, ok. 5 mm dł. (przypomina ziarna ryżu) czyszczenie suchym lodem
Granulat gruby Ø 10 lub 16 mm, ok. 35 mm dł. schładzanie produktów podczas transportu, przechowywanie, efekty specjalne, badania laboratoryjne
Plastry
(możliwość zaszycia w perforowanej folii)
210 x 125 x 25 mm, masa ok. 1 kg schładzanie produktów podczas transportu, przechowywanie, efekty specjalne, badania laboratoryjne
Bloki 210 x 125 x 26-60 mm schładzanie produktów podczas transportu, badania laboratoryjne
Źródło: [27].
Rys. 3. Maszyna do produkcji bloków suchego lodu model JHK600
Fig. 3. Dry Ice Block Machine model JHK600

Suchy lód w postaci śniegu jest powszechnie dostępną formą używaną do automatycznego dozowania w sposób ciągły w procesie produkcji za pomocą specjalnych dysz rozpylających o wydajnościach od 50-400 kg/h. Dozowany jest bezpośrednio do dowolnego rodzaju opakowania (pojemników) i produktu, a także stosowany do systemów chłodzenia ciężarówek i środków transportu kolejowego. Dzięki specjalnym urządzeniom formowany jest granulat w kształcie małych walców, zwanych potocznie „ryżem” (ang. pellets), o średnicy od 3 do 16 mm oraz bardzo dużej gęstości i twardości [13, 14]. Produkt dostarczany jest w specjalnie izolowanych kontenerach o pojemności od 100 do 600 l lub w jednorazowych opakowaniach 20 l. Pierwotną formą suchego lodu są bloki, które mogą być łamane i cięte na mniejsze części lub kształty odpowiadające producentom żywności, szczególnie podczas pakowania. Bloki są najbardziej ekonomiczną i używaną postacią suchego lodu, gdyż mogą być transportowane w kontenerach z minimalnymi stratami powodowanymi przez sublimację. Produkcja bloków suchego lodu odbywa się etapowo – najpierw ciekły CO2 jest rozprężany w środku tłoczni, następnie otrzymywany „śnieg” jest kompresowany w kostki (typowe bloki) przy pomocy tarana hydraulicznego pod ciśnieniem 4,9-9,8 MPa w czasie około 4 minut. W kolejnym etapie bloki (0,61 m szerokości, 0,30 m grubości, ok. 99,79 kg wagi) są wypychane z prasy. W etapie trzecim duże bloki są cięte na 4 równe części – sześciany o wymiarach 30 x 30 cm, ważące około 24,95 kg. Starsze prasy produkowały mniejsze bloki o wielkości 60 x 30 x 30 cm, które były następnie cięte na dwa mniejsze. W ostatnim etapie bloki w ostatecznej formie, o wymiarach 25 x 25 x 30 cm i masie około 25 kg, są pakowane w papierowe torby i umieszczane w dobrze izolowanym kontenerze aż do czasu dystrybucji [8]. Suchego lodu nie należy długo magazynować ze względu na duże straty wynoszące około 6-10% na dobę. Do składowania bloków suchego lodu w punktach użytkowych służą pojemniki o wysokich właściwościach izolacyjnych, zapewniające łatwy dostęp do brył lodu, mogące pomieścić około 94 bloki. Górna część pojemnika jest otwarta, ponieważ suchy lód intensywnie sublimuje od podłoża i boków. Do transportu wykorzystywane są pojemniki izotermiczne wykonane ze styropianu lub polietylenu [1, 8].

Źródło: [27].

Rys. 4. Maszyna do produkcji granulatu suchego lodu model JH500
Fig. 4. Dry Ice Pelletizer model JH500

Alternatywą w formowaniu bloków może być rozprężanie ciekłego CO2 w maszynie zwanej wytłaczarką ziaren. Zamiast prasowania śniegu w postać kostek, śnieg jest tłoczony przez matrycę wytłaczarki i formowany (wyciskany) w postaci długich i cienkich pręcików, które w strefie cięcia są łamane na mniejsze kawałki, które noszą nazwę „Nuggets”. Taka forma suchego lodu ułatwia jego dokładne umieszczenie wokół produktu przeznaczonego do chłodzenia lub mrożenia, optymalizację emisji ciepła, dystrybucję ze względu na wymiary o średnicy 3/8, 5/8, 1/2 lub 3/4 i długości 1-1/2 cm, a także umożliwia szybszą kompresję i topnienie. „Nuggets” są gotowe do użycia bez cięcia, łamania lub kruszenia oraz umożliwiają szybkie i ekonomiczne chłodzenie produktu. Jedna z firm wprowadziła na rynek urządzenie do produkcji „Nuggets” o wydajności około 1000-2100 wytłoczeń na godzinę [8, 19].

Firmy zajmujące się budową urządzeń do wytwarzania suchego lodu nieustannie podnoszą ich jakość, a mianowicie konstrukcją maszyny o większej wydajności i bardziej dostosowane do indywidualnych potrzeb odbiorców w zakładach produkcyjnych. Jedna ze światowych firm, która specjalizuje się w produkcji urządzeń chłodniczych oraz do suchego lodu w swojej ofercie posiada różne typy i modele maszyn do produkcji bloków do produkcji granulatu oraz do czyszczenia suchym lodem. Maszyna do suchego lodu JHK600 (rysunek 3) produkuje bloki o wymiarach 21 x 18 x 9 cm, które są zwykle używane do transportu żywności. Urządzenie posiada również możliwość wytwarzania bloków o grubości od 3 do 20 cm poprzez ręczne ustawienie czasu wtrysku śniegu, zaś dostępne są także inne wymiary na specjalne zamówienie odbiorcy. Sterowanie PLC Omron kontroluje cały proces, wtrysk i hydraulikę. Zaletą pracy maszyny jest bardzo stała produkcja, niezależna od ciśnienia i temperatury. Jednocześnie zoptymalizowany monitoring procesu i minimalna powierzchnia użytkowa zapewnia wysoką wydajność i zwiększa jego niezawodność. Prosta konstrukcja i łatwa wymiana części zamiennych sprawia, że prace konserwacyjne są proste nawet dla nowych użytkowników. Urządzenie o wymiarach: (2,5 m długości, 1,4 m szerokości i 1,8 m wysokości) waży 3600 kg i zapewnia wydajność na poziomie od 600 do 1000 kg/h suchego lodu. Wydajność ciekłego CO2 do stałego wynosi około 2,5:1 (bez odzysku), natomiast ciśnienie ciekłego CO2: mniej niż 2,1 MPa [27].

Pelletizer JH500 (rysunek 4) umożliwia automatyczną produkcję do 540 kg/h granulek suchego lodu o wysokiej gęstości, przy użyciu ciekłego CO2 i energii elektrycznej. Jest to niezawodne i kompaktowe urządzenie napędzane przez wydajną jednostkę hydrauliczną z natychmiastowym uruchamianiem za pomocą przycisku. W pełni automatyczna kontrola temperatury oleju i procesu wytwarzania śniegu gwarantuje ciągłą produkcję suchego lodu bez konieczności nadzoru od momentu uruchomienia. Jednocześnie sterownik PLC Omron monitoruje cały proces oraz zapewnia optymalną wydajność i niezawodność pracy urządzenia.

Granulator waży 2500 kg i produkuje granulki o średnicy od 3 do 16 mm. Wymiary maszyny wynoszą: 2,2 x 1,35 x 1,65 m, natomiast wydajność ciekłego CO2 do stałego kształtuje się na poziomie 2,5:1 (bez odzysku), a ciśnienie ciekłego CO2 mniej niż 2,1 MPa [27].

MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA
suchego lodu w przemyśle spożywczym,
gastronomii oraz w innych gałęziach przemysłu

Suchy lód jest produktem dopuszczonym do bezpośredniego kontaktu z żywnością, który można stosować jako dodatek (E 290) zgodnie z Dyrektywą Komisji Nr 2002/82/ /WE z dnia 15 października 2002 roku [5] oraz Rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 22 kwietnia 2011 roku [16]. Jak podają Nowicka i Machnicka [15], wykorzystywany jest powszechnie jako środek chłodzący w laboratoriach, jako składnik mieszanin oziębiających lub samodzielnie w chłodniach przemysłowych. Ważną rolą suchego lodu jest zapobieganie rozwoju bakterii oraz grzybów, w związku z tym jest często stosowany do transportowania szybko psujących się produktów spożywczych w temperaturze od -8°C do -18°C, a także w stanie głębokiego zamrożenia do -78°C [7, 24]. Suchy lód nie wpływa na smak i zapach żywności, zarówno produktów gotowych, jak i żywności nieprzetworzonej, a także z powodzeniem używany jest w gastronomii oraz firmach cateringowych. Branża cateringowa wykorzystuje suchy lód jako środek schładzający podczas transportowania oraz dystrybucji żywności wygodnej do restauracji i samolotów, a także do przechowywania przygotowanych potraw lub surowych półproduktów w warunkach chłodniczych (od 4 do 24 h) w celu zapewnienia i utrzymywania ich świeżości przez długi czas. Natomiast w okresie letnim suchy lód doskonale sprawdza się podczas imprez plenerowych, na grillach czy piknikach, a także podczas podróży. Pozwala również w niebanalny sposób zaserwować i dekorować dania, desery oraz drinki. Efekty specjalne i wytwarzanie mgły w postaci białego gęstego dymu to dodatkowy atut suchego lodu, wykorzystywany przez firmy cateringowe i restauracje podczas serwowania lodów czy też sushi [8, 24, 25].

Źródło: [24].

Rys. 5. Słomki Dry Ice Stix do drinków
Fig. 5. Dry Ice Stix drink straws

Różne formy, w jakich produkowany jest suchy lód, umożliwiają jego szerokie zastosowanie w wielu branżach przemysłu spożywczego. Przetwórcy mięsa, mleka, piekarnie przemysłowe i winiarnie wykorzystują suchy lód do utrzymywania krytycznych temperatur w celu ograniczenia psucia się żywności podczas produkcji (zachowanie łańcucha chłodniczego), hamowania wzrostu bakterii oraz spowolnienia wzrostu drożdży i opóźnienia fermentacji. W przemyśle piekarskim dodawany jest do ciasta podczas mieszania w dzieży, umożliwiając w ten sposób utrzymanie jego właściwej temperatury i kontrolę aktywności drożdży. Z kolei wprowadzenie suchego lodu podczas mieszania farszu, kutrowania i masowania mięsa powoduje kompensację ciepła i zapewnia niską temperaturę farszu w całym procesie przetwórczym. W przypadku zamrożonych produktów umożliwia ich ochronę podczas transportu, a także służy do szybkiego chłodzenia lub zamrażania produktów, gdy nie można korzystać z zamrażania mechanicznego. Suchy lód dość często wykorzystywany jest do rozdrabniania ziarna kakaowego, pieprzu, gorczycy, gałki muszkatołowej, oregano w łuskach i innych przypraw, zwiększając wydajność urządzeń mielących, obniżając ryzyko samozapłonu oraz pozwalając zachować aromat. W przemyśle mleczarskim używa się go do chłodzenia wyrobów mlecznych, w celu przedłużenia okresu przydatności do spożycia. Natomiast mieszanka suchego lodu z lodem łuskowym jest wykorzystywana w przemyśle rybnym do chłodzenia ryb i owoców morza [8, 18, 26]. Jedna z firm (producent suchego lodu w Europie), oferuje rozwiązania, które obejmują zakres dostawy suchego lodu, pojemników do transportu, urządzeń i usług. Innowacyjne rozwiązania wykorzystywane są w zamrażaniu lub chłodzeniu w przetwórstwie żywności, głównie w sterowaniu temperaturą procesów mieszania, kutrowania i mielenia produktów. Oferuje również dzierżawę pojemników do transportu i przechowywania granulatu oraz plastrów o pojemności 70, 160 i 420 l, w których mieści się odpowiednio: 50, 120 i 330 kg granulatu lub 100, 200 i 550 kg plastrów suchego lodu [18, 23].

Źródło: [12].

Rys. 6. Schładzanie produktów w kartonach – Snow horn
Fig. 6. Cooling of products in cartons – Snow horn

Coraz częściej w restauracjach lub pubach wykorzystuje się suchy lód do serwowania drinków. W zależności od kolorystyki i przeróżnych dodatków zwiększa się ich atrakcyjność i profil smakowy. Granulat suchego lodu dodany do drinka wywołuje kaskady białego dymu wydobywającego się z jego wnętrza. Suchy lód nie rozcieńcza napoju, co jest jego istotnym atutem, w porównaniu do lodu z wody. Po pewnym czasie zamienia się ponownie w gaz, dlatego też nie wpływa na pogorszenie się smaku i zapachu drinka. Najkorzystniej jest stosować do drinków granulat suchego lodu o średnicy 16 mm, gdyż dłużej sublimuje i nie trzeba go tak często dosypywać do napoju. W sprzedaży dostępne są również kolorowe słomki do drinków lub napojów bezalkoholowych, pod nazwą Dry Ice Stix (rysunek 5), które mają odpowiedni wkład, dzięki czemu granulat suchego lodu może być dodawany bezpośrednio do drinka bez obawy jego połknięcia. Dodatkowo, ryzyko przedostania się granulatu do ust i przełyku jest mniejsze ze względu na świecenie wkładu wewnątrz słomki w ciemności. Słomki Dry Ice Stix występują w 4 kolorach – pomarańczowym, zielonym, żółtym, różowym. Powodują, że zarówno napoje alkoholowe, jak i bezalkoholowe wyglądają bardzo efektownie i doskonale sprawdzają się podczas imprez domowych czy okolicznościowych [24].

Suchy lód jest używany do schładzania produktów znajdujących się na paletach, w kartonach lub skrzyniach oraz w miejscach, gdzie dokonuje się porcjowania bądź pakowania. Ciekły CO2 jest wówczas rozpylany przez dysze zamieniające go w śnieg. Urządzenia te mogą być instalowane przy większości maszyn. Swobodnie podwieszony róg (ang. snow horn) pozwala na większą elastyczność i wygodę w obsłudze (rysunek 6) [12].

W przemyśle drobiarskim zasypywanie suchym lodem skrzynek wypełnionych drobiem jest również dość popularnym systemem wychładzania z powodu niskich kosztów instalacji oraz wyeliminowania wtórnych zakażeń. Przemysł chemiczny wykorzystuje suchy lód do szybkiego chłodzenia reaktorów i urządzeń, natomiast w przemyśle farmaceutycznym i biotechnologicznym czy w medycynie bardzo często stosuje tą formę lodu do przechowywania produktów chemicznych, plazmy, nasienia, kultur biologicznych czy kontroli temperatury (również podczas analiz laboratoryjnych). Innym i dość dużym obszarem zastosowania suchego lodu (w postaci granulek) jest czyszczenie urządzeń na liniach produkcyjnych, a także używanie go podczas mielenia i kruszenia na zimno gum oraz plastiku. Dodatkowo wykorzystywany jest w różnych pracach naukowo-badawczych jako katalizator czy składnik mieszanek o niskich temperaturach [8, 18, 23].

Technologia czyszczenia strumieniem suchego lodu jest skuteczna w trudno dostępnych miejscach i na delikatnych powierzchniach, dlatego jest bardzo często wykorzystywana w zakładach mleczarskich w celu utrzymania higieny na najwyższym poziomie [4]. Według Witkowskiego [21] czyszczenie suchym lodem opiera się na oddziaływaniu trzech czynników: energii kinetycznej cząstek suchego lodu, szoku termicznego i sublimacji zestalonego CO2. Odpowiedni dobór dyszy czyszczącej oraz jakość suchego lodu mają bardzo duży wpływ na efektywność czyszczenia. Stosowanie granulatu suchego lodu o bardzo wysokiej jakości zapewnia odpowiednie warunki do zaistnienia synergii mechanizmów czyszczenia. W zakładach mleczarskich technologia ta może być stosowana do czyszczenia: etykieciarek, urządzeń pakujących, taśmociągów i transporterów, działów proszkowni oraz elementów automatyki i mechaniki precyzyjnej [21].

Chłodzenie suchym lodem w środkach transportu polega na tym, że kostki lodu w postaci bloków umieszczone są w pojazdach na specjalnych półkach, które są wentylowane turbinkami Flettnera. We wnętrzu pojazdu wzrasta stężenie dwutlenku węgla, co w przypadku wielu produktów korzystnie wpływa na ich trwałość. Intensywność chłodzenia uwarunkowana jest intensywnością sublimacji, która z kolei zależy od ciepła doprowadzonego do kostek przez opływające je powietrze. Intensywność chłodzenia zależy również od powierzchni kostek, która zmniejsza się wraz z ubytkiem masy suchego lodu. Kostki zatem powinny mieć dużą powierzchnię sumaryczną [9, 10].

Podczas użytkowania suchego lodu mogą również pojawić się pewne zagrożenia, które występują w określonych warunkach i sytuacjach, takich jak: kumulowanie (blokowanie) suchego lodu w instalacjach i przewodach, zanieczyszczony ciekły CO2 pomiędzy dwoma zaworami, niska temperatura charakterystyczna dla suchego lodu, przepełnienie przechowalników, zaworów, korozja, niewłaściwe obchodzenie. Suchy lód może być bardzo niebezpieczny przy bezpośrednim zetknięciu ze względu na niską temperaturę, dlatego należy zachować szczególną ostrożność w trakcie pracy oraz używać specjalnych rękawic, zastosować ochronę oczu i dróg oddechowych przy wszelkiego rodzaju manipulacjach, związanych z użytkowaniem, magazynowaniem i transportem. Gazowy CO2 powstały w wyniku sublimacji suchego lodu jest 1,5 razy cięższy od powietrza i tym samym staje się duszący na skutek wypierania tlenu z powietrza atmosferycznego. W związku z tym należy zapewnić właściwą wentylację obszarów roboczych i magazynowych. W przypadku kontaktu zestalonego dwutlenku węgla z powierzchnią skóry może nastąpić odmrożenie skóry. Gazowy dwutlenek węgla (wysublimowany suchy lód) wdychany w stężeniach poniżej 5% przez dłuższy czas sukcesywnie zwiększa stopień niedotlenienia organizmu, przy czym po 30 minutach pojawiają się duszności i zaburzenia świadomości [8, 23].

Suchy lód powinien być przechowywany i transportowany w specjalnych pojemnikach, a w zamkniętych pomieszczeniach, ładowniach, środkach transportu musi być możliwość otwierania drzwi od środka. Dodatkowo przestrzeń ładunkowa podczas transportu musi być oddzielona od kabiny kierowcy, który powinien posiadać kartę charakterystyki suchego lodu i CO2. W przypadku uszkodzenia pojemnika (opakowania) z suchym lodem należy jak najszybciej zastosować nowy, nieuszkodzony pojemnik. Jeżeli nie jest to możliwe, należy zapewnić odpowiednie odpowietrzanie pomieszczenia, a także ewakuować osoby z miejsca bezpośredniego zagrożenia. Jeżeli wentylacja jest prawidłowa, a ilość rozsypanego suchego lodu niewielka, można pozwolić na naturalne uwolnienie gazowego CO2 powstałego w wyniku sublimacji suchego lodu. Nie wolno również wyrzucać resztek suchego lodu do śmieci, sieci kanalizacyjnej, toalet, rzek i jezior. Pojemniki z suchym lodem należy magazynować w pomieszczeniu zabezpieczonym przed dostępem osób postronnych, a sam magazyn o znacznej kubaturze musi być wyposażony w wentylację mechaniczną lub naturalną oddolną (kratki wywiewne na poziomie podłogi) i usytuowany na poziomie „0” lub powyżej. Nie może się on znajdować w pobliżu piwnic czy klatek schodowych. Pojemnik z suchym lodem powinien być zawsze zamknięty, jeśli nie jest użytkowany w danym momencie. Chłodzenie artykułów spożywczych należy przeprowadzać systemem pośrednim, tzn. bez stykania się produktu z suchym lodem, a mianowicie po wcześniejszym ich zabezpieczeniu opakowaniem jednostkowym. Bardzo istotną kwestią jest również stosowanie w magazynach mierników i sygnalizatorów przekroczenia granicznych stężeń dwutlenku węgla [8, 23].

PODSUMOWANIE:

Odpowiednia i stabilna temperatura oraz dobór właściwego medium chłodniczego to jedne z najważniejszych aspektów chłodniczego przechowywania oraz wydłużania okresu przydatności do spożycia wielu produktów. Istotne jest, że suchy lód to produkt naturalny, bezpieczny dla środowiska, niepalny i nietoksyczny. Z powodzeniem może być stosowany tam, gdzie istnieje potrzeba utrzymania niskiej temperatury oraz szybkiego użycia czynnika chłodzącego o dużym potencjale chłodzenia i jednocześnie bezpiecznego dla żywności. Wysokie ciepło sublimacji sprawia, że jest on około 3,3 razy efektywniejszym czynnikiem chłodniczym niż lód wodny (przy tej samej objętości), oraz posiada znacznie większą możliwość wypełniania nieregularnych kształtów wokół produktu, a tym samym skuteczność chłodzenia. Podczas chłodzenia produktów suchy lód sublimuje (odparowuje) w powietrzu, nie zanieczyszczając wyrobów. Dodatkowo wykazuje właściwości bakteriostatyczne i fungistatyczne, chroniąc produkty łatwo ulegające zepsuciu, np. ryby. Zapewnia uzyskanie i utrzymanie niskich temperatur niezbędnych w transporcie żywności nietrwałej. Jest gazem obojętnym, łatwo dostępnym, a koszty jego wytwarzania są relatywnie małe. Dzięki powyższym funkcjom suchy lód jest z powodzeniem stosowany w wielu sektorach przemysłu spożywczego, gdyż stanowi uniwersalne medium chłodzące.


Dr inż. I. Chwastowska-Siwiecka (ORCID: 0000-0001-6364-4370)
Katedra Towaroznawstwa i Przetwórstwa Surowców Zwierzęcych, Wydział Bioinżynierii Zwierząt,
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie;
e-mail: iwona.chwastowska@uwm.edu.pl

LITERATURA:
[1] Brochowski L. 1995. „Technologia przetwórstwa mięsnego”. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Wyd. XI, Warszawa.
[2] Calm J.M., D.A. Didion. 2002a. „Zagadnienia doboru czynników chłodniczych w przeszłości, obecnie i w przyszłości”. Część 1. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 11 : 424-431.
[3] Calm J.M., D.A. Didion. 2002b. „Zagadnienia doboru czynników chłodniczych w przeszłości, obecnie i w przyszłości”. Część 2. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 12 : 472-479.
[4] Chojnowski W., H. Nowak, M. Baranowska. 2013. „Nowoczesne rozwiązania poprawiające higienę w zakładach mleczarskich”. Część 1. Mycie oraz monitoring higieny”. Nauki Inżynierskie i Technologie 1 (8) : 9-16.
[5] Dyrektywa Komisji 2002/82/WE z dnia 15 października 2002 r. zmieniająca dyrektywę 96/77/WE ustanawiającą szczególne kryteria czystości dla dodatków do środków spożywczych innych niż barwniki i substancje słodzące (Dz.U. L 292/1 z 28.10.2002).
[6] Jastrzębski W. 1991. „Technologia chłodnicza żywności”. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Wyd. I., Warszawa.
[7] Jean D.S., D.J. Lee, C.Y. Chang. 2001. „Direct sludge freezing using dry ice”. Advances in Environmental Research 5 (2) : 145-150.
[8] Kondratowicz J., I. Chwastowska. 2005. „Suchy lód – główne obszary zastosowania w transporcie i przemyśle chłodniczym”. Chłodnictwo 4 : 33-37.
[9] Kwaśniowski S. 1997. „Pojazdy izotermiczne. Odmiany i wymagania”. Chłodnictwo 10 : 11-15.
[10] Lis M. 2003. „Transport chłodniczy”. Ogólnopolski Informator Masarski 3 (91) : 128-132.
[11] Markowska J., E. Polak, I. Kasprzyk. 2014. „Technologie chłodzenia i mrożenia w przetwórstwie żywności”. Przemysł Spożywczy 9 : 10-15.
[12] Materiały informacyjne firmy AGA Gaz Sp. z o.o. 1996. Mrożenie a jakość żywności. Urządzenia do zamrażania i chłodzenia.
[13] Materiały informacyjne firmy Praxair. 1993. Rozwiązania dla przemysłu rybnego.
[14] Materiały informacyjne firmy Praxair. 1996. Czyszczenie suchym lodem.
[15] Nowicka E., A. Machnicka 2013. „Higienizacja osadu nadmiernego suchym lodem”. Procedings of ECOpole 7 (2) : 673-678.
[16] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 22 kwietnia 2011 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie specyfikacji i kryteriów czystości substancji dodatkowych. (Dz. U. z 2011 r. Nr 91, poz. 526).
[17] Sienko M.J., R.A. Plane. 1996. „Chemia podstawy i zastosowania”. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Wyd. IV, Warszawa.
[18] Stachowicz M. 2007. „Suchy lód – wydajny i łatwy w stosowaniu środek chłodniczy”. Przemysł Spożywczy 4 : 23.
[19] Trotter V. 1992. „CO2 bunker snowing in transportation refrigeration”. CO2 Technology Seminar. Arlington Heights, September 21-24.
[20] Wagner J. 1957. „Z dziejów chłodnictwa”. Kwartalnik Historii Nauki i Techniki 2/3 : 553-576.
[21] Witkowski A. 2006. „Technologia czyszczenia suchym lodem Cold Jet”. Przemysł Spożywczy 1 : 21.
[22] https://www.praxairusa.com/dry-ice [dostęp: 16.05.2021].
[23] https://docplayer.pl/13939470-Suchy-lod-produkt-o-wszechstronnym-zastosowaniu-produkt-o-wszechstronnym-zastosowaniu.html (Materiały informacyjne firmy Linde Gaz Polska Sp. z o.o.) [dostęp: 05.06.2021].
[24] https://www.suchylod.net/gastronomia-i-catering [dostęp: 31.05.2021].
[25] https://przewodnik-gastronomiczny.pl/suchy-lod-w-gastronomii-jak-powstaje-i-do-czego-jest-wykorzystywany/ [dostęp: 31.05.2021].
[26] https://www.coldjet.com/pl/produkcja-suchego-lodu/zastosowania/chlodzenie-procesu-przetwarzania-zywnosci/ [dostęp: 10.06.2021].
[27] http://www.sinocean.ltd/product.html [dostęp: 20.05.2021].

Aktualności

Wykaz recenzentów 2021 r.

dr hab. inż., prof. UE Magdalena Ankiel UE w Poznaniu dr hab. inż., prof. UR Emilia Bernaś UR w Krakowie dr n. med. Aneta Czerwonogrodzka-Senczyna

olej konopy

Właściwości prozdrowotne oleju konopnego

DOI 10.15199/65.2021.12.5 Jagoda Kępińska-Pacelik, Wioletta Biel STRESZCZENIE: Olej konopny jest otrzymywany z nasion i kwiatów konopi siewnych (Cannabis sativa L.). Najbardziej rozpowszechniony rodzaj oleju to