ไอโซคอริก: เทคโนโลยีการแช่แข็งเพื่อรักษาคุณภาพของอาหารและการประหยัดพลังงาน
Translated and Compiled By:Rawiporn Polpued
Food Focus Thailand Magazine
editor@foodfocusthailand.com
ทางเลือกของเทคโนโลยีทำความความเย็นรูปแบบใหม่ที่เหนือชั้นกว่าการทำความเย็นแบบดั้งเดิม(Conventional freezing) เรียกว่า วิธีไอโซคอริก (Isochoric freezing) ซึ่งเป็นกระบวนการแช่แข็งอาหารที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการเปลี่ยนเฟสของน้ำในอาหารเป็นน้ำแข็งด้วยแรงดันสูง ประมาณ 30-180 MPa เพื่อให้อุณหภูมิสุดท้ายของอาหารอยู่ระหว่าง -2.5 ถึง -18 oC ภายใต้ภาชนะที่มีปริมาตรคงที่ ซึ่งสารละลายที่อยู่รอบๆ อาหารจะเป็นตัวช่วยเสริมการแข็งตัวและขยายปริมาตร ในระหว่างการแช่แข็งด้วยวิธีไอโซคอริก อาหารจะถูกแช่ในสารละลายไอโซโทนิก (Isotonic solution) และบรรจุอยู่ในห้องปิดสนิทที่มีความแข็งแรงและทนต่อความดันสูง ซึ่งทำมาจากวัสดุประเภทพลาสติกแข็ง โลหะ หรือสเตนเลส โดยความดันสูงที่ใช้ร่วมกับ
การควบคุมอุณหภูมิจะทำหน้าที่ลดอุณหภูมิของอาหารให้ต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง เพื่อป้องกันการตกผลึกของน้ำแข็ง ส่งผลให้โครงสร้างของอาหารมีความสม่ำเสมอ ลดการเคลื่อนที่ของน้ำ การสูญเสียน้ำหนัก และ
การสูญเสียความชื้นในระหว่างการเก็บรักษา โดยวิธีการนี้สามารถลดการใช้พลังงานลงได้มากถึง 6.5 พันล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมงต่อปี และลดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้ถึง 4.6 พันล้านกิโลกรัม ซึ่งสามารถทำได้โดยไม่จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนอุปกรณ์และโครงสร้างพื้นฐานของการผลิต
ความแตกต่างที่เห็นได้ชัดระหว่างกระบวนการแช่แข็งแบบดั้งเดิมและการแช่แข็งด้วยวิธีไอโซคอริก คือ อาหารหรือวัตถุดิบที่ผ่านการแช่แข็งด้วยวิธีดั้งเดิมจะสัมผัสกับอากาศโดยตรงและเริ่มแข็งตัวเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 0 oC ภายใต้ความดันปกติ ในขณะที่การแช่แข็งแบบไอโซคอริกจะเป็นการแช่อาหารในของเหลวภายใต้ปริมาตรที่ถูกจำกัด ทำให้น้ำแข็งไม่สามารถขยายตัวได้อย่างอิสระ ด้วยเหตุนี้ น้ำแข็งจึงเริ่มก่อตัวขึ้นเรื่อยๆ เมื่อความดันของระบบเพิ่มขึ้น ซึ่งความดันนี้จะกดจุดเยือกแข็งของสารละลายรอบอาหารให้ต่ำลง ในขณะเดียวกันการก่อตัวของน้ำแข็งจะยังคงดำเนินต่อไปจนกว่าจุดเยือกแข็งของระบบจะเท่ากับอุณหภูมิโดยรอบ ซึ่ง ณ จุดนี้ระบบที่อยู่ภายใต้ความดันจะประกอบด้วย 2 ส่วน ได้แก่ ส่วนของเหลวที่ยังไม่แข็งตัวและส่วนที่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของสารละลาย ดังนั้น อาหารจึงสามารถเก็บไว้ในส่วนที่เป็นของเหลว โดยไม่เปลี่ยนสถานะเป็นน้ำแข็ง และไม่เกิดการตกผลึกของน้ำแข็งภายในอาหาร ซึ่งอาจจะส่งผลกระทบรุนแรงต่อคุณภาพของอาหาร ข้อได้เปรียบของวิธีการนี้ คือ ไม่จำเป็นต้องแช่อาหารจนแข็งอย่างสมบูรณ์เหมือนกับการแช่แข็งแบบดั้งเดิมซึ่งต้องใช้พลังงานจำนวนมาก หรือการเปลี่ยนมาใช้วิธีการแช่แข็งอาหารอย่างรวดเร็ว เพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของผลึกน้ำแข็ง โดยการแช่แข็งแบบไอโซคอริกสามารถใช้จัดเก็บอาหารสดได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น มะเขือเทศ เชอร์รีหวาน และมันฝรั่ง ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่ยากต่อแปรรูปด้วยวิธีดั้งเดิม นอกจากนี้ การแช่แข็งแบบไอโซคอริกยังสามารถฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ปนเปื้อนในระหว่างการแปรรูปได้อีกด้วย
Isochoric freezing is the new alternative technology superior to conventional freezing. This method involves the controlling phase transition of food’s water into ice by the high pressure of about 30-180 MPa under the constant volume to obtain the target temperature of food between-2.5 – (-18) oC. The solution filled around foods acts as an enhancer in ice formation and volume expansion. During isochoric freezing, the food matter is immersed in an isotonic solution inside a rigid, sealed, strong container that is capable of high pressure. This container material may be made from hard plastic, metal, or stainless steel. The combination of high-pressure and controlled temperatures can reduce the temperature of the food below the freezing point to prevent crystallization. Therefore, the food structure has a homogenous texture, less water migration, weight loss, and no freezer burn during storage. Moreover, applying isochoric freezing could cut energy use by as much as 6.5 billion kilowatt-hours each year while reducing carbon emissions by 4.6 billion kg without requiring major investments in new equipment or production.
The main difference between conventional and isochoric freezing is that conventionally frozen food is in direct contact with air and becomes frozen when the temperature is below 0 oC under ambient pressure. On the other hand, isochoric freezing is the immersion of food in liquid under a constant volume. The ice cannot freely expand, so it forms when the pressure in the system increases. This pressure then depresses the freezing point of the solution; meanwhile, ice will continue to grow until the effective freezing point of the system is equal to the surrounding temperature. At this point, a pressurized two-phase system contains an unfrozen liquid portion and a frozen solid portion at a temperature below the atmospheric freezing point of the solution. So, food can be stored in a volume that remains liquid without turning to ice and has no crystallization, negatively affecting food quality. The advantage of isochoric freezing is no need to freeze the food completely like traditional freezing, which requires a lot of energy or switching to rapid freezing methods to avoid ice crystal formation. Isochoric freezing can be used to preserve tomatoes, sweet cherries, and potatoes, which are difficult to apply with conventional methods. Moreover, it also kills microorganisms contaminated during processing.