Frosten mit Flüssigstickstoff

Der Familienbetrieb Vanreusel erzeugt seit seiner Gründung im Jahre 1953 Fleischprodukte. Im Laufe der Jahre hat sich das Sortiment von fachmännisch zubereiteten Wurstprodukten in ein umfangreiches Angebot an Tiefkühl-Snacks gewandelt. Seit 1976 spezialisiert man sich auf die Produktion von Snacks in Hamont (im belgischen Nordlimburg). Hier werden drei Produktarten hergestellt: gekochte Produkte wie Frikadellen und Fleischklöße, Wurst und Produkte auf Spießen. Vanreusel beliefert vorwiegend den Hotel- und Gaststättengroßhandel sowie Catering-Betriebe.

„Die Qualität der Grundstoffe, der Produktionsprozess und der Kundendienst erhalten bei uns viel Aufmerksamkeit,” sagt Max Vanreusel, einer von vier Brüdern, die die Betriebsleitung im Jahr 1976 von ihrem Vater übernahmen. Die Kombination von handwerklichem Können, modernen Produktionstechniken und der ungezwungenen Atmosphäre im Betrieb bilden die Grundlage für den Erfolg. Im eigenen Labor werden die Einhaltung der strengen HACCP-Normen überwacht und der gesamte Produktionszyklus vom Grundstoff bis zum fertigen Produkt überprüft.

Vanreusel ist einer der führenden Tiefkühlhersteller in Belgien, dessen Produktion etwa 2 000 000 Snacks pro Woche erreicht. Rund 80% der Produkte werden im Inland verkauft, die übrigen 20% in den Niederlanden. Der belgische Markt für Snack-Produkte zeigt ein schnelles Wachstum, und der niederländische Markt verdoppelt sich jährlich. 10 bis 15% der Gesamtproduktion entfallen auf gekochte Produkte, beispielsweise Putenspieße und eine pikante Wurst.

Ein neues Produkt im Sortiment ist Crizly – ein Spieß mit kleinen Scheiben aus pikant gewürztem Hühnchen- und Schweinefleisch mit Zwiebelstückchen, die von einer knusprigen Teigschicht umhüllt sind. Die knusprige Teigschicht macht diese Snacks besonders attraktiv. Gleichzeitig ist sie die größte Herausforderung bei der Herstellung.

Die Snacks mit der goldgelben Kruste erfordern ein eigenes Produktionsverfahren. Das Fleisch wird durch den Rührteig, der die knusprige Teigschicht bilden wird, gezogen und anschließend vorgebacken, um eine optimale Haftung zu erreichen. Daraufhin werden die Produkte verpackt, gefroren und dann an den Kunden geliefert. Da die noch warmen Snacks erst nach dem Verpacken gefroren werden, können sie in den Kartons aneinander haften und beim Auspacken leicht beschädigt werden.

Um solchen Beschädigungen vorzubeugen, entwickelte Vanreusel eine separate Gefrierstrecke. „Als eine mögliche Lösung bot sich an, die Produkte einzeln in separate Fächer zu legen, bevor sie in den Froster gehen. Anschließend wurden die tiefgefrorenen Snacks aus den Fächern genommen, verpackt und in den Lagerraum gebracht – eine sehr arbeitsintensive Methode,” erklärt Vanreusel.

Das schnelle Wachstum des Betriebs, der begrenzte Raum in der bestehenden Produktionshalle und das aufwändige Herstellungsverfahren der Produkte machten einen innovativen Ansatz erforderlich. Nach Gesprächen mit verschiedenen Lieferanten von kryogenen Gefrieranlagen zeigte sich, dass Air Products eine solche Lösung bieten konnte, die darüber hinaus eine Qualitätssteigerung versprach.

Die Außenseite der Produkte erreicht beim Frittieren eine Temperatur zwischen 80 und 85 °C. Da Bakterien in höheren Temperaturbereichen verbesserte Wachstumsbedingungen haben, ist die Schnelligkeit des Gefriervorgangs sehr wichtig. Eine mechanische Tiefkühlanlage arbeitet dabei mit Regeltemperaturen von minimal -35 bis -40 °C. Das Gefrieren kann Stunden dauern. Bei kryogenen Anlagen lässt sich die Gefrierdauer auf wenige Minuten reduzieren. Flüssiger Stickstoff ist ideal geeignet, um Produkte bei Erhaltung ihrer Qualität effizient zu gefrieren. Zwei Eigenschaften sind dafür ausschlaggebend, zum einen das inerte Verhalten von Flüssigstickstoff und zum anderen die niedrige Temperatur von -196 °C. Die niedrige Temperatur und die Geschwindigkeit des Gefriervorgangs verhindern das Entstehen von großen Eiskristallen und erhalten somit die optimale Produktqualität. Außerdem sind die Investitionskosten bei Verwendung von Stickstoff im Vergleich zu anderen Kühlverfahren wesentlich niedriger.

Aus diesen Gründen entschied sich Vanreusel für den Tunnelfroster Cryo-Quick Z von Air Products, einen stickstoffbetriebenen Gefriertunnel mit indirektem Wärmeaustausch. Der Flüssigstickstoff wird im Cryo-Quick Z nicht mehr direkt auf das Produkt gesprüht, sondern durchläuft einen Wärmeaustauscher und kühlt dort den Luftkreislauf im Tunnel. Der Gefriertunnel verbindet auf diese Weise die Vorteile des Stickstofffrostens mit denen des mechanischen Frostens. Dieser indirekte Wärmeaustausch ermöglicht einen schnelleren und gleichmäßigeren Gefriervorgang. Dabei werden die für kryogene Gefrierverfahren typischen Lufttemperaturen von -110 bis -130 °C beibehalten.

Diese Technik erzielte hervorragende Ergebnisse. Die Teigschicht zeigte bei der Zubereitung eine bislang unerreichte Knusprigkeit. „Der verwendete Teig ist sehr locker. Dank des schnellen Gefrierens bleibt die Kruste erhalten und die Farbe schön goldgelb”, so Vanreusel, „außerdem konnte der Geschmack deutlich verbessert werden.”

Ein weiterer Vorteil ergab sich beim Raumbedarf: Der Froster setzt sich aus 3m-Modulen zusammen. Auf diese Weise kann maximal eine nutzbare Bandlänge von 18 m erreicht werden. „Konventionelle Gefrierverfahren erfordern viel Platz, etwa zwölf bis fünfzehn Meter, und die haben wir in unserer bestehenden Produktionshalle nicht,” erklärt Vanreusel. „In unserer Produktionshalle war eine Gesamtlänge von etwa 8 m verfügbar. Der modulare Aufbau des Cryo-Quick Z ermöglichte eine maßgeschneiderte Lösung”.

Jedes Frostermodul verfügt über einen eigenen Wärmetauscher und Ventilatoren für die Luftzirkulation. Der Flüssigstickstoff wird im Gegenstrom zum Produkt durch die Wärmetauscher geführt. Die im Tunnel zirkulierende Luft kühlt ab, sobald sie den Wärmetauscher durchströmt hat, und wird dann sowohl gegen die Ober- als auch Unterseite des zu gefrierenden Lebensmittelprodukts geführt. Ein Luftverteilungssystem garantiert den schnellen und einheitlichen Gefrierprozess entlang der gesamten Tunnelbreite.

Froster mit einem sehr hohen Kälteübertragungswert weisen in der Regel hohe Luftströmungsgeschwindigkeiten und dadurch einen großen Druckunterschied im Tunnel auf. Der zum Ausgleich dieses Druckunterschieds eingesetzte zusätzliche Ventilator erzeugt jedoch Wärme und erfordert wiederum zusätzliche Kühlung. Die Konstrukteure des Cryo-Quick Z haben ein Gleichgewicht zwischen Luftgeschwindigkeit und Ventilatoreinsatz gefunden und erreichen somit ein optimales Verhältnis zwischen Gefrierleistung und Verbrauch an Flüssigstickstoff. Ein zusätzlicher Ventilator ist nicht erforderlich. Durch die Effizienz des Wärmetauschers liegt die Lufttemperatur nur um 5 bis 10 °C über der Stickstofftemperatur.

Ein weiterer Vorteil des Cryo-Quick Z besteht in der optimierten Steuerung des Gefrierprozesses. Die indirekte Kälteübertragung trennt die Kühlmittelzufuhr (Gebrauch von Flüssigstickstoff) von der Luftzirkulation im Tunnel. Dadurch lässt sich die Zufuhr des Flüssigstickstoffs unabhängig von der Luftströmungsgeschwindigkeit im Tunnelfroster steuern. Die Steuerung ist viel einfacher, und es wird keine Umgebungsluft zur Abfuhr des Abgases entzogen. Zudem wird weniger Flüssigstickstoff verbraucht.

Temperatur und Bandgeschwindigkeit brauchen, nachdem sie einmal optimal eingestellt wurden, nicht mehr angepasst zu werden. Bei Vanreusel verfügt jedes Produkt über einen eindeutigen Code mit einem zugehörigen Programm. Die Produktqualität bleibt konstant. Am Ende des Arbeitstages erfolgt die Kälteübertragung mit der gleichen Effizienz wie am Anfang. „Nach unserer Erfahrung mit dem Gefrieren in individuellen Fächern wurden die Produkte anfangs in diesen Fächern auf das Transportband gelegt, das aber erwies sich als überflüssig. Die Snacks können direkt aus der Fritteuse auf das Transportband gelegt werden. Zusätzliche Eingriffe sind nicht mehr erforderlich,” erzählt Max Vanreusel begeistert.

An fünf Tagen in der Woche wird die Produktion um 7 Uhr gestartet, und bereits eine halbe Stunde später können die ersten Produkte den Tunnelfroster durchlaufen. Das Vorbacken der Produkte dauert nicht einmal 40 s. Bei Vanreusel wird die Produktion um 16.15 Uhr angehalten. Eine halbe Stunde später ist der Tunnelfroster aus rostfreiem Stahl so weit abgekühlt, dass er geöffnet werden kann. Da es keine horizontalen Flächen gibt, bleibt kein Wasser im Tunnel stehen.