P R O I E C T A D E R 16.2.1

Cercetări privind determinarea proprietăților termice,

fizice, a coeficienţiilor de căldură şi de transfer de masă

a produselor horticole pentru optimizarea tehnologiilor

de congelare aplicabile pe lanțuri frigorifice

Ministerul Agriculturii şi Dezvoltării RuraleCodul ADER și denumirea proiectului: ADER 16.2.1

Cercetări privind determinarea proprietăților termice, fizice, a coeficienţiilor de căldură şi de transfer de masă a produselor horticole pentru optimizarea tehnologiilor de congelare aplicabile pe lanțuri frigorifice

Denumire contractor: Institutul de Cercetare Dezvoltare pentru Industrializarea și Marketingul produselor Horticole - HORTING

Adresa de contact (telefon, e-mail, adresa poştală, CUI, cont):

Tel/fax. 0214610706 /0214600725, e-mail horting@gmail.comStr. Intrarea Binelui nr. 1A, Sector 4, București, Cod poștal 75614

CUI RO 13146912, cont RO68TREZ70420G332000XXXX, Trezoreria sector 4 București

Director general/director (nume, prenume, telefon fix și mobil, e-mail):

BOGOESCU Marian, Tel. fix: 0214610706; Tel. mobil: 0741067922e-mail: bogoescumarian@gmail.com; horting@gmail.com

Director economic (nume, prenume, telefon fix și mobil, e-mail):

TANASA Niculina Tel. fix: 0214610706; Tel. mobil: 0741067911e-mail: horting@gmail.com

Director de proiect (nume, prenume, telefon fix și mobil, e-mail):

VINTILĂ MarianTel. fix: 0214610706; Tel. mobil: 0745020105e-mail:marian.vintila 57@yahoo.com; horting@gmail.com

Anul începerii proiectului: 2015 Anul finalizării proiectului : 2018 Durata (nr. luni):38

Cod PARTENERI(denumirea, CUI) :

Responsabilul proiectuluiîn cadrul unităţiipartenere (nume, prenume, funcţie)

Adresa de contact (telefon, e-mail, adresa poştală)

P1. Staţiunea de Cercetare Dezvoltare pentru Legumicultură Buzău (SCDL Buzău) CUI RO 2813344

Ing. Carmen Gabriela Strugariu

Tel: 0238-722560/0372-913631Fax: 0238-722560E-mail;carmen.gabriela.strugariu@gmail.comStr.Mesteacănului 23Buzău, jud.Buzău 120024

P2 Institutul de Cercetare Dezvoltare pentru Pomicultură Piteşti – Mărăcineni, Argeş(ICDPP- Mărăcineni )CUI 198049

Dr.ing. Mădălina Butac Tel: 0040-248-278066;Fax: 0040-248-278477;E-mail: office@icdp-pitesti.romadalinabutac@yahoo.comO.P.1, C.P. 73, Loc. Piteşti, jud. Argeș, cod110006

P3 Institutul Național de Cercetare - Dezvoltare pentru Mașini și Instalații destinate agriculturii și Industriei Alimentare - INMABucureștiJ40/90/1997; RO 2795310;

Dr. ing. Cristian Sorică Tel: 021/269.32.55Fax: 021/269.32.73E-mail: icsit@inma.roB-dul Ion Ionescu de la Brad, Nr. 6, Sector1, Bucuresti

RAPORT DE ACTIVITATE AL FAZEI 1/2015

Contractul nr.: 16.2.1 /07.10.2015Proiectul: ADER 16.2.1 – Cercetări privind determinarea proprietăților termice, fizice, a coeficienţiilor de căldură şi de transfer de masă a produselor horticole pentru optimizarea tehnologiilor de congelare aplicabile pe lanțuri frigorificeFaza: 1/2015 – Documentare și stabilire protocol experimental Termen: 30.11.2015Obiectivul fazei:Constă în informare, documentare bibliografică și schimb de experiență între membrii parteneriatului referitor la proprietățile termice, fizice, a coeficienţilor de căldură şi de transfer de masă a produselor horticole și a tehnologiilor de congelare în vederea stabilirii cultivarelor și a protocolului experimental, precum și achiziționarea de materii și materiale, aparate și echipamente etc. necesare efectuării cercetărilor experimentale în fazele următoare ale proiectului. Rezultate preconizate pentru atingerea obiectivului fazei:Studii documentare, protocol experimental, completare, pergătire și verificare echipamente experimentale.

Activitate 1.1Informare, documentare bibliografică și schimb de experiență între membriiparteneriatului referitor la proprietăților termice, fizice, a coeficienţiilor de căldură şide transfer de masă a produselor horticole a tehnologiilor de congelare aplicabile pelanțuri frigorifice în vederea stabilirii protocolului experimental

ASPECTE GENERALE PRIVIND CONGELAREA PRODUSELOR ALIMENTARECongelarea este o metodă folosită în prezent pe scară largă în conservarea produselor alimentare,

datorită mai multor avantaje în ceea ce privește retenția de calitate a alimentelor și ușurința procesului. Începândcu cea mai veche istorie a congelării, tehnologiiile utilizate pe parcursul timpului a fost influențate de evoluțiile șiîmbunătățirile tehnicilor de congelare dezvoltate în concordață cu descoperirile științifice ale vremii. Pentru aînțelege și manipula conceptele asociate cu înghețarea alimentelor, este necesar să se examineze factoriifundamentali care reglementează procesul de congelare.

Totul a început când o cantitate mică de gheață a fost produsă fără a utiliza un "rece natural" în 1755, șis-a considerat ca fiind prima piatră de hotar în procesul de congelare.

Congelarea este o metodă folosită în prezent pe scară largă în conservarea produselor alimentare,datorită mai multor avantaje în ceea ce privește retenția de calitate a alimentelor și ușurința procesului.

Astăzi, congelare este singura metodă care pe scară largă face poduri peste anotimpuri și permiteacoperirea variațiilor dintre cererea și oferta de materii prime, cum ar fi carnea, peștele, untul, fructele și legumele.În plus această metodă de păstrare, face posibilă și deplasarea unor cantități mari de alimente pe distanțegeografice mari (Persson și Londahl, 1993).

În acest context este important a se controla procesul de congelare, atât în fazele de pregătire de pre-congelare cât și după înghețarea a produsului, în scopul de a realiza produse de înaltă calitate (George, 1993).Prin urmare, teoria procesului de congelare și parametrii implicați trebuie înțeleși în mod clar și gestionați încunoștință de cauză.

Procesul de congelare - este constituit în principal din factori termodinamici și cinetici, care se potinfluența și domina reciproc într-un anumit moment al procesului de congelare (Franks, 1985). Procesele termiceimportante sunt însoțite de reducerea conținutului de căldură al materialului în timpul procesului de congelare așacum este prezentat în figura 1.

Materialul care urmează să fie înghețate într-o prima fază se răcește la temperatura la care începe săapară germenii de gheață. La început gheață poate forma, un nucleu, sau o sămânță, acesta constituind suportulpe care cristalul poate crește. Procesul de producere al aceastei semințe este numit nucleație. Odată cu aparițiaprimului cristal în soluție, o schimbare de fază se produce din lichid în solid, fapt ce produce creșterea ulterioară acristalului.

De aceea, nucleație reprezintă începerea procesului inițial de înghețare, și poate fi considerată drept un punct criticcare are ca rezultat o schimbare de fază completă (Sahagian și Goff, 1996).

Principalii factori care sunt implicați în procesul de congelare sunt:Punctul de congelare - este definit ca temperatura la care apare primele cristale de gheață și lichidului la

această temperatură se află în echilibru cu solidul;Temperatura inițială de congelare - reprezintă temperatura la care apar primele cristale de gheață;

Timpul de congelare - este unul dintre cei mai importanți parametri ai procesului de congelare, definitca timpul necesar pentru a reduce temperatura produsului de la temperatura sa inițială la o temperatură dată încentrul său termic;

Rata de congelare - (0C/h) pentru un produs este definită ca raportul dintre diferența dintretemperatura inițială și finală a produsului și timpul congelare.

Necesarul de energie - pentru fructe și legume, cantitatea de energie necesară la congelare secalculează pe baza schimbării de entalpie și a cantității de produs care urmează să fie înghețată.

Căldura specifică masică Cp [kJ/kgK] a unui produs alimentar se exprimă prin raportul dintrecantitatea ΔQ [kJ] de căldură necesară a fi transferată unui produs cu masa m [kg] pentru a-i modificatemperatura cu ΔT [K];

Căldura latenta specifică de solidificare - dacă µa [kg/kg produs] este conţinutul de apă al unuiprodus alimentar, atunci căldura latentă specifică de solidificare qls [kJ/kg] este o funcție a acestuia;

Căldura degajată prin procesul de respiraţie - depinde de specie si de nivelul temperaturii;Entalpia specifică - este o mărime termică de stare foarte utilă la calculul necesarului de frig în

procesele de răcire;Coeficientul de conductibilitate termică - λ [W/mK| a produselor alimentare variază în funcţie de

temperatură;

TEHNOLOGIA DE CONGELARE A

FRUCTELOR ȘI LEGUMELOR

De cele mai multe ori congelarea legumelorsi fructelor este considerată a fi cea mai simplă și mainaturală modalitate de conservare, dar industriaalimentelor congelate este atât de sofisticată și fermbazată pe știința și tehnologia modernă, pentru a seasigura că produsele care ajung la consumator suntîn mod constant de înaltă calitate. Un flux careilustrează intregul lanț tehnologic de obținere alegumelor și fructelor congelate, de la materiile primela consumator, este prezentat în figura 2.

Materie primă - Cei doi factori importanți care afectează calitatea fructelor și legumelor congelate suntcalitatea materiilor prime acceptate la unitatea de procesare, și controlul temperaturilor în timpul procesului decongelare, și după pe perioada de depozitare.

Alegerea cultivarelor – este o operație de primă importanță în cazul congelării fructelor și legumelor.Un procesor va selecta cultivarele utilizate în funcție de calitățile produsului final ce se dorește a fi obținut.

Zona de cultură – este foarte importantă mai ales în cazul legumelor, deoarece factorii de vegetațieprecum lumina, căldura, apa, aerul și solul au efecte semnificative asupra calității.

Evluarea stadiului de maturitate - deși planurile de producție a culturilor sunt atent realizate pentru aasigura o succesiune bună de furnizare a materiei prime în timpul sezonului, capriciile vremii și alți factorivariabili și necontrolabili pot zădărnici cele mai bune intenții.

Recoltarea și transportul – trebuie realizată în cele mai bune condiții, de preferință în prima parte azilei, când temperatura produselor este mai scăzută, avand în vedere perisabilitatea ridicată a fructelor utilizateca materii prime (ex. cireșe, vișine, mazăre etc). Se recomandă realizarea unei prerăciri înainte sau în timpultransportului către unitatea de procesare.

Recepția și controlul la unitatea de prelucrare - un punct important de control al calității, există laintrarea în unitatea de procesare când sunt verificate din punct de vedere calitativ și cantitativ fructele șilegumele. Aici se verifică dacă materia primă corespunde specificațiilor stabilite de către societatea beneficiarăsau unor standarde / norme de uz general utilizate în domeniu.

Opărirea și răcirea – această operație nu este doar un factor-cheie în producerea cu succes de legumecongelate de inalta calitate, dar este de asemenea una dintre cele mai controversate faze ale procesului decongelare a legumelor.

Congelarea - din punct de vedere tehnic, procesul de congelare implică îndepărtarea căldurii dințesuturile produsului vegetal până la realizarea unor temperaturi care asigură stabilitatea proprietăților o perioadălungă de timp. Pentru realizarea procesului de congelare sunt utilizate echipamentwe frigorifice și apoi depozitefrigorifice de păstrare în care sunt asigurate temperaturi mai mari de -180C, temperaturi care oferă pentru cele maimulte fructe și legume o perioadă de valabilitate mai mare de 12 luni.

Condiționare – este operația prin care sunt îndepărtate fructele și legumele, divizate sau nu, care nu corespund criteriilor de calitate a produsului finit.

Ambalare și depozitare frigorifică – după operația de condiționare are loc ambalarea produselor în vederea depozitării sau pentru livrare la piață.

Livrare și transport – trebuie avut în vedere ca pe parcursul acestor operașii să se evite la maxim fluctuațiile de temperatură, prin utilizarea unor mijloace de transport adecvate.

Comercializarea - legumele și fructele ambalate sunt ținute în depozitele frigorifice ale magazinului pânăla distribuirea către magazinele secundare, centrele de distributie sau supermarket-uri. În nici un moment produsulnu trebuie să fie plasat într-o poziție în care există posibilitatea să se încălzească.

Activitatea 1.2

Stabilirea protocolului experimental și a variantelor funcție de expertiza partenerilor

Cultivarele de legume propuse de partenerul P1 – Stațiunea de Cercetare Dezvoltare pentruLegumicultură Buzău pentru efectuarea experimentărilor începând cu anul 2016 sunt prezentate în tabelul 7 (dinrezumatul în extenso) sunt relizări ale amelioratorilor români din legumicultură și provin din colecția de cultivaresau din câmpurile experimentale ale stațiunii. Experiențele ce urmează a fi efectuate de P1 în activitățile viitoareale proiectului, în scopul de a oferi legumele ca materie primă de calitate pentru congelare, se vor realiza în 4variante randomizate.

Datorită pretabilității lor la congelare au fost alese cultivare de fasole, mazăre şi spanac .

FASOLE PITICĂ DE GRĂDINĂ – soiul MENUET

MAZĂRE DE GRĂDINĂ CU BOB ZBÂRCIT - soiul GETICA

SPANAC - soiul ROMANESC

FASOLE PITICĂ DE GRĂDINĂ– soiul MENUET

MAZĂRE DE GRĂDINĂ CU BOB ZBÂRCIT- soiul GETICA

SPANAC - soiul ROMANESC

Cultivarele de fructe propuse de partenerul P2 – Institutul de Cercetare Dezvoltare pentru Pomicultură Pitești– Mărăcineni, pentru efectuarea experimentărilor începând cu anul 2016 sunt prezentate în tabelul 8 (din rezumatulîn extenso), sunt relizări ale amelioratorilor români din pomicultură sau sunt cultivare aclimatizate care provin dinstrăinătate și provin din colecția de cultivare sau din câmpurile experimentale ale institutului.

Dintre arbuştii fructiferi, la conservarea prin congelare se pretează bine afinul, căpşunul, cătina, coacăzulşi zmeura.

Dintre pomii fructiferi, la conservarea prin congelare se pretează bine cireșul, vișinul, caisul şi piersicul. Aufost considerate pretabile pentru congelare următoarele soiuri:

AFIN – soiul AUGUSTA ZMEUR – soiul OPAL PIERSIC – soiul FILIP CIREȘ – soiul SKEENAAFIN – soiul SIMULTAN ZMEUR – soiul STAR CIREȘ – soiul DARIA VIȘIN – soiul ŢARINACĂTINĂ – soiul PITEŞTI 1 CĂPȘUN – soiul CORAL CIREȘ – soiul SPECTRAL VIȘIN – soiul RIVALCOACĂZ – soiul ABANOS CĂPȘUN – soiul REAL CIREȘ – soiul KORDIA VIȘIN – soiul STELARCOACĂZ – soiul DEEA CĂPȘUN – soiul MAGIC CIREȘ – soiul FERROVIA

AFIN – soiul AUGUSTA AFIN – soiul SIMULTAN

CĂTINĂ – soiul PITEŞTI 1 COACĂZ – soiul ABANOS

COACĂZ – soiul DEEA

ZMEUR – soiul OPAL ZMEUR – soiul STAR

CĂPȘUN – soiul CORAL

CĂPȘUN – soiul REAL

CĂPȘUN – soiul MAGIC

PIERSIC – soiul FILIP

CIREȘ – soiul DARIA CIREȘ – soiul SPECTRAL

CIREȘ – soiul KORDIA CIREȘ – soiul FERROVIA

CIREȘ – soiul SKEENA

VIȘIN – soiul ŢARINA VIȘIN – soiul RIVAL

VIȘIN – soiul STELAR

În cadrul acestei activități a proiectului partenerul P3 - INMA București a avut de stabilit caracteristicileși cerințele necesare proiectării și execuției modelului de echipament experimental de congelare rapidă.

Pentru aceasta a realizat un studiu documentar complex asupra echipamentelor și instalațiilor decongelare. În urma analizei și evaluării sistemelor tehnice pentru realizarea echipamentului de congelare rapidă,prevăzut a fi construit în etapa 2/2016 a proiectului, s-a adoptat tipul de soluție prezentată în continuare.

Congelarea cu azot lichid. Azotul lichid, obţinut ca produs secundar în fabricile de oxigen prinsepararea din aer, este îmbuteliat şi transportat în butelii sau cisterne speciale la presiune de cca. 2 bar şi latemperatura de saturaţie corespunzătoare acestei presiuni, de -189°C. Aceşti recipienţi sunt bine izolaţi termic,având pereţi dubli cu vacuum avansat în spaţiul dintre pereţi şi prevăzuţi cu supape de siguranţă, care deschidşi evacuează vapori de azot atunci când presiunea tinde să crească, ca urmare a pătrunderii de căldură dinexterior.

Aparatele de congelare cu azot lichid sunt cu funcţionare discontinuă sau continuă. Aparatele decongelare cu azot lichid cu funcţionare discontinuă sunt realizate sub formă de dulapuri sau celule de congelarecu capacităţi de congelare relativ mici, de 100 ... 500 Kg produse pe oră.

In figura 3 este prezentată schema unui dulap de congelare cu azot lichid, care cuprinde incinta izolată termic 1, două distribuitoare 4, cu duze sau orificii de introducere a vaporilor de azot în aparat, două ventilatoare 6, de convectare a vaporilor de azot, un termostat 2, cu traductorul 3, pentru reglarea temperaturii în interior şi un robinet electromagnetic 5, montat pe conducta de azot, comandat de termostat.

Azotul lichid este livrat dintr-un recipient montat lângă aparat. La o capacitate de congelare de 100 ...400 Kg/h, dimensiunile aparatului sunt: înălţime 2,145 m, lăţime 1,3 m şi adâncime 1,2 m. Suprafaţa ocupată pepardoseală este de 1,5 m2. Puterea electrică instalată la motoarele celor două ventilatoare este de 2,3 KW latensiunea de 220 sau 380 V. Produsele sunt aşezate pe tăvi dispuse pe un rastel mobil, care poate fin introdussau scos din aparat.

Fig.3- Schemă de principiu a unui aparat de congelare cu azot, cu funcţionare discontinuă:

1 - incintă izolată termic; 2 - termostat; 3 - traductor de temperatură; 4,- distribuitoare de azot; 5 – robinet electromagnetic; 6 - ventilatoare.

PROTOCOLUL EXPERIMENTAL

Pentru realizarea etapelor următoare ale proiectului și a obiectivelor asumate de membriiparteneriatului, prezentul protocol experimental stabilește obligațiile și modul de realizare a variantelorexperimentale.

CP – efectuează experimentările în variantele prevăzute în schema generală de organizare aexperiențelor ( în congelatorul clasic, în lada frigorifică, în camera de congelare/tunel congelare rapidă, înechipamentul experimental de congelare rapidă);

P1 – asigură cantitățile necesare efectuării variantelor experimentale pentru cele trei cultivarelegumicole (1 de fasole, 1 de mazăre,1 de spanac);

P2 – asigură cantitățile necesare efectuării variantelor experimentale pentru cele 19 cultivare pomicole (2 de afin, 1 de cătină, 2 de coacăz, 2 de zmeur, 3 de căpșun, 1 de piersic, 5 de cireș și 3 de vișin).

P3 – realizează maontajul și punerea în fucțiunea a echipamentului experimental de congelare rapidăși participă alături de CP la efectuarea experiențelor.

Schema generală de organizare a experiențelor din cadrul proiectului, este prezentată în tabelul 9 șicuprinde un număr de 88 de variante experimentale. Factorii experimentali care stau la baza schemei deorganizare experimentală sunt : 4 sisteme de congelare, 3 cultivare de legume (fasole, mazăre și spanac) și 19cultivare de fructe ( 2 de afin, 1 de cătină, 2 de coacăz, 2 de zmeur, 3 de căpșun, 1 de piersic, 5 de cireș și 3 devișin).

Determinările și observațiile prevăzute a fi efectuate la variantele experimentale se refera la :Calitatea materiilor prime, având în vedere influența majoră a acestora aupra calității produsului fint

congelat.Calitate senzorială - principalele componente ale senzației organoleptice sunt date de aromă și gustut

(Salunkhe, 1991). Aceste analize sunt utilizate pentru a determina efectele procesului de congelare, depozitarefrigorifică, și decongelare asupra aromei, gustului și texturii. Vizual se poate constata în unele cazuri că procesul decongelare “arde produsul”. Este una dintre cele mai comune forme de degradare a calității datorită migrațieiumezelii în alimentele congelate și este definită prin apariția unui aspect sticlos datorat cristaleor de gheațăevaporate pe suprafața produsului.

Textură - în procesul de congelare, atunci când apa în celulele îngheață, extindere cristalelor de gheațădetermină ruperea perților celulelor. În consecință, textura produsului este în general mult mai moale dupădecongelare în comparație cu produsele care nu au fost supuse unui proces de congelate. Observațiile asupratexturii oferă informații asupra modului în care s-a realizat congelarea, permițând astfel a se lua măsuri de control șiimbunătățire a procesului inițial de congelare.

Evoluția unor componente chimice - SU solubilă, aciditate titrabilă, zahăr total, vitamina C, etc.;Monitorizarea factorilor tehnologici de cultură în perioada de vefetație a cultivarelor;Monitorizarea factorilor tehnologici de proces pe parcursul ciclurilor de congelaere și depozitare

frigorifică.

REZULTATE ȘI CONCLUZII

Rezultatele Fazei 1/2015 “Documentare și stabilire protocol experimental” s-au concretizat în realizareaRAPORTULUI DE ACTIVITATE AL FAZEI 1 și în elaborarea PROTOCOLULUI EXPERIMENTAL.

Raportul de activitate întocmit de CP, a avut la bază documentarea și expertiza proprie precum șiRapoartele de cercetare ale partenerilor elaborate funcție de expertiza acestora.

Protocolul experimental stabilește variantele de lucru în baza cărora s-a elaborate Schema experimentalăși prevede determinările și observațiile prevăzute a fi efectuate la variantele experimentale în fazele viitoare aleproiectului atât de conducătorul de proiect cât și de cei trei parteneri.

Totodată s-a stabilit de către CP și P3 varianta constructiva a echipamentului experimental ce urmează afi realizat în cadrul fazei 2/2016 a proiectului.

In ceea ce privește stadiul de realizare al obiectivului, considerăm că prin activitatea depusă șidocumentele de prezentare elaborate acesta a fost îndeplinit în totalitate (100%). Totodată printr-un efort finaciarmajor propriu, deoarece avansul acordat de MADR a avut sincope în acordare, s-a putut achiziționa echipamenteleprevăzute în lista de dotări a proiectului, dotări fără de care etapele viitoare ale proiectului ar fi fost compromise.

In concluzie se poate afirma că Faza 1/2015 a proiectului a fost în totalitate realizată, iar acest fapt vapermite continuarea în bune condițiuni a proiectului, deci există certitudinea că etapele viitoare se vor putea realizaconform Planului de realizare al proiectului, iar obiectivele acestuia vor putea fi îndeplinite.

COSTURILE AFERENTE ACESTEI FAZE S-AU ÎNCADRAT ÎN VALORILE STABILITE PRIN CONTRACTUL CU M.A.D.R.