یخ زدن و نگهداری محصولات و مواد
غذایی فاسد شدنی (با استفاده از سرما) یکی از روش‌های بسیار قدیمی است که
از گذشته‌های دور انسان با استفاده از برف و یخ طبیعی که در غارها و
گودال‌ها وجود داشت جهت نگهداری محصولات استفاده می‌نمود اما از آنجایی که
برف و یخ طبیعی هم از لحاظ مقدار و هم از لحاظ کیفیت ( از لحاظ بهداشتی)
مناسب نبود دانشمندان به فکر ساختن یخ مصنوعی افتادند و به علت اینکه هنوز
حرارت‌سنج یا دماسنج تا آن زمان وجود نداشت بیشتر از کلمات سرد، منجمد و
یخ‌زده استفاده می‌کردند در سال 1595 اولین دماسنج دقیق توسط گالیله ساخته
شد و در سال 1622 به وسیله بُویل (Boyle) رابطه بین فشار و حجم برای گازها
تعریف شد:
PV=nRT
در
سال 1823 فارادی (Faraday) دریافت که می‌تواند گاز آمونیاک را با استفاده
از فشار به مایع تبدیل کند. کارنوت (Karnot) در سال 1824 تئوری سیکل حرارتی
خود را که در برگیرنده انقباض و انبساط گازها است به دنیا ارائه نمود در
نتیجه این پیشرفت‌ها پرکینز (Perkins) در سال 1834 روش تولید سرما را به
طور
صنعتی به نحوی که ما امروزه از آن در صنعت استفاده می‌کنیم، اختراع کرد
و در سال 1875 لینده (Linde) با استفاده از آمونیاک به عنوان مبرد (ماده
سرمازا) سیکل تولید سرما در مدار بسته را به جهانیان معرفی نمود نخستین سعی
و تلاش برای تهیه نخ مصنوعی به مقدار زیاد در فاصله سال‌های 1850 تا 1860
انجام گرفت به طوری که در سال 1851 دکتر جان گوری (John Gorrie) تولید
اولین ماشین تهیه یخ را به ثبت رساند و در نیمة دوم قرن 19 در آمریکا
مقداری ماهی، گوشت و مرغ به شکل منجمد عرضه و به فروش رسید ولی مقدار آن
قابل توجه نبود. برای این منظور مواد غذایی را در ماه‌های زمستان منجمد و
به مسافت‌های نزدیک حمل می‌کردند و در همان زمان نیز مخلوط یخ و نمک جهت
ایجاد حرارت پایین‌تر از یخ خالص رایج گردید. در سال 1920 بردسی (Birdseye)
تحقیقات گسترده‌ای را در زمینه فرآیند
انجماد سریع، تجهیزات و فرآورده‌های
یخ‌زده و بسته‌بندی مواد غذایی منجمد انجام داد و در دورة 20 ساله بعد از
آن تحقیقات وسیع دیگری در زمینه ایجاد واحدهای فریزر خانگی به انجام رسید
به طوری که در سال 1927 یخچال الکترولوکس به بازار آمریکا عرضه شد. امروزه
یکی از معیارهای خوب جهت تعیین میزان پیشرفت تکنولوژی یک جامعه تعیین حجم،
قدرت تولید غذاهای منجمد، انتقال، ذخیره و امکانات توزیع و فروش آن است، به
طوری که صنایع برودتی تأثیر فراوانی بر نحوة کشاورزی و بازاریابی
محصولات
می‌گذارد و از طرف دیگر وضعیت اقتصادی صنایع غذایی فاسد شدنی را تعیین
می‌کند. مثلا وجود صنایع برودتی به مقدار کافی در یک کشور باعث تثبیت قیمت
مواد غذایی و ارائه مستمر و منظم آنها به ویژه مواد پروتئینی نظیر گوشت و
ماهی خواهد شد. در نتیجه به استمرار فعالیت های کشاورزی و دامپروری کمک می
نماید.
تاریخچه و وضعیت سردخانه در ایران:
ایران از جمله کشورهای پیشکسوت در امر
استفاده از سرما به منظور نگهداری مواد غذایی است. مواد غذایی از دیرباز
به کمک روش‌هایی نظیر چال کردن در زمین و قرار دادن محصولات در زیرزمین‌های
خنک و دور از نور رایج بوده است. شواهد نشان می‌دهد که استفاده از
زیرزمین‌ها در ذخیره مواد غذایی در زمان هخامنشیان در ایران رواج داشته
است. از جمله مدارک موجود می‌توان به زاغه های نگهداری پنیر در آذربایجان
اشاره نمود. اولین سردخانه صنعتی با اعتبار وزارت صنایع و معادن به وسیله
دولت روسیه در بندر انزلی برای شیلات شمال ساخته شد. تأسیس آن به حدود سال
1290 هجری شمسی نسبت داده می‌شود. نوع مبرد (ماده سرمازا) در سیستم
سرماسازی این واحد مخلوطی از آب و نمک بود. تا تاریخ آبان ماه سال 1354
شرکت سهامی گسترش خدمات بازرگانی از نظر مالی و وزارت صنایع از نظر فنی
صنعت سردخانه‌ای را در کشور ترویج و پشتیبانی می‌نمودند. بعد از پیروزی
انقلاب اسلامی در سال 1361 احداث سردخانه موکول به کسب اجازه از وزارت
بازرگانی (از نظر ضرورت ایجاد و سرمایه گذاری) و تأیید وزارت صنایع (از
جنبه مشخصات فنی) شد.
آشنایی با مفاهیم مورد استفاده در سرما
سرما در واقع گرفتن حرارت از محیط و
کاهش دمای محیط است به بیان دیگر وقتی از سرما نام می‌بریم در حقیقت عدم
گرما یا حرارت را بازگو می‌کنیم. دما در واقع نشان دهنده میزان حرکت
ملکول‌های یک جسم است و گرما نه تنها بیان کننده سرعت حرکت ملکول‌ها در جسم
می‌باشد بلکه تعیین کننده تعداد ملکول‌ها (جرم) که تحت تأثیر آن قرار
گرفته‌اند نیز می‌باشد.
برای درک مکانیسم نگهداری مواد غذایی به وسیله
سرما لازم است با چند مفهوم حرارتی از جمله درجه حرارت، گرمای ویژه، گرمای
نهان و گرمای محسوس، درجه حرارت بحرانی و ... آشنا شویم.
1) درجه حرارت:
بنا به تعریف درجه گرما یا سرمای یک
جسم بر اساس درجه فارنهایت یا سانتیگراد بیان می شود که هر 2 سیستم براساس
نقطه ذوب یخ و نقطه جوش آب خالص در فشار 1 اتمسفر مشخص می‌گردند.
درجه
گرمی یا سردی یک جسم بستگی به شدت حرکت مولکول های تشکیل دهنده آن جسم در
حول محور تقارنشان دارد. نرخ این حرکت مولکولی را درجه حرارت می نامند. از
آنجاییکه حرارت یک نوع انرژی است لذا قابل انتقال است. انتقال حرارت به 3
طریق صورت می‌گیرد:
1) هدایت ملکولی (Conduction):
در واقع انتقال حرارت در یک جسم از نقطه
گرمتر به نقطه سردتر می‌باشد که توسط مولکول های یک جسم صورت می گیرد مانند
انتقال حرارت در اجسام جامد
2) جا به جایی (Convection):
عبارت است از انتقال حرارت در یک محیط
مایع یا فضا به وسیلة جا به جایی ملکول‌ها که به علت اختلاف دانسیته ای که
به علت بالا رفتن انرژی حرارتی در آنها بوجود آمده است مانند گرم شدن هوای
اتاق.
3) تشعشع (Radiation):
عبارت است از انتقال حرارت توسط امواج. در این روش نیازی به تماس بین جسم گرم و سرد وجود ندارد. مانند گرم شدن زمین توسط نور خورشید
2) گرمای ویژة مادة غذایی:
گرمای ویژه برای اجسام بنا بر تعریف عبارت
است از مقدار حرارتی که بتواند درجه حرارت یک واحد از وزن یک جسم را یک
درجه سانتیگراد بالا ببرد.
3) گرمای نهان (Latent heat):
مقدار حرارتی است که اگر به یک جسم داده
شود و یا از آن گرفته شود آن جسم تغییر درجه حرارت نمی‌دهد بلکه حالت
فیزیکی آن تغییر می‌کند. زمانی که یک جسم جامد به مایع تبدیل می‌شود این
گرما را گرمای نهان ذوب (Latent heat of Fusion) و زمانیکه یک جسم از مایع
به بخار تبدیل می شود آن را گرمای نهان تبخیر (Latent heat of
evaporation) می‌گویند.
4) گرمای محسوس (sensible heat):
عبارت است از مقدار حرارتی که بدون تغییر
حالت یک جسم باعث افزایش یا کاهش دمای آن می‌شود. سرد کردن یک جسم در واقع
گرفتن گرمای محسوس آن جسم است.
5) درجه حرارت بحرانی (Critical Temprature):
درجه حرارتی است که بالاتر از نتوان گاز را به مایع تبدیل کرد.
6) ذوب:
تبدیل حالت یک جسم جامد در اثر حرارت به مایع را ذوب گویند.
7) انجماد:
عبارت است از گرفتن حرارت از یک جسم مایع و تبدیل آن به جامد.
8) تبخیر:
تغییر حالت یک جسم مایع به حالت گاز را تبخیر گویند.
9) میعان:
تغییر حالت یک جسم از حالت گاز به مایع را گویند که به سه روش امکان پذیر است:
- افزایش فشار
- کاهش دما
- افزایش فشار و کاهش دما به صورت توام
10) تصعید:
عبارت است از تغییر حالت یک جسم جامد به حالت بخار بدون اینکه به حالت
مایع در بیاید.
واحدهای حرارتی:1- ترمی (Termie): عبارت است از مقدار گرمایی که حرارت یک تن
آب را یک درجه بالا ببرد.
2- کالری (Calorie): مقدار حرارتی است که یک واحد وزن از آب می‌گیرد تا حرارت آن یک درجه بالا برود.
3-
بی تی یو (B.T.U یا British Thermal Unit): عبارت است از مقدار حرارتی که
به یک پوند
آب داده می‌شود تا حرارت آن یک درجه فارنهایت بالا برود.
یک پوند (lb)
4-تن
سردخانه‌ای: واحد سرما به صورت تن سردخانه‌ای بیان می‌شود و عبارت است از
جذب گرمای نهان ذوب توسط 2000 پوند یخ با دمای 32 درجه فارنهایت یا صفر
درجه سانتیگراد در مدت 24 ساعت تا به 2000 پوند آب 32 درجه فارنهایت یا صفر
درجه سانتیگراد تبدیل شود. از آنجایی که گرمای نهان ذوب یخ 144 می‌باشد
لذا مقدار کل گرمای ذوب شده 288000 خواهد شد که معادل 200 است.