Gefrierprozesse

Gefrierprozesse bezeichnen Verfahren, bei denen Stoffe durch Abkühlung unter den Gefrierpunkt in den festen Zustand überführt werden. Beim Phasenwechsel von Flüssigkeit zu Feststoff spielen Nukleation und Kristallbildung eine zentrale Rolle. Die Bildung von Keimen (Nukleationszentren) setzt meist erst bei einer bestimmten Unterkühlung ein; danach wachsen Eiskristalle, deren Größe und Struktur die Beschaffenheit des gefrorenen Produkts beeinflussen.

Wärme muss aus dem Produkt abgeführt werden. Je langsamer die Abkühlung, desto größer werden die Kristalle; das kann zu einer rauen Textur, Gefrierbrand und Wasserverlust führen. Schnelles Gefrieren erzeugt feine Kristalle, was Textur, Aroma und Nährstoffe tendenziell besser erhält. Von der Gegebenheit der Wärmeleitfähigkeit und der Anordnung von Gewebe oder Material hängt die gleichmäßige Abkühlung ab.

Industrielle Gefrierprozesse unterscheiden sich durch Temperaturführung, Zuluft- oder Wärmeabfuhrrate und eingesetzte Technik. Typen umfassen Tiefkühlung, Band- oder Trommelgefrierung, Blast Freezing (Schock- bzw. Turbtiefkühlung) sowie Sprühgefrieren (Spray Freezing) und IQF (Individuell Schnellgefroren). In der Biologie dient das Gefrieren auch der Kryokonservierung von Zellen, Geweben oder genetischem Material; hier kommen kontrollierte Gefrierprozesse, Kryokonservierungsmittel und extrem niedrige Temperaturen zum Einsatz.

Typische Einsatzbereiche sind die Lebensmittelindustrie, wo Obst, Gemüse, Fleisch und Fertigprodukte eingefroren werden, sowie die Forschung und Medizin, wo Zellen und Gewebe bei -80 °C bis -196 °C gelagert werden. Wichtige Qualitätsfaktoren sind Eisstruktur, Gefrierbrand, Feuchtigkeitsmigration und Nährstoffverlust; Verpackung und Lagerbedingungen beeinflussen die Haltbarkeit maßgeblich.