Külmutusprotsess

Külmutusprotsess on faasimuutus, mille käigus vedelik muutub tahkeks, kui temperatuur langeb külmumispunktil või alla selle. Protsessis eraldub latentne soojus ja jahutuskiirus, lahustite ja aine puhtuse omadused mõjutavad lõpptulemust, sealhulgas jääkristallide suurust ja materjali struktuuri.

Mehanism hõlmab nukleatsiooni ja kristallide kasvu. Esmalt tekib nukleatsioon, mille käigus moodustuvad kristallide alged; seejärel jääkristallide kasv. Nõrk superkülmumine ja aeglane jahutus annavad tavaliselt suured jääkristallid, mis võivad kahjustada materjali või rakke. Kiire jahutus tekitab rohkem ja väiksemaid kristalle, mis aitab säilitada tekstuuri ja struktuuri.

Tüübid ja meetodid. Looduslik külmutus toimub looduses või toorainete säilitamisel maja- või industriaalsetes kontekstides. Tööstuslik külmutus hõlmab blasti külmutust (blasti külmutusruumis), plaatkülmutust (külmutusplaatide abil) ning sügavkülmutust. Külmutus vedelgaasiga, näiteks vedel lämmastik, on kiire ja äärmiselt madala temperatuuri võimaldav meetod. Krio­perekseerimiseks kasutatakse tihti vitrifikatsiooni.

Rakendused. Külmutusprotsessi kasutatakse peamiselt toiduainete säilitamiseks, et pikendada säilivusaega ja säilitada maitse ning tekstuur. Samuti on see oluline bioloogiliste ja meditsiiniliste proovide säilitamisel ning kriopreserveerimisel ning tööstuslike materjalide töötlemisel.

Kvaliteet ja riskid. Suured jääkristallid võivad kahjustada rakustruktuuri ja materjali mehhaanilisi omadusi; seetõttu kasutatakse krüoprotektante (nt glütserool) ning kontrollitakse jahutuskiirust ja temperatuuri seisundit kogu protsessi vältel. Energianõudlikkus ja keskkonnamõjud on samuti tähelepanu all.