Warum muss die Gefriertemperatur eines Kühlschranks auf minus 18 Grad eingestellt sein?

Der Sommer ist da und das Wetter wird heißer. Mit steigenden Temperaturen vermehren sich in unserem täglichen Leben viele pathogene Mikroorganismen. Obwohl sie nicht so hoch ansteckend sind wie das neue Coronavirus, können sie uns dennoch schwer erkranken lassen, wenn wir uns einmal infiziert haben.

Schimmeliges Obst. Bildquelle: Tencent

Um im Sommer zu verhindern, dass Lebensmittel verderben, sind Kühlschränke zu einem unserer unverzichtbaren Alltagsgeräte geworden. Wenn ich von Kühlschränken spreche, erinnere ich mich an meine Zweifel als Kind: Lebensmittel können schon bei wenigen Grad unter Null eingefroren werden. Wie hoch ist die Temperatur im Gefrierbereich des Kühlschranks? Warum sollte es auf etwa minus 18 Grad eingestellt sein? Ist das nicht Stromverschwendung?

Haushaltskühlschrank. Bildquelle siehe Wasserzeichen

Erst später wurde mir durch entsprechendes Wissen klar, dass minus 18 Grad durchaus notwendig sind. Wenn es die Wirtschaftlichkeit erlaubt, sollte die Gefriertemperatur so niedrig wie möglich sein. Die Gründe hierfür liegen vor allem in den folgenden zwei Punkten.

Minimieren Sie die Aktivität von Mikroorganismen und Enzymen

Der Verderb von Lebensmitteln, dem wir im Alltag begegnen, wird im Allgemeinen durch drei Situationen verursacht: das Wachstum von Mikroorganismen, den Abbau durch Enzyme und chemische Reaktionen (hauptsächlich Oxidation). Durch das Einlegen von Lebensmitteln in den Gefrierschrank kann die Aktivität von Mikroorganismen und Enzymen durch niedrige Temperaturen reduziert werden. Je weniger aktiv sie sind, desto länger sind die Lebensmittel haltbar.

Verdorbener Apfel. Bildquelle: Wikipedia

Studien haben ergeben, dass eine Umgebungstemperatur von minus 12 Grad Celsius die Aktivität von Mikroorganismen wirksam hemmen kann, während eine Umgebungstemperatur von minus 18 Grad Celsius die Aktivität von Enzymen wirksam hemmen kann. Wenn Sie Lebensmittel also längere Zeit tiefgekühlt lagern möchten, muss die Temperatur im Gefrierschrank mindestens -18 Grad Celsius erreichen.

Halten Sie das Essen so schmackhaft wie möglich

Tatsächlich haben die Menschen schon vor langer Zeit versucht, Lebensmittel einzufrieren und aufzubewahren. Allerdings musste ich feststellen, dass das Futter nach dem Auftauen immer weich und matschig wird und seinen ursprünglichen Geschmack komplett verliert. Daher gab es zunächst keinen Markt für Tiefkühlkost.

Tomaten, die eingefroren und dann aufgetaut wurden, werden sehr welk. Bildquelle: Sina.com

Erst in den 1920er Jahren entdeckte der Amerikaner Clarence Birdseye beim Fischen in den kalten Regionen Nordamerikas zufällig die Schlüsseltechnologie zur langfristigen Lagerung von Lebensmitteln bei niedrigen Temperaturen – die Schnellgefriertechnologie. So wurde er zum weltberühmten König der Tiefkühlkost. Der entscheidende Punkt bei der Schnellgefriertechnologie besteht darin, dass Lebensmittel während des Gefriervorgangs so schnell wie möglich die „Zone der maximalen Eiskristallbildung“ durchlaufen müssen.

Was ist die „Zone der maximalen Eiskristallbildung“?

Die „Zone maximaler Eiskristallbildung“ bezieht sich auf den Temperaturbereich von 0 °C bis -5 °C. In diesem Temperaturbereich kondensieren Wassermoleküle in Lebensmitteln wie Obst, Gemüse und rohem Fleisch (einschließlich freiem Wasser in den Interzellularräumen, freiem Wasser in den Zellen und gebundenem Wasser) schnell zu größeren Eiskristallen. Diese Eiskristalle können die Zellwände leicht durchdringen und so zum Verlust des Zytoplasmas führen. Ohne vollständige Zellen, die sie unterstützen, verwelken diese Nahrungsmittel auf natürliche Weise und verlieren ihren ursprünglichen Geschmack.

Veränderungen der Eiskristallmorphologie in Zwiebelzellen mit der Abkühlungsrate. Bildquelle: Referenz [1]

Variation der Zwiebelzellenverformung mit der Abkühlungsrate. Bildquelle: Referenz [1]

Um sicherzustellen, dass die Zellwände nicht durch große kondensierte Eiskristalle durchbrochen werden, muss die Temperatur des Lebensmittels in kürzester Zeit die Zone der maximalen Eiskristallbildung durchlaufen.

Derzeit kann man gemäß den Standards der Schnellgefriertechnologie meines Landes von Schnellgefrieren sprechen, wenn die Zone der maximalen Eiskristallbildung innerhalb von 30 Minuten überschritten wird. Bei der Lagerung von Lebensmitteln mittels Schnellgefriertechnologie können die darin enthaltenen Wassermoleküle zu unzähligen winzigen Eiskristallen mit einem Durchmesser von weniger als 100 Mikrometern kondensieren. Die Verteilung dieser Eiskristalle im Lebensmittelgewebe ist grundsätzlich die gleiche wie die Verteilung des Wassers vor dem Einfrieren, wodurch die Schäden, die Eiskristalle am Lebensmittelgewebe verursachen, erheblich reduziert werden.

Verschiedene Formen von Eiskristallen, die durch langsames Gefrieren an der Luft (oben) und Supergefrieren durch Druckentlastung (unten) entstehen.

Bildquelle: Referenz [2]

Können Haushaltskühlschränke Lebensmittel schnell einfrieren und konservieren?

Bei den von uns üblicherweise verwendeten Haushaltskühlschränken dauert es in der Regel ein bis zwei Stunden oder sogar länger, bis die Innentemperatur der Gefrierzone den Bereich maximaler Eiskristallbildung durchläuft. Dieses langsame Gefrieren kann natürlich nicht verhindern, dass die Eiskristalle größer werden.

Ist Ihnen aufgefallen, dass Sie oft kochen? Nachdem das gewaschene rohe Fleisch eingefroren und anschließend aufgetaut wurde, kam erneut viel Blut zum Vorschein. Der Grund dafür ist, dass die Eiskristalle die Zellen im rohen Fleisch durchbohrt haben.

Zwischen schnellem und langsamem Gefrieren besteht ein großer Unterschied hinsichtlich der Zeit, die zum Durchlaufen der Zone maximaler Eiskristallbildung benötigt wird. Bildquelle: Sohu.com

Gleichzeitig kann die Temperatur im Gefrierbereich eines Haushaltskühlschranks aus verschiedenen Gründen, beispielsweise aufgrund der Alterung der Geräte, in einem großen Bereich schwanken, sodass wir die normale Gefriertemperatur etwas niedriger einstellen müssen.

Das heißt, auch wenn die Lebensmittel beim langsamen Einfrieren einmal Schaden genommen haben, können wir durch eine leichte Absenkung der Gefriertemperatur eine weitere Beschädigung der Lebensmittel durch nachfolgende Temperaturschwankungen vermeiden. Die Gefriertemperatur von -18 °C schafft gerade ein Gleichgewicht zwischen der Wirtschaftlichkeit und der Gefrierwirkung von Haushaltskühlschränken.

Tricks der Kühlschrankhersteller

Um Lebensmittel besser haltbar zu machen, sind Haushaltskühlschränke auf dem Markt im Allgemeinen mit einem „Sanftgefrierbereich“ (0 °C – 5 °C) ausgestattet. Obwohl sich dieser Bereich in der Zone maximaler Eiskristallbildung befindet, ist es durch die genaue Kontrolle der Luftfeuchtigkeit, Belüftung, des Lichts und anderer Bedingungen im Soft-Freezing-Bereich möglich, die Bildung größerer Eiskristalle aus Wassermolekülen im Inneren der Lebensmittel zu verhindern und so eine Niedertemperaturkonservierung der Lebensmittel in kurzer Zeit zu erreichen. Darüber hinaus haben einige Hersteller auch Tiefkühltechnologien entwickelt, mit denen die Gefriertemperatur schnell auf etwa minus 40 Grad Celsius gesenkt werden kann und die damit in ihrer Kühlrate dem Standard der Schnellgefriertechnologie nahe kommen.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass durch das Einfrieren lediglich die Aktivität von Mikroorganismen gehemmt werden kann, der Sterilisationszweck jedoch nicht erreicht werden kann!

ENDE

Quellen:

[1] Xie Yanqi, Zhu Kai, Wang Yabo et al. Untersuchung des Wachstumsverhaltens von Eiskristallen in Zwiebelzellen beim Einfrieren[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2018, 039(007):1563-1567.

[2] Su Guangming, Hosahalli S. Ramaswamy, Zhu Songming et al. Thermische Veränderungen und Eiskristallmorphologie beim Druckentlastungs-Ultraschnellgefrieren frischer Garnelen [J]. Transaktionen der Chinesischen Gesellschaft für Agrartechnik, 2013(22):275-284.

[3] Ni Jingan, Zhang Moying. Auswirkungen des Gefrierprozesses auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Lebensmitteln[J]. Kaltgetränke- und Tiefkühlkostindustrie, 2000, 006(001):13-15.