Isochorisches Gefrieren

Das isochore Einfrieren wurde erstmals 2005 von Pr. Boris Rubinsky und seinem Team an der Universität von Kalifornien in Berkeley entwickelt und wurde hauptsächlich für die Kryokonservierung von Zellen und Geweben sowie für Organtransplantationen verwendet. Die potenziellen Vorteile des isochoren Einfrierens in der Lebensmittelindustrie wurden erst viel später untersucht, nämlich im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem US-Landwirtschaftsministerium im Jahr 2017. Beim konventionellen Gefrieren bei konstantem Atmosphärendruck (isobar) wird das Lebensmittelprodukt Temperaturen von -10 °C oder kälter ausgesetzt und ein hoher Anteil des gefrierbaren Wassers im Produkt - in der Regel mehr als 80 % des Wassergehalts - wird in Eis umgewandelt. Beim isochoren Gefrieren wird das Lebensmittel in eine isotonische Lösung in einer geschlossenen Kammer eingetaucht, so dass das Volumen während des Gefrierens konstant bleibt. Wenn die Kammer auf eine vorgegebene Temperatur abgekühlt wird, schützt die isotonische Lösung das Lebensmittel vor Eiskristallisation und bewahrt seine Eigenschaften besser. In der herkömmlichen Lebensmittelkühlkette ist die Lagerung von Lebensmitteln bei Gefriertemperatur ein energieintensiver Prozess. Durch isochore Lagerung kann der Energieaufwand auf ein industrielles Niveau gesenkt werden, da keine Eisbildung im Inneren der Lebensmittel stattfindet. Die meisten kommerziellen Kühllagersysteme verwenden Lagertemperaturen zwischen -10 °C und -18 °C. Die isochore Lagerung erfordert keine so niedrigen Lagertemperaturen, und frühere Versuche haben gezeigt, dass - 5 °C eine optimale Temperatur für die isochore Kühllagerung sein könnte. Einer aktuellen theoretischen Studie zufolge könnte die Umstellung der weltweiten Lebensmittelkühlkette von herkömmlichen isobaren Bedingungen auf isochore Gefrierbedingungen den Energieverbrauch und den CO2-Ausstoß erheblich verringern. Die für das isochore Gefrieren erforderliche Ausrüstung ist weder kompliziert noch teuer, und die Kammern können in herkömmlichen Gefrierschränken in der Industrie oder sogar in Privathaushalten untergebracht werden. Die Prozesskammern können aus dickwandigem Edelstahl, Kunststoff oder Kohlefaserverbundwerkstoffen hergestellt werden, vorausgesetzt, die Wände sind stabil. Der größte Nachteil des isochoren Gefrierens ist die Erzeugung von hydrostatischem Druck in der Prozesskammer. Hydrostatischer Druck kann das Zellgewebe von Lebensmitteln zerstören und ihre Qualität beeinträchtigen. Für das Einfrieren von Lebensmitteln sind daher optimierte Protokolle für die Kombination von Temperatur und Druck erforderlich.

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