Til innholdet

Utvikling av teknologi for lakefrysing av makrell i norsk fiskeindustri

Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport
Lakefrysing generelt
Allerede ved de første forsøkene og gjennom hele prosjektet ble det vist at lakefrysing er en effektiv, energi-økonomisk frysemetode, og at et sentralt mål om å opprettholde naturlig form oppnås. Fisken fremstår som naturlig blank i skinnet etter frysing. Makrell har en “væskepose” bak øyet. Denne blir væskefylt og hvit i fryst tilstand, i motsetning til det som er observert ved luftfryst fisk.

Saltlake
Resultatene fra innledende tester med frysing i lake av magnesiumklorid (MgCl2)​ og kalsiumklorid (CaCl2) viser at de termiske egenskapene til disse lakene med eutektisk temperatur på henholdsvis -33 °C (testet -30) og -51 °C (testet -35) gir rask innfrysing av produkt i tråd med den lave omgivelsestemperaturen. Disse saltene har imidlertid en svært bitter smak. Saltene er ikke allment brukt i næringsmiddelproduksjon, og tilgangen på næringsmiddelgodkjent salt av større volum er uklar. Det ble derfor konkludert med at dette ikke forfølges videre. Alt videre arbeid ble gjennomført med bruk av salt (NaCl)-lake. NaCl-lake fungerer bra innen den gitte begrensning i temperatur (-21 °C, i praksis -20 °C). Laken er stabil, og kan brukes over lang tid forutsatt at det ikke tilføres forurensning. Det ble oppnådd renere lake ved bruk av fint vakuumsalt enn ved bruk av grovt sjøsalt.

For måling av saltinnhold i lake ble det oppnådd mest riktige resultater med digitalt refraktometer. I og med at laken er stabil over tid og forutsatt at det tilføres vann, kan det benyttes stikkprøvemåling for å holde kontroll på lakekonsentrasjon.

Viskositeten i saltlake øker med redusert temperatur, men ikke mer enn at effektforbruket på sirkulasjonspumpe øker med ca. 30 %. Dette er uproblematisk i forhold til den effektbruk som her er benyttet​.

Faseovergang:
Det er viktig at laken har rett saltinnhold så nært eutektisk konsentrasjon som mulig. Som det fremgår av fasediagram for de ulike saltlakene, så vil frysetemperatur øke ved både lavere og høyere konsentrasjon enn eutektisk konsentrasjon. Det ble også gjennomført testing med forhøyet saltkonsentrasjon (24,5 % NaCl) uten at det ble registrert tendens til faseovergang. Teoretisk skulle da laken ha en frysetemperatur på ca. -15 °C, men frysing på -20 °C var ikke noe problem, hverken visuelt eller ved registrert motstand i sirkulasjonspumpe. Det ble samtidig registrert noe økt utfelling av salt fra laken.​

Sensorisk vurdering
Rund makrell ble bedømt i henhold til farge og skader på skinn, øyne, slim og lukt til gjellene og fiskens form. Total ble 300 vurderinger (5 dommere, 60 makrell) gitt for lakefrosne makrell og 360 vurderinger (6 dommere, 60 makrell) for tradisjonelt frosne makrell. Skadevurderingene til en lakefrosset makrell og formvurderingene til en tradisjonelt frosset makrell ble tatt ut av analysen på grunn av stor varians mellom dommerne.

​Generelt gir både lakeinnfrysningsteknologien og tradisjonell innfrysing lignende og tilfredsstillende kvalitet. Kvaliteten til lakefryst rund makrell har en tendens til å ligge litt høyere i kvalitetsskår enn tradisjonelt fryst makrell. Øyne avviker mest fra kvalitetskriteriene til ferskt råstoff for begge grupper med at alle fisker hadde konkave til innsunkne øyer. I tillegg har den lakefryste makrellen et tydelig hvitt væskefylt område bak øynene. I vurderingen av form på rund makrell var det et påfallende fravær av bøyde fisker i den lakefrosne gruppen (4 vurderinger som “2: svak bøyd” og 296 vurderinger som “3: uten bøyning”) sammenlignet med tradisjonelt fryst makrell (46 vurderinger som “1: svært bøyd”, 116 vurderinger som “2: svak bøyd” og 192 vurderinger som “3: uten bøyning”​).
 
Filetene ble vurdert i henhold til normal skjæring, skader på skinn, farge (blodflekker) og tekstur i muskeloverflaten, intakt svarthinne, spalting, elastisitet og trykkmotstand. Totalt ble 160 vurderinger (4 dommere, 40 fileter) gitt for lakefrosne makrell og 200 vurderinger (5 dommere, 40 fileter) for tradisjonelt frosne makrell. På grunn av stor varians mellom enkelvurderinger ble følgende vurderinger av lakefrosne makrell tatt ut av analysen: spalting (1 filet + 1 vurdering) og svarthinne (1 vurdering). Fra vurdering av tradisjonelt fryst ble følgene faktorer ikke tatt med i analysen, da dette ville påvirket sluttresultatet vesentlig: spalting (6 fileter + 3 vurderinger), skader (2 fileter), overflate muskel (1 filet). Elastisitet og trykkmotstand ble vurdert av bare en person på grunn av at testene kan gi forandringer i fileten.​

Generelt viser filetene fra både lakeinnfrysningsteknologien og tradisjonell innfrysing lignende kvalitet. Kvaliteten til filetene av lakefryst makrell har en tendens til å ligge litt høyere i kvalitetsskår enn tradisjonelt fryst makrell. I begge gruppene ble det påfallende mange feil ved nakkekuttet detektert (i gjennomsnitt ved 27,7 av 40 fileter fra lakefryst makrell og ved 26,4 fileter fra tradisjonelt fryst makrell.​
​Prosjektet har gitt nyttig kunnskap om lakefrysing av makrell til filetering. Fisken beholder naturlig form og kan dermed lettere gå inn som råstoff for makrellfilet utenfor hovedsesongen. Prosjektet har også vist at oksydasjon ikke er problematisk ved fryselagring inntil 10 måneder før filetering. Sensorisk har lakefryst makrell ingen negative effekter sammenlignet med tradisjonell luftfrysing. 

Næringsnytten i prosjektet regnes som stor med tanke på filetering av makrell til humant konsum basert på frosset råstoff.​
Norsk prosesseringsindustri for pelagisk fisk har et klart uttrykt ønske om å øke andelen filetering av makrell og øke produkt- og kvalitetsdifferensiering ved bruk av ny teknologi, jf FHFs prosjekt Handlingsplan for “Pelagisk løft – Økt verdiskaping av makrell” (FHF-901104).

Det ble eksportert over 350 000 tonn makrell fra norsk industri i 2015. Bearbeidingsgraden er lav, hvor kun 2,2 % av råstoffkvantumet fileteres (eksportstatistikk 2014 og 2015). Resten er hel fryst makrell som i dag blir filetert og videre bearbeidet i transitt- eller markedsland. For å styrke sin posisjon, ønsker norsk industri å kunne gjennomføre filetering og pakking av markedstilpassede produkter av makrell i Norge. Økt bearbeiding i Norge gir også mulig tilgang til mer restråstoff, og dermed økt produksjon av protein- og oljeingredienser i Norge.
 
Industrien ønsker mulighet for økt bearbeiding gjennom større deler av året basert på råstoff som fangstes i avgrenset sesong. Temaet står sentralt i FHFs handlingsplan. For å oppnå dette, må fiskeråstoff fryses inn i fangstsesongen, og deretter kunne tines for videre prosessering øvrige deler av året. Dette betinger en hensiktsmessig og kostnads- og energieffektiv innfrysingsmetode, hvor det oppnås riktig kvalitet på råstoffet for slik anvendelse.
 
Makrell er følsom for fysisk påvirkning ved prosessering. Fisken har et tynt utvendig skinn, og er løs i kjøttet på grunn av høyt fettinnhold i muskelvevet. Fettinnhold og grad av matinnhold i fordøyelsessystemet varierer, og påvirker konsistensen.

Dagens metode for pakking og innfrysing av hel fisk i 20 kg kasser medfører at fisken mister sin naturlige form og blir bøyd. Innfrysingsmetoden som benyttes i dag er luftfrysing av ferdig emballert fisk i frysetunneler med frysetid på >18–24 timer. Lang innfrysingstid kommer som en følge av store og emballerte enheter med delvis luftlommer innvendig, og hvor kontakt mellom strømmende luft og fisk ikke er tilstede. Luft har generelt lav varmeoverføringsevne sammenlignet med andre medier. Uemballert fisk med direkte kontakt mot luftstrøm er ikke et reelt alternativ, på grunn av at fisken da vil tørke ut og være meget utsatt for oksidasjon. Frysing ved direkte kontakt mellom fordamper og fisk, som for eksempel ved bruk av platefrysere, ansees heller ikke som aktuell metode, da utstyret vil utsette fisken for mekanisk press og kunne deformere fisken, og skade skinn og muskulatur. 
 
Havyard M​MC AS (som senere ble MMC First Process​) ønsker å utvikle  ny teknologi for innfrysing av pelagisk fisk (makrell) ved bruk av underkjølt saltlake som frysemedium. I dialog med Pelagia AS og konsortium knyttet til FHFs “Pelagisk løft” er interessen stor for å oppnå kvalitets-, kostnads- og miljømessig gunstig metode, for innfrysing av makrellråstoff for senere filetering. Det ansees som helt vesentlig at man har en frysemetode hvor man unngår bøyd fisk.    
 
Makrell er følsom for filetspalting. Maskinell filetering betinger at fisken er 100 % rett temperert (fortrinnsvis -2 til -3 °C), og at fisken har sin naturlige, rette form ved innmating til filetmaskin. Man er åpen for at innfrysing kan skje både med emballert og uemballert fisk, og problemstillinger rundt dette skal avklares i prosjektet. Det må løses kuldetekniske utfordringer for å håndtere faseoverganger mellom saltløsning, is og saltkrystaller. Dette vil ha betydning for fryseevne, pumpeegenskaper, konstruksjon og driftsfaktorer for øvrig. Sentrale FoU-oppgaver ellers er sammensetning av lake, oksidasjonseffekter og eventuelle tiltak for å redusere oksidasjon, og kvalitetsutfordringer for øvrig.
 
Havyard MMC​ har tidligere utviklet et system for tining og temperering av fisk. Bedriften ligger langt fremme som leverandør av systemer for nedkjøling av sjøvann (RSW).
 
Frysing av fisk med underkjølt lake er ikke nytt, da det var nettopp denne metoden som ble benyttet da industriell frysing av fisk først startet i Norge. Den gangen ble imidlertid is benyttet som kuldemedium og blandet med saltlake. Da frysemaskinteknologi var etablert, ble denne kombinert med luftfrysing og/eller kontaktfrysing. Lakefrysingen av sild tidlig i forrige århundre viste seg å gi utfordringer med harskning i etterfølgende lagring (Lorentzen 1958, Finstad 2011). 
 
Det eksisterer enkelte installasjoner med underkjølt saltlake internasjonalt, for frysing av sjømat som krabbe, reker og pelagisk fisk. Lakefrysing praktiseres da gjerne som en for-frysing før videre luftfrysing, eller for frysing i mindre skala. Lakefrysing av tunfisk er også kjent. Det er rapportert om varierende erfaringer, både positive effekter og utfordringer. Oksidasjon av fett er beskrevet som å kunne by på utfordringer. Kort innfrysingstid og energieffektivitet, samt fast konsistens på fisk er ellers fremhevede effekter, (jf. Aubourg S.P . og Gallardo J. M. 2005 og http://www.imsinc.co/products/brine-freezing).
 
Fisken skal kunne lagres over lengre tid uten vesentlig tap av kvalitet. Oksidasjon og uttørking må hindres og glasering av fisken blir da viktig. Fornuftig emballering blir vesentlig hvor det i tillegg oppnås; riktig beskyttelse av fisken, grunnlag for effektiv logistikk og håndtering, samtidig unngås unødig ressursbruk og en oppnår lave kostnader gjennom hele produksjonsforløpet frem til ferdig filet. I samråd med Pelagia AS og FHF har man som utgangspunkt at hel fisk skal glaseres med vannfilm og deretter emballeres i pallekontainer med plastsekk. 
 
Ved bruk av saltlake vil det være vesentlig å unngå uønsket saltopptak. Flere mekanismer vil her trolig være av betydning; at fisken ikke har skader i skinn før innfrysing, at fisken initielt blir raskt fryst i overflaten samt har kort innfrysingstid totalt, og at lakens sammensetning er optimalisert. Effekt av pre-emballering vil også bli undersøkt. Havyard MMC har gjort innledende undersøkelser på noen saltløsninger. NaCl er kanskje mest naturlige saltløsning å velge, men andre salter som CaCl2 og MgCl2 har andre egenskaper og skal testes (samt eventuelt blandinger). Lake av disse saltene har følgende laveste frysepunkt (eutektisk punkt): NaCl -21,8 °C, CaCl2 -55 °C og MgCl2 -33,6 °C.

Prosjektet inngår i FHFs “Prosjekt i bedrif​t”-ordning.
Å utvikle teknologi og metode for innfrysing av rund makrell med en kvalitet og form som gjør den egnet som råstoff til automatisert filetproduksjon.
 
Delmål
• Å utvikle energieffektiv fryseteknologi basert på underkjølt lake med kapasitet på 700 kg/time.
• Å finne gunstig sammensetning av frysemedium (lake).
• Å finne gunstige produksjonsbetingelser for innfrysing av råstoff for senere filetproduksjon, herunder også glasering og emballering.
• Å bygge, teste, måle/analysere, dokumentere og demonstrere resultater av en konseptuell versjon i egen maskinhall (fase 1).
• Å bygge, teste, måle, dokumentere og demonstrere egen prototype i fiskeindustrianlegg (fase 2).
• Å beregne energiforbruk per kg frosset fisk og sammenligne det med tradisjonell innfrysing.
Økt verdiskapning
Prosjektet skal være et viktig bidrag til å realisere planene om storstilt filetproduksjon i norsk fiskeindustri. Verdiskapingspotensialet er også omtalt i bakgrunnskapittelet. Med referanse til FHFs “Pelagisk løft” er målsettingen å øke andelen filetering av makrell fra dagens 2–3 % til minst 25 % innen 2020, og dermed øke årlig verdiskapning med minst 100 millioner kr per år. En effektiv og egnet innfrysingsmetode for råstoff og filetproduksjon fordelt over året, er da viktig. Økt filetering vil gi tilgang til mere restråstoff for verdiskapning i norsk pelagisk næring. Restråstoff fra makrell har en høy andel omega-3-fettsyrer, og vil være attraktivt som råstoff for norsk ingrediensindustri, og som fôringrediens for havbruksnæringen.
 
Foreløpige beregninger viser at energiforbruk ved lakefrysing kan reduseres til 50 %, sammenlignet med luftfrysing slik det praktiseres i dag. Lake vil ha en mer effektiv varmeovergang mellom fisk og frysemedium, noe som gir redusert frysetid. Redusert frysetid gir grunnlag for redusert tap av kulde til omgivelsene. Redusert energibruk vil ellers komme fra en høyere virkningsgrad fra frysemaskineri da det vil benyttes høyere fordampingstemperatur, samt fra redusert viftevarme og mindre behov for installert sirkulasjonseffekt (vifte versus pumpe). En redusert innfrysingstid vil gi grunnlag for redusert bruk av areal til innfrysing i fabrikk. Bruk av væske som frysemedium gjør at omfanget på fryseinstallasjoner kan reduseres ved at avstander mellom kompressor og fordamper vil være mindre, og dermed redusert kuldemediekrets. Installert fordamperareal vil også kunne reduseres.
 
Miljøeffekter
Økt filetering av makrell i Norge vil kunne gi betydelige miljøeffekter. 50 % redusert energiforbruk (estimat), og de momenter beskrevet over vil være vesentlig. Økt mengde restråstoff tilgjengelig for utnyttelse i Norge kan gi grunnlag for mer bærekraftig ressursutnyttelse enn en mer fragmentert og mindre systematisk utnyttelse ute i de ulike markeder, hvor dette (restråstoffet) ellers blir frigjort. Mindre bruk av emballasje ved lagring av fryst råstoff før filetering enn dagens mønster, vil ha miljøeffekt. Det samme gjelder for transport, da totalt varekvantum fraktet ut til sluttmarked kan reduseres med anslagsvis 30–40 % ved frakt av filet, sammenlignet med hel fisk.
Prosjektet gjennomføres i tilknytting til FHFs satsing for “Pelagisk løft”, og i et samspill med Pelagia AS som brukerindustri, og Møreforsking som FoU-institusjon for dokumentasjon av kvalitet.

Fase 1: Utvikling og testing av testenhet for frysing, i maskinhall hos Havyard MMC Vigra
Denne fasen har følgende hovedaktiviteter:
• Utvikling, konstruksjon og bygging av konseptuell testenhet.
• Testing av testenhet i maskinhall: kalibreringsmålinger, fysisk test av ulike laker, gjentatte frysetester med fisk og ulike laker, test av to-stegs kombinasjonsfrysing. 
• Frysetid og temperaturutvikling vil måles, emballert og uemballert fisk vil testes. Driftsmessige betingelser skal måles og optimaliseres. Fiskeprøver vil tas ut for måling av saltinnhold.
• Måling av kvalitetseffekt på fisk.
• Kjemisk analyser saltinnhold og oksidasjon skal bygge på forskningsaktiviteter i et parallelt prosjekt.
• Demonstrasjon oppsummering og rapportering.

Fase 2: Utvikling, bygging, installasjon, testing og feilretting av pilotmodell i  fiskeindustrianlegg
Denne fasen har følgende hovedaktiviteter:
• Konstruksjon og ingeniørarbeid knyttet til prototype for industriell testenhet. Estimert kapasitet er inntil 700 kg/time.
• Bygging og installasjon av prototype for industrielt testanlegg.
• Testing i fiskeindustri; økende kvantum tilsvarende kapasitet, ulike lakeblandinger og temperaturbetingelser, glasering av fisk, uemballert og emballert fisk.
• Måling av effektbruk, frysekapasitet og produksjonsflyt.
• Kvalitetsvurdering og analyser av fisk.
• Demonstrasjon av prototype i fiskeindustri.
Resultatene fra prosjektet publiseres ved oppslag i bransjepresse og ved demonstrasjon overfor brukerindustri.

Ved evaluering av resultatene skal det vurderes å lage en videopresentasjon av teknologi og metode i et samarbeid mellom prosjektgruppen og FHF. Intensjonen er at video skal kunne benyttes fritt av de involverte bedrifter og FHF, og være relevant for bruk i bransjeforum.
keyboard_arrow_up