Reguleren vochtverlies appels en peren stelt specifieke koeltechnische eisen

14 april 2021

Tuin- en akkerbouwproducten vragen in de periode tussen het moment van oogst en de uiteindelijke consumptie om strikte conditionering. Die condities vormen de basis voor de technische inrichting van de klimaat-installatie. Dit artikel gaat over de lange bewaarperiode van appels en peren. Die stelt hoge en specifieke eisen aan het klimaat in de koelcel en daarmee aan de koeltechnische inrichting.

Tekst: Frank van de Geijn (senior consultant Postharvest Technology Wageningen UR)

De meeste appels en peren worden geoogst in september en oktober. Een groot deel van de productie wordt dan opgeslagen in koelhuizen om jaarronde beschikbaarheid voor de consument mogelijk te maken. De koelhuizen zijn deels in bezit van fruittelers, maar het grootste deel van de opslagcapaciteit is in handen van loonkoelers en handelshuizen, waaronder veilingen.

Definiëren van gewenste productkwaliteit
Het definiëren van de gewenste productkwaliteit is een goed vertrekpunt voor het vinden van de juiste bewaarcondities gedurende de lange opslagperiode. Voor appels en peren is behoud van versheid de belangrijkste kwaliteitseis, veelal vertegenwoordigd door structuur, hardheid en grondkleur, maar ook door eigenschappen als vochtspanning (ontbreken van indroging). De vruchten moeten ook vrij zijn van fysiologisch bederf en van de ontwikkeling van rot en schimmels.

Behoud van kwaliteit
De factoren die van invloed zijn op de productkwaliteit gedurende die langdurige opslag zijn tijd, temperatuur, luchtvochtigheid en de zuurstof- en CO₂-niveaus in de koelcellen. Alle productsoorten, en binnen de soorten specifieke rassen of mutanten, hebben een eigen optimale temperatuur voor conditionering. Dat geldt ook voor appels en peren. Het doel is om met een lage temperatuur de respiratie (ademhaling) van het product zoveel mogelijk te onderdrukken, waardoor de kwaliteit zoveel mogelijk behouden blijft.  

Overzicht van de technische ruimte van de opslag waar onderzoek is verricht, met per cel een regelset. De blauwe tonnen zijn ultrasone bevochtigingsunits.

Optimale opslagtemperatuur
Het vriespunt vormt de absolute ondergrens van de producttemperatuur. Een te lange periode onder het vriespunt leidt tot fysieke beschadiging van het product. Voor verse producten ligt het vriespunt overigens vaak onder nul, wat komt door de opgeloste stoffen zoals suikers. Veel verse tuin- en akkerbouwproducten kennen een optimale opslagtemperatuur ruim boven het vriespunt. Onder deze optimale temperatuur treedt zogenaamd laagtemperatuurbederf op. Het product ontwikkelt specifieke stresssymptomen wanneer het te lang onder een te lage temperatuur wordt opgeslagen. De temperatuurondergrens hangt mede af van andere conditioneringsfactoren, waaronder de vochtigheid en zelfs het zuurstof- en CO₂-niveau. Het zal niet verbazen dat het bepalen van de optimum temperatuur met al deze factoren een lastige puzzel is.

Vochtverlies en stressproblemen
Naast de producttemperatuur is voor behoud van versheid ook de relatieve luchtvochtigheid belangrijk. Deze heeft een direct effect op gewichtsverlies en hieruit volgende kwaliteitsproblemen. Steeds vaker wordt ook een relatie gevonden tussen vochtverlies en het ontstaan van stressproblemen afhankelijk van temperatuur en Controlled Atmosphere-condities (zuurstof en CO₂).

Impact van instellingen
Een belangrijk voordeel van langdurige fruitbewaring, zeker in de Controlled Atmosphere-bewaring (CA), is dat door de redelijk gecontroleerde omgeving veel geleerd kan worden over de impact van instellingen en systeemkeuzes. Wat helpt is dat het meten van relatieve luchtvochtigheid met moderne meettechnieken steeds beter mogelijk is. Ondanks dat blijft het lastig om de meetresultaten goed te interpreteren en te regelen op deze waarden. Dat komt omdat de verschillen in relatieve luchtvochtigheid binnen een gekoelde ruimte erg groot kunnen zijn. Dat geldt ook voor de verschillen binnen een etmaal.

Experimentele beschrijving van de luchtstroom in een pallet met kazen
Bij koelopslag van gestapelde levensmiddelen die warmte genereren, zoals kaas, is het vaak lastig om een constante bewaartemperatuur te realiseren. Wetenschappers hebben het aerodynamisch gedrag in een gekoeld pallet met kazen in kaart gebracht.
Lees meer hierover in dit artikel.

Meten van condens/ontdooiwater
Vanwege de variatie in luchtvochtigheid kan de vochtonttrekking van het product het beste op kistniveau worden gemeten. Het meten van condens/ontdooiwater is vooralsnog de beste methode om vochtonttrekking aan het product in kaart te brengen, en is juist in de afgesloten CA-omgeving relevant. De beste methode is om met sensoren te meten die op kistniveau een lokaal gewichtsverlies over een korte periode kunnen registreren. Op basis hiervan kunnen instellingen worden gewijzigd. Dat draagt bij aan het hogere doel om met een maximaal uniform klimaat binnen de ruimte voor een uniforme kwaliteit van de appels en peren te zorgen.

Inkijk in Controlled Atmosphere-cel met Conference-peren in kisten van ongeveer 400 kg. De mist ontstaat tijdens een ontdooiactie, door de hoge vochtigheid in de koelcel.

Koeltijd en koelacties
Bij onderzoek gaven de condenswatermetingen aanleiding om kritischer naar het koelgedrag van de installatie te kijken. De basis hiervoor is het registreren van koeltijd per etmaal, het aantal koelacties (thermostaat-regelacties), de ventilatordraaitijd en de ontdooitijd. Aanvankelijk was alleen de koeltijd per etmaal het beoordelingscriterium voor de werking van de installatie. Inmiddels zijn daar de verdeling van de koeltijd binnen het etmaal (koelacties) en het gedrag van de individuele koelactie tussen het moment van openen en sluiten van de vloeistofklep bijgekomen. Begrip van – maar ook grip op – het koelproces en de vertaling naar beter behoud van productkwaliteit is het doel. Maar daarmee ben je er nog niet. Ook kennis van de producten zelf is nodig. Die hebben immers allemaal uiteenlopende optimale bewaarcondities.

Stuurbaar maken van vochtverlies
Vochtverlies geeft veel inzicht in de impact van het koelproces op de belangrijke kwaliteitseigenschappen in de langdurige bewaring van Nederlandse en Belgische Conference-peren. In eerste instantie ontwikkelde de conditioneringsbehoefte zich naar een minimalisering van vochtverlies. Voor Conference-peren moet echter wel enige mate van vochtverlies behouden blijven om een gezond einde van de bewaring te halen. Het stuurbaar maken van vochtverlies op een zeer laag niveau werd het doel. Het bleek topsport om dat goed te doen. Bij appels speelt hetzelfde met betrekking tot de stuurbaarheid, alleen ligt het niveau van vochtverlies hierbij veelal op een hoger niveau.

Regelbare capaciteit
Grip op vochtverlies ontstaat vanuit het juiste koeltechnische ontwerp, met name door capaciteitselectie. Door capaciteit regelbaar te maken, kan deze vervolgens productgericht of celspecifiek worden verfijnd. Niet alleen het selecteren van een groot koelend oppervlak geeft controle. Ook in het uitsluiten of beperken van warmtebronnen (instraling, luchtbehandeling, ventilator) ligt een deel van de oplossing. Voor een minimaal vochtverlies zal de tijdsduur dat een condenserend oppervlak in de cel aanwezig is (koeleroppervlak) geminimaliseerd moeten worden. Het effectief en gelijkmatig benutten van dit koeleroppervlak, zowel koudemiddel- als luchtzijdig, blijkt belangrijk maar ook lastig.

Condensatie van vocht
Het lijkt erop dat hierbij twee mechanismen een belangrijke rol spelen. Dat zijn de condensatie van vocht uit de lucht op het koude lameloppervlak en, misschien wel belangrijker, het vrijgeven van vocht van het product aan de langsstromende lucht. Kortdurend heftig verstoren van de luchttemperatuur rondom het product lijkt minder vochtverlies te geven dan langdurend ‘voorzichtiger’ te koelen.

Ruimte voor verbetering
De condensatie van vocht uit de lucht op het lameloppervlak zou koeltechnisch onder controle moeten zijn. Het bestuderen van koelergedrag tijdens koelbedrijf laat echter zien dat er veel ruimte voor verbetering is. Zo blijkt de gelijkmatige bevloeiing van de koeler met koudemiddel een belangrijke rol te spelen. Elk circuit vraagt de gewenste – maar minimale – oververhitting om de lameltemperatuur gelijkmatig en stabiel snel af te koelen. Koeltechnici kennen het proces. Ook met suboptimaal gedrag wordt de ruimte vaak prima koud, maar producten als appels en peren stellen hogere eisen.

Stabiliteit in het proces
De koeltechnische eisen laten zich op basis van onderzoek, maar zeker ook dankzij de inspanning van veel bewaarders, het beste beschrijven als een optelsom van koelercapaciteit, de efficiëntie in het benutten van deze capaciteit en de stabiliteit in het proces. Bij dit laatste spelen twee zaken. Eenzelfde verdampingstemperatuur heeft steeds weer een gelijke impact op de ruimte. Hiernaast is de regelmaat waarin de koelacties optreden belangrijk. Die moeten de schommelingen in producttemperatuur zo klein mogelijk houden. Beide punten leiden tot een zo klein mogelijk vochtverlies.
Vraagt een product juist om meer vochtverlies, dan kan andersom worden geredeneerd. Door het opvoeren van onregelmatigheid in koelgedrag creëren we bewust meer beweging in de producttemperaturen of beperken we de benutting van het verdamperoppervlak.

Impact van koudemiddelen
De impact van koudemiddelen op de bovenstaande processen lijkt beperkt. Waar eerder de enkelvoudige synthetische koudemiddelen al een goede controle van het koelproces gaven, zijn met ammoniak- en inmiddels ook CO₂-koelsystemen goede resultaten geboekt. Uiteindelijk geldt voor alle koudemiddelen een gelijke doelstelling: een gelijkmatige verdeling van het koudemiddel over de circuits die uiteindelijk tot een effectieve en gelijke afkoeling van de lamellen leidt.

Voordeel van pompsystemen
De pompsystemen met een verdampend koudemiddel lijken in het voordeel, omdat hiermee makkelijker aan de stabiliteit van de vloeistoftoevoer kan worden voldaan. Op het moment van koelvraag moet namelijk in zeer korte tijd het gehele koelerblok in koelproces starten. Overigens moet dit aan het einde van de koelactie ook weer stoppen.

Uitdampen van koudemiddelrestanten
Het uitdampen van restanten koudemiddel is een goed voorbeeld van een koeltechnisch proces dat kan leiden tot meer vochtverlies door het product. Dit ongecontroleerde proces geeft een langdurig plaatselijk condenserend lameloppervlak en blijft dus vocht uit de lucht opnemen waardoor het product wordt gestimuleerd de vochttoestand van de lucht weer aan te vullen. Een vergelijkbaar effect treedt op bij een zeer klein temperatuurverschil tussen lamellen en lucht, waardoor langere tijd gekoeld wordt. Het gunstige effect van het kleinere temperatuurverschil tussen lamel en lucht (minder condens) wordt overschaduwd door de blijvende verstoring van de luchtvochtigheid rond het product.