ห้องเย็น เมื่ออยู่ในกระบวนการของการแช่แข็ง อุณหภูมิของสินค้า หรือ ผลิตภัณฑ์จะถูกลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งเริ่มต้น เมื่อถึงอุณหภูมินี้ ผลึกน้ำแข็งจะเริ่มก่อตัวขึ้น และเมื่ออุณหภูมิลดลงต่อไป น้ำจำนวนมากขึ้นจะเปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง ทำให้สารละลายที่เหลืออยู่มีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ
อาหารส่วนใหญ่มีปริมาณน้ำประมาณ 70–90% ซึ่งจะถูกเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งเมื่ออุณหภูมิลดลงถึง −18°C อย่างไรก็ตาม แม้ที่อุณหภูมิ −40°C ก็ยังคงมีน้ำบางส่วนที่ไม่แข็งตัวหลงเหลืออยู่
กระบวนการแช่แข็งควรเริ่มต้นให้เร็วที่สุดเท่าที่ทำได้ และความเร็วของกระบวนการแช่แข็งควรอยู่ในระดับที่เหมาะสม ข้อมูลการทดลองส่วนใหญ่แสดงให้เห็นว่า อัตราการแช่แข็งมีผลต่อคุณภาพอาหารน้อยมากหรือแทบไม่มีเลย ตราบใดที่หลีกเลี่ยงการแช่แข็งที่ช้ามาก
อย่างไรก็ตาม แนวคิดที่ว่าการแช่แข็งแบบรวดเร็วทำให้เกิดผลึกน้ำแข็งขนาดเล็กและให้คุณภาพที่ดีกว่ายังคงเป็นที่นิยม และยังถูกนำไปบรรจุไว้ในกฎหมายของบางประเทศ โดยข้อกำหนดของสหภาพเศรษฐกิจยุโรป (EEC) ว่าด้วยอาหารแช่แข็งแบบรวดเร็ว ระบุว่า “เขตของการตกผลึกสูงสุดควรถูกผ่านไปอย่างรวดเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้”
เมื่อทำการแช่แข็งผลิตภัณฑ์อาหาร โดยทั่วไปจะพบความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างชัดเจนระหว่างอุณหภูมิผิวด้านนอกและอุณหภูมิบริเวณแกนกลางของผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น หลังจากการแช่แข็งแบบเป่าลมเย็นอย่างรุนแรง (blast freezing) เป็นเวลา 16 ชั่วโมง สำหรับเนื้อวัวส่วนสะโพก อุณหภูมิผิวอาจอยู่ที่ −32°C ในขณะที่อุณหภูมิแกนกลางอยู่ที่ −5°C
หลังจากการปรับสมดุลอุณหภูมิ (thermal stabilization) เป็นเวลา 4 ชั่วโมง อุณหภูมิของผลิตภัณฑ์อาจเท่ากับ −20°C ทั่วทั้งชิ้น ซึ่งเป็นอุณหภูมิเฉลี่ยหลังจากแช่แข็งครบ 16 ชั่วโมง กระบวนการแช่แข็งไม่ควรถูกถือว่าเสร็จสมบูรณ์จนกว่าอุณหภูมิเฉลี่ยจะถึงอุณหภูมิการเก็บรักษาที่ต้องการ
อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแนะนำให้ดำเนินการแช่แข็งต่อไปจนกว่าอุณหภูมิแกนกลางจะลดลงถึง −18°C หรือต่ำกว่า ซึ่งในกรณีนี้ การแช่แข็งควรดำเนินต่อไปจนกว่าอุณหภูมิแกนกลางจะลดลงจาก −5°C ไปถึง −18°C หรือต่ำกว่า
ไม่มีความจำเป็นต้องแช่แข็งต่อไปจนกว่าอุณหภูมิแกนกลางจะถึงอุณหภูมิการเก็บรักษาที่ตั้งไว้ ตรงกันข้าม การทำให้เย็นต่อไปอาจทำให้อุณหภูมิบริเวณผิวต่ำเกินความจำเป็น ส่งผลให้สิ้นเปลืองพลังงาน ใช้กำลังการแช่แข็งได้อย่างไม่มีประสิทธิภาพ และในบางกรณีอาจส่งผลเสียต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์
เวลาการแช่แข็ง (Freezing time)
เวลาการแช่แข็งมักนิยามว่าเป็นช่วงเวลาที่ผ่านไปตั้งแต่ผลิตภัณฑ์ถูกนำเข้าเครื่องแช่แข็งจนกระทั่งอุณหภูมิสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ถูกทำให้ถึงตามต้องการ
เวลาการแช่แข็งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเริ่มต้นและอุณหภูมิสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ ปริมาณความร้อนที่ต้องถูกดึงออก ขนาดของผลิตภัณฑ์ (โดยเฉพาะความหนา) ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน และอุณหภูมิของตัวกลางที่ใช้แช่แข็ง
ในกรณีของอาหารที่มีบรรจุภัณฑ์ วัสดุบรรจุภัณฑ์ทำหน้าที่เป็นฉนวนและลดการถ่ายเทความร้อน อย่างไรก็ตาม บรรจุภัณฑ์พลาสติกมักมีผลต่อเวลาในการแช่แข็งน้อยมาก เว้นแต่จะมีอากาศถูกกักอยู่ระหว่างผลิตภัณฑ์กับบรรจุภัณฑ์ หากผลิตภัณฑ์ถูกบรรจุในกล่องกระดาษ โดยเฉพาะกล่องกระดาษลูกฟูก เวลาในการแช่แข็งจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก
อัตราการแช่แข็ง หรือความเร็วในการแช่แข็ง (Freezing rate / Freezing speed)
การเปรียบเทียบเวลาในการแช่แข็งของผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดแตกต่างกันมาก เช่น เนื้อวัวเป็นชิ้นใหญ่กับถั่ว มีความหมายไม่มากนัก ดังนั้นจึงมีการนำแนวคิดของ “อัตราการแช่แข็ง” มาใช้
อัตราการแช่แข็งโดยทั่วไปแสดงเป็นความเร็วเฉลี่ยที่แนวหน้าของการเกิดน้ำแข็งเคลื่อนจากผิวผลิตภัณฑ์เข้าสู่แกนกลาง ในทางปฏิบัติ อัตราการแช่แข็งเฉลี่ยสามารถนิยามได้เป็นอัตราส่วนระหว่างระยะทางสั้นที่สุดจากผิวถึงแกนกลางกับเวลาในการแช่แข็ง
เวลาในการแช่แข็งอาจหมายถึงช่วงเวลาตั้งแต่ผิวผลิตภัณฑ์มีอุณหภูมิถึง 0°C จนกระทั่งอุณหภูมิแกนกลางลดลงถึง −18°C
วิธีการแช่แข็งสามารถจำแนกตามอัตราการแช่แข็งได้ดังนี้
- การแช่แข็งรวดเร็ว (Rapid freezing) : มากกว่า 1 ซม./ชั่วโมง
- การแช่แข็งปกติ (Normal freezing) : 0.3–1 ซม./ชั่วโมง
- การแช่แข็งช้า (Slow freezing) : 0.1–0.3 ซม./ชั่วโมง
- การแช่แข็งช้ามาก (Very slow freezing) : น้อยกว่า 0.1 ซม./ชั่วโมง
