Влияние скорости замораживания на кристаллообразование и качество пищевых продуктов

     Решающее  значение на скорость замораживания  оказывают температура охлаждающей  среды, толщина замораживаемого  продукта и коэффициент теплоотдачи  от его поверхности.

     Скорость  замораживания влияет и на процессы массообмена, приводящие к усушке продукта. Пока на поверхности продукта не началось льдообразование, с нее испаряется капельно-жидкая влага, а затем происходит сублимация льда, что и приводит к его усушке. Потери воды при замораживании могут колебаться в широких пределах — от 0,3 до 2% и более в зависимости от температуры охлаждающей среды, начальной и конечной температуры продукта, вида среды, метода и скорости замораживания, а также специфических свойств отдельных продуктов.

     Потеря  массы продукта

     Для представления массообмена используют различные математические модели, описывающие явление испарения влаги с поверхности продукта (основаны на законе Дальтона), однако они включают большое количество величин, определение которых затруднено. Поэтому массообмен в холодильной камере можно определять не по величине массы влаги, отданной продуктом, а по массе влаги, усвоенной воздухом в зависимости от его температуры, давления и равновесной влажности.

     Усушка  резко снижается, если на поверхности  продукта натурального имеется влагонепроницаемый слой (корочка подсыхания, слой жировой ткани). При измельчении продуктов усушка резко возрастает. Потери при замораживании плодов и овощей зависят от их размера, характерных свойств кожицы, а также техники замораживания.

     При замораживании бесконтактным способом в паронепроницаемой упаковке исключаются потери водяного пара через слой упаковочного материала. Однако при наличии свободных пространств между продуктом и упаковкой на внутренней поверхности упаковочного материала, образуется иней в результате конденсации и замерзании водяного пара (внутренняя усушка).  
 

     При любом способе и скорости замораживания  в клетке могут происходить сложные  изменения, связанные с нарушением ее структуры. Так, понижение температуры  продукта до −8 — −10°С сопровождается интенсивным, льдообразованием и, следовательно, резким увеличением концентрации химических соединений в жидкой фазе продукта, уменьшением ее объема, сближением молекул. При этом создаются условия для структурных перестроек белковых молекул, возникновения межмолекулярных реакций, агрегации. Нарушения пространственной структуры макрочастиц белков идентифицируются с денатурацией, а ее внешним проявлением является выделение тканевого сока при размораживании. Развитие этих процессов стимулирует повышение концентрации электролитов в жидкой фазе. Зона максимального развития денатурационных изменений совпадает с температурной зоной максимальной кристаллизации, тканевого раствора. Денатурация наблюдается, прежде всего, в белках фракции актомиозина при отсутствии изменений белков саркоплазмы.

     Важным  фактором, влияющим на сохранение нагативной структуры белков, является связанная вода. Однако это касается только воды, связанной с белками тех групп, в которых энергия связей выше энергии, высвобождающейся при переходе в кристаллическую структуру льда. Белковые вещества с более узкой энергией связи теряют воду, которая вымораживается, а молекулы белка агрегируются. Стабильные белковые вещества удерживают воду, которая позволяет им сохранить негативную структуру и после размораживания.

     Процессы денатурации белков при замораживании в определенной степени замедляются физическими изменениями образовавшегося раствора, в частности изменениями вязкости, ионной силы, давления водяных паров и рН. При введении некоторых веществ (этиленгликоль, пропиленгликоль, сахар, глицерин) процесс денатурации замедляется. Предполагается, что эти вещества усиливают прочность водородных мостиков и связей воды. При введении их снижается количество вымораживаемой воды.

     В настоящее время разрабатываются  пищевые системы, включающие замораживаемый продукт и структурирующие вещества, состоящие из натуральных пищевых  компонентов. Использование таких  пищевых систем позволяет получить сырье для замораживания, которое  не теряет высокой биологической  ценности при температуре замораживания  −20°С, длительном хранении в замороженном виде и исключает потери при размораживании.

     Изменение белков продуктов происходит также в результате их гидролиза под действием тканевых ферментов, которые высвобождаются при повреждении клеток.

     Изменения жиров при замораживании и хранении являются результатом ферментативных и окислительных процессов. С понижением температуры замораживания скорость химических реакций резко замедляется, соответственно замедляются и химические процессы порчи жиров. Скорость ферментативных процессов при понижении температуры в определенном интервале может и возрастать.

     При замораживании снижаются количество и активность микроорганизмов, однако добиться их полного уничтожения  невозможно. Устойчивость микробной  клетки к замораживанию зависит  от вида микроорганизма, стадии его  развития, среды обитания, а также  скорости и температуры замораживания.

     Получение высококачественных замороженных продуктов  возможно только при исходном высоком  качестве сырья, которое определяется многими факторами: условиями роста, кормления, упитанностью, физиологическим  состоянием животного перед убоем, совершенством операций по убою и  разделке туш. Критерием качества мясного  сырья принято также считать  степень развития в сырье послеубойных процессов.

     Мясо, замороженное в стадии окоченения, имеет более низкое качество, так  как белки обладают наименьшей растворимостью, набухаемостью и влагоудерживающей способностью.

     Замороженное парное мясо имеет высокую степень обратимости, а белки — хорошую набухаемость и влагоудерживающую способность, так как резко тормозятся автолитические процессы, не наблюдается также изменений гистологической структуры тканей. Такое мясо обладает наилучшими потребительскими свойствами.

     Существенном  фактором, определяющим качество сырья  и его стойкость при последующем  хранении, является конечная температура  продукта. При ее снижении уменьшаются  потери белковых и экстрактивных  веществ с мясным соком. Так, мясо животных или рыбы, замороженное до −50+ −70°С, а затем размороженное, незначительно отличается по показателям качества от мяса, не подвергавшегося замораживанию.

     В то же время различия в качестве продуктов, замороженных разными методами, после нескольких месяцев хранения при температуре −20°С практически исчезают вследствие рекристаллизации. Движущей силой этого процесса может быть колебание температуры во время хранения, а также разность давлений водяных паров на поверхности мелких и крупных кристаллов. На поверхности мелких кристаллов давление водяных паров всегда выше, вследствие чего происходит миграция влаги от более мелких кристаллов к крупным. При низких температурах процесс рекристаллизации протекает медленно, но по мере повышения рекристаллизации заметно ускоряется.

     При всем многообразии способов замораживания  к каждому продукту требуется  индивидуальный подход при определении  метода и технического средства замораживания. 

Литература 

1. Головкин  Н.А. «Холодильная технология пищевых  продуктов». – М.: Лег. и пищ. пром-ть, 1984. - 240 с.
2. Куцакова В.Е., Рогов И.А., Фролов С.В., Филиппов В.И. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. Ч.1. Теоретические основы консервирования. /М.: Колос, 2001.-136 с.