Politechnika Gdańska Wydział Mechaniczny SEMINARIUM Z WSPÓŁCZESNYCH TECHNIK ZAMRAśANIA. Przemiany chemiczne i biochemiczne w mroŝonej Ŝywności. Wykonał: Michał Stolc SUCHiK
Spis treści 1. Zmiany chemiczne i biochemiczne. 2. Przemiany białek. 3. Przemiany tłuszczów i lipidów. 4. Przemiany węglowodanów. 5. Wnioski. 6. Literatura.
1. Zmiany chemiczne i biochemiczne. Proces chłodzenia i zamraŝania w odmienny sposób wpływa na poszczególne składniki produktów Ŝywnościowych. Składniki trwałe w stanie naturalnym nie wykazują istotnych zmian podczas zamraŝania i rozmraŝania. Dotyczy to soli mineralnych, cukrów, kwasów organicznych. Składniki rozpuszczone w roztworze międzykomórkowym ulegają przemianom podczas zamraŝania Występujące podczas zamraŝania reakcje chemiczne i biochemiczne posiadają wspólne substraty i produkty reakcji. Cechą odmienną są czynniki je wywołujące oraz ich dynamika. Główną przyczyną tego zróŝnicowania jest występujący wzrost stęŝenia niewymroŝonej fazy płynnej. Wraz z nim mogą takŝe przenikać do fazy płynnej jony ze struktur komórkowych. Dalszą konsekwencją jest zwiększenie procesów dyfuzyjnych podczas przesuwania się frontu lodowego. Efektem tych zjawisk jest śmierć Ŝywych komórek w produktach, a takŝe zmiana odczynu ph roztworów tkankowych w kierunku kwaśnym. Wpływ na przebiec tych zmian ma zawartość wolnej wody i substancji rozpuszczonych w produktach, a takŝe szybkość zamraŝania. Zakres temperatur od -2stC do -5stC odpowiada najszybszemu przebiegowi reakcji przy ograniczonym hamowania procesów wraz z spadkiem temperatury Ilustruje to rys poniŝej Jak widać procesy podczas zamraŝania produktów wynikają z wielu wzajemnie zaleŝnych czynników 2. Przemiany białek. Białka są to mikrocząsteczki o złoŝonej strukturze chemicznej, których elementarne części stanowią składowe aminokwasów, zbudowanych z atomów węgla, tlenu, azotu wodoru i siarki. Wszystkie aminokwasy mają podobną budowę podstawową: szkielet węglowy, (do którego przyłączone są atomy wodoru (H), grupa aminowa (NH2), grupa karboksylowa (COOH))
oraz tzw. łańcuch boczny, którą moŝe stanowić grupa metylowa lub bardziej rozbudowany rodnik. Poszczególne łańcuchy łączą się z sobą za pomocą wiązania peptydowego. Białko proste powstaje z połączenia nawet kilkuset polipeptydów czyli zawiązków wielu aminokwasów. Ilość i sekwencja poszczególnych aminokwasów określa tzw. Strukturę drugorzędową a wzajemne rozmieszczenie łańcuchów aminokwasów decyduje o strukturze trzeciorzędowej. Struktura ta jest szczególnie wraŝliwa na warunki środowiska, takie jak ogrzewanie, chłodzenie, działanie kwasów i zasad. Podczas zamraŝania najbardziej niekorzystne przemiany zachodzą we frakcji białkowej. Występuje zjawisko denaturacji, w której struktura II i III rzędu zostaje zniszczona z jednoczesnym zanikiem biologicznych zdolności funkcyjnych. JednakŜe nie wszystkie zmiany substancji białkowej są wynikiem denaturacji. Wynikają one takŝe ze zwykłych procesów fizycznego niszczenia przez kryształy lodu, zagęszczone roztwory Denaturacja zamraŝalnicza białek jest procesem nie do końca poznanym i trudnym do wyjaśnienia. Hipotezy mówią np.: o wpływie hydrolizy lipidów i aldehydu mrówkowego,- duŝym wpływie róŝnych soli organicznych, których stęŝenie podczas mroŝenia bardzo wzrasta. NiezaleŜnie od przyjmowanego mechanizmu denaturacji ustalono, Ŝe największe zmiany w produkcie zachodzą w zakresie temperatur od -1stC do -5stC. Główne objawy zewnętrzne denaturacji produktów są: obniŝenie zdolności wiązania wody (są wynikiem denaturacji białek globularnych)
zwiększenie wycieku rozmraŝalniczego pogorszenie konsystencji i innych cech sensorycznych (są wynikiem denaturacji białek fibrylarnych) spadek rozpuszczalności pęcznienie Główne sposoby minimalizacji zmian denaturacyjnych tłuszczów Ŝywności: Przez odpowiednią technologie mroŝenia: -stosowanie dostatecznie duŝej szybkości zamraŝania do temperatury wewnętrznej zbliŝonej do temperatury przechowywania -przechowywanie tłuszczów temperaturze ok. -30stC bez dostępu tlenu i wymiany wilgoci. Obróbkę produktu przez stosowanie substancji o selektywnym działaniu ochronnym tzw. Krioprotektanty. NaleŜą do nich m.in. cukry (zwłaszcza heksozy i dwucukry), niskocząsteczkowe polialkohole (glicerol, sorbitol), aminokwasy (np. glutaminian sodu), kwasy karboksylowe (np. kwas cytrynowy), wielucukry (skrobia, guma guarowa, karagen), syntetyczne polimery (np. polidekstroza, polatinit), nukleotydy (ATP, ADP, IMP). Substancje o małym cięŝarze cząsteczkowym (sacharoza, sorbitol) zwiększają hydratację łańcuchów polipeptydowych i przez wzmocnienie powłok wodnych Substancje o duŝym cięŝarze cząsteczkowym (np. polidekstroza) powodują wzrost lepkości układu i ograniczenie krystalizacji unieruchomionej w tej strukturze wody podczas zamraŝania. Stabilizujące działanie niektórych substancji ma polegać na ograniczaniu agregacji białek przez reakcje z ich wolnymi grupami funkcjonalnymi (glutaminian sodu) lub przeciwdziałaniu wzrostowi stęŝenia soli w zamraŝanych produktach (glicerol). 3. Przemiany tłuszczów i lipidów. Przemiany tłuszczów nie występują w fazie zamraŝania a w fazie przechowywania, szczególnie dla produktów o duŝej zawartości tłuszczów nienasyconych. Procesy zachodzące w mroŝonych produktach to: utlenianie tłuszczów i hydroliza tłuszczów Utlenianie tłuszczów ma charakter reakcji łańcuchowej inicjowanej samorzutnie i następuje po okresie indukcyjnym. Później dynamika procesu wzrasta. Powstające reaktywne rodniki kwasów tłuszczowych intensywnie łączą się z tlenem, tworząc nietrwałe połączenia, wchodzące w wtórne reakcje desmolizy lub polimeryzacji, których efektem jest rozkład lub wzrost wielkości cząsteczki tłuszczów.
Ograniczenie utleniania odbywa się przez środki ochronne: opakowania próŝniowe związki o charakterze przeciwutleniającym (ich mechanizm polega na przejmowaniu reakcji łańcuchowej i ograniczaniu jej ognisk) Wpływ przeciwutleniaczy oraz opakowań próŝniowych na przedłuŝenie trwałości mroŝonej wieprzowiny (wg Papa), Podane cyfry oznaczają numery próbek: l, 5,9 - próbki kontrolne, 2, 6 próbki z dodatkiem butylohydroksyanizolui estru propylowego kw. galusowego, 3,7 - próbki z dodatkiem tokoferolu i kw. askorbinowego, 4.8- próbki w opakowaniach próŝniowych Hydroliza tłuszczów powoduje powstanie wolnych kwasów tłuszczowych co ma wpływ na przydatność konsumpcyjną. 4. Przemiany węglowodanów Węglowodany są mało podatne na zmiany jakościowe podczas obróbki zamraŝalniczej. Podczas długiego przechowywania w wysokich temperaturach w owocach moŝe zachodzić proces fermentacji. W produktach zasobnych w węglowodany (wyroby z ziemniaków, warzywa) po rozmroŝeniu mogą wystąpić niekorzystne zmiany (mączystość konsystencji, chropowatość powierzchni, reakcje nieenzymatycznego brunatnienia),równieŝ agregacja wielkocząsteczkowych
wielocukrów (np. amylozy skrobi stosowanej jako zagęstnik w mroŝonych sosach).. 5. Wnioski. Właściwości jakościowe mroŝonej Ŝywności uzaleŝnione są od rodzaju Ŝywności, technologii jej przygotowania, przebiegu procesu mroŝenia, a takŝe innych czynników. Aby zabezpieczyć mroŝone produktu przed wpływem zmian chemicznych naleŝy stosować: dostatecznie duŝą szybkość zamraŝania do temperatury wewnętrznej zbliŝonej do temperatury przechowywania, przechowywanie w temperaturze ok. -30 C, w warunkach zabezpieczających przed stratami wilgoci i dostępem tlenu, opakowania próŝniowe obróbkę produktu poprzedzająca zamraŝanie (wykorzystanie substancji zmniejszających denaturację dla białek i przeciwutleniających dla tłuszczów) 6. Literatura. Postolski, Gruda ZamraŜenie Ŝywności Bykowski, Sikorki, Zimińska Technologia chłodniczego utrwalania morskich surowców Ŝywnościowych Technika chłodnicza i klimatyzacyjna