Politechnika Gdańska Współczesne techniki zamrażania Temat: Odwracalność zmian jakościowych w produktach rozmrożonych. Wykonał: Przemysław Drywa SUCHiKL semestr 9
Plan prezentacji: 1. Definicja rozmrażania, 2. Cel rozmrażania, 3. Zmiany jakościowe w mrożonej żywności, 4. Parametry technologiczne zamrażania mające wpływ na odwracalność zmian jakościowych produktów rozmrożonych, 5. Wyciek rozmrażalniczy, 6. Rodzaje wycieku, 7. Co ma wpływ na rozmiar wycieku, 8. Jak ograniczyć wyciek, 9. Bibliografia. Definicja rozmrażania: Rozmrażanie produktów zamrożonych jest to proces zmiany stanu stałego w ciekły zawartej w zamrożonych produktach wody, poprzez stopniowe podwyższanie temperatury wewnętrznej produktów i przywrócenie im ich własności naturalnych. Proces ten odbywa się przez doprowadzenie ciepła z zewnątrz. W wyniku przemiany fazowej i topnienia kryształów lodu następuje zmiana właściwości fizycznych produktów warunkująca m.in. ich przydatność technologiczną i konsumpcyjną. Rozmrażanie: Rozmrażanie definiowane jest często jako proces odtwarzania wyjściowego stanu produktów żywnościowych, sprzed okresu ich utrwalenia zamrażalniczego. Obecnie technologia chłodniczej żywności nie zakłada możliwości restytucji mrożonej żywności i dąży jedynie do osiągalnej odtwarzalności podstawowych jej walorów sensorycznych i żywieniowych. Aktualnie stopień odwracalności tych zmian jest znaczny i rozmrożone produkty pod względem podstawowych cech nie różnią się od produktów świeżych( mięso rozmrożone różni się tylko nieznaczną zmianą barwy i konsystencji oraz zawilgoceniem powierzchni). Cele rozmrażania: Celem rozmrażania jest doprowadzenie zamrożonych produktów do stanu maksymalnie zbliżonego do wyjściowych cech świeżych produktów, osiąganego poprzez: Eliminowanie lub ograniczenie wycieku soku i strat ważnych w żywieniu składników rozpuszczalnych; Ograniczenie zmian fizycznych, biochemicznych i mikrobiologicznych w toku procesu. Zmiany jakościowe w mrożonej żywności:
Parametry technologiczne zamrażania mające wpływ na odwracalność zmian jakościowych produktów rozmrożonych: 1. Szybkość zamrażania: Za istotny parametr odwracalności zmian zachodzących w produktach traktowano do niedawna szybkie zamrażanie, umożliwiające wyeliminowanie niekorzystnych procesów biochemicznych i mikrobiologicznych, zwłaszcza we wstępnej fazie procesu, przy przechodzeniu produktów przez tak zwaną strefę maksymalnej krystalizacji, w której temperatura jest jeszcze stosunkowo wysoka( zakres od T kr do ok. -5 o C). Jednak teza ta wcale nie jest pewna. Stwierdzono tylko że bardzo wrażliwe produkty roślinne( bardziej owoce niż warzywa) wykazują zwykle lepsze zachowanie cech jakościowych przy zamrażaniu ultraszybkim. W praktyce za wystarczające do ograniczenia wtórnych zmian jakościowych produktów uznaje się szybkości mrożenia: > 5cm/h dla produktów sypkich zamrażanych metodą IQF > 0,5 cm/h dla produktów w opakowaniach jednostkowych ok. 0,1 cm/h dla produktów o dużych wymiarach. 2. Głębokość zamrożenia czyli ilość wymrożonej wody i wzrost stężenia soli w niewymrożonych roztworach: Procesy przemysłowe zamrażania przebiegają zwykle, przy malejącej szybkości podczas przesuwania się frontu lodowego od powierzchni ku środkowi. Istnieje teza że odwracalność zmian jakościowych w produktach zależy głównie od głębokości zamrożenia, tj. od ilości wymrożonej wody i wzrostu stężenia soli w nie wymrożonych roztworach. Woda występuje w produktach w różnych formach związania. Woda silnie związana z grupami polarnymi rozpuszczonych w niej substancji nie podlega przemianie fazowej. Postępująca krystalizacja wody związanej biochemicznie stopniowo zmniejsza odwracalność procesu; wtrącenia substancji białkowych i wymrażanie choćby części wody związanej z nimi koloidalnie czyni proces nieodwracalnym. Schemat kolejnych faz wymrażania wody w produktach i ich wpływ na odwracalność procesu przedstawiono na rysunku. Odwracalność zmian spowodowanych obróbką zamrażalniczą produktów: A- granica odwracalności biologicznej( śmierć wyżej zorganizowanych organizmów żywych) B- granica odwracalności koloidalnej ( trwałe uszkodzenie struktur tkankowych) Obszary wymarzania
a) Wody wolnej b) Wody związanej biochemicznie c) Wody związanej koloidalnie 3. Możliwie stała i odpowiednio niska temperatura przechowywania w całym łańcuchu zamrażalniczym, 4. Racjonalny proces rozmrażania. Wyciek rozmrażalniczy: Syntetycznym wskaźnikiem odwracalności zmian spowodowanych obróbką zamrażalnicza produktów o budowie tkankowej jest wielkość wycieku. Wyciek stanowią roztwory powstające z tajania kryształków lodu, które nie są resorbowane przez tkanki. Rodzaje wycieku: Swobodny- część wody, która odłączona od układów koloidalnych białek nie może siłami adhezji oprzeć się działaniu grawitacji. Wyciek ten związany z procesem dekrystalizacji jest zwykle powiększony spowodowanymi przez obróbkę zamrażalniczą zmianami produktów( uszkodzenie elementów strukturalnych tkanek, częściowa utrata zdolności białek do utrzymywania wody i pęcznienia). Szczególnie niekorzystny jest wpływ odkostnienia mięsa przy produkcji mrożonego mięsa w blokach( wyciek przy rozmrażaniu bloków może sięgać 12%). Wymuszony- woda wydzielająca się pod wpływem działania na tkankę sił zewnętrznych. Co ma wpływ na rozmiar wycieku: 1. Na rozmiar wycieku wpływa rodzaj zamrażanego surowca: Wyciek z mięsa: Największe straty występują w wołowinie, mniejsze w cielęcinie i baraninie, najmniejsze w wieprzowinie. Wyciek z mięsa wyższych gatunków jest mniejszy natomiast szczególnie duży jest podczas rozmrażania tuszy zwierząt bardzo starych. Wiąże się to miedzy innymi z różnicami cech strukturalnych i składu chemicznego. Makroskładniki wpływają na wielkość wycieku; zawartość wody w mięsie zwiększa, a białek zmniejsza wyciek. Wyciek z drobiu zależy zarówno od stanu fizjologicznego mięśni w momencie zamrażania, jak i stosowanych metod schładzania i zamrażania tuszek. Ciemne mięśnie wykazują mniejsze straty soków niż. jasne. Największe wycieki występują w tuszkach zamrażanych owiewowo (wpływ obcej wody adsorbowanej w technikach immersyjnych). 2. Podatność na wyciek zależy od fazy przemian pośmiertnych mięsa, wpływającej na zdolność wiązania wody (głównie przez białka mięśniowe siłami elektrostatycznymi). Wieloetapowy rozkład ATP i glikogenu powoduje w ciągu pierwszych 24-48 h po uboju silny spadek początkowo dużej zdolności wiązania wody, która w dalszej fazie dojrzewania ponownie powoli wzrasta. Przemiany pośmiertne w tkankach powodują przyrosty wycieku w zakresie 15-30% (przy stężeniu rozmrażalniczym 50-70%). Udział wycieku wymuszonego wzrasta z przedłużeniem czasu i wzrostem temperatury przechowywania zamrożonych produktów zwierzęcych. 3. Parametry technologiczne mające wpływ na rozmiar wycieku: Szybkość zamrażania: Ogólnie zaleca się, aby szybkości zamrażania i rozmrażania nie różniły się nadmiernie. Oznacza to, że przy elementach małych, zamrażanych szybko, należy preferować również szybkie rozmrażanie. Przy zamrażaniu produktów o dużych wymiarach wpływ zastosowanej techniki ogranicza się tylko do warstw powierzchniowych, stąd lepsze mogą się okazać
dłuższe czasy rozmrażania, zapewniające teoretycznie bardziej korzystne warunki odtworzenia wyjściowego rozmieszczenia wody. Wpływ szybkości zamrażania na rozmiary wycieków soków tkankowych: a) Bardzo szybkie zamrażanie charakteryzuje się formowaniem małych kryształków lodu przede wszystkim wewnątrz komórek. Podczas rozmrażania w standardowych warunkach powstają drobniutkie kropelki wody szybko resorbowane przez tkanki i powodujące minimalny wyciek rozmrażalniczy. b) Wraz ze wzrostem czasu zamrażania wielkość kryształków wewnątrzkomórkowych wzrasta i powoduje uszkodzenia włókien mięśniowych, czego wyrazem podczas rozmrażania jest niepełna resorpcja soku przez tkanki i zwiększony wyciek rozmrażalniczy. c) Dalszy wzrost czasu zamrażania zwiększa udział kryształów lodu formujących się na zewnątrz komórek, co ogranicza uszkodzenia włókien przez kryształy wewnątrzkomórkowe i pośrednio również rozmiary wycieku. d) Przy czasie zamrażania powyżej 30 min następuje formowanie się kryształów wyłącznie na zewnątrz komórek i ich wzrost do wielkości maksymalnej, a więc ustalenie się warunków krystalizacji wody i tym samym rozmiarów wycieku na nie zmienionym poziomie. Na górnym schemacie pod wykresem przedstawiono strukturę krystaliczną produktów, uzyskiwaną przy różnych szybkościach zamrażania (zakreskowane pasy poziome prezentują krystalizację wewnątrzkomórkową, przedzielające je białe pasy - przestrzenie międzykomórkowe, czarne plamki - formujące się kryształy lodu). Dolny schemat ilustruje wielkość skupisk wody powstającej z topniejących kryształów w przestrzeniach międzykomórkowych Wpływ szybkości rozmrażania na rozmiary wycieku w zależności od warunków zamrażania mięsa przedstawiono na rys.
A1) Przy szybkim zamrażaniu i rozmrażaniu mięsa woda krystalizuje, kryształki lodu topnieją i są resorbowane przez tkanki w tych samych miejscach, gdzie występowała woda, z której powstały. Powoduje to tylko nieznaczny wyciek. A2) Przy powolnym rozmrażaniu szybko zamrożonego mięsa wyciek jest większy. Jest to wynik rekrystalizacji wewnątrzkomórkowych kryształków lodu i zwiększania ich wymiarów w warunkach powolnego wzrostu temperatury przed topnieniem, powodującego uszkodzenia ścian komórek. Wskutek tego powstają następnie większe skupiska wody (A3), gorzej resorbowane przez tkanki. Odwrotnie kształtują się te zależności w mięsie powoli zamrożonym. B1) Przy szybkim rozmrażaniu takiego mięsa stosunkowo duże ilości cieczy, tworzące się z topnienia dużych zewnątrzkomórkowych kryształów lodu, nie są całkowicie resorbowane przez tkanki i w znacznych ilościach wydzielają się na zewnątrz. B2) Natomiast wolne rozmrażanie mięsa zamrożonego powoli stwarza lepsze warunki resorpcji soków tkankowych, powstających z sukcesywnie topniejących kryształów lodu i ogranicza wyciek. Utrzymywanie odpowiednio niskiej i w miarę stałej temperatury w całym łańcuchu chłodniczym Jak zmniejszyć wyciek? Na ograniczenie wycieku teoretycznie wpływają wszystkie czynniki technologiczne oddziałujące na trwałość wiązań między strukturalnymi elementami włókien mięśniowych, jednak nie uzyskano poprawy ani przez stosowanie przemysłowych ultraszybkich technik zamrażania, ani temperatur przechowywania poniżej -30 C. Ograniczenie wycieku rozmrażalniczego z mięsa: Dodatkowa obróbka mięsa przed zamrożeniem w odpowiednich roztworach soli, Funkcja technologiczna dodatków polifosforanów polega na zwiększaniu zdolności chłonięcia i utrzymywania wody podczas rozmrażania produktów oraz w trakcie późniejszych procesów przerobowych. Ma to być efektem tzw. aktywowania białek, tj. zwiększania ich zdolności pęcznienia przez wzrost siły jonowej środowiska i jego alkalizację, kompleksowanie jonów dwuwarstwowych i dysocjację aktomiozyny. Ponadto polifosforany hamują procesy oksydacyjne w tłuszczach i mają pewne działanie antybakteryjne. Stosowanie do rozdrobnionego mięsa przed zamrożeniem dodatek około 2% soli kuchennej Podobny efekt adsorbowania wolnej wody uzyskuje się, stosując do rozdrobnionego mięsa przed zamrożeniem dodatek ok. 2% soli kuchennej, uzupełniony mieszaniną BHA + BHT(Kwasy beta-hydroksylowe BHA + Butylowany hydroksytoluen BHT) i polidekstrozy
lub polifosforanów, w celu przeciwdziałania możliwym objawom destabilizacji białek mięśniowych. Skuteczność zabiegu wymaga stosowania go w ciągu ok. 6 h po uboju; dodatki NaCl do mięsa poddanego uprzednio dojrzewaniu, a zwłaszcza dopiero podczas rozmrażania, działają znacznie mniej efektywnie. Ograniczenia wycieku rozmrażalniczego z ryb: Zamrażanie ryb w dobrym, świeżym stanie: Wyciek rozmrażalniczy ryb z połowów trawlerowych rośnie z upływem czasu i wzrostem temperatury przechowywania surowca przed zamrożeniem. Ryby zamrożone w dobrym, świeżym stanie wykazują wyciek 3-5%, ryby o gorszej kondycji, po tarle 7-8%. Duży wyciek (do 12%) charakteryzuje filety dwukrotnie zamrażane i rozmrażane; podlega on znacznym wahaniom, zależnym od kondycji ryb i szybkości przekraczania krytycznego zakresu temperatur od -2 do -5 C. Solenie filetów przed zamrożeniem: Dobre efekty, zwłaszcza w odniesieniu do chudych ryb gorszej jakości, daje solenie filetów (przy wchłonięciu przez tkanki ok. 1% NaCl) oraz stosowanie polifosforanów (zwykle 10-proc. roztwór trój fosforanu sodu). Na niektórych statkach istnieją już urządzenia do automatycznego solankowania. Po kąpieli trwającej ok. 1 min filetów nie płucze się w wodzie. Ograniczenie wycieku rozmrażalniczego z owoców: Rozbieżne są dane na temat wycieku rozmrażalniczego owoców. Owoce charakteryzują się dużymi rozmiarami wycieku Ogólnie stwierdza się duże rozmiary wycieku i istotne różnice odmianowe w obrębie gatunków, dyskusyjny jest natomiast wpływ szybkości zamrażania na jego wielkość. Według autorów zagranicznych wyciek z zamrażanych truskawek, który w kilkuminutowym czasie zamrażania wynosi 6-7%, w warunkach wielogodzinnego zamrażania owiewowego wzrasta powyżej 20% (rys. 8.22). Również źródła krajowe podają, że skrócenie czasu zamrażania do 10-12 min wyraźnie zmniejsza straty wycieku. Wyciek truskawek w funkcji czasu zamrażania: Metoda zamrażania: W truskawkach przechowywanych przez 12 miesięcy w temp. -30 C mniejszy wzrost wycieku stwierdzono w owocach zamrożonych kriogenicznie lub fluidyzacyjnie (o 4-12%) niż owiewowo (o 13-25%), przy czym różnice wycieku podczas składowania w temp. -18 i - 30 C nie przekraczały 3%. Bibliografia: Gruda Z., Postolski J.: Zamrażanie żywności. Wyd. Naukowo- Techniczne, Warszawa 1999. Postolski J.: Prawie wszystko o Technologii chłodniczej żywności. Technika chłodnicza i klimatyzacyjna. 2009,nr 2, s. 66-70.