TEORETYCZNE PODSTAWY PROCESU ROZMRAŻANIA JAKOŚĆ I TRWAŁOŚĆ PRODUKTÓW ROZMROŻONYCH Opracowała: Katarzyna Wyżykowska SiUChKl, Wydział Mechaniczny Politechniki Gdańskiej GDAŃSK, 2009
SPIS TREŚCI ROZMRAŻANIE.... 3 Definicja rozmrażania.... 3 Cel rozmrażania.... 3 KRZYWA ROZMRAŻANIA.... 4 ROZMRAŻANIE POWIERZCHNIOWE.... 5 CIEPŁO POTRZEBNE DO ROZMROŻENIA.... 6 CZAS ROZMRAŻANIA.... 7 ZMIANY JAKOŚCIOWE ROZMROŻONYCH PRODUKTÓW.... 8 Podział zmian jakościowych produktów rozmrożonych... 8 Wyciekanie soków... 8 Rozwój drobnoustrojów.... 9 TRWAŁOŚĆ PRODUKTÓW ROZMROŻONYCH.... 10 Rozwój mikroflory gnilnej w mięsach.... 10 Rozwój bakterii.... 10 ŹRÓDŁA:... 11 2 S t r o n a
ROZMRAŻANIE. Mrożona żywność przed wykorzystaniem musi być uprzednio poddana odpowiednim zabiegom przegotowania do spożycia lub dalszego przerobu, zależnym od rodzaju i przeznaczenia produktów oraz zakresie dotychczasowej obróbki. Podstawowe znaczenie w tych zabiegów ma rozmrażanie. 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. Cel 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. 3 S t r o n a
KRZYWA ROZMRAŻANIA. Rys.: Teoretyczny przebieg krzywych zamrażania i rozmrażania tego samego produktu i przy tych samych różnicach temperatur. (T s - temperatura powierzchni produktu, T c temperatura centrum, T fr - temperatura medium w procesie rozmrażania, T fz - temperatura medium w procesie zamrażania, τ r - czas procesu rozmrażania, τ z - czas procesu zamrażania, T cr - temperatura krioskopowa) Proces rozmrażania jest odwrotnością zamrażania, przy czym w ich przebiegu występują podobieństwa jak i różnice. Zgodnie z rysunkiem, przebieg krzywej rozmrażania jest w zasadzie odwróceniem krzywej zamrażania, ze znacznym, prawie dwukrotnym wydłużeniem czasu przy porównywalnych warunkach realizacji. Wynika to z faktu, iż podczas zamrażania ciepło jest odprowadzane z wnętrza produktów przez zamrożoną warstwę powierzchniową o prawie trzykrotnie większym współczynniku przewodzenia, podczas gdy przy rozmrażaniu ciepło jest doprowadzane przez warstwę rozmrożoną o mniejszej wartości współczynnika. 4 S t r o n a
Doprowadzane z otoczenia ciepło powoduje rozmrażanie powierzchni produktów i tworzenie się swoistej warstwy izolacyjnej utrudniającej jego dostęp do jeszcze zamrożonego środka. Następstwem tego jest nierównomierny wzrost temperatury w różnych częściach produktu i występowanie jej znacznych gradientów oraz rosnące w miarę postępu procesu zapotrzebowanie energii niezbędnej do dalszego podwyższania temperatury o 1 K. Przy zbliżaniu się do T cr wzrasta ona kilkakrotnie w porównaniu do wcześniejszej fazy procesu. Na przykład wzrost temperatury z -3,3 C do -2.2 C wymaga prawie dwukrotnie, a od -2,2 C do - 1,1 C nawet pięciokrotnie więcej energii, jak ogrzanie w zakresie od -4,4 C do -3,3 C i poniżej tego zakresu. Powyżej -1 C zapotrzebowanie energii ponownie silnie maleje, co powoduje oczywiście istotne różnice szybkości ogrzewania rozmrażanych produktów w różnych zakresach temperatury. Efektem tego są: Zjawisko ciągłego wzrostu oporu powierzchniowego rozmrażania; Zagrożenie przegrzaniem zewnętrznych warstw produktów; Wydłużenie końcowej fazy procesu rozmrażania. ROZMRAŻANIE POWIERZCHNIOWE. Rys.: Proces rozmrażania powierzchniowego przez konwekcję i przewodzenie 5 S t r o n a
Powyższy wykres ilustruje, iż temperatura wewnętrzna produktu początkowo wzrasta dość równomiernie. Po osiągnięciu punktu topnienia na powierzchni stopniowo wzrasta wg krzywej T s, podczas gdy temperatura w centrum produktu T c utrzymuje się na praktycznie stałym poziomie, aby w końcowej fazie topnienia szybko wzrosnąć. Koniec procesu określa w zasadzie temperaturą krioskopowa T cr w termicznym środku produktu, często jednak rozmrażanie jest prowadzone do wyższej temperatury końcowej lub połączone jest z równoczesną obróbką kulinarną. Zgodnie z powyższym opisem możemy wyróżnić 3 fazy procesu rozmrażania: Podgrzewanie od temperatury zamrożenia do temperatury krioskopowej; Właściwe rozmrażanie topnienie podstawowej masy wymrożonej wody; Dodatkowe podgrzewanie zamrożonego produktu do założonej temperatury końcowej. CIEPŁO POTRZEBNE DO ROZMROŻENIA. W każdym procesie rozmrażania żywności konieczne jest doprowadzenie odpowiedniej ilości energii niezbędnej do roztopienia kryształów lodu i wymrożonych roztworów tkankowych. G Masa produktu, T kr Punkt krioskopowy, c i c Ciepło właściwe produktu przed i po rozmrożeniu, T 1 Temperatura zamrożenia, T 2 temperatura końcowa, W Zawartość wody, ω Stopień wymrożenia. Ilość ciepła niezbędnego do całkowitego rozmrożenia produktu zależy od jego masy G, zawartości wody W, stopnia jej wymrożeniaω i może być obliczona w sposób przybliżony. Ilość ciepła potrzebna do rozmrożenia produktu odpowiada ilości ciepła odprowadzanej podczas zamrażania. W przypadku prowadzenia procesu do wyższej temperatury końcowejt 2, a zwłaszcza jednoczesnego przygotowywania kulinarnego zapotrzebowanie ciepła znacznie wzrasta. 6 S t r o n a
Średnie zapotrzebowanie ciepła na rozmrożenie 1 kg produktu od -30 C do T kr kształtuje się na poziomie ok. 250-300 kj. CZAS ROZMRAŻANIA. Określenie, a tym bardziej kształtowanie czasu rozmrażania produktów, zależnego od wielu zmieniających się czynników zewnętrznych i wewnętrznych nasuwa znaczne trudności. Istotny wpływ na czas rozmrażania produktów ma rodzaj i charakterystyka środowiska, w którym ten proces przebiega oraz właściwości fizyczne rozmrażanych produktów. Przy rozmrażaniu technikami ogrzewania powierzchniowego czas procesu maleje wraz ze wzrostem: Różnicy temperatury pomiędzy powierzchnią produktu i otoczeniem, Natężenia ruchu otaczającego medium w stosunku do produktu, Wilgotności względnej powietrza. W praktyce korzysta się z dwóch wzorów obliczania czasów przemysłowego rozmrażania Cziżowa oraz Planka. Czas rozmrażania wg Cziżowa. τ Czas rozmrażania, Δh Entalpia produktu, ρ Gęstość produktu, ΔT kr Różnica temperatur między powietrzem i T kr produktu, l Grubość rozmrażanego produktu, λ Współczynnik przewodzenia ciepła, α Współczynnik wnikania ciepła, F Współczynnik kształtu produktu. Czas rozmrażania wg Planka. m i n Stałe doświadczalne, T f Temperatura powietrza. 7 S t r o n a
Podstawowe cechy produktów wpływające na czas rozmrażania, to: Właściwości cieplne (zwłaszcza mała przewodność ciepła przez rozmrażanie tkanki i znaczący wpływ utajonego ciepła topnienia lodu na ich pojemność cieplną); Fizyczne wymiary produktów oraz rodzaj opakowania. ZMIANY JAKOŚCIOWE ROZMROŻONYCH PRODUKTÓW. Podział zmian jakościowych produktów rozmrożonych. Podział zmian jakościowych produktów rozmrożonych ze względu na rodzaj zmian: Wyciekanie soków Proces rozmrażania nie jest w stanie zapewnić pełnej odwracalności fizycznej produktu do stanu przed zamrożeniem ponieważ zawsze następuje utrata soków. Wyciekanie soków i związane z tym zmiany konsystencji i barwy to najistotniejsze zmiany produktu podczas rozmrażania. W wielu produktach podczas zamrażania woda przemieszcza się z komórek do przestrzeni międzykomórkowych. Podczas rozmrażania należy stworzyć warunki dla jak najpełniejszej odwracalności zjawiska inaczej poprzez wyciekanie soku nastąpi utrata wartości odżywczych i smakowych. 8 S t r o n a
Wyciekanie soków jest spowodowane: Uszkodzeniem tkanki, komórek oraz włókien kryształami lodu. Efektem tego jest znaczny spadek zdolności do utrzymania wilgoci; Częściową utratą zdolności białka komórkowego do pęcznienia, zmianami biochemicznymi w tkankach. Efekt: rozpad złożonych substancji organicznych, zmiany ph i struktury tkanki. Wszystkie zmiany spowodowane są specyficznymi właściwościami produktów i niedoskonałością procesów zamrażania oraz przechowywania. Powolne zamrażanie do temperatury -8 C do -12 C sprzyja powstawaniu dużych kryształów lodu w produkcie i uszkodzeniom tkanek co w czasie rozmrażania może skutkować utratą soków tkanki mięsnej o masie do 12% początkowej masy produktu. Przy długotrwałym przechowywaniu ubytek może wzrosnąć do 16%. Wielokrotne rozmrażanie i zamrażanie również wpływa na zwiększenie wycieku soków. Zapobieganie wyciekaniu soków z produktów mrożonych: Żywność zamrażana szybko szybkie rozmrażanie żywności zapewni większą wartość odżywczą; Żywność zamrażana wolno wolne rozmrażanie umożliwi wchłonięcie przez stałe części tkanek wody zamienionych w lód w skutek zamrożenia. Na ogół tkanka zwierzęca lepiej utrzymuje wilgoć podczas rozmrażania i lepiej chłonie wodę w porównaniu do tkanki roślinnej wyciek w truskawkach może przekraczać 30% masy. Rozwój drobnoustrojów. Podnoszenie temperatury wskutek rozmrażania powoduje rozwój drobnoustrojów. Sposobem na zminimalizowanie tego efektu jest rozmrażanie żywności w odpowiednich środowiskach w zależności od rodzaju produktu. 9 S t r o n a
TRWAŁOŚĆ PRODUKTÓW ROZMROŻONYCH. Rozwój mikroflory gnilnej w mięsach. W wyniku hydrolitycznego rozkładu białek zwierzęcych następuje rozwój mikroflory gnilnej w mięsach. Im wolniejszy jest proces zamrażania tym zmiany strukturalne tkanek będą większe. Powoduje to pogorszony stan jakości i trwałości rozmrożonego mięsa w stosunku do mięsa świeżego schłodzonego. Najbardziej korzystne jest szybkie mrożenie mięsa. Wskutek tego, po rozmrożeniu, produkt uzyskuje zdolność tempa rozwoju bakterii podobną do tej w mięsie świeżym - schłodzonym. Rozwój bakterii. W wyniku rozmrażania trwałość produktów ulega pogorszeniu niemożliwe jest przywrócenie produktom ich własności sprzed procesu zamrażania. Na trwałość produktów rozmrożonych duży wpływ ma rozwijająca się w nich zawartość bakterii. 10 S t r o n a
Zawartość bakterii w produktach po 12 miesiącach przechowywania w niskich temperaturach i następnym rozmrożeniu w ciągu 24 godzin do temp. 21 C. Owoce wykazują się mniejszą trwałością niż mięsa po rozmrożeniu, więc warto zwrócić uwagę na fakt, iż przyrost drobnoustrojów w owocach jest mniejszy dla tych które były zamrażane z cukrem. Zastosowanie cukru spowalnia proces rozwoju bakterii. ŹRÓDŁA: Postolski J.: Prawie wszystko o... Technologii chłodniczej żywności (33) 5. Wykorzystanie mrożonej żywności. 5.1 Teoretyczne podstawy procesu rozmrażania, Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 10/2008 Postolski J.: Prawie wszystko o... Technologii chłodniczej żywności (14) 1.5. Podstawowe procesy, ich ważniejsze modyfikacje i warianty technologiczne, Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 9/2005 Gruda Z., Postolski J.: Zamrażanie żywności, Warszawa, 1999 Jastrzębski W.: Technologia chłodnicza żywności, Warszawa 1991 11 S t r o n a