SEMINARIUM Z WSPÓŁCZESNYCH TECHNIK ZAMRAŻANIA Temat: Relacje między zastosowaną metodą zamrażania a jakością produktu po jego rozmrożeniu. Kamil Kaszyński Wydział Mechaniczny
Spis treści 1. Wstęp 2. Mechanizm tworzenia się kryształków lodu podczas zamrażania 3. Zamrażanie w zamrażarkach domowych 4. Techniczne metody zamrażania charakterystyka 5. Wpływ metod zamrażania na cechy jakościowe różnych produktów 6. Podsumowanie 7. Literatura
1.Wstęp Wspólną cechą wszystkich produktów spożywczych jest ich nietrwałość, czyli podatność na naturalne, ciągłe i głównie nieodwracalne przemiany fizyczne, chemiczne, biochemiczne i mikrobiologiczne. Efektem tych przemian są narastające zmiany własności sensorycznych, przydatności użytkowej i walorów żywieniowych. W celu ochrony produktów żywnościowych przed tym zjawiskiem stosuje się utrwalanie żywności, w tym zamrażanie. Jakość mrożonych produktów żywnościowych zależy od dwóch rodzajów przemian. Pierwsze z nich to przemiany pierwotne, które poprzedzają proces zamrażania (np. jakość surowca). Są one nieodwracalne i w najlepszym razie uzyskać można utrwalenie stanu wyjściowego produktu. Zmiany wtórne występują w poszczególnych fazach zamrażania (np. parametry zamrażania). Wielkość tych zmian zależy od warunków prowadzenia procesów technologicznych.
2. Mechanizm tworzenia się kryształków lodu podczas zamrażania. Proces ten przebiega w następujący sposób: 1. W pierwszej kolejności ulega zamrożeniu woda znajdująca się pomiędzy komórkami. Dzieje się tak dlatego, że stężenie rozpuszczonych soli jest niższe na zewnątrz komórki. 2. Równowaga płynu zostaje zmieniona i powoduje, że cząsteczki wody wydobywają się na zewnątrz przez ścianki komórek i również zamarzają. 3. Jeżeli zamarzanie trwa zbyt długo, komórki tracą zbyt wiele wody i ulegają zniszczeniu. 4. Jeżeli zamrażanie jest procesem gwałtownym małe kryształki lodu tworzą się szybko, jednocześnie w wielu miejscach. Zamarzanie ma miejsce najpierw na zewnątrz komórek. Szybkie tempo procesu blokuje ścianki komórek i zapobiega nadmiernej utracie przez nie wody. Ze względu na podatność na zmiany wywołane szybkością zamrażania produkty żywnościowe możemy podzielić na cztery grupy: -produkty, na które szybkość zamrażania nie ma właściwie wpływu, (np. groszek, mięso o dużej ilości tłuszczu). Są to produkty o dużej zawartości substancji suchej. -produkty, w szerokich granicach niewrażliwe na zmiany szybkości zamrażania, która nie powinna spaść poniżej określonej granicy (w praktyce 0,3 cm/h), (np. ryby, mięso chude). -produkty, których jakość przy wzroście szybkości zamrażania wyraźnie się poprawia, (np. truskawki, fasola, produkty z jaj). Są to produkty roślinne o małej zawartości suchej substancji oraz produkty z jaj. -produkty uzyskujące dobrą jakość tylko po mrożeniu szybkim i ultra szybkim (w praktyce optymalna prędkość jest większa od 8 cm/h), (np. maliny, pomidory). Są to produkty o małej zawartości suchej substancji i luźnej tkance.
3. Zamrażanie w zamrażarkach domowych. Współczynnik wnikania przy zamrażaniu w zamrażarkach domowych wynosi 3-8 W/m2K. Prędkości zamrażania są bardzo małe, czas zamrażania długi. Zużycie energii znacznie większe niż w przypadku technicznych metod zamrażania, co przekłada się na wysokie rachunki za energie elektryczną. Zamrażarki domowe powinny być używane do przechowywania zamrożonych produktów metodami technicznymi, czyli powinniśmy kupować mrożonki a nie świeże produkty i potem je zamrażać w domu. Ze względu na powolny proces zamrażania w naszych zamrażarkach, niewiele produktów można w nich zamrażać tak aby po odmrożeniu miały dobrą jakość. Co można zamrażać w domu i będzie miało dobrą jakość po odmrożeniu, na pewno: mięso szczególnie tłuste; tłuszcze czyli masło, margarynę; chleb i ciasta drożdżowe (jeśli były zamrożone jako bardzo świeże i odmrozimy je w odpowiedni sposób np. pod koniec odmrażania włożymy na trochę do piekarnika będzie smakować jak świeżo zrobione); marchew; seler; zieloną natkę pietruszki (zamrożona w szczelnym opakowaniu po odmrożeniu ma smak zapach i wygląd zupełnie jak świeża); lody; wodę (czyli kostki lodu do napoi). Czego nie powinno się zamrażać: większości owoców i warzyw np. mrożone truskawki po odmrożeniu tracą jędrność, kolor, smak, wyciekają nich soki komórkowe i substancje odżywcze, jeśli ktoś chce mieć koniecznie mrożone truskawki, lepiej kupić gotowe mrożonki niż surowe owoce i je zamrażać. a jeśli już ktoś ma własne truskawki czy wiśnie z ogrodu, to jeśli chce zachować ich dobrą jakość to lepiej zaprawić je w słoiki niż zamrażać. Całkowicie nie nadają się do zamrażania w domu maliny i pomidory oraz inne owoc które mają tak zwaną tkankę luźną. Po odmrożeniu truskawek ich jakość jest słaba ale to co odmroziliśmy przypomina truskawkę i można to zjeść, w przypadku malin i pomidorów jest znacznie gorzej, to co otrzymamy po odmrożeniu np. pomidora w większości przypadków nie będzie się już nadawało do spożycia, w najgorszym przypadku może to wyglądać jak kałuża czerwonej substancji z pływającymi w niej kawałkami czegoś co było kiedyś pomidorem. Jeśli już ktoś ma własne truskawki czy wiśnie z ogrodu, to jeśli chce zachować ich dobrą jakość to lepiej zaprawić je w słoiki niż zamrażać.
4. Techniczne metody zamrażania Poniższa tabela przedstawia charakterystykę obecnie stosowanych metod zamrażania. Przedstawiono w niej parametry mówiące o szybkości procesu oraz podstawowe wady i zalety poszczególnych metod wybrane w kontekście ich wpływu na jakość zamrażanych produktów.
5. Wpływ metod zamrażania na cechy jakościowe różnych produktów 5.1. Zmiany fizyczne Rysunki 2, 3, 4 i 5 obrazują wpływ metody zamrażania na wielkość zmian strukturalnych w produkcie.
Z rysunku 2 wynika, że maliny Klasy 1 najkorzystniej jest zamrażać w ciekłym azocie. W przypadku owoców klasy Ekstra lepsze efekty przynosi jednak zamrażanie owiewowe. Rysunek 3 pokazuje, że owoce borówki wysokiej najwyższą jędrność wykazują po zamrożeniu w ciekłym azocie. Przewagę tej metody nad pozostałymi potwierdzają również przedstawione na rysunku 4 wyniki oceny organoleptycznej wiśni oraz na rysunku 5 wyniki badania masy odciekniętych owoców. Ponadto można zauważyć również, że odmiana Lutówka
wykazuje zdecydowanie wyższą wrażliwość na rodzaj zastosowanej metody zamrażania niż odmiana Krezer. Należy jednak pamiętać, że podczas procesu przechowywania zamrożonych, np. w ciekłym azocie, produktów żywnościowych zachodzi zjawisko rekrystalizacji, polegające na wzroście oraz łączeniu się kryształów lodu. Może to doprowadzić do naruszenia włókien, gdy okres przechowywania jest dostatecznie długi, a co za tym idzie zniwelować efekt szybkiego zamrażania. Kolejną istotną zmianą fizyczną zachodzącą w mrożonej żywności jest ubytek masy nazywany ususzką. Zamrażanie owiewowe produktów nie jest możliwe bez ubytku ich masy. Spodziewano się, że zastosowanie techniki kriogenicznej znacznie ograniczy to zjawisko jednak przeprowadzone badania tylko częściowo potwierdziły te przypuszczenia. Z rysunku 7 wynika, że w przypadku pomidorów ususzka rzeczywiście jest niższa, natomiast w przypadku mięsa wieprzowego tendencja jest wyraźnie odwrotna (rysunek 8). Bardzo dobrym sposobem na ograniczenie ususzki jest zastosowanie opakowania paroszczelnego, ściśle przylegającego do produktu, które całkowicie eliminuje występowanie tego zjawiska.
Ostatnią ze zmian fizycznych jest oparzelina mrozowa. Występuje ona tylko podczas przechowywania produktu jednak istotny wpływ na jej tworzenie się mają warunki zamrażania. Zagrożenie wystąpienia oparzeliny jest tym większe im szybszy jest ten proces i towarzyszą mu mniejsze ubytki wody. Skuteczną ochronę przed tym zjawiskiem stanowi izolowanie produktu od otoczenia (np. przez stosowanie opakowań próżniowych) oraz przechowywanie go w stałej i możliwie niskiej temperaturze. 5.2. Zmiany chemiczne i biologiczne Ten rodzaj zmian zachodzących w produktach żywnościowych nie stanowi zbyt znaczącego problemu w technice zamrażalniczej. Warto jednak wspomnieć o najważniejszej z przemian tłuszczów i lipidów czyli o utlenianiu. W produktach zamrażanych kriogenicznie stwierdzono bowiem przyspieszone jełczenie spowodowane zwiększoną w tych warunkach adsorpcją tlenu przez tkankę. Procesy utleniania można znacznie ograniczyć stosując opakowania ograniczające dostęp tlenu oraz związki przeciwutleniające. 5.3. Zmiany mikrobiologiczne Zamrażanie wykazuje bardziej istotny wpływ na redukcję liczby drobnoustrojów niż późniejsze przechowywanie. Wymrożenie całej ilości wody hamuje procesy mikrobiologiczne w zamrożonych produktach i powoduje, że ich stan sanitarny jest na ogół lepszy niż produktów świeżych. Szczególnie korzystne pod tym względem okazuje się zastosowanie metody LIC. Potwierdza to rysunek 9 jak również badania przeprowadzone na innych produktach.
6. Podsumowanie Każda metoda zamrażania wpływa negatywnie na produkt, uszkadza struktury komórkowe i tkanki. Jednak jeśli dobierze się odpowiednio metodę do produktu, można zachować smak zapach i wygląd produktu. Zamrażanie kriogeniczne jest bardzo dobre do zamrażania owoców i warzyw, ale mięsa nie powinno się zamrażać szokowo. Zamrażarki domowe powinno się traktować jako urządzenia do przechowywania kupionych mrożonek a nie do zamrażania. Obecnie głównie ze względy na koszt najpopularniejsze metody zamrażania to zamrażanie owiewowe i fluidyzacyjne, aż 90% produktów zamrażanych jest tymi metodami, 9% zamrażanych produktów jest zamrażane metodą kontaktową a 1% pozostałymi metodami. Więc kiedy kupujemy mrożone pierogi, frytki, pizze możemy być prawie pewni że było to zamrażane owiewowo lub fluidyzacyjnie. Zaletą zamrażania jest znaczna redukcja mikroorganizmów, kiedy produkt jest przechowywany w -25oC przez 6 tygodni to większość mikroorganizmów wyginie a te co zostaną całkowicie zahamują swój rozwój i nie będą się rozmnażać. Powszechne mrożenie obecnie wszystkiego co się da może jest wygodne ale nie zawsze słuszne, ponieważ inne metody utrwalania Żywności mogły by pozwolić na zachowanie lepszej jakości produktu. 7. Literatura Z. Gruda, J. Postolski - Zamrażanie żywności Technika chłodnicza i klimatyzacyjna nr 8/2000