Gdańsk 10.11.2009 WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA Temat 1: Ubytki masy, oparzelina mrozowa i rekrystalizacja, jako typowe zmiany fizyczne zachodzące w mrożonej żywności. Jakub Turek SUChiKl sem.ix Wydział Mechaniczny
Spis treści: 1. Omówienie problematyki zagadnienia. 2. Zmiany fizyczne: 2.1. Zmiany strukturalne 2.2. Rekrystalizacja 2.3. Ubytki masy produktów 2.4. Oparzelina mrozowa 3. Wnioski Bibliografia
1. Omówienie problematyki zagadnienia Zarówno surowce jak i produkty żywnościowe cechują się nietrwałością. Są podatne na naturalne, ciągłe i nieodwracalne przemiany fizyczne, chemiczne, biochemiczne i mikrobiologiczne. Przemiany te mogą zachodzić niezależnie od siebie, bywają też uzależnione od siebie i obejmują jeden lub więcej składników produktu. Przemiany te powodują narastające, negatywne zmiany właściwości sensorycznych oraz walorów żywieniowych. Pogarsza się również przydatność użytkowa produktów i surowców. Zmiany jakościowe są uzależnione od czynników takich jak: - rodzaj surowca, - obróbka surowca, - właściwe opakowanie, - parametry zamrażania, - parametry przechowywania, - parametry rozmrażania. Warto tutaj zaznaczyć, iż przemiany fizyczne, chemiczne oraz biochemiczne zachodzą w danym produkcie nieustannie. 2. Zmiany fizyczne Zmiany fizyczne wynikają z przemian fazowych w zamrażanym produkcie. Główne znaczenie ma tutaj przemiana fazowa wody w lód. Ta właśnie przemiana skutkuje zmianami fizycznymi i następstwami jakościowymi. Następują wówczas zmiany struktury produktów, rekrystalizacja lodu w czasie przechowywania oraz ubytki masy spowodowane parowaniem i sublimacją pary wodnej.
2.1. Zmiany strukturalne Pod wpływem formujących się kryształów lodu, zwiększonego ciśnienia osmotycznego płynów komórkowych i percypitacji oraz denaturyzacji koloidowych składników produktów, dochodzi do zmian, polegających na mechanicznym uszkodzeniu ciągłości membran komórkowych lub nieodwracalnej utracie ich specyficznych właściwości. Szybkość zamrażania ma określony wpływ na struktury tkankowe. Im szybszy spadek temperatury tym lepiej zachowana jest struktura. Wraz z przyrostem prędkości zamrażania kryształy lodu tworzą się jedynie wewnątrz komórek, nie następuje deformacja włókien. Poważne uszkodzenia struktury powoduje zamrażanie kriogeniczne. Spowodowane jest to wzrostem ciśnienia wewnątrz zamrażanego produktu na skutek dużej różnicy temperatur. Mamy wtedy do czynienia z uszkodzeniami zewnętrznych warstw zamrażanych produktów. Można zatem wnioskować, iż istnieje pewien optymalny zakres szybkości zamrażania, w obrębie którego zmiany strukturalne produktów są najmniejsze. Skutkiem zmian strukturalnych może być np. utrata turgoru (stan jędrności żywej komórki lub tkanki spowodowany wysyceniem wodą), spadek jędrności, zmiany konsystencji, ostatecznie zanik pierwotnego kształtu produktów lub mechaniczne uszkodzenia tkanek. 2.2. Rekrystalizacja Rekrystalizacja to głównie zmiany wielkości i lokalizacji kryształów lodu. Forma krystalizacji lodu jest niestabilna. Proces ten jest zależny od
szybkości przejścia przez krytyczny zakres temperatur od -1 do 5 o C (następuje wówczas wymrażanie podstawowej masy wody). W zamrożonych produktach podczas przechowywania następują dalsze zmiany wielkości i lokalizacji kryształów. W temperaturach powyżej punktu eutektycznego następuje dalszy wzrost wymiarów kryształów dużych i spadek liczby kryształów małych. Początkowo w niskich temperaturach proces rekrystalizacji przebiega bardzo powoli, lecz w miarę zbliżania się do punktu krioskopowego jego szybkość stale rośnie. Istnieją dwie przyczyny powstawia procesu rekrystalizacji 1. Ciśnienie pary wodnej nad powierzchnią małych kryształów jest znacznie wyższe niż nad powierzchnią dużych, co powoduje, że cząsteczki wody
wędrują od małych kryształów do dużych. Im temperatura jest bliższa 0 o C tym wyższa jest różnica ciśnień. 2. W miarę wahań temperatury w pierwszej kolejności topnieją małye kryształów, powstała w wyniku tego woda, po kolejnym obniżeniu temperatury zamarza już wokół dużych kryształów. Skutkami rekrystalizacji są między innymi: naruszenie włókien produktu, zanik efektów szybkiego zamrażania, zmiany strukturalne produktu, osłabienie jego konsystencji, zwiększony wyciek, grysikowatość smakowa, wytwarzanie się syropowatego płynu (w przypadku owoców mrożonych w cukrze). Istnieją jednak sposoby zapobiegania rekrystalizacji. Obniżenie efektu rekrystalizacji można uzyskać przez możliwe jednakową szybkość procesu zamrażania. Efekt ten możemy uzyskać aparatach kontaktowych, które zwiększają siłę docisku produktów, w tunelach owiewowych w których wzrasta szybkość strumienia powietrza. Zminimalizowanie rekrystalizacji możemy również uzyskać przez przechowywanie produktów w możliwie niskich i stałych temperaturach. Można również stosować substancje dodatkowe takie jak peptydy z aminokwasów które hamują wzrost kryształów (30 dni -20 o C 16,7um 2 / 53,2 um 2 ). 2.3. Ubytki masy produktów Ubytki masy dotyczą najczęściej produktów nieopakowanych, gdzie chłodziwem podczas zamrażania jest powietrze. Ubytki masy powstają gdy wymuszony pracą wentylatorów strumień powietrza przejmuje masę i ciepło z powierzchni produktów, wchłania je i przenosi na zimniejsze od niego powierzchnie parowników chłodnicy. Tam oddaje ciepło i schłodzone poniżej punktu rosy wytrąca wilgoć. Ta wilgoć odkłada się w postaci szronu. Następnie
schładzane i osuszone już powietrze spowrotem trafia do produktów. Cykl zaczyna się od nowa. Ubytek masy jest funkcją wielu czynników, opisuje go wzór: Dla uzyskania możliwie małego ubytku masy proces zamrażania należy prowadzić przy jak najniższej temperaturze i jak najbardziej intensywnej wymianie ciepła. Ubytki masy są proporcjonalne do dopływu ciepła zewnętrznego, zależą również od systemu chłodzenia komory, Negatywnymi skutkami tego procesu są: ususzka, postępujące obniżanie jakości, denaturacja białek, dyfuzja tlenu w głąb tkanek, utrata naturalnej świeżości, zmiany wyglądu produktów
(nieregularne plamy). Ubytki masy można wykluczyć lub ograniczyć poprzez stosowanie opakowań jednostkowych, zamrażanie w ciekłym freonie, zwiększenie udziału promieniowania w procesie wymiany ciepła, prawidłowe składowanie i przechowywanie towarów (większe ubytki masy zaobserwowano w produktach przechowywanych luzem) oraz stopień załadowania komory (im bardziej wypełniona komora tym mniejsze straty). 2.4. Oparzelina mrozowa Oparzelina mrozowa jest skrajnym przypadkiem zmian jakościowych na skutek ususzki. Jest spowodowana silnym odwodnieniem części zamrożonych produktów. Powstaje ona niezależnie od produktu, jego stanu skupienia, składowania i opakowania. Może występować np. w sokach owocowych niezależnie od sposobu ich przechowywania. Najbardziej podatne na oparzelinę mrozową są tuszki drobiu, wątroba, ryby, fasola i groszek. Efektem jej są różowe plamy o wyraźnych konturach. W przypadku drobiu są to jasne plamy powstałe w skutek penetracji tlenu. W przypadku wątroby to ciemne plamy powstające na skutek zagęszczenia składników komórek. Po rozmrożeniu produktów plamy te znikają. W obrębie oparzeliny mogą występować procesy utleniania tłuszczów, denaturacja białek oraz niepożądane zmiany sensoryczne. Na powstawanie oparzeliny mają głównie wpływ warunki zamrażania. m szybszy jest proces i mniejsze ubytki wody, tym większe jest zagrożenie wystąpienia oparzeliny. Jej rozmiary są określone wielkością ubytków masy, lecz nie szybkością sublimacji. Kolejnym czynnikiem wpływającym na oparzelinę jest temperatura przechowywania produktu - Straty wskutek ususzki, niezbędnej do powstania oparzeliny w temp -20ºC są bezwzględnie mniejsze niż w -10ºC.
Oparzelinę mrozową można ograniczyć zachowując możliwie niską i stalą temperaturę przechowywania. Produkty można również chronić poprzez izolowanie ich od otoczenia(m.in. zamrażanie owoców w roztworach z cukru). 3. Wnioski - Podstawowymi warunkami dobrej jakości żywności mrożonej to dobry surowiec, właściwa obróbka i właściwe opakowanie, odpowiednie parametry zamrażania, przechowywania i rozmrażania. - Zmiany następujące w produktach polegają na mechanicznych uszkodzeniach lub nieodwracalnej utracie ich specyficznych właściwości. - Szybkość zamrażania ma istotny wpływ na struktury tkankowe. Im szybszy jest spadek temperatury, tym lepiej zachowana jest struktura. - Jeżeli utrzymamy szybkość procesu i zminimalizujemy wahania temperatury możemy ograniczyć zjawisko rekrystalizacji oraz ususzki, a przez co zmniejszyć ubytki masy. - Utrzymując możliwie niska temperaturę przechowywania i dopasowując odpowiednie opakowania wypływamy korzystnie na produkty mrożone. Bibliografia 1. Gruda Z., Postolski J.: Zamrażanie żywności. Warszawa 1985; 2. Jastrzębski W.: Technologia chłodnicza żywności. Warszawa 1991; 3. Berliński Ł. Bonca Z.: Wpływ metody zamrażania produktów żywnościowych na ich cechy jakościowe. Technika chłodnicza i klimatyzacyjna r. 2000 nr 8 i 9;