Ubytki masy, oparzelina mrozowa i rekrystalizacja, jako typowe

Przedmiot: WSPÓŁCZESNE
TECHNIKI ZAMRAŻANIA
Temat: Ubytki masy, oparzelina mrozowa i rekrystalizacja, jako typowe
zmiany fizyczne zachodzące w mrożonej żywności.
Wykonał:
Mariusz Majerski
semestr 09
specjalność: „SUCHiKL”
rok ak.:2010/2011
Spis treści:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Wprowadzenie
Rekrystalizacja
Ubytki masy
Oparzelina mrozowa
Podsumowanie
Literatura
2
1. Wprowadzenie
Zamrażanie jest techniką utrwalania żywności w niskich temperaturach, która
pozwala przedłużyć okres zachowania wysokiej jakości produktów żywnościowych,
jednocześnie zmniejszając ich straty. Technika ta należy do najmniej destrukcyjnych,
naturalnych oraz racjonalnych metod. Zamrażane surowce i produkty są żywnością
bezpieczną, o małej zawartości drobnoustrojów oraz substancji niepożądanych. Pomimo
wysokiej efektywności zamrażania, procesowi temu towarzyszą także niekorzystne
przemiany jakościowe. Powstające w wyniku obróbki zamrażalniczej przemiany nie
zawsze są odwracalne. Stopień ich zaawansowania i odwracalności zależy od właściwości
i wyjściowej jakości surowców i produktów żywnościowych, a także od zastosowanej
metody ich przetwarzania i zamrażania. Zmiany cech żywności rozpatrujemy jako efekt
końcowy obróbki chłodniczej, które mogą ujawnić się w czasie długotrwałego
przechowywania, bądź dopiero po rozmrożeniu. Przemiany zachodzące w czasie
zamrażania i przechowywania można podzielić na:
• zmiany fizyczne ( zmiany strukturalne, rekrystalizacja, ubytki masy, oparzelina
mrozowa );
• zmiany chemiczne ( utlenianie i hydroliza tłuszczów, zmiany barwy, aromatu i
zawartości witamin );
• zmiany biochemiczne ( wywołane działaniem enzymów tkankowych
produktów zwierzęcych i roślinnych oraz enzymów wydzielanych przez
drobnoustroje ).
Jedną z przemian zachodzących w mrożonej żywności są wyżej wymienione
procesy fizyczne. Są one wynikiem przemian, jakim podlega zawarta w nich woda.
Najbardziej istotna jest przemiana fazowa wody w lód, będąca przyczyną wszystkich
zmian fizycznych i ich następstw jakościowych, wśród których wyróżniamy m.in.:
• procesy rekrystalizacji;
• ubytki masy;
• oparzelinę mrozową.
2. Rekrystalizacja
Proces rekrystalizacji związany jest ze zmianami kształtu i wielkości kryształów
lodu w mrożonej żywności. Zmiany te wywołane są cyklicznym wahaniem temperatury
podczas przechowywania ( rosną wraz ze zwiększaniem amplitudy wahań temperatury ).
Proces rekrystalizacji jest zależny od szybkości przejścia przez krytyczny zakres
temperatur od -1 do –50C ( w tym zakresie temperatur następuje wymrażanie podstawowej
masy wody). Podczas przechowywania w zamrożonych produktach następują dalsze
zmiany wielkości i lokalizacji kryształów. W temperaturach powyżej punktu
eutektycznego następuje dalszy wzrost wymiarów kryształów dużych i spadek liczby
kryształów małych. W niskich temperaturach proces rekrystalizacji przebiega bardzo
powoli, lecz w miarę zbliżania się do punktu krioskopowego jego szybkość rośnie. Wzrost
kryształów lodu w rybach zamrażanych z różną szybkością po 5 miesiącach
przechowywania w temperaturze -20ºC pokazano na rysunku 1. Ryba zamrożona w ciągu
3 h osiąga po tym czasie ( pkt. A ) tę samą wielkość kryształów, jaką ma ryba
bezpośrednio po zamrożeniu w ciągu 8 h ( pkt. B ).
3
1 – wymiary kryształów bezpośrednio po zamrożeniu;
2 – wymiary kryształów po 5 miesiącach przechowywania w temp. -20ºC;
τ – czas zamrażania;
l – wielkość kryształów.
Rys. 1. Wzrost kryształów lodu w rybach zamrożonych z różną szybkością po 5 miesiącach przechowywania
w temperaturze -200C. [1]
Rekrystalizacja prowadzi do stopniowego zaniku efektów szybkiego zamrażania,
wpływa także na nasilenie zamrażalniczych zmian strukturalnych ( utrudniona resorpcja
soków tkankowych, osłabienie konsystencji produktów, zwiększony wyciek
zamrażalniczy).
Ograniczenie zjawiska rekrystalizacji można osiągnąć zapewniając podczas
zamrażania możliwie jednakową szybkość procesu, przechowując produkty w możliwie
niskiej i stałej temperaturze oraz stosując opakowania ochronne. Całkowite zahamowanie
rekrystalizacji jest możliwe jedynie w temperaturze poniżej punktu eutektycznego, która
dla roztworów biologicznych wynosi ok. -56ºC.
3. Ubytki masy
Ubytki masy powstają głównie w fazie chłodzenia owiewowego. Związane są z
parowaniem wilgoci z powierzchni produktów żywnościowych w otoczeniu o wilgotności
powietrza poniżej stanu nasycenia. Ciepło i masa ( wilgoć ) przenoszone są z powierzchni
wyrobów zamrażanego produktu na zimniejszą od nich powierzchnię parownika. Nagrzane
i nawilżone powietrze oddaje ciepło i wilgoć na powierzchni parownika. Proces ten
przebiega w sposób ciągły przy malejących temperaturach. Stratom wilgoci towarzyszą
pochodne zmiany sensoryczne na powierzchni wyrobów.
Wpływ schładzania owiewowego na ususzkę był przedmiotem wielu badań, na
podstawie których stwierdzono, że na jej wielkość wpływają takie czynniki jak:
4
•
•
•
•
różnica temperatury pomiędzy powierzchnią produktu i opływającym ją
powietrzem ( wraz ze wzrostem różnicy temperatur ususzka i wpływ wilgotności
względnej powietrza maleją );
właściwości mrożonych produktów ( wielkość, kształt, stan powierzchni,
konsystencja, zawartość wody );
sposób i rodzaj opakowania;
stopień załadowania komory.
Ususzka produktów zamrażanych w strumieniu powietrza o temperaturze od -13ºC do 35ºC pokazana jest na rysunku 2.
a) marchew kostkowana;
b) groszek.
Rys. 2. Ususzka produktów zamrażanych w strumieniu powietrza o temperaturze od -13ºC do -35ºC. [1]
Ubytek masy w czasie powietrznego zamrażania produktów żywnościowych jest
funkcją wielu czynników:
∆ ∆ ∆ ∆
∆
gdzie:
∆ip – różnica entalpii produktu;
P = Pp – Pf – średnia całkowita różnica ciśnień cząstkowych pary wodnej na powierzchni
produktu i w powietrzu;
τ – czas procesu;
Ap – powierzchnia produktu;
α – współczynnik wnikania ciepła;
T = Tp-Tf – średnia całkowita różnica temperatur powierzchni produktu i powietrza.
5
Obliczenia wielkości ususzki są bardzo skomplikowane, wymagają przyjęcia wielu
uproszczeń, co prowadzi do dość dużych błędów obliczeniowych. W praktyce ubytki masy
szacuje się na podstawie normatyw, powstałych na podstawie wyników doświadczeń
przemysłowych.
Ususzka powoduje zwykle znaczne obniżenie jakości produktów żywnościowych.
Zmiany na powierzchni produktów zwierzęcych przyśpieszają procesy denaturacji białek.
Produkty roślinne trącą naturalną świeżość, stają się matowe, powstawać mogą także
nieregularne plamy. Zauważalne zmiany wyglądu pojawiają się najczęściej po
przekroczeniu 1 - 1,5% masy początkowej.
W celu ograniczenia zjawiska ususzki proces zamrażania należy prowadzić przy jak
najniższej temperaturze powietrza i jak najbardziej intensywnej wymianie ciepła. Ważnym
czynnikiem jest także odpowiednie opakowanie ( opakowania paroszczelne, ściśle
przylegające do powierzchni produktów całkowicie eliminują osuszkę ).
4. Oparzelina mrozowa
Oparzelina mrozowa występuje w postaci plam na powierzchni wyrobów
żywnościowych, które w znaczny sposób różnią się od otaczających tkanek. Zjawisko to
wywołane jest nadmiernym wysuszeniem lokalnym, a powstałe w jego wyniku zmiany
barwy mają charakter bardzo zróżnicowany, w zależności od rodzaju produktu. Szczególną
wrażliwość na oparzelinę wykazują takie produktu jak: tuszki drobiowe, wątroba, ryby,
fasolka i groszek.
Na wielkość oparzeliny wpływ mają takie czynniki jak:
• stan powierzchni produktu;
• rodzaj i stopień wypełnienia opakowań;
• prędkość zamrażania;
• warunki przechowywania;
• skład chemiczny, wiek i cechy strukturalne tkanki.
Oparzelina poza zmianami barwy produktu, może prowadzić do niekorzystnych
zmian smaku, zapachu i konsystencji. Obszar występowania oparzeliny traci zdolność do
wchłaniania wody podczas rozmrażania w wyniku wzmożonej denaturacji białek. Wolne
przestrzenie powstałe w wyniku oparzeliny wypełniają się tlenem atmosferycznym, co
prowadzi do wzmożonego jełczenia tłuszczów.
Zjawisko oparzeliny można ograniczać stosując możliwie niską i stałą temperaturę
przechowywania, a także wykorzystując izolacje produktu od otoczenia.
5. Podsumowanie
Proces zamrażania cechuje się wysoką efektywnością. Pomimo pozytywnej oceny
jego efektów, z procesem tym wiążą się nieporządane przemiany fizyczne, chemiczne i
biologiczne. Powstałe w wyniku obróbki zamrażalniczej zmiany jakościowe występujące
w produktach żywnościowych prowadzą najczęściej do nieodwracalnej utraty ich
specyficznych właściwości. Utrzymanie stałej szybkości procesu, minimalizacja wahań
temperatury, możliwie niskie i stałe temperatury przechowywania oraz odpowiednie
opakowanie przyczyniają się do ograniczenia występujących w wyrobach żywnościowych
wszelkich przemian fizycznych.
6
6. Literatura
[1]
[2]
[3]
Z. Gruda i J. Postolski – „ Zamrażanie żywności ”
W. Jastrzębski – „ Technologia chłodnicza żywności”
„Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna” numery: 6-7/2006 i 4/2007
7