Ubytki masy, oparzelina mrozowa i rekrystalizacja, jako typowe

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 –5oC (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 0oC
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 oC
16,7um2/ 53,2 um2 ).
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;