Odwracalność zmian jakościowych w produktach rozmrożonych.

Politechnika Gdańska
Współczesne techniki zamrażania
Temat: Odwracalność zmian jakościowych w produktach
rozmrożonych.
Wykonał:
Przemysław Drywa
SUCHiKL semestr 9
Plan prezentacji:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Definicja rozmrażania,
Cel rozmrażania,
Zmiany jakościowe w mrożonej żywności,
Parametry technologiczne zamrażania mające wpływ na odwracalność zmian
jakościowych produktów rozmrożonych,
Wyciek rozmrażalniczy,
Rodzaje wycieku,
Co ma wpływ na rozmiar wycieku,
Jak ograniczyć wyciek,
Bibliografia.
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.
Rozmrażanie:
Rozmrażanie definiowane jest często jako proces odtwarzania wyjściowego stanu
produktów żywnościowych, sprzed okresu ich utrwalenia zamrażalniczego.
Obecnie technologia chłodniczej żywności nie zakłada możliwości restytucji mrożonej
żywności i dąży jedynie do osiągalnej odtwarzalności podstawowych jej walorów
sensorycznych i żywieniowych. Aktualnie stopień odwracalności tych zmian jest znaczny
i rozmrożone produkty pod względem podstawowych cech nie różnią się od produktów
świeżych( mięso rozmrożone różni się tylko nieznaczną zmianą barwy i konsystencji oraz
zawilgoceniem powierzchni).
Cele 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.
Zmiany jakościowe w mrożonej żywności:
Parametry technologiczne zamrażania mające wpływ na odwracalność
zmian jakościowych produktów rozmrożonych:
1. Szybkość zamrażania:
Za istotny parametr odwracalności zmian zachodzących w produktach traktowano do
niedawna szybkie zamrażanie, umożliwiające wyeliminowanie niekorzystnych procesów
biochemicznych i mikrobiologicznych, zwłaszcza we wstępnej fazie procesu, przy
przechodzeniu produktów przez tak zwaną strefę maksymalnej krystalizacji, w której
temperatura jest jeszcze stosunkowo wysoka( zakres od Tkr do ok. -5oC). Jednak teza ta wcale
nie jest pewna.
Stwierdzono tylko że bardzo wrażliwe produkty roślinne( bardziej owoce niż warzywa)
wykazują zwykle lepsze zachowanie cech jakościowych przy zamrażaniu ultraszybkim.
W praktyce za wystarczające do ograniczenia wtórnych zmian jakościowych produktów
uznaje się szybkości mrożenia:
 > 5cm/h dla produktów sypkich zamrażanych metodą IQF
 > 0,5 cm/h dla produktów w opakowaniach jednostkowych
 ok. 0,1 cm/h dla produktów o dużych wymiarach.
2. Głębokość zamrożenia czyli ilość wymrożonej wody i wzrost stężenia soli w
niewymrożonych roztworach:
Procesy przemysłowe zamrażania przebiegają zwykle, przy malejącej szybkości
podczas przesuwania się frontu lodowego od powierzchni ku środkowi. Istnieje teza że
odwracalność zmian jakościowych w produktach zależy głównie od głębokości zamrożenia,
tj. od ilości wymrożonej wody i wzrostu stężenia soli w nie wymrożonych roztworach. Woda
występuje w produktach w różnych formach związania. Woda silnie związana z grupami
polarnymi rozpuszczonych w niej substancji nie podlega przemianie fazowej. Postępująca
krystalizacja wody związanej biochemicznie stopniowo zmniejsza odwracalność procesu;
wtrącenia substancji białkowych i wymrażanie choćby części wody związanej z nimi
koloidalnie czyni proces nieodwracalnym.
Schemat kolejnych faz wymrażania wody w produktach i ich wpływ na odwracalność
procesu przedstawiono na rysunku.
Odwracalność zmian spowodowanych obróbką zamrażalniczą produktów:
A- granica odwracalności biologicznej( śmierć wyżej zorganizowanych organizmów żywych)
B- granica odwracalności koloidalnej ( trwałe uszkodzenie struktur tkankowych)
Obszary wymarzania
a) Wody wolnej
b) Wody związanej biochemicznie
c) Wody związanej koloidalnie
3. Możliwie stała i odpowiednio niska temperatura przechowywania w całym
łańcuchu zamrażalniczym,
4. Racjonalny proces rozmrażania.
Wyciek rozmrażalniczy:
Syntetycznym wskaźnikiem odwracalności zmian spowodowanych obróbką zamrażalnicza
produktów o budowie tkankowej jest wielkość wycieku. Wyciek stanowią roztwory
powstające z tajania kryształków lodu, które nie są resorbowane przez tkanki.
Rodzaje wycieku:
Swobodny- część wody, która odłączona od układów koloidalnych białek nie może siłami
adhezji oprzeć się działaniu grawitacji. Wyciek ten związany z procesem dekrystalizacji jest
zwykle powiększony spowodowanymi przez obróbkę zamrażalniczą zmianami produktów(
uszkodzenie elementów strukturalnych tkanek, częściowa utrata zdolności białek do
utrzymywania wody i pęcznienia). Szczególnie niekorzystny jest wpływ odkostnienia mięsa
przy produkcji mrożonego mięsa w blokach( wyciek przy rozmrażaniu bloków może sięgać
12%).
Wymuszony- woda wydzielająca się pod wpływem działania na tkankę sił zewnętrznych.
Co ma wpływ na rozmiar wycieku:
1. Na rozmiar wycieku wpływa rodzaj zamrażanego surowca:
Wyciek z mięsa: Największe straty występują w wołowinie, mniejsze w cielęcinie i
baraninie, najmniejsze w wieprzowinie. Wyciek z mięsa wyższych gatunków jest mniejszy
natomiast szczególnie duży jest podczas rozmrażania tuszy zwierząt bardzo starych. Wiąże
się to miedzy innymi z różnicami cech strukturalnych i składu chemicznego. Makroskładniki
wpływają na wielkość wycieku; zawartość wody w mięsie zwiększa, a białek zmniejsza
wyciek.
Wyciek z drobiu zależy zarówno od stanu fizjologicznego mięśni w momencie
zamrażania, jak i stosowanych metod schładzania i zamrażania tuszek. Ciemne mięśnie
wykazują mniejsze straty soków niż. jasne. Największe wycieki występują w tuszkach
zamrażanych owiewowo (wpływ obcej wody adsorbowanej w technikach immersyjnych).
2. Podatność na wyciek zależy od fazy przemian pośmiertnych mięsa, wpływającej
na zdolność wiązania wody (głównie przez białka mięśniowe siłami
elektrostatycznymi).
Wieloetapowy rozkład ATP i glikogenu powoduje w ciągu pierwszych 24-48 h po uboju
silny spadek początkowo dużej zdolności wiązania wody, która w dalszej fazie dojrzewania
ponownie powoli wzrasta. Przemiany pośmiertne w tkankach powodują przyrosty wycieku w
zakresie 15-30% (przy stężeniu rozmrażalniczym 50-70%). Udział wycieku wymuszonego
wzrasta z przedłużeniem czasu i wzrostem temperatury przechowywania zamrożonych
produktów zwierzęcych.
3. Parametry technologiczne mające wpływ na rozmiar wycieku:
 Szybkość zamrażania:
Ogólnie zaleca się, aby szybkości zamrażania i rozmrażania nie różniły się nadmiernie.
Oznacza to, że przy elementach małych, zamrażanych szybko, należy preferować również
szybkie rozmrażanie. Przy zamrażaniu produktów o dużych wymiarach wpływ zastosowanej
techniki ogranicza się tylko do warstw powierzchniowych, stąd lepsze mogą się okazać
dłuższe czasy rozmrażania, zapewniające teoretycznie bardziej korzystne warunki
odtworzenia wyjściowego rozmieszczenia wody.
Wpływ szybkości zamrażania na rozmiary wycieków soków tkankowych:
a) Bardzo szybkie zamrażanie charakteryzuje się formowaniem małych kryształków lodu
przede wszystkim wewnątrz komórek. Podczas rozmrażania w standardowych warunkach
powstają drobniutkie kropelki wody szybko resorbowane przez tkanki i powodujące
minimalny wyciek rozmrażalniczy.
b) Wraz ze wzrostem czasu zamrażania wielkość kryształków wewnątrzkomórkowych
wzrasta i powoduje uszkodzenia włókien mięśniowych, czego wyrazem podczas rozmrażania
jest niepełna resorpcja soku przez tkanki i zwiększony wyciek rozmrażalniczy.
c) Dalszy wzrost czasu zamrażania zwiększa udział kryształów lodu formujących się na
zewnątrz komórek, co ogranicza uszkodzenia włókien przez kryształy wewnątrzkomórkowe i
pośrednio również rozmiary wycieku.
d) Przy czasie zamrażania powyżej 30 min następuje formowanie się kryształów
wyłącznie na zewnątrz komórek i ich wzrost do wielkości maksymalnej, a więc ustalenie się
warunków krystalizacji wody i tym samym rozmiarów wycieku na nie zmienionym poziomie.
Na górnym schemacie pod wykresem przedstawiono strukturę krystaliczną produktów,
uzyskiwaną przy różnych szybkościach zamrażania (zakreskowane pasy poziome prezentują
krystalizację wewnątrzkomórkową, przedzielające je białe pasy - przestrzenie
międzykomórkowe, czarne plamki - formujące się kryształy lodu). Dolny schemat ilustruje
wielkość skupisk wody powstającej z topniejących kryształów w przestrzeniach
międzykomórkowych
Wpływ szybkości rozmrażania na rozmiary wycieku w zależności od warunków
zamrażania mięsa przedstawiono na rys.
A1) Przy szybkim zamrażaniu i rozmrażaniu mięsa woda krystalizuje, kryształki lodu
topnieją i są resorbowane przez tkanki w tych samych miejscach, gdzie występowała woda, z
której powstały. Powoduje to tylko nieznaczny wyciek.
A2) Przy powolnym rozmrażaniu szybko zamrożonego mięsa wyciek jest większy. Jest
to wynik rekrystalizacji wewnątrzkomórkowych kryształków lodu i zwiększania ich
wymiarów w warunkach powolnego wzrostu temperatury przed topnieniem, powodującego
uszkodzenia ścian komórek.
Wskutek tego powstają następnie większe skupiska wody (A3), gorzej resorbowane
przez tkanki.
Odwrotnie kształtują się te zależności w mięsie powoli zamrożonym.
B1) Przy szybkim rozmrażaniu takiego mięsa stosunkowo duże ilości cieczy, tworzące
się z topnienia dużych zewnątrzkomórkowych kryształów lodu, nie są całkowicie
resorbowane przez tkanki i w znacznych ilościach wydzielają się na zewnątrz.
B2) Natomiast wolne rozmrażanie mięsa zamrożonego powoli stwarza lepsze warunki
resorpcji soków tkankowych, powstających z sukcesywnie topniejących kryształów lodu i
ogranicza wyciek.
 Utrzymywanie odpowiednio niskiej i w miarę stałej temperatury w całym
łańcuchu chłodniczym
Jak zmniejszyć wyciek?
Na ograniczenie wycieku teoretycznie wpływają wszystkie czynniki technologiczne
oddziałujące na trwałość wiązań między strukturalnymi elementami włókien mięśniowych,
jednak nie uzyskano poprawy ani przez stosowanie przemysłowych ultraszybkich technik
zamrażania, ani temperatur przechowywania poniżej -30°C.
Ograniczenie wycieku rozmrażalniczego z mięsa:
•
Dodatkowa obróbka mięsa przed zamrożeniem w odpowiednich roztworach soli,
Funkcja technologiczna dodatków polifosforanów polega na zwiększaniu zdolności
chłonięcia i utrzymywania wody podczas rozmrażania produktów oraz w trakcie późniejszych
procesów przerobowych. Ma to być efektem tzw. aktywowania białek, tj. zwiększania ich
zdolności pęcznienia przez wzrost siły jonowej środowiska i jego alkalizację,
kompleksowanie jonów dwuwarstwowych i dysocjację aktomiozyny. Ponadto polifosforany
hamują procesy oksydacyjne w tłuszczach i mają pewne działanie antybakteryjne.
Stosowanie do rozdrobnionego mięsa przed zamrożeniem dodatek około 2% soli
kuchennej
Podobny efekt adsorbowania wolnej wody uzyskuje się, stosując do rozdrobnionego
mięsa przed zamrożeniem dodatek ok. 2% soli kuchennej, uzupełniony mieszaniną BHA +
BHT(Kwasy beta-hydroksylowe – BHA + Butylowany hydroksytoluen BHT) i polidekstrozy
•
lub polifosforanów, w celu przeciwdziałania możliwym objawom destabilizacji białek
mięśniowych.
Skuteczność zabiegu wymaga stosowania go w ciągu ok. 6 h po uboju; dodatki NaCl do
mięsa poddanego uprzednio dojrzewaniu, a zwłaszcza dopiero podczas rozmrażania, działają
znacznie mniej efektywnie.
Ograniczenia wycieku rozmrażalniczego z ryb:
 Zamrażanie ryb w dobrym, świeżym stanie:
Wyciek rozmrażalniczy ryb z połowów trawlerowych rośnie z upływem czasu i wzrostem temperatury przechowywania surowca przed zamrożeniem. Ryby zamrożone w dobrym,
świeżym stanie wykazują wyciek 3-5%, ryby o gorszej kondycji, po tarle 7-8%. Duży wyciek
(do 12%) charakteryzuje filety dwukrotnie zamrażane i rozmrażane; podlega on znacznym
wahaniom, zależnym od kondycji ryb i szybkości przekraczania krytycznego zakresu
temperatur od -2 do -5°C.
 Solenie filetów przed zamrożeniem:
Dobre efekty, zwłaszcza w odniesieniu do chudych ryb gorszej jakości, daje solenie
filetów (przy wchłonięciu przez tkanki ok. 1% NaCl) oraz stosowanie polifosforanów (zwykle
10-proc. roztwór trój fosforanu sodu). Na niektórych statkach istnieją już urządzenia do
automatycznego solankowania. Po kąpieli trwającej ok. 1 min filetów nie płucze się w
wodzie.
 Ograniczenie wycieku rozmrażalniczego z owoców:
Rozbieżne są dane na temat wycieku rozmrażalniczego owoców. Owoce charakteryzują
się dużymi rozmiarami wycieku Ogólnie stwierdza się duże rozmiary wycieku i istotne
różnice odmianowe w obrębie gatunków, dyskusyjny jest natomiast wpływ szybkości
zamrażania na jego wielkość. Według autorów zagranicznych wyciek z zamrażanych
truskawek, który w kilkuminutowym czasie zamrażania wynosi 6-7%, w warunkach
wielogodzinnego zamrażania owiewowego wzrasta powyżej 20% (rys. 8.22). Również źródła
krajowe podają, że skrócenie czasu zamrażania do 10-12 min wyraźnie zmniejsza straty
wycieku.
Wyciek truskawek w funkcji czasu zamrażania:
Metoda zamrażania:
W truskawkach przechowywanych przez 12 miesięcy w temp. -30°C mniejszy wzrost
wycieku stwierdzono w owocach zamrożonych kriogenicznie lub fluidyzacyjnie (o 4-12%)
niż owiewowo (o 13-25%), przy czym różnice wycieku podczas składowania w temp. -18 i 30°C nie przekraczały 3%.
Bibliografia:
•
•
Gruda Z., Postolski J.: Zamrażanie żywności. Wyd. Naukowo- Techniczne, Warszawa
1999.
Postolski J.: Prawie wszystko o… Technologii chłodniczej żywności. „Technika
chłodnicza i klimatyzacyjna”. 2009,nr 2, s. 66-70.