MICHAŁ STOLC-TECHNIKI ZAMRAŻANIA przemiany chem. i

Politechnika Gdańska
Wydział Mechaniczny
SEMINARIUM Z WSPÓŁCZESNYCH TECHNIK
ZAMRAśANIA.
Przemiany chemiczne i biochemiczne w mroŜonej Ŝywności.
Wykonał:
Michał Stolc
SUCHiK
Spis treści
1. Zmiany chemiczne i biochemiczne.
2. Przemiany białek.
3. Przemiany tłuszczów i lipidów.
4. Przemiany węglowodanów.
5. Wnioski.
6. Literatura.
1. Zmiany chemiczne i biochemiczne.
Proces chłodzenia i zamraŜania w odmienny sposób wpływa na poszczególne składniki
produktów Ŝywnościowych. Składniki trwałe w stanie naturalnym nie wykazują istotnych
zmian podczas zamraŜania i rozmraŜania. Dotyczy to soli mineralnych, cukrów, kwasów
organicznych. Składniki rozpuszczone w roztworze międzykomórkowym ulegają
przemianom podczas zamraŜania
Występujące podczas zamraŜania reakcje chemiczne i biochemiczne posiadają wspólne
substraty i produkty reakcji. Cechą odmienną są czynniki je wywołujące oraz ich dynamika.
Główną przyczyną tego zróŜnicowania jest występujący wzrost stęŜenia niewymroŜonej fazy
płynnej. Wraz z nim mogą takŜe przenikać do fazy płynnej jony ze struktur komórkowych.
Dalszą konsekwencją jest zwiększenie procesów dyfuzyjnych podczas przesuwania się
frontu lodowego.
Efektem tych zjawisk jest śmierć Ŝywych komórek w produktach, a takŜe zmiana odczynu
pH roztworów tkankowych w kierunku kwaśnym.
Wpływ na przebiec tych zmian ma zawartość wolnej wody i substancji rozpuszczonych w
produktach, a takŜe szybkość zamraŜania. Zakres temperatur od -2stC do -5stC odpowiada
najszybszemu przebiegowi reakcji przy ograniczonym hamowania procesów wraz z
spadkiem temperatury
Ilustruje to rys poniŜej
Jak widać procesy podczas zamraŜania produktów wynikają z wielu wzajemnie zaleŜnych
czynników
2. Przemiany białek.
Białka są to mikrocząsteczki o złoŜonej strukturze chemicznej, których elementarne części
stanowią składowe aminokwasów, zbudowanych z atomów węgla, tlenu, azotu wodoru i
siarki.
Wszystkie aminokwasy mają podobną budowę podstawową: szkielet węglowy, (do którego
przyłączone są atomy wodoru (H), grupa aminowa (NH2), grupa karboksylowa (COOH))
oraz tzw. łańcuch boczny, którą moŜe stanowić grupa metylowa lub bardziej rozbudowany
rodnik.
Poszczególne łańcuchy łączą się z sobą za pomocą wiązania peptydowego.
Białko proste powstaje z połączenia nawet kilkuset polipeptydów czyli zawiązków wielu
aminokwasów. Ilość i sekwencja poszczególnych aminokwasów określa tzw. Strukturę
drugorzędową a wzajemne rozmieszczenie łańcuchów aminokwasów decyduje o strukturze
trzeciorzędowej. Struktura ta jest szczególnie wraŜliwa na warunki środowiska, takie jak
ogrzewanie, chłodzenie, działanie kwasów i zasad.
Podczas zamraŜania najbardziej niekorzystne przemiany zachodzą we frakcji białkowej.
Występuje zjawisko denaturacji, w której struktura II i III rzędu zostaje zniszczona z
jednoczesnym zanikiem biologicznych zdolności funkcyjnych.
JednakŜe nie wszystkie zmiany substancji białkowej są wynikiem denaturacji. Wynikają one
takŜe ze zwykłych procesów fizycznego niszczenia przez kryształy lodu, zagęszczone
roztwory
Denaturacja zamraŜalnicza białek jest procesem nie do końca poznanym i trudnym do
wyjaśnienia. Hipotezy mówią np.: o wpływie hydrolizy lipidów i aldehydu mrówkowego,duŜym wpływie róŜnych soli organicznych, których stęŜenie podczas mroŜenia bardzo
wzrasta.
NiezaleŜnie od przyjmowanego mechanizmu denaturacji ustalono, Ŝe największe zmiany w
produkcie zachodzą w zakresie temperatur od -1stC do -5stC.
Główne objawy zewnętrzne denaturacji produktów są:
•
obniŜenie zdolności wiązania wody (są wynikiem denaturacji białek globularnych)
•
zwiększenie wycieku rozmraŜalniczego
•
pogorszenie konsystencji i innych cech sensorycznych (są wynikiem denaturacji
białek fibrylarnych)
•
spadek rozpuszczalności
•
pęcznienie
Główne sposoby minimalizacji zmian denaturacyjnych tłuszczów Ŝywności:
Przez odpowiednią technologie mroŜenia:
•
-stosowanie dostatecznie duŜej szybkości zamraŜania do temperatury wewnętrznej
zbliŜonej do temperatury przechowywania
•
-przechowywanie tłuszczów temperaturze ok. -30stC bez dostępu tlenu i wymiany
wilgoci.
Obróbkę produktu przez stosowanie substancji o selektywnym działaniu ochronnym tzw.
Krioprotektanty. NaleŜą do nich m.in.
•
cukry (zwłaszcza heksozy i dwucukry),
•
•
niskocząsteczkowe polialkohole (glicerol, sorbitol),
aminokwasy (np. glutaminian sodu),
•
•
kwasy karboksylowe (np. kwas cytrynowy),
wielucukry (skrobia, guma guarowa, karagen),
• syntetyczne polimery (np. polidekstroza, polatinit), nukleotydy (ATP, ADP, IMP).
Substancje o małym cięŜarze cząsteczkowym (sacharoza, sorbitol) zwiększają hydratację
łańcuchów polipeptydowych i przez wzmocnienie powłok wodnych
Substancje o duŜym cięŜarze cząsteczkowym (np. polidekstroza) powodują wzrost lepkości
układu i ograniczenie krystalizacji unieruchomionej w tej strukturze wody podczas
zamraŜania.
Stabilizujące działanie niektórych substancji ma polegać na ograniczaniu agregacji białek
przez reakcje z ich wolnymi grupami funkcjonalnymi (glutaminian sodu) lub przeciwdziałaniu
wzrostowi stęŜenia soli w zamraŜanych
produktach (glicerol).
3. Przemiany tłuszczów i lipidów.
Przemiany tłuszczów nie występują w fazie zamraŜania a w fazie przechowywania,
szczególnie dla produktów o duŜej zawartości tłuszczów nienasyconych.
Procesy zachodzące w mroŜonych produktach to: utlenianie tłuszczów i hydroliza tłuszczów
Utlenianie tłuszczów ma charakter reakcji łańcuchowej inicjowanej samorzutnie i następuje
po okresie indukcyjnym. Później dynamika procesu wzrasta. Powstające reaktywne rodniki
kwasów tłuszczowych intensywnie łączą się z tlenem, tworząc nietrwałe połączenia,
wchodzące w wtórne reakcje desmolizy lub polimeryzacji, których efektem jest rozkład lub
wzrost wielkości cząsteczki tłuszczów.
Ograniczenie utleniania odbywa się przez środki ochronne:
•
opakowania próŜniowe
•
związki o charakterze przeciwutleniającym (ich mechanizm polega na przejmowaniu
reakcji łańcuchowej i ograniczaniu jej ognisk)
Wpływ przeciwutleniaczy oraz opakowań
próŜniowych
na
przedłuŜenie
trwałości
mroŜonej wieprzowiny (wg Papa),
Podane cyfry oznaczają numery próbek:
l, 5,9 - próbki kontrolne, 2, 6 – próbki z
dodatkiem
butylohydroksyanizolui
estru
propylowego kw. galusowego,
3,7 - próbki z dodatkiem tokoferolu i kw.
askorbinowego,
4.8- próbki w opakowaniach próŜniowych
Hydroliza tłuszczów powoduje powstanie wolnych kwasów tłuszczowych co ma wpływ na
przydatność konsumpcyjną.
4. Przemiany węglowodanów
Węglowodany są mało podatne na zmiany jakościowe podczas obróbki zamraŜalniczej.
Podczas długiego przechowywania w wysokich temperaturach w owocach moŜe zachodzić
proces fermentacji.
W produktach zasobnych w węglowodany (wyroby z ziemniaków, warzywa) po rozmroŜeniu
mogą wystąpić niekorzystne zmiany (mączystość konsystencji, chropowatość powierzchni,
reakcje nieenzymatycznego brunatnienia),równieŜ agregacja wielkocząsteczkowych
wielocukrów (np. amylozy skrobi stosowanej jako zagęstnik w mroŜonych sosach)..
5. Wnioski.
Właściwości jakościowe mroŜonej Ŝywności uzaleŜnione są od rodzaju Ŝywności, technologii jej
przygotowania, przebiegu procesu mroŜenia, a takŜe innych czynników.
Aby zabezpieczyć mroŜone produktu przed wpływem zmian chemicznych naleŜy stosować:
•
•
•
•
dostatecznie duŜą szybkość zamraŜania do temperatury wewnętrznej zbliŜonej
do temperatury przechowywania,
przechowywanie w temperaturze ok. -30°C, w warunkach zabezpieczaj ących
przed stratami wilgoci i dostępem tlenu,
opakowania próŜniowe
obróbkę produktu poprzedzająca zamraŜanie (wykorzystanie substancji
zmniejszających denaturację dla białek i przeciwutleniających dla tłuszczów)
6. Literatura.
Postolski, Gruda – „ZamraŜenie Ŝywności”
Bykowski, Sikorki, Zimińska – Technologia chłodniczego utrwalania morskich surowców
Ŝywnościowych
Technika chłodnicza i klimatyzacyjna