Jakość i trwałość produktów rozmrożonych.

TEORETYCZNE PODSTAWY PROCESU
ROZMRAŻANIA
JAKOŚĆ I TRWAŁOŚĆ PRODUKTÓW
ROZMROŻONYCH
Opracowała:
Katarzyna Wyżykowska
SiUChKl, Wydział Mechaniczny Politechniki Gdańskiej
GDAŃSK, 2009
SPIS TREŚCI
ROZMRAŻANIE......................................................................................................................................... 3
Definicja rozmrażania. ......................................................................................................................... 3
Cel rozmrażania. .................................................................................................................................. 3
KRZYWA ROZMRAŻANIA. ........................................................................................................................ 4
ROZMRAŻANIE POWIERZCHNIOWE. ....................................................................................................... 5
CIEPŁO POTRZEBNE DO ROZMROŻENIA. ................................................................................................. 6
CZAS ROZMRAŻANIA. .............................................................................................................................. 7
ZMIANY JAKOŚCIOWE ROZMROŻONYCH PRODUKTÓW. ........................................................................ 8
Podział zmian jakościowych produktów rozmrożonych...................................................................... 8
Wyciekanie soków ............................................................................................................................... 8
Rozwój drobnoustrojów. ..................................................................................................................... 9
TRWAŁOŚĆ PRODUKTÓW ROZMROŻONYCH. ....................................................................................... 10
Rozwój mikroflory gnilnej w mięsach. ............................................................................................... 10
Rozwój bakterii. ................................................................................................................................. 10
ŹRÓDŁA:................................................................................................................................................. 11
2|Strona
ROZMRAŻANIE.
Mrożona żywność przed wykorzystaniem musi być uprzednio poddana odpowiednim
zabiegom przegotowania do spożycia lub dalszego przerobu, zależnym od rodzaju i
przeznaczenia produktów oraz zakresie dotychczasowej obróbki. Podstawowe znaczenie w
tych zabiegów ma rozmrażanie.
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.
Cel 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.
3|Strona
KRZYWA ROZMRAŻANIA.
Rys.: Teoretyczny przebieg krzywych zamrażania i rozmrażania tego samego produktu i przy
tych samych różnicach temperatur.
(Ts - temperatura powierzchni produktu, Tc – temperatura centrum, Tfr- temperatura medium w
procesie rozmrażania, Tfz - temperatura medium w procesie zamrażania, τr - czas procesu
rozmrażania, τz - czas procesu zamrażania, Tcr - temperatura krioskopowa)
Proces rozmrażania jest odwrotnością zamrażania, przy czym w ich przebiegu
występują podobieństwa jak i różnice.
Zgodnie z rysunkiem, przebieg krzywej rozmrażania jest w zasadzie odwróceniem krzywej
zamrażania, ze znacznym, prawie dwukrotnym wydłużeniem czasu przy porównywalnych
warunkach realizacji. Wynika to z faktu, iż podczas zamrażania ciepło jest odprowadzane z
wnętrza produktów przez zamrożoną warstwę powierzchniową o prawie trzykrotnie
większym współczynniku przewodzenia, podczas gdy przy rozmrażaniu ciepło jest
doprowadzane przez warstwę rozmrożoną o mniejszej wartości współczynnika.
4|Strona
Doprowadzane z otoczenia ciepło powoduje rozmrażanie powierzchni produktów i
tworzenie się swoistej warstwy izolacyjnej utrudniającej jego dostęp do jeszcze zamrożonego
środka. Następstwem tego jest nierównomierny wzrost temperatury w różnych częściach
produktu i występowanie jej znacznych gradientów oraz rosnące w miarę postępu procesu
zapotrzebowanie energii niezbędnej do dalszego podwyższania temperatury o 1 K. Przy
zbliżaniu się do Tcr wzrasta ona kilkakrotnie w porównaniu do wcześniejszej fazy procesu. Na
przykład wzrost temperatury z -3,3˚C do -2.2˚C wymaga prawie dwukrotnie, a od -2,2˚C do 1,1˚C nawet pięciokrotnie więcej energii, jak ogrzanie w zakresie od -4,4˚C do -3,3˚C i poniżej
tego zakresu. Powyżej -1˚C zapotrzebowanie energii ponownie silnie maleje, co powoduje
oczywiście istotne różnice szybkości ogrzewania rozmrażanych produktów w różnych
zakresach temperatury. Efektem tego są:
•
Zjawisko ciągłego wzrostu oporu powierzchniowego rozmrażania;
•
Zagrożenie przegrzaniem zewnętrznych warstw produktów;
•
Wydłużenie końcowej fazy procesu rozmrażania.
ROZMRAŻANIE POWIERZCHNIOWE.
Rys.: Proces rozmrażania powierzchniowego przez konwekcję i przewodzenie
5|Strona
Powyższy wykres ilustruje, iż temperatura wewnętrzna produktu początkowo wzrasta dość
równomiernie. Po osiągnięciu punktu topnienia na powierzchni stopniowo wzrasta wg krzywej Ts,
podczas gdy temperatura w centrum produktu Tc utrzymuje się na praktycznie stałym poziomie, aby
w końcowej fazie topnienia szybko wzrosnąć. Koniec procesu określa w zasadzie temperaturą
krioskopowa Tcr w termicznym środku produktu, często jednak rozmrażanie jest prowadzone do
wyższej temperatury końcowej lub połączone jest z równoczesną obróbką kulinarną.
Zgodnie z powyższym opisem możemy wyróżnić 3 fazy procesu rozmrażania:
•
Podgrzewanie od temperatury zamrożenia do temperatury krioskopowej;
•
Właściwe rozmrażanie – topnienie podstawowej masy wymrożonej wody;
•
Dodatkowe podgrzewanie zamrożonego produktu do założonej temperatury końcowej.
CIEPŁO POTRZEBNE DO ROZMROŻENIA.
W każdym procesie rozmrażania żywności konieczne jest doprowadzenie odpowiedniej ilości
energii niezbędnej do roztopienia kryształów lodu i wymrożonych roztworów tkankowych.
G – Masa produktu, Tkr – Punkt krioskopowy, c’ i c – Ciepło właściwe produktu przed i po rozmrożeniu,
T1 – Temperatura zamrożenia, T2 – temperatura końcowa, W – Zawartość wody, ω – Stopień
wymrożenia.
Ilość ciepła niezbędnego do całkowitego rozmrożenia produktu zależy od jego masy
G, zawartości wody W, stopnia jej wymrożenia ω i może być obliczona w sposób przybliżony.
Ilość ciepła potrzebna do rozmrożenia produktu odpowiada ilości ciepła odprowadzanej
podczas zamrażania. W przypadku prowadzenia procesu do wyższej temperatury
końcowejT2, a zwłaszcza jednoczesnego przygotowywania kulinarnego zapotrzebowanie
ciepła znacznie wzrasta.
6|Strona
Średnie zapotrzebowanie ciepła na rozmrożenie 1 kg produktu od -30˚C do Tkr kształtuje się
na poziomie ok. 250-300 kJ.
CZAS ROZMRAŻANIA.
Określenie, a tym bardziej kształtowanie czasu rozmrażania produktów, zależnego od
wielu zmieniających się czynników zewnętrznych i wewnętrznych nasuwa znaczne trudności.
Istotny wpływ na czas rozmrażania produktów ma rodzaj i charakterystyka środowiska, w
którym ten proces przebiega oraz właściwości fizyczne rozmrażanych produktów.
Przy rozmrażaniu technikami ogrzewania powierzchniowego czas procesu maleje wraz ze
wzrostem:
•
Różnicy temperatury pomiędzy powierzchnią produktu i otoczeniem,
•
Natężenia ruchu otaczającego medium w stosunku do produktu,
•
Wilgotności względnej powietrza.
W praktyce korzysta się z dwóch wzorów obliczania czasów przemysłowego
rozmrażania – Cziżowa oraz Planka.
Czas rozmrażania wg Cziżowa.
τ – Czas rozmrażania, Δh – Entalpia produktu, ρ – Gęstość produktu, ΔTkr – Różnica temperatur
między powietrzem i Tkr produktu, l – Grubość rozmrażanego produktu, λ – Współczynnik
przewodzenia ciepła, α – Współczynnik wnikania ciepła, F – Współczynnik kształtu produktu.
Czas rozmrażania wg Planka.
m i n – Stałe doświadczalne, Tf – Temperatura powietrza.
7|Strona
Podstawowe cechy produktów wpływające na czas rozmrażania, to:
•
Właściwości cieplne (zwłaszcza mała przewodność ciepła przez rozmrażanie tkanki i
znaczący wpływ utajonego ciepła topnienia lodu na ich pojemność cieplną);
•
Fizyczne wymiary produktów oraz rodzaj opakowania.
ZMIANY JAKOŚCIOWE ROZMROŻONYCH PRODUKTÓW.
Podział zmian jakościowych produktów rozmrożonych.
Podział zmian jakościowych produktów rozmrożonych ze względu na rodzaj zmian:
Wyciekanie soków
Proces rozmrażania nie jest w stanie zapewnić pełnej odwracalności fizycznej
produktu do stanu przed zamrożeniem ponieważ zawsze następuje utrata soków.
Wyciekanie soków i związane z tym zmiany konsystencji i barwy to najistotniejsze zmiany
produktu podczas rozmrażania. W wielu produktach
podczas zamrażania woda
przemieszcza się z komórek do przestrzeni międzykomórkowych. Podczas rozmrażania
należy stworzyć warunki dla jak najpełniejszej odwracalności zjawiska inaczej poprzez
wyciekanie soku nastąpi utrata wartości odżywczych i smakowych.
8|Strona
Wyciekanie soków jest spowodowane:
•
Uszkodzeniem tkanki, komórek oraz włókien kryształami lodu. Efektem tego jest
znaczny spadek zdolności do utrzymania wilgoci;
•
Częściową utratą zdolności białka komórkowego do pęcznienia, zmianami
biochemicznymi w tkankach. Efekt: rozpad złożonych substancji organicznych, zmiany
pH i struktury tkanki.
Wszystkie
zmiany
spowodowane
są
specyficznymi
właściwościami
produktów
i
niedoskonałością procesów zamrażania oraz przechowywania. Powolne zamrażanie do
temperatury -8˚C do -12˚C sprzyja powstawaniu dużych kryształów lodu w produkcie i
uszkodzeniom tkanek co w czasie rozmrażania może skutkować utratą soków tkanki mięsnej
o masie do 12% początkowej masy produktu. Przy długotrwałym przechowywaniu ubytek
może wzrosnąć do 16%. Wielokrotne rozmrażanie i zamrażanie również wpływa na
zwiększenie wycieku soków.
Zapobieganie wyciekaniu soków z produktów mrożonych:
•
Żywność zamrażana szybko – szybkie rozmrażanie żywności zapewni większą wartość
odżywczą;
•
Żywność zamrażana wolno – wolne rozmrażanie umożliwi wchłonięcie przez stałe
części tkanek wody zamienionych w lód w skutek zamrożenia.
Na ogół tkanka zwierzęca lepiej utrzymuje wilgoć podczas rozmrażania i lepiej chłonie wodę
w porównaniu do tkanki roślinnej – wyciek w truskawkach może przekraczać 30% masy.
Rozwój drobnoustrojów.
Podnoszenie temperatury wskutek rozmrażania powoduje rozwój drobnoustrojów.
Sposobem na zminimalizowanie tego efektu jest rozmrażanie żywności w odpowiednich
środowiskach w zależności od rodzaju produktu.
9|Strona
TRWAŁOŚĆ PRODUKTÓW ROZMROŻONYCH.
Rozwój mikroflory gnilnej w mięsach.
W wyniku hydrolitycznego rozkładu białek zwierzęcych następuje rozwój mikroflory
gnilnej w mięsach.
Im wolniejszy jest proces zamrażania tym zmiany strukturalne tkanek będą większe.
Powoduje to pogorszony stan jakości i trwałości rozmrożonego mięsa w stosunku do mięsa
świeżego – schłodzonego.
Najbardziej korzystne jest szybkie mrożenie mięsa. Wskutek tego, po rozmrożeniu, produkt
uzyskuje zdolność tempa rozwoju bakterii podobną do tej w mięsie świeżym - schłodzonym.
Rozwój bakterii.
W wyniku rozmrażania trwałość produktów ulega pogorszeniu – niemożliwe jest
przywrócenie produktom ich własności sprzed procesu zamrażania. Na trwałość produktów
rozmrożonych duży wpływ ma rozwijająca się w nich zawartość bakterii.
10 | S t r o n a
Zawartość bakterii w produktach po 12 miesiącach przechowywania w niskich
temperaturach i następnym rozmrożeniu w ciągu 24 godzin do temp. 21°C.
Owoce wykazują się mniejszą trwałością niż mięsa po rozmrożeniu, więc warto zwrócić
uwagę na fakt, iż przyrost drobnoustrojów w owocach jest mniejszy dla tych które były
zamrażane z cukrem. Zastosowanie cukru spowalnia proces rozwoju bakterii.
ŹRÓDŁA:
• Postolski J.: „Prawie wszystko o ... Technologii chłodniczej żywności (33) 5.
Wykorzystanie mrożonej żywności. 5.1 Teoretyczne podstawy procesu rozmrażania”,
Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 10/2008
• Postolski J.: „Prawie wszystko o ... Technologii chłodniczej żywności (14) 1.5.
Podstawowe procesy, ich ważniejsze modyfikacje i warianty technologiczne”,
Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 9/2005
• Gruda Z., Postolski J.: „Zamrażanie żywności”, Warszawa, 1999
• Jastrzębski W.: „Technologia chłodnicza żywności”, Warszawa 1991
11 | S t r o n a