Proces mrożenia produktów spożywczych. Na czym polega mrożenie żywności i co to jest szybkie mrożenie produktów?

Zamrażanie żywności jest najkorzystniejszym sposobem przedłużenia trwałości produktów podlegających szybkiej degradacji. Niska temperatura w sposób naturalny utrwala walory sensoryczne i dietetyczne przechowywanej żywności. Przy wsparciu techniki udało się udoskonalić procesy technologiczne zamrażania i zachować świeżość produktów spożywczych w czasie ich magazynowania. 

Zamrażanie wody

Efektem działania niskiej temperatury na wodę, w czystej postaci, jest pojawienie się lodu. Jest to minerał z grupy chemicznej tlenków. Zmianę stanu skupienia, z ciekłego w stały, wykorzystuje się do celów gospodarczych. Kiedy wskaźnik na termometrze osiągnie poziom kreski oznaczonej zerem, rozpoczyna się dla wody, proces zamarzania (wartość orientacyjna, zależna od ciśnienia atmosferycznego). Jeśli substancja jest czysta, pozbawiona domieszek mineralnych, dochodzi do przechłodzenia. Pomimo przekroczenia temperatury krzepnięcia, woda pozostaje w stanie płynnym. Krystalizuje dopiero po przekroczeniu punktu krytycznego. Zjawisko zachodzi szokowo do postaci krystalicznego monolitu.

Zamrażanie roztworów

Zjawisko zamrażania struktur biologicznych, zawierających wodę w postaci roztworów, jest procesem nieco odmiennym od zamarzania czystej wody. Złożoność chemiczna zawartości komórek nie pozwala na przechłodzenie roztworu, który składa się z soli mineralnych, kwasów i białek trwale wiążących wodę w strukturach cząsteczkowych. W roztworach biologicznych proces krzepnięcia zachodzi w miejscach nazywanych centrami krystalizacji.

Powstawanie kryształów

Krystalizacja wody w tkankach roślinnych i zwierzęcych jest zjawiskiem niepożądanym. Kryształy lodu są charakterystycznym atrybutem zamarzającej wody w postaci roztworów. Odmiennie niż w wodzie pozbawionej domieszek mineralnych i organicznych. Na jakość powstających kryształów mają wpływ dwa czynniki. Skład soków komórkowych i prędkość zamrażania. Proces krystalizacji jest, obok temperatury, czynnikiem wpływającym na jakość produktów.

Zaobserwowano trzy rodzaje kryształów, które powstają w odmiennych warunkach:

• powolne zamrażanie zachodzi w temperaturze nieprzekraczającej –5 ^O C. W tej temperaturze powstają najbardziej niebezpieczne struktury krystaliczne. Centra krystalizacji znajdują się na styku komórek. W tych miejscach stężenie soli mineralnych jest mniejsze. Zarodki krystalizacyjne rozrastają się do postaci brył o sześciokątnej podstawie. Kryształy mają ostre krawędzie i mogą zajmować przestrzeń wielu komórek. Powolny przyrost lodu niszczy ściany komórkowe zmieniając stężenia roztworu, doprowadza to do odwodnienia i zniszczenia łańcuchów białkowych oraz cukrów.
• mrożenie o średniej prędkości zachodzi w niższej temperaturze. Podczas tego procesu kryształy lodu rozrastając się, migrują tworząc fantazyjne kształty nazywane dendrytami. Jak wyżej, zniszczenia w strukturze komórkowej są zauważalne. Po rozmrożeniu produktów w obu wyżej opisanych przypadkach obserwuje się znaczne wycieki uwolnionej z wnętrza komórek wody.
• zamrażanie szybkie i ultraszybkie jest najpewniejszym sposobem. Odbywa się w temperaturze co najmniej –25 ^O C. Tworzy przy tym najbezpieczniejsze formy kryształów. Mają kształt kulisty i nie przewyższają rozmiarem komórek budujących tkanki zamrożonych produktów.

Wbrew ogólnemu przekonaniu, proces krystalizacji nie jest stanem stałym. Zmiany temperatury i ciśnienia atmosferycznego w urządzeniu do zamrażania i przechowywania wpływają na ewolucję kryształów lodu w zamrożonej żywności. Wewnątrz tkanek, pomiędzy nimi zachodzą niespieszne procesy fizyczne. Kryształy ulegają procesowi sublimacji i resublimacji. Środowisko, na miarę warunków fizycznych, jest dynamiczne. Proces przemian modelujących bryły lodu nazwany został rekrystalizacją.

Temperatura krioskopowa

Warunki zamarzania roztworów charakteryzuje stała krioskopowa. Określa o ile powinna ulec obniżeniu, w stosunku do czystej substancji, temperatura rozpuszczalnika zawierającego domieszki. Temperatura krzepnięcia w materiałach biologicznych, z uwagi na ich niejednorodność, zmienia się pod wpływem składu i jest różna dla różnych produktów.

Cykl zamrażania 

To proces zawierający wiele składowych czynności technologicznych związanych z zamrożeniem produktu. Jednym z parametrów cyklu jest prędkość mrożenia, czyli postęp przesuwającej się granicy między zamrożona i niezamrożoną tkanką. Prędkość zamrażania nie jest stałą wartością. Jej intensywność spada wraz z oddalaniem się od powierzchni produktu i jest ściśle związana z czasem zamrażania. Czas potrzebny n zamrożenie poszczególnych detali jest wyznacznikiem ekonomicznym. Kształtuje on koszty wykorzystania urządzeń.

Różnice pomiędzy szybkim i wolnym zamrażaniem

Zasadniczą różnicą jest efekt, jaki można zaobserwować po rozmrożeniu produktów. Powolne zamrażanie jedzenia pogarsza jego walory estetyczne i dietetyczne. Po rozmrożeniu produkty tracą większość nagromadzonej w tkankach wody. Zmieniają się też ich jakość i przydatność do realizacji bardziej wyszukanych przepisów kulinarnych.Proces szybkiego zamrażania daje większe prawdopodobieństwo odwracalności z zachowaniem pierwotnej struktury tkanek. Niewielkie zniszczenia ścian komórkowych przy temperaturze –25 ^O C nie powodują denaturacji (powstaniu nieodwracalnych zmian w strukturze) białek.

Zmiany fizyczne, chemiczne i biologiczne w mrożonych produktach

Do zmian fizycznych należy:

• zmiana konsystencji, będąca następstwem powstania kryształów lodu.
• zmiana barwy, np. widoczne gołym okiem ciemnienie mięsa spowodowane zmianami w budowie hemoglobiny. Wiele produktów powleka tzw. oparzelina mrozowa. Biały nalot wywołany zmianą stosunków wodnych w wierzchnich warstwach produktów.
• zmiana masy, która najbardziej uwydatnia się podczas powolnego zamrażania, powoduje ubytki do 1,5% wagi produktów.

Zmiany chemiczne:

najpoważniejsze zmiany powstają przy powolnym mrożeniu i związane są ze zmianą struktury cząsteczkowej związków chemicznych, które mają naturę nieodwracalną. Białka i cukru poprzez utratę wody ulegają defragmentacji.

Zmiany biologiczne w skali mikro:

mrożenie konserwuje florę bakteryjną dostającą się na produkty podczas cyklu obróbki mechanicznej i mrożenia; bakterie nie giną w niskiej temperaturze i po okresie hibernacji powracają do pełnej aktywności po odwróceniu procesu zamrażania. Dlatego też mrożone mięso szybciej ulega rozkładowi. Nie powinno również być powtórnie zamrażane po całkowitym lub choćby częściowym zamrożeniu.

Jak struktura tkanek, wymiary i kształt wpływają na proces zamrażania

Zespół czynników, które w odniesieniu do zamrażania w urządzeniach domowego użytku mają mniejsze znaczenie, to są istotne w rachunku ekonomicznym mrożenia towarowego. Czynna różnica temperatury (różnica pomiędzy środowiskiem zamrażania a zamrażanymi produktami) i przewodność cieplna przekładają się na zapotrzebowanie energetyczne procesu. Nawet rodzaj opakowania przyczynia się do spowolnienia mrożenia. I nie materiał pokrywający produkt jest istotną przeszkodą dla chłodu penetrującego wnętrze. Największy opór cieplny wytwarza nawet niewielka warstwa powietrza zamknięta pod materiałem opakowania. Sposobem na zmniejszenie rezystancji cieplnej wytwarzanej przez powietrze jest stosowanie folii termokurczliwej, która szczelnie opina, nawet nieregularne kształty produktów spożywczych (np. tusze drobiowe). Jedynie opakowania metalowe nie stawiają oporu cieplnego. Kształt i wymiary w różnym stopniu opóźniają proces mrożenia. Optymalnym dla zamrażania kształtem jest kula. W porównaniu zestawu trzech elementów, z których jeden jest bryłą prostopadłościenną o wymiarze głównym L, drugi walcem, a trzeci kulą (oba o średnicy D=L). Czas potrzebny na zamrożenie prostopadłościanu jest dwukrotnie dłuższy od czasu dla walca i trzykrotnie przewyższa czas mrożenia kuli.

Pogłębiaj swoją wiedzę, czytaj poradniki

Opracowanie redakcja : (BJ) Materiał objęty prawem autorskim.

Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą Redakcji portalu www.klimatyzacja.pl