104. Зміни складових частин сировини при його охолодженні та заморожуванні.

Розглянемо на прикладі м’ясної промисловості.

У промисловій практиці м'ясокомбінатів використовують такі способи холодильної обробки:

• охолодження і зберігання охолодженого м'яса і м'ясопродуктів при температурах вище кріоскопічних, але близьких до них;

• заморожування і зберігання замороженого м'яса і м'ясопродуктів при температурах значно нижче кріоскопічних;

• розморожування м'яса з підвищенням температури в товщі стегнової частини напівтуші не нижче 1 ºС в регламентованих умовах.

Охолодження - теплофізичний процес відібрання тваринного тепла, зниження температури м'яса до нижньої межі, в межах якої вода знаходиться в рідкому стані, тобто в доступній для мікроорганізмів формі (мається на увазі зниження температури м'яса від 36-37 ºС до 0-4 ºС в товщі стегнової частини напівтуш).

Мета охолодження - гальмування розвитку мікроорганізмів за рахунок зниження температури м'яса і створення на його поверхні скоринки підсихання, яка ускладнює розвиток мікробів на поверхні і їх проникнення в товщу м'яса.

Найбільш широко в промисловій практиці використовується повітряне охолодження м'яса при блізкріоскопіческіх температурах (0-4 ºС). Тривалість повітряного охолодження можна знизити за рахунок зниження температури повітря та збільшення швидкості його руху (до 3-4 м / сек). Залежно від параметрів охолодження розрізняють одностадійний повільний, прискорений і швидкий способи, а також двохстадійний швидкий і надшвидкий способи повітряного охолодження. При цьому тривалість охолодження яловичої напівтуші може варіювати від 26-28 до 12-16 год. Зберігають охолоджене м'ясо при температурі 0-4 оС не більше 12-16 діб.

Заморожування - теплофізичний процес перетворення на лід міститься в м'ясі вологи в результаті відведення тепла при температурі нижче кріоскопічної. Замороженим вважається м'ясо, температура якого в товщі стегнової частини не вище мінус 8 ºС.

Мета заморожування - запобігання мікробного псування м'яса і підготовка його до тривалого низькотемпературного зберігання.

При визначенні умов заморожування виходять з завдань не тільки запобігання розмноження мікроорганізмів, але й попередження істотних змін властивостей продуктів внаслідок фізичних, фізико-хімічних і біохімічних процесів.

Заморожування та зберігання м'яса в замороженому стані здійснюється в інтервалі температур від мінус 12 до мінус 40 ºС. Верхня температурна межа обумовлена неможливістю розвитку мікроорганізмів при температурі мінус 12 ºС і нижче. Нижня температурна межа визначається технічною можливістю і економічною доцільністю отримання низьких температур у м'ясній промисловості.

Найбільш часто застосовується повітряне заморожування туш і напівтуш. Більш перспективним є блочне заморожування безкісткового м'яса в швидкоморозильних апаратах з використанням рідких тепловідвідних середовищ, що забезпечує інтенсивний тепловідвід і зниження тривалості заморожування.

Вид м’яса	Температура повітря в камері, оС	Граничні терміни зберігання, міс., не більше
Яловичина в напівтушах	-12 -18 -20 -25	8 12 14 18
Свинина в напівтушах	-12 -18 -20 -25	3 6 7 12

Зміни м'яса при охолодженні і зберіганні в охолодженому вигляді

При охолодженні і зберіганні в охолодженому стані в м'ясі можуть протікати з достатньою інтенсивністю мікробіологічні, біохімічні та фізико-хімічні процеси. У результаті якість охолодженого м'яса і величина його втрат при охолодженні і зберіганні формуються під впливом цих взаємопов'язаних процесів.

Мікробіологічні процеси. Зниження температури м'яса до кріоскопічної (tкр = мінус 1,2 ºС) призводить до гальмування процесів життєдіяльності мікроорганізмів, до порушення обмінних процесів в мікробної клітці. У результаті цього розмноження термофільних мікроорганізмів припиняється, мезофільних сповільнюється. Психрофільні мікроорганізми продовжують розвиватися з меншою активністю. Найбільш стійкі до дії низьких позитивних температур психрофільні аероби (Рseudomonas). Таким чином, охолодження м'яса до температур (0-4 ºС), близьких до точки замерзання тканинної рідини, не виключає можливості мікробного псування м'яса. Глибина і інтенсивність цих змін залежать від властивостей м'ясної сировини та умов зберігання. Утворення слизу на поверхні м'яса при 0 ºС спостерігається через 20-30 діб зберігання, а при 16 ºС - на другу добу зберігання.

Як би правильно не здійснювалися процеси охолодження м'яса і подальшого його зберігання в охолодженому стані, настає момент, коли сировина стає непридатним в їжу через мікробного псування (гниття), тому терміни зберігання охолодженого м'яса обмежуються його мікробним псуванням.

У цьому зв'язку важливим практичним завданням є збільшення термінів зберігання м'яса в охолодженому стані. Для цього створюються заходи, спрямовані на придушення розвитку мікроорганізмів:

• зниження первісної мікробного обсіменіння сировини;

• швидке охолодження м'яса;

• стабільність параметрів при зберіганні м'яса, щоб уникнути зволоження поверхні м'яса;

• сортування м'яса за характером автолізу і контроль за термінами зберігання PSE і DFD м'яса;

• регулярна санітарна обробка камер охолодження і зберігання м'яса;

• використання плівкоутворюючих покриттів, парогазонепроніцаемих пакувальних матеріалів;

• зберігання упакованого м'яса в регульованому газовому середовищі;

• озонування та ультрафіолетове опромінення холодильних камер тощо.

Біохімічні зміни. При охолодженні і зберіганні м'яса тривають автолітичних ферментативні процеси, що почалися відразу після забою тварини. Інтенсивність і глибина автолітичних змін м'яса залежать від умов охолодження і тривалості зберігання м'яса.

Встановлено, що темп охолодження м'яса визначає не тільки інтенсивність автолітичних змін сировини, а й впливає на характер автолізу білкових систем. При швидкому охолодженні яловичини, баранини, м'яса птиці спостерігається явище холодового скорочення м'язів, що супроводжується наростанням жорсткості м'яса, мало що усувається при подальшому дозріванні в процесі зберігання м'яса. Змінюється стан міофібрил, прискорюється розпад АТФ, утворення актоміозинового комплексу, йде скорочення м'язових волокон, змінюється консистенція м'яса. Відзначено, що якщо при охолодженні яловичини температура м'яса знижується до 10-11 ºС швидше, ніж величина рН змінюється до 6,2, то настає різке скорочення м'язів. Для свинини подібне явище не спостерігається, так як темп охолодження нижче за рахунок наявності шару шпигу, що знижує тепловіддачу від сировини до повітря.

Для попередження різкого скорочення необхідно знизити запаси глікогену й АТФ до охолодження. Найбільш раціональним прийомом може служити електростимуляція туш в забійному цеху.

При низькому темпі охолодження (повільне охолодження) можлива поява такого виду псування м'яса як загар. Під загаром розуміють процес, що відбувається під впливом тканинних ферментів, який слід розглядати як атипово протікає автоліз. Загар виникає при охолодженні м'яса в умовах повільного тепловідведення, обумовленого перевантаженням камер, підвищеною температурою охолоджуючого повітря і його недостатньою циркуляцією. Особливо велика ймовірність загару для туш з добре розвиненою жировою тканиною, яка гальмує теплообмінні процеси і газообмін з навколишнім середовищем. Безпосередньою причиною загару є швидке накопичення кислих продуктів анаеробного гліколізу, обумовлене високою активністю тканинних ферментів.

Ознаки загару схожі з ознаками гнильного розкладу. М'ясо в глибоких шарах набуває неприємного кисло-тухлий запах, непомірно м'яку консистенцію, мідно-червоне або жовто-коричневе забарвлення; реакція середовища - кисла.

Придатність м'яса із загаром для переробки залежить від ступеня його розвитку. Для визначення придатності м'яса із загаром його нарізають на смужки і провітрюють в холодильній камері. Якщо через 24 години витримки неприємний запах не зникає, м'ясо не придатне для переробки і споживання.

При слабовираженому загарі м'ясо використовують для виготовлення варених і ліверних ковбас.

Хімічні зміни за рахунок взаємодії з киснем повітря. У процесі охолодження починаються і при зберіганні виявляються наслідки взаємодії пігменту м'яса з киснем повітря.

При збільшенні кількості метміоглобіну до 70% від загальної кількості пігментів у м'ясі його забарвлення стає сіро-коричневим.

Починаються процеси окислення ліпідів, але вони не заходять глибоко внаслідок обмежених термінів зберігання охолодженого м'яса.

Фізичні зміни, викликані тепло-і масообміном з навколишнім середовищем. Внаслідок цих змін в процесі охолодження і зберігання відбувається зниження маси м'яса за рахунок випаровування вологи з поверхні в навколишнє середовище, формується так звана усушка. Величина усушки залежить від властивостей сировини (виду м'яса, категорії вгодованості, маси, площі поверхні) і умов охолодження і зберігання (спосіб охолодження, температура і швидкість руху повітря). У середньому при охолодженні величина усушки становить близько 1-2% від маси м'яса, що надходить на охолодження.

Боротьба з усиханням - резерв зниження втрат м'ясної сировини. Шляхи зниження усушки м'яса при охолодженні і зберіганні м'яса:

• зниження тривалості охолодження м'яса;

• підвищення відносної вологості повітря на початковому етапі охолодження до 95-98% з подальшим зниженням до 90-92% для утворення скоринки підсихання;

• використання парогазонепроникних пакувальних матеріалів для упаковки м'яса (знижує усушку в кілька разів);

• використання харчових самоформуючихся покриттів (знижує усушку на 20%).

Зміни м'яса при заморожуванні і зберіганні в замороженому вигляді

При заморожуванні м'яса в ньому відбуваються фізичні, гістологічні, колоїдно-хімічні, біохімічні та біологічні зміни, що мають важливе значення для його якості.

З усіх процесів, що протікають при заморожуванні м'яса кардинальним, визначальним все інші зміни, є процес кристалоутворення - вимерзання вологи в м'ясі.

Кристалутворення. При досягненні кріоскопічної температури (tкр = -0,6…-1,2 ºС для м'ясної сировини) починається вимерзання води тканинної рідини. У результаті в рідкій фазі зростає концентрація розчинених речовин, що призводить до зниження кріоскопічної температури.

Основна маса вологи в м'ясі (близько 80%) вимерзає в інтервалі температур мінус 2-8 ºС. Але навіть при мінус 30 ºС в м'ясі залишається частина незамерзлою вологи (8-12%).

Кількість вимерзлої вологи залежить від умов заморожування, загального вмісту вологи у продукті, форм і міцності зв'язку вологи з матеріалом, концентрації розчинених речовин.

Утворення кристалів при заморожуванні відбувається в такій послідовності:

• переохолодження сировини (зниження активності теплового руху частинок);

• утворення зародків кристалів - I фаза кристалоутворення;

• виділення прихованої теплоти кристалізації, підвищення температури, призупинення утворення нових зародків;

• зростання утворилися кристалів - II фаза кристалоутворення.

Утворення нових центрів кристалоутворення залежить від швидкості тепловідведення від заморожуваного продукту в навколишнє середовище. Розмір і розподіл кристалів льоду в м'ясі залежать від умов заморожування, його властивостей.

Утворення кристалів льоду починається в першу чергу в міжклітинному просторі внаслідок більш низької концентрації розчинних речовин і супроводжується міграцією вологи з клітин. При повільному заморожуванні (швидкість заморожування менше 0,5 см / год.) утворюються великі кристали поза клітин і змінюється первинне співвідношення обсягів міжклітинної і внутрішньоклітинного простору в результаті дифузії вологи і фазового переходу води. Швидке заморожування (швидкість заморожування 1-2 см / год і більше) запобігає значний перерозподіл вологи, що сприяє утворенню дрібних, рівномірно розподілених кристалів.

Беручи до уваги, що максимальне кристалоутворення відбувається в діапазоні від мінус 2 до мінус 8 ºС, перерозподіл води і утворення великих кристалів можна запобігти при швидкому зниженні температури в цьому інтервалі.

Утворення кристалів льоду незалежно від їх розмірів завжди супроводжується перенесенням вологи, який викликається різницею осмотичних тисків поблизу поверхні кристала і на деякому віддаленні від нього. Ця різниця виникає в результаті підвищення концентрації тканинної рідини поблизу поверхні кристала у зв'язку з переходом частини вологи в кристалічний стан. При цьому, чим більше розміри продукту, чим повільніше тепловідвід, тим значніше перенесення вологи. Переміщення вологи в свою чергу впливає на стан білків.

Вплив заморожування на мікроорганізми. Кристалізація вологи є однією з причин загибелі мікроорганізмів при заморожуванні. Заморожування не забезпечує стерильності продукту, так як деякі мікроорганізми пристосовуються до низької температури, переходячи в стан анабіозу.

При заморожуванні і наступному зберіганні відбувається відмирання 90-99% мікробних клітин. Так, число мікробів на поверхні м'яса, що зберігалося при мінус 18 ºС, через 3 місяці зменшилося на 50%, через 6 місяців - на 80%, а через 9 місяців їх залишилося 1-2% від початкової кількості.

Призупинення життєдіяльності і відмирання мікроорганізмів відбувається за двома взаємопов'язаними причинами: 1) порушення обміну речовин і 2) пошкодження структури клітин.

При температурі мінус 10 мінус 12 ºС мікроорганізми не здатні розвиватися, що забезпечує тривале збереження замороженого м'яса.

Зміна структури тканин (гістологічні зміни). Кристалоутворення супроводжується руйнуванням морфологічної структури тканин. Найбільші структурні зміни мають місце при повільному заморожуванні внаслідок утворення великих кристалів льоду, які розширюють міжклітинний простір, руйнують сполучнотканинні прошарки гострими гранями, м'язові волокна деформуються, а іноді руйнуються, що призводить до втрат м'ясного соку при розморожуванні м'яса. Втрачається не тільки волога, а й поживні речовини.

Для збереження морфологічної структури тканин м'яса при заморожуванні і зниження величини можливих втрат при розморожуванні сировини доцільно використовувати способи і режими заморожування, що забезпечують інтенсивний тепловідвід. При цьому дуже важливо правильно вибрати температуру зберігання м'яса і забезпечити її стабільність. Інакше можлива перекристалізація - зміна структури льоду в процесі зберігання, укрупнення кристалів з усіма витікаючими наслідками.

Зміна стану білків. Збільшення концентрації тканинного соку при заморожуванні обумовлює денатурацію і коагуляцію м'язових білків. Більшою мірою цим змінам піддаються міофібрілярні білки, в першу чергу, міозин.

При заморожуванні можливе механічне руйнування білкових ланцюжків за рахунок напружень, що виникають в тканинах при утворенні і зростанні кристалів і перевищують енергію ковалентного зв'язку.

Денатураціонние і агрегаційні перетворення білків при заморожуванні і зберіганні м'яса призводять до зниження їх розчинності, зміни заряду і маси білкових фракцій. Зазначені перетворення білків впливають на їх гідратацію, ВЗЗ м'яса, його консистенцію і соковитість і можуть відбитися на стійкості білків до дії травних ферментів.

Ступінь зниження гідрофільності білків залежить:

• від швидкості заморожування м'яса;

• глибини автолізу м'яса перед заморожуванням;

• умов і тривалості зберігання м'яса.

У максимальному ступені нативні властивості білків м'яса зберігаються при швидкому заморожуванні парного м'яса.

Автолітичні процеси при заморожуванні і наступному зберіганні м'яса тривають з меншою швидкістю, так як діяльність ферментів різко сповільнюється, але не припиняється навіть при дуже низьких температурах.

Чим швидше відбувається заморожування м'яса, тим на більш ранній стадії гальмуються автолітичні процеси, при цьому, треба враховувати розміри продукту. На периферії може бути гальмування автолізу, а в глибинних шарах процеси йдуть з достатньою швидкістю, так як тепловідвід з глибинних шарів навіть при швидкому заморожуванні уповільнений.

Ознаки глибокого гідролізу білків виявляються в процесі зберігання м'яса при мінус 18 ºС, про що свідчить зростання кількості аміно-аміачного азоту в тканинах.

При заморожуванні і зберіганні м'яса не призупиняється гідролітичний розпад жиру, однак різко гальмується з пониженням температури зберігання. Так, кислотне число свинячого шпигу, що зберігався 12 місяців при мінус 18 ºС зросло на 0,2, а при мінус 8 ºС - на 1,6.

Різке гальмування автолітичних процесів забезпечується при швидкому заморожуванні сировини, що має невеликі розміри; це має першорядне значення при холодильному консервуванні ендокринно-ферментної сировини.

Масообмінні і хімічні взаємодії з навколишнім середовищем.

Різниця парціальних тисків водяної пари над поверхнею продукту і в навколишньому середовищі призводить до випаровування вологи (сублімації льоду) з поверхневих шарів. Це супроводжується втратою маси (усиханням) і зниженням якості м'яса. Величина усушки м'яса залежить від його властивостей і умов заморожування і зберігання.

Шляхи зниження усушки при заморожуванні і зберіганні замороженого м'яса:

• підвищення швидкості заморожування м'яса;

• використання паронепроникних пакувальних матеріалів, щільно прилеглих до продукту;

• заморожування упакованого м'яса в блоках (усушка не більше 0,1%);

• використання крижаних екранів при штабелюванні м'ясних напівтуш для тривалого зберігання.

Хімічна взаємодія компонентів м'яса з киснем повітря призводить до істотних змін якості м'яса. Глибина цих змін в значній мірі визначається умовами і тривалістю зберігання м'яса.

Окислення міоглобіну киснем, а також збільшення концентрації пігментів в поверхневому шарі внаслідок його пересихання супроводжуються потемніння поверхні напівтуш і появою сіро-коричневого забарвлення, характерної для метміоглобіну.

Зміна запаху і смаку м'яса в процесі зберігання обумовлені головним чином, окисними змінами ліпідів. Утворений на поверхні м'яса губчастий зневоднений шар сприяє збільшенню ступеня контакту м'яса з киснем повітря. У ході окислювальних реакцій утворюються первинні та вторинні продукти окислення жирів, що негативно позначається на органолептичних показниках, його біологічної цінності. При тривалому зберіганні м'яса можливе утворення токсичних продуктів окислення жирів. У зв'язку з цим зміни жирової тканини м'яса під дією кисню повітря грають вирішальну роль для строків зберігання м'яса. Так як інтенсивність цих змін визначається температурою і видом жиру, допустима тривалість зберігання мороженого м'яса також залежить від цих чинників.

Тривалість зберігання замороженого м'яса обмежується окисними змінами ліпідів під дією кисню повітря.

Знизити ступінь цих небажаних змін можна шляхом зниження температури зберігання мороженого м'яса, застосування вакуум-упаковки, використання пакувальних матеріалів з низькою газопроникністю.