7. Замораживание пищевых продуктов

7.1. Основные вопросы теории замораживания пищевых продуктов

Замораживание пищевых продуктов по сравнению с охлаждением - процесс более сложный по технологическим и теплофизическим признакам.

Замораживание пищевых продуктов с целью консервирования для дальнейшего длительного хранения практикуется очень широко и заслуживает наибольшего внимания.

Сущность процесса замораживания. Замораживание как физическое явление представляет собой превращение в лед влаги, содержащейся в продукте, вследствие понижения температуры продукта ниже криоскопической точки.

Продукт подвергают замораживанию для сохранения его полезных свойств и качества, так как в результате этого процесса сводятся к минимуму физические, биохимические и микробиологические изменения, протекающие в продукте. Достигается это благодаря снижению температуры продукта и превращению большей части воды в лед. Снижение температуры ниже точки замерзания тканевой жидкости замедляет рост и жизнедеятельность многих микроорганизмов.

Превращение воды в лед, сопровождающееся ростом концентрации растворимых веществ, снижает биологическую активность воды в продукте до предела, при котором невозможен рост большинства микроорганизмов.

Химические реакции также замедляются при снижении температуры. Однако в отличие от микробиологической деятельности организмов они продолжают протекать даже при низких температурах хранения.

Превращение воды в лед вызывает комплекс физических и физико-химических изменений, которые в свою очередь вызывают изменение качества продукта (обычно ухудшают его). Поэтому для каждого продукта, чтобы свести к минимуму вредное влияние на его качество таких реакций, следует выбирать определенные условия замораживания и хранения, а также условия, предшествующие замораживанию.

Для большинства продуктов, подвергаемых промышленному замораживанию, вода является главным компонентом. В большей ее части находятся растворимые вещества клетки, меньшая часть идет на образование гидратов и макромолекулярных коллоидов. Кроме того, водный раствор составляет часть желеобразной или нитеподобной структуры клетки. Наиболее характерный процесс при замораживании - это превращение воды в лед, в результате чего она изменяет свое нормальное состояние в ткани.

Переход воды в лед увеличивает концентрацию растворимых веществ клетки, изменяет рН водного раствора и воздействует на воду, которая входит в состав коллоидных комплексов.

Концентрированные электролиты воздействуют на полипептидные цепи белка, что приводит к его денатурации. В живых тканях это часто вызывает гибель клеток. В пищевых продуктах, которые до замораживания состояли из мертвой ткани, во время хранения происходят изменения структуры и нежелательные биохимические реакции.

К замораживанию пищевых продуктов прибегают для достижения следующих целей:

обеспечения сохранности во время длительного хранения;

отделения влаги при концентрировании жидких пищевых продуктов;

изменения физических свойств продуктов (твердости, хрупкости и др.) при подготовке к дальнейшим технологическим операциям;

сублимационной сушки;

производства своеобразных пищевых продуктов и придания им специфических вкусовых и товарных качеств (мороженого, пельменей, других быстрозамороженных продуктов).

Температурные графики замораживания. Характер теплофизических явлений, происходящих в замораживаемых продуктах, наглядно отражают температурные графики, представляющие собой прямоугольную систему координат, в которой по абсциссе откладывается время замораживания, а по ординате - температура в различных точках продукта.

Каждый график, независимо от консистенции продуктов (жидких и нежидких) при замораживании, состоит из трех участков. Первый участок соответствует охлаждению центральной части продукта до криоскопической температуры. Этот участок представляет собой наклонную кривую, которая тем круче, чем быстрее отводится тепло от продукта.

На втором участке понижение температуры продукта замедляется и кривая замораживания переходит в пологую, а иногда и в горизонтальную линию. В этот период температура охладившегося, но еще не замерзшего центрального слоя продукта соответствует криоскопической. Длина и наклон второго участка зависят от интенсивности отвода тепла от замораживаемого продукта. Третий участок графика показывает изменение температуры продукта после вымерзания основной части воды, где снова ускоряется понижение температуры.

На рис. 7.1 приведены графики, полученные Г.Б. Чижовым при замораживании двух одинаковых плоских пластин из геля агара. По содержанию воды, сухого остатка и минеральных солей агаровые пластинки являлись аналогами пищевых продуктов. И теплообмен в них при замораживании происходит так же, как в пищевых продуктах. Одна из пластин замораживалась медленно - в воздухе, другая быстро - в рассоле. На поверхностях и в различных по глубине слоях обеих пластин производились замеры температур посредством термопар. Из графиков видно, что в первый период в обоих образцах происходило быстрое снижение температуры во всех слоях. При этом чем ближе слой находился от поверхности, тем скорее в нем понижалась температура. На втором этапе снижение температуры замедлилось в образце, замораживавшемся в воздухе. Заметно такое замедление в центральных слоях образца, который замораживался в рассоле.

а) б)

Рис. 7.1. Послойное изменение температуры при замораживании пластин из геля:

а) в воздухе; б) в рассоле

Третья фаза замораживания тоже наиболее рельефно выражена в воздушной среде, особенно в слоях, расположенных ближе к осевой плоскости пластины. При замораживании в рассоле эту фазу можно выделить только на графиках, отображающих процесс в центральных слоях образца. На графиках же периферийных слоев она отсутствует.