Лекция 6-7
Замораживание пищевых продуктов
План.
Цель, задачи и сущность процесса замораживания
Механизм процесса льдообразования
Вымораживание влаги в пищевых продуктах
Особенности льдообразования в пищевых продуктах
Температурные графики замораживания
Тепловой расчет процесса замораживания
Средняя конечная температура замораживания
Продолжительность замораживания
Скорость замораживания
Изменение состава и свойств пищевых продуктов при замораживании и последующем хранении
1.Цель, задачи и сущность замораживания.
Замораживанием называется процесс частичного или полного превращения в лед воды, содержащейся в продукте. При этом отвод тепла от замораживаемого тела сопровождается понижением его температуры ниже криоскопической.
Следовательно, главная особенность замораживания состоит в фазовом превращении воды лёд, а отвод теплоты представляет собой необходимое условие такого превращения.
Совокупность двух совместно протекающих явлений – льдообразования и понижения температуры – определяет физические особенности и возможности технологического использования замораживания пищевых продуктов.
Замораживание проводят в целях подготовки продуктов к длительному хранению.
Превращение воды в лед тождественно эффекту обезвоживания. В обоих случаях уменьшается количество воды и снижается активность воды. Различие только в том, что при замораживании вожжа не удаляется из продукта, а остается в нем (в виде льда), тогда как при обезвоживании она из продукта удаляется.
Замороженный продукт имеет и характерные внешние признаки:
Повышенная твердость (из-за превращения воды в лед)
Яркость окраски(в результате оптических явлений, вызываемых кристаллами льда)
Уменьшение плотности (результат расширения воды при замерзании)
Вместе с тем в процессе замораживания происходит миграция влаги в объёме продукта, наблюдаются нарушения гистологической структуры, физико-химические изменения коллоидной системы, и ряд других изменений, не наблюдаемых при охлаждении продуктов. Все это может ухудшить их качество, уменьшить обратимость процесса.
Поэтому задачей холодильной технологии является регулирование хода изменений, происходящих при замораживании продуктов, в направлении сохранения их вкусовых и пищевых свойств, сведения к min вредного влияния процессов, т.е. добиваться max обратимости изменений.
Продукты после их последующего размораживания по своей структуре и другим показателям должны возможно меньше отличаться от свежих.
2. Механизм процесса льдообразования
Мы установили выше, что превращение воды в пищевом продукте в лёд является основным процессом при замораживании.
Согласно современным представлениям молекулы воды представляют собой равнобедренный тетраэдр с центрально расположенным атомом кислорода. Это позволяет молекулам воды объединяться, создавая своеобразный каркас.
С понижением температуры движение молекул замедляется и поэтому их упорядоченность и взаимная ориентация усиливается.
Кристаллизация воды становится возможной когда образуется некоторое количество правильно ориентированных частиц, которые затем служат центрами кристаллизации (зародыши).
Процесс кристаллизации воды происходит в 2 ступени:
1 ступень – образование центров кристаллизации
2 ступень – процесс роста выделившихся кристаллов
Образование центров кристаллизации стимулируется двумя факторами:
Переохлаждением
Наличием в жидкости примесей
Характер кристаллической структуры продукта после замораживания зависит от соотношения количества центров кристаллизации и скорости роста кристаллов.
В момент образования зародышей выделяется теплота кристаллизации и поэтому температура жидкости несколько повышается. Эта теплота должна быть отведена.
Скорость возникновения новых центров кристаллизации зависит как от температуры, так и от скорости теплоотвода выделившейся теплоты кристаллизации во внешнюю среду.
Чем ниже температура и выше скорость теплоотвода, тем большее количество кристаллов образуется, но скорость их роста невелика. Образуется мелкокристаллическая структура.
При температурах вблизи криоскопической число центров кристаллизации мало, а скорость их роста значительна. Поэтому структура замороженного продукта получается крупнокристаллическая (небольшое количество крупных кристаллов).
При более глубоких отрицательных температурах скорость роста кристаллов замедляется, но число их велико. Образуется мелкокристаллическая структура. При очень низких температурах уменьшается как число центров кристаллизации, так и скорость роста кристаллов. В материале образуется аморфная стеклообразная структура.
3. Вымораживание влаги в пищевых продуктах.
В пищевых продуктах вода находится в виде растворов (тканевые соки). Поэтому температура её кристаллизации отличается от температуры кристаллизации чистой воды.
Отвод теплоты от замораживаемого продукта вызывает понижение температуры и выделение кристаллов чистого растворителя (воды).
1
– область однородного жидкого раствора
2 – область чистого льда
3 –область растворенного вещества
На диаграмме фазового состояния область 2. В результате увеличивается концентрация оставшегося незамерзшего раствора и так будет происходить до тех пор, пока не будет достигнута эвтектическая точка температуры и соответствующая ей концентрация.
При достижении этих условий раствор замерзает без отделения растворителя в сплошную твердую массу (эвтектику) постоянного состава. Температура эвтектики в зависимости от солевого состава может достигать -55 - -86ºС.
Таким образом замораживание пищевых продуктов можно представить как превращение воды в лед, сопровождаемое непрерывным повышением концентрации растворенных веществ, понижением криоскопической температуры по мере замерзания воды.