Замораживание и хранение замороженного мяса и мясопродуктов

Кафедра «Технологии мяса и мясных продуктов»

Замораживание и хранение

^{замороженного мяса и}

^{мясопродуктов.}

Саратов 2004г.

^{Замораживание и  хранение замороженного  мяса}

и мясопродуктов.

Замораживание обеспечивает длительное низкотемпературное хранение мяса и мясопродуктов благодаря предотвращению развития микробиологических процессов и резкого уменьшения скорости ферментативных и физико-химических реакций.

Преимущество  замораживания в отношении энергозатрат и экономической эффективности по сравнению с другими методами консервирования предопределило интенсивное развитие во многих странах производства быстрозамороженных полуфабрикатов и готовности блюд.

Выполненные исследования послужили основанием для 
создания гипотез повреждающего действия замораживания, согласно 
которым изменения свойств биологических объектов обусловлено 
процессами кристаллизации воды, которые могут сопровождаться 
конформацией макромолекул белков и изменением состояния 
липопротеидов в результате повышения концентрации растворенных в 
жидкой фазе веществ, нарушения мембранных систем клеток, 
механическим повреждением клеток логических элементов

тканей и  перераспределением между ними воды. Фазовый переход воды в лед влияет на характер и интенсивность химических и биохимических реакций может способствовать межмолекулярному взаимодействию компонентов системы.

Замораживание сопровождается понижением концентрации и активности микроорганизмов без их полного уничтожения и инактивации ферментов. Биологические основы гибели микроорганизмов недостаточно ясны. Помимо того, что понижение температуры связано с нарушением согласованности метаболических реакций из-за различий в уровне изменений их скоростей , замораживание приводит к повышению концентрации растворенных веществ вследствие миграции влаги из микробной клетки во внешнюю среду на первой стадии замораживания и внутриклеточной кристаллизации воды на последующих стадиях. Указанные процессы являются причинами повреждения мембранных структур клетки в результате изменения состояния белково-липидных комплексов и механического разрушения оболочки кристаллизации льда.

Устойчивость  микробной клетки к замораживанию  зависит от вида и рода микроорганизмов, стадии их развития, скорости и температуры замораживания, состава среды.

Длительное хранение замороженных продуктов при температуре выше – Ю С не исключает возможность их микробиальной порчи. Замораживание и хранение мяса при температуре ниже – Ю С приводит к отмиранию части психрофильных и мезофильных микроорганизмов. Это обстоятельство определяет верхнюю границу допустимых температур.

Различия в степени  выживаемости разных видов микроорганизмов на белковых средах в зависимости от условий замораживания были подтверждены исследованиями ВНИКТИхолдпрома. В пределах температур замораживания до – ЗОС гибель микроорганизмов увеличивается с повышением температур. В то же время при замораживании психрофильных микроорганизмов их выживаемость при -196 С примерно в 2 раза ниже, чем при -18 С.

Хранение мяса при отрицательных  температурах сопровождается дальнейшим понижением концентрации микроорганизмов.

Данные по хранению отрубов  говядины и свинины в полимерных пленках свидетельствуют о том, что значительной разницы в выживании микроорганизмов в зависимости от температурных режимов не наблюдается.

Сохранение на мясе при  замораживании и последующем хранении патогенных и токсикогенных микроорганизмов, а также наличие активных ферментных систем погибшей микрофлоры предопределяют необходимость строго соблюдения требований к санитарно-гигиеническим режимам обработки мяса.

Процесс кристаллизации состоит из двух этапов - зарождения кристаллов и их роста. Зарождение кристаллов происходит при упорядочении группы молекул воды и сохранении этой структуры, которая затем начинает укрупняться путем вовлечения в нее все новых молекул воды. Скорость этих двух этапов и характеристику получаемой кристаллической системы можно контролировать.

Особенно сложен 1 - ый этап формирования, первоначальных ядер кристаллов, так как необходимо, чтобы сформировалась кристаллическая решетка и образовался миникристалл, который был бы в равновесии с жидкой фазой. Затруднение связано с подвижностью молекул воды .Вот почему при понижении температуры перед началом кристаллообразования процесс проходит через так называемую стадию переохлаждения: если температура появления первых кристаллов -2,5 С, то при понижении температуры данного раствора она достигает значения ниже -25 С без формирования кристаллов льда. Этот процесс переохлаждения, однако, не оказывает влияния на качество замороженных продуктов, в отличие от процесса кристаллообразования.

Существует 2 типа формирования кристаллов льда: гомогенный и гетерогенный. Первый характерен для чистой воды и не имеет практического значения, так как применительно к продуктам и микроорганизмам речь идет о замораживании сложных растворов.

Гетерогенное, или называемое еще каталитическим, формирование ядер кристаллов льда характерно для пищевых продуктов и живых систем. Оно состоит в формировании ядер по соседству с растворенными в них частицами, в формировании поверхностного кристаллического слоя на этих частицах или на стенках сосуда, в котором находится раствор, который будет подвергаться замораживанию. В этих случаях переохлаждение происходит в значительной мере.

Когда начинается кристаллизация, дальнейшее понижение температуры ведет к непрерывному повышению скорости кристаллообразования. Молекулы воды из жидкой фазы прикрепляются к сформированным ядрам кристаллов, и таким способом осуществляется процесс роста кристаллов. Молекулы воды с термодинамической точки зрения предпочитают этот процесс процессу формирования новых ядер кристаллообразования.

Скорость кристаллообразования в растворе определяется скоростью массо - и -теплообмена. В процессе кристаллизации молекул воды движутся от жидкой фазы к стабильному состоянию на поверхности кристалла, а молекулы растворенных веществ диффундируют в обратном направлении. Так как молекулы воды мелкие, легко подвижные и их много, они не могут играть решающей роли в скорости роста кристаллов льда. Это может произойти в конце процесса замораживания, когда вязкость среды большая, молекул воды мало и их подвижность понизилась из-за низкой температуры.

Принято считать, что лимитирующую роль в скорости кристаллообразования и роста кристаллов играет перенос теплоты. Это легко понять, если иметь в виду большую скрытую теплоту кристаллообразования. Кроме того, в пищевых продуктах теплообмен осуществляется прежде всего путем теплопроводности, а не путем конвекции. Скорость роста кристаллов будет увеличиваться с увеличением скорости отвода теплоты.

Связывая механизм роста кристаллов в зависимости от теплообмена с механизмом образования ядер кристаллов при переохлаждении растворов, можно сделать вывод о том, что при быстром охлаждении образуется много ядер и соответственно много мелких кристаллов, а при медленном охлаждении- мало ядер, но кристаллы крупные.

Безусловно, на этот процесс  оказывает влияние и другие факторы. Например, в мясе, которое перед замораживанием не достигло состояния окоченения, размеры кристаллов будут отличаться от размеров кристаллов в мясе, прошедшем эту стадию при одной и той же скорости замораживания.

Рекристаллизация- другое явление , характерное для этого  метода консервирования. Она является результатом нестабильного состояния сформированных кристаллов) Из-за этого кристаллы подвергаются метаморфическим изменениям, известным под общим названием рекристаллизация, которая включает любое изменение в количестве , размере, форме, ориентации и т.д. Рекристаллизация наблюдается во многих пищевых продуктах и во льду, полученной из чистой воды. Ее скорость зависит от вида продукта и температуры. С понижением температуры скорость рекристаллизации уменьшается. Наличие растворенных веществ тоже понижает рекристаллизацию. Вот почему рекристаллизация в чистом льде протекает при -96С. А в тканях - при -18 С.

В соответствии со вторым законом термодинамики рекристаллизация - результат стремления системы достичь состояния равновесия, при котором свободная энергия минимальна и наступило выравнивание химического потенциала между всеми наличными фазами в системе. Свободная энергия уменьшается выравниванием размера и формы реальных кристаллов.

Основной механизм рекристаллизации в пищевых продуктах основывается на флуктуации температуры, что является причиной миграции водяных паров с поверхности кристаллов, имеющих более высокую температуру, к поверхности кристаллов с более низкой температурой. Рекристаллизацию можно уменьшить поддержанием возможно более низкой и более постоянной температуры в камерах хранения замороженных продуктов. Значение для качества готовой продукции, а также для гибельного воздействия замораживания на микроорганизмы имеет локализация кристаллов льда в тканях и клеточных субстанциях. Медленное замораживание (скорость охлаждения 1 С/мин) растительных и животных тканей, клеточных суспензий, как правило, является протеканием внеклеточной кристаллизации. Внеклеточное кристаллообразование характеризуется формированием больших кристаллов, большой диссоциацией воды.

Когда охлаждение происходит очень быстро (замораживание при низкой температуре), кристаллы внутри и вне клеток распределены очень равномерно. Чем больше размеры замораживаемых клеток, тем выше должна быть скорость охлаждения, чтобы кристаллы внутри и вне клеток распределялись равномерно. Равномерное распределение кристаллов обеспечивает более высокое качество продукта.

Характерно, что даже при  наиболее высоких скоростях охлаждения кристаллизация начинается в первую очередь в межклеточных пространствах.

В результате постепенного и непрерывного замораживания воды в тканях постоянно повышается концентрация растворенных компонентов в незамерзшей воде. В определенный момент, характерный для каждого компонента, наступает концентрация насыщения, и он начинает кристаллизоваться вместе с водой . Это состояние, когда кристаллизуется вода и данный компонент и существует равновесие между кристаллизовавшимся компонентом и водой , известно под названием эвтектической или криоскопической точки. Каждое растворенное вещество имеет такую характерную точку : хлорид кальция -55 С, хлорид натрия -21 С, сахароза -14 С, глюкоза -ЗС, фосфаты натрия и калия от -0,5 С до -17,2 С.

Максимальное  количество льда образуется, когда  достигается самая низкая эвтектическая точка, т.е. температура, при которой последняя субстанция переходит в эвтектическое состояние («конечная эвтектическая температура»). Для мороженного и белка яйца эта конечная температура составляет -55 С , для мяса она колеблется от -50 С и -60 С, для хлеба - около -70 С. Следовательно, при используемой в настоящее время технологии все замороженные пищевые продукты имеют известное количество незамерзшей воды, которая может быть заморожена, если температура будет понижена до определенного уровня, характерного для каждого продукта.

Процент вымороженной влаги зависит от температуры и вида продукта. В мороженном, содержащем 12,5% жиров, 15,0% сахара, 0,3% стабилизатора, 10,5 % сухого вещества из сыворотки и61,7% воды при - 2,5 С не происходит формирование кристаллов, при   -3,1 С замерзает 20% воды, при -3,5 С - 30%, при -4,2 С - 40%, при -5,2 С - 50%, при -6,8 С - 60%, при -9,5 С - 70%, при -14,9 С - 80%, при   -30,2 С - 90%.

В мясе, которое  содержит мало жиров, рыбе, яичных белках вымораживание воды зависит от влажности и температуры (табл. 1)

Таблица 1.

Принимая во внимание, что максимальное кристаллообразование происходит в диапазоне температур от -2 С до -8 С, диффузионное перераспределение воды и образование крупных кристаллов можно предотвратить при быстром понижении температур в этом интервале, Степень дисперсности льда и характер распределения кристаллов в такой сложной гетерогенной системе, каким является мясо, зависит не только от скорости охлаждения, но и определяется степенью гидратации макромолекул белка, состоянием мембранных структур. Фиксируемое изменение количества связанной влаги при автолизе мяса с помощью метода определения уровня расхода энергии на ее удаление дает основание считать , что определяющие значения имеют превращения миофибриллярных белков, которые в отличие от глобулярных окружены многослойными гидратными оболочками . Изменение в ходе автолиза молекулярной организации миофибрилл и влияет на объем некристаллизующейся жидкой фазы и концентрацию растворенных в ней веществ.