POLITECHNIKA GDA

Ń

SKA

WYDZIAŁ MECHANICZNY

Seminarium z przedmiotu Współczesne techniki zamra

ż

ania

TEMAT: Zmiany fizyczne zachodz

ą

ce w

mro

ż

onej

ż

ywno

ś

ci.

Wykonała:

Agnieszka Bielska

Semestr: 9

Specjalno

ść

: SiUChKl

Spis treści:

I. Zmiany jakościowe w mrożonej żywności…………………………….……3
II. Zmiany fizyczne……………………………………………………….……3

II.1. Zmiany strukturalne………………………………………..………3

II.2. Rekrystalizacja……………………………………………..………4
II.3. Ubytki masy…………………………………………………..……5
II.4.Oparzelina mrozowa………………………………………..………8

III. Wnioski…………………………………………………………….………9

I. Zmiany jakościowe w mrożonej żywności.

Produkty żywnościowe oraz surowce z jakich są wykonane charakteryzują się

nietrwałością, są one podatne na zmiany fizyczne, chemiczne, biogeniczne i
mikrobiologiczne. Efektem tych przemian są zmiany właściwości sensorycznych(metoda
oceny jakości produktów za pomocą zmysłów; wzrok, węch, dotyk, smak), przydatności
użytkowej i walorów żywieniowych.
Zmiany jakościowe zachodzące w produktach są specyficzne dla każdej grupy jak i
zastosowanej technologii przetwarzania i utrwalania.

Podstawowymi warunkami dobrej jakości żywności mrożonej to dobry surowiec,

właściwa obróbka i właściwe opakowanie, odpowiednie parametry zamrażania,
przechowywania i rozmrażania. Jakość produktów mrożonych zależy więc od zmian
poprzedzających proces zamrażania, jak i wtórnych występujących w poszczególnych fazach
obróbki zamrażalniczej.
Podczas przestrzegania zasad dobrej praktyki produkcyjnej mrożona żywność na ogół
zachowuje swoją jakość. Zamrażanie w odniesieniu tylko do przemian mikrobiologicznych
ma charakter utrwalania absolutnego, natomiast przemiany fizyczne, chemiczne i
biochemiczne w niskich temperaturach, temperaturach silnie zwolnionym tempie postępują
nadal, powodując stopniowy spadek wyjściowej jakości produktów.

II. Zmiany fizyczne

.

Zmiany fizyczne są spowodowane typowymi przemianami fazowymi. Podstawową,

najbardziej istotną przemianą jest zamiana wody w lód. Do pochodnych następstw
jakościowych tego procesu można zaliczyć zamrażalnicze zmiany struktury produktów,
proces rekrystalizacji, ubytki masy w wyniku parowania oraz sublimacja pary wodnej.

II.1. Zmiany strukturalne.

Zmiany strukturalne w produktach żywnościowych są bardzo zróżnicowane choć nie

są duże(mniejsze w produktach zwierzęcych niż roślinnych, w ich obrębie mniejsze w mięsie
niż w rybach i mniejsze w warzywach niż w owocach). Występują zmiany membran
komórkowych, szkodzenia ich ciągłości, oraz utrata ich specyficznych właściwości.
Spowodowane są one przez trzy grupy czynników: formujących się kryształów lodu,
zwiększonego ciśnienia osmotycznego płynów komórkowych oraz precypitacji i denaturacji
koloidowych składników produktów.

Szybkość zamrażania ma wpływ na struktury tkankowe. Przyjęto ze im szybszy

spadek temperatury, to tym lepiej jest zachowana struktura(drobniejsze kryształy lodu,
mniejsze zmiany stężenia roztworów tkankowych).
Zamrażanie kriogeniczne prowadzi do poważnych zmian strukturalnych. W warunkach
procesu przy dużych gradientach temperatur, następuje istotny wzrost ciśnienia wewnątrz
produktu. Wzrost ciśnienia jest tym większy o ile wiesze są wymiary ciała, im szybciej
następuje zamrażanie, im wyższe są różnice temperatur miedzy zewnętrzną a wewnętrzną
warstwą produktu. Powodują one uszkodzenia zewnętrznych warstw produktów
przemrożonych, które nie maja nic wspólnego z uszkodzeniami następującymi podczas
samego procesu powstawania dużych kryształów przy spokojnym zamrażaniu. Można zatem
zakładać istnienie pewnego optymalnego zakresu szybkości zamrażania przy którym zmiany
strukturalne produktów są minimalne.

Zmiany strukturalne zamrożonych produktów zwykle powodują niekorzystne

zmiany pochodne:

•

utratę turgoru (stan wysycenia komórek i tkanek roślinnych wodą, umożliwiający
utrzymanie kształtu i określonej pozycji przez roślinę lub niektóre jej organy, nie
posiadające dobrze wykształconej podtrzymującej tkanki mech.),

•

spadek jędrności,

•

zmiany konsystencji produktu,

•

ograniczenie zdolności utrzymywania wody,

•

w skrajnych przypadkach mechaniczne uszkodzenia tkanek lub zanik ich
pierwotnego kształtu.

Wpływ zamrażania na strukturę tkankową nie musi być destrukcyjny. Zaczęto

wykorzystywać zamrażanie jako pozytywny czynnik strukturotwórczy w procesie
teksturyzacji mrożeniowej (np. precypitatu białkowego).
Proces ten prowadzi się w płaskich naczyniach, których ulega on powolnemu zamrażaniu w
temperaturze od -5º do -12ºC.Powstajace stosunkowo duże kryształy lodu, które są pionowo
usytuowano, wypierają i odwadniają roztwór, powodując przy tym jego stopniowe
zagęszczanie w otaczających je przestrzeniach(przebieg krystalizacji można regulować
poprzez szybkość odprowadzania ciepła).Po odtajaniu lodu usunięciu wody powstaje złożona
z uporządkowanych włókien struktura. Wolne przestrzenie po kryształach lodu mogą być
wypełniane substancjami polepszającymi walory żywieniowe lub sensoryczne produktu.

II.2. Rekrystalizacja.

Przemiany fazowe zachodzące w procesie zamrażania polegają na krystalizacji wody

zawartej w produktach oraz na przekształceniach obrębie samych faz. Woda stanowiącą
powyżej temperatury zamrażania fazę ciągłą, po wykrystalizowaniu przekształca się w frakcje
lodowa, zaś jej niewymrożona cześć, z rozpuszczonymi w niej pozostałymi składnikami, staje
się faza rozproszona.
Forma jaka przyjmuje w produktach żywnościowych krystalizacja lodu określa nam szybkość
zamrażania, a zwłaszcza szybkość przejścia przez zakres krytycznych temperatur(-1º do
5ºC),w którym wymrażana jest masa wody. Rekrystalizacja jest to zmiana wielkości i
lokalizacji kryształów w zamrożonych produktach podczas dalszego ich przechowywania.

Po przez badania mikroskopowe zamrożonych preparatów możemy zauważyć ze

istnieją różne formy zmian strukturalnych. Początkowo w niskich temperaturach proces
przebiega bardzo powoli, ale w miarę zbliżania się do punktu krioskopowego jego szybkość
rośnie. Przemieszczanie się wilgoci polega na zależności ciśnienia pary nasyconej nad
parującą powierzchnia. W wyniku różnicy ciśnień cząsteczki wody pod postacią pary wędrują
od małych do dużych kryształów.
W pierwszej kolejności wymrażają się małe kryształy, co jest kolejną przyczyną
rekrystalizacji. Powstaje w trakcie tego procesu woda, która po kolejnym obniżeniu
temperatur zamarza się koło dużych kryształów.
Zmiany są tym wyższe, im wyższa jest temperatura przechowywania i im większe są jej
wahania.

Rekrystalizacja powoduje stopniowy zanik efektów szybkiego zamrażania, i jak

wpływa na nasilenie zmian strukturalnych. Zmiany te po rozmrożeniu możemy
zauważyć po: utrudnionej resorpcji soków tkankowych, osłabieniu konsystencji
produktów i zwiększonego wycieku.

Zjawisko rekrystalizacji ograniczamy zapewniając podczas zamrażania warunki

uzyskania możliwie jednakowej szybkości procesu i wielkości kryształów oraz
przechowywanie w możliwie niskich temperaturach stałych temperaturach.

Dodatki do substancji ochronnych maja znaczny wpływ i określa się je poniższymi
hipotezami.
Hipoteza lodowego moderatora opiera się na mechanizmie działania tych substancji jako
opóźniaczy dyfuzji cząsteczkę wody na zewnątrz komórek i utrudnianiu ich formowania się w
siatkach krystalicznych.
Według hipotezy wody strukturalnej, substancje ochronne powodują stabilizowanie struktur
wody wolnej i związanej, zwartej wewnątrz komórek i tym samym ograniczają zamrażalnicze
uszkodzenia błon komórkowych.

Całkowite zahamowanie rekrystalizacji jest możliwe tylko jedynie w

temperaturze poniżej punktu eutektycznego, który dla roztworów biologicznych wynosi
około-60º około.

II.3. Ubytki masy.

Podczas każdej produkcji starami ograniczyć się straty poszczególnych faz obróbki żywności.
Dotyczy to zwłaszcza procesu zamrażania, w którym znacznie efekty ekonomiczne obniżają i
wpływają na jakości produktu, ubytki masy.
Ubytek masy w czasie powietrznego zamrażania produktów jest żywnościowych jest funkcją
wielu czynników:

∆

m

∆

ip

∆

P

⋅

τ

⋅

Ap

⋅

α ∆

T

⋅

:=

gdzie:
∆

i

p

- różnica entalpii produktu,

∆

P- średnia różnica ciśnień cząstkowych pary wodnej na powierzchni produktu i w powietrzu,

τ

-czas procesu,

A

p

- powierzchnia produktu,

α

-współczynnik wnikania ciepła,

∆

T- średnia całkowita różnica temperatur powierzchni produktu i powietrza.

Różnica entalpii jest tym mniejsza im mniejsza jest temperatura początkowa produktu, ale
wstępnie schładzanie w powietrzu daje w efekcie wzrost sumarycznego ubytku.

Czynna różnica ciśnień ∆P i różnica temperatur ∆T między powierzchnią produktu i powietrzem w czasie
procesu zamrażania.

Krzywe ciśnień cząstkowych pary w powietrzu zamrażalni P

f

i na powierzchni P

s

’. Jeżeli

powierzchnia jest sucha, to dyfuzja pary z wnętrza produktu do otoczenia jest hamowana
struktura komórkowa, zatem ciśnienie pary na tej powierzchni jest niższe od ciśnienia
nasycenia(krzywa P

s

).Na wykresie naniesione krzywe a i b w przekroju produktu, są one przy

temperaturze powietrza -20º i -25ºC.Mozemy dzięki temu zauważyć w wyniku spadku
temperatury powietrza obniża się temperatura powierzchni produktu, co powoduje redukcje
P

p

przy nie zmienionym ∆T. Efektem tego jest zmniejszenie się ususzki.

Podobny efekt uzyskuje się przez intensyfikacje wymiany ciepła. Zwiększając α następuje
obniżanie temperatury powierzchni, co jest widoczne na krzywej c. Następuje również
redukcja ∆P przy niewielkim zmniejszeniu ∆T co wpływa na zmniejszenie ubytku masy.

Wpływ czasu procesu i powierzchni jest ze sobą ściśle powiązane. Rozwijając powierzchnie
czynnej produktu powodujemy znaczną intensyfikację parowania, czyli w efekcie sporo
skrócenie czasu procesu. Ponadto zwykle wzrasta współczynnik α co obniża temperaturę
powierzchni i zmniejsza ∆P, a w sumie uzyskuje się znaczne zmniejszenie ususzki.
Przy zamrażaniu produktów o mokrej powierzchni, ciśnienie pary wzrasta do stanu nasycenia
oraz rosną ubytki masy.
Podsumowując dla uzyskania możliwie małego ubytku masy proces należy prowadzić
przy jak najniższej temperaturze powietrza i jak najbardziej intensywnej wymianie
ciepła.

W trakcie procesu mrożenia kriogenicznego wtryskiwany obojętny gaz praktycznie

wypiera powietrze, co istotnie zmienia warunki powstawania ubytków masy w otoczeniu
produktów. Wywnioskowano ze przy ograniczaniu dopływu ciekłego azotu ubytki wyraźnie
rosną. Jeżeli chcielibyśmy całkowicie wyeliminować ubytki z techniki zamrażania to byłoby

to jedynie możliwe przy metodzie wykorzystującej ciekły freon, która została zaniechana ze
względu na zagrożenia ekologiczne.

Większe znaczenie gospodarcze ma ususzka w czasie przechowywania, powoduje ona
znaczne ubytki masy oraz pochodne zmiany jakości występujące w mrożonej żywności.
Dyskwalifikujące zmiany powierzchniowe w rybach stwierdza się przy osuszce powyżej
0,8%,w owocach i warzywach- 1-1,5%,straty masy porcjowanych półproduktów mięsnych
nie powinny przekraczać 0,7%,ze względów jakościowych.
Ubytki masy zależą również od położenia towaru w stosie. W układzie poziomym
największe są od strony zewnętrznej ściany komory, najmniejsze w środkowej części, zaś w
układzie pionowym największe na powierzchni, najmniejsze w środku i średnie w dolnej
części stosu.
Ważny jest również stopień załadowania komory, przy pewnym załadunku ubytki są
mniejsze.
Pewien wpływ maja tez też rozwiązania budowlane i konstrukcyjne komór
chłodniczych. W parterowych chłodniach ubytki na ogół są większe niż w komorach
wielokondygnacyjnych o tej samej pojemności. Obniżenie temperatury z -20º do -30ºC może
zmniejszyć ubytek o 20%.Przy poprawie izolacji nawet do 50%.
Na podstawie uwolnionych danych doświadczalnych określono średnie, miesięczne ubytki
mas w różnych temperaturach:

Temperatura [ºC]

Ubytki[%]

-10

0,59

-15

0,38

-20

0,25

-25

0,16

-30

0,10

Ważnym aspektem ograniczenia ususzki są opakowania żywności. Opakowania
paroszczelne, ściśle przylegające do powierzchni produktów całkowicie eliminują osuszkę.
Opakowania przepuszczające parę wodna minimalizują jedynie osuszkę zewnętrzną, zaś
opakowania paroszczelne, które nie przylegają zbyt dokładnie, występuje osuszka
wewnętrzna.
Osuszka wewnętrzna wiąże się z wahaniami temperatury w przestrzeniach powietrznych
pomiędzy produktem a opakowaniem. Gdy temperatura zewnętrzna ulega obniżeniu to
temperatura po wewnętrznej stronie opakowania przez krotki czas jest niższa od temperatury
powietrzni, powodując wymrażanie na niej sublimującej pary wodnej.

Wpływ warunków przechowywania na rozmiary ususzki wewnętrznej, na przykładzie mięsa

zapakowanego w tacki do 75% ich pojemności pokazano na poniższym wykresie:

Wpływ warunków zamrażania na ususzkę wewnętrzną

Rozmiary ususzki zależą ponadto od specyficznych cech przechowywanych produkt i rodzaju
użytych opakowań. Ubytki masy właściwie dotyczą wyłącznie zewnętrznych warstw
produktów.
Ususzka w mrożonej żywności poza ubytkami masy produktów, powoduje również
znaczne obniżanie ich jakości. Zmiany na powierzchni zamrożonych produktów
zwierzęcych przyśpieszają procesy denaturyzacji białek, (wskutek zaniku naturalnej
zapory lodowej) ułatwiona jest dyfuzja tlenu w głąb tkanek i rozwój procesów
utleniania.
Produkty roślinne ze wzrastającymi ubytkami masy trącą naturalną świeżość, stają się
matowe, a efekcie powstają nieregularne plamy i nietypowy odcień. Zauważalne zmiany
wyglądu występują w poszczególnych produktach przy różnych ubytkach mas, najczęściej
przy przekroczeniu 1-1,5% masy początkowej.

II.4.Oparzelina mrozowa.

Oparzelina mrozowa jest skrajnym przypadkiem zmian jakościowych wskutek

ususzki. Zjawisko to występuje w tkankach roślinnych i zwierzęcych jak i sokach
owocowych.
Podatne na oparzelinę mrozową są miedzy innymi tuszki drobiu, wątroba, ryby, fasola,
groszek. Możemy ją rozpoznać po plamach o wyraźnych konturach, o różnej barwie. W
przypadku drobiu są to jasne plamy wskutek penetracji tlenu, przy wątrobie ciemne wskutek
zagęszczenia składników komórek. Po rozmrożeniu produktów można zauważyć ze plamy
zanikają. Przy bardzo silnym odwodnieniu tkanek w obrębie oparzeliny mogą
występować procesy utleniania tłuszczów, denaturacji białek i niepożądane zmiany
sensorytyczne.

Istotny wpływ na powstawanie oparzeliny maja warunki zamrażania. Im szybszy jest

proces i mniejsze ubytki wody, tym większe jest zagrożenie wystąpienia oparzeliny. Jej
rozmiary są określone wielkością ubytków masy, lecz nie szybkością sublimacji.
Ważna jest również temperatura przechowywania produktu. Straty wskutek ususzki,
niezbędnej do powstania oparzeliny, w temperaturze -20ºC są bezwzględnie mniejsze niż w -
10ºC.

Produktach opakowanych migracja wewnątrz opakowania może być istotniejsza w

powstawaniu oparzeliny aniżeli dyfuzja na zewnątrz przez ścianki opakowania.

Oparzelinę mrozową można ograniczyć zachowując możliwie niską i stalą temperaturę
przechowywania. Produkty można również chronić po przez izolowanie ich od
otoczenia(m.in. zamrażanie owoców w roztworach z cukru).

III. Wnioski.

Podstawowymi warunkami dobrej jakości żywności mrożonej to dobry surowiec,

właściwa obróbka i właściwe opakowanie, odpowiednie parametry zamrażania,
przechowywania i rozmrażania.
Zmiany następujące w produktach polegają na mechanicznych uszkodzeniach lub
nieodwracalnej utracie ich specyficznych właściwości.
Szybkość zamrażania ma istotny wpływ na struktury tkankowe. Im szybszy jest spadek
temperatury, tym lepiej zachowana jest struktura.
Jeżeli utrzymamy szybkość procesu i zminimalizujemy wahania temperatury możemy
ograniczyć zjawisko rekrystalizacji oraz ususzki, a przez co zmniejszyć ubytki masy.
Utrzymując możliwie niska temperaturę przechowywania i dopasowując odpowiednie
opakowania wypływamy korzystnie na produkty mrożone.

Podsumowując możemy stwierdzić ze dbając o odpowiednie parametry możemy w

większym stopniu ograniczyć negatywne skutki mrożenia produktów żywnościowych.

IV.Literatura.

Opracowane na podstawie książki Z.Grudy i J.Postolskiego „Zamrażanie żywności”