USUSZKA - ubytek masy produktu spożywczego podczas zamrażania spowodowany przenoszeniem ciepła (również przenoszeniem masy tj. wilgoci) z powierzchni zamrażanego produktu na zimniejszą od niej powierzchnię parownika. Z chwilą osiągnięcia temp krioskopowej następuje sublimacja lodu z zamrożonej już powierzchni produktu, a proces ususzki ulega zwolnieniu.

Średnie miesięczne traty wagowe wskutek ususzki dla mięsa mrożonego przechowywanego luzem w zależności od temp składowania wynoszą: 0,59% przy temp składowania -10^oC; 0,25% przy temp -20^oC; 0,1% przy temp -30^oC. Straty w wyniku ususzki powodują ubytki wagowe masy mięsnej łącznie do 3% w ciągu 4 miesięcy składowania.

Wielkość ubytków naturalnych wskutek ususzki w czasie składowania produktów zamrożonych zależy przede wszystkim od:

• Różnicy temp parowania czynnika i powietrza w pomieszczeniu magazynowym. Różnica ta nie powinna przekraczać 5oC.

• Wahań temp powietrza w czasie przechowywania;

• Prędkości obiegu powietrza nad produktem przy średnich prędkościach przepływu powietrza wynoszących 0,12; 0,25; 0,50 m/s, procentowy przyrost ubytków wynosi odpowiednio 30, 55 i 85%.

Ponadto na ususzkę mają wpływ: rodzaj i stan produktu, czas przechowania, rodzaj opakowania, sposób ułożenia towaru w komorze składowej, wielkość komory i stopień jej załadowania oraz zmiany temperatury i wilgotności wywołane dopływem ciepła do komory.

ZAPOBIEGANIE:

• Odpowiednie opakowanie - opakowanie paroszczelne ściśle przylegające do produktu;

• Glazuracja wodą lub roztworem cukru zabezpiecza przed ewentualnymi stratami masy podczas przechowywania

• Powłoki ochronne - wodno-tłuszczowe

Wyciekiem nazywamy ubytki fazy ciekłej z tkanki mięsnej lub roślinnej spowodowane czynnikami fizykochemicznymi i biochemicznymi. Ilość i skład chemiczny wycieku służy do oceny jakości produktów mrożonych. Wyciek zawiera min: rozpuszczalne białka, sub azotowe niebiałkowe, cukry, sub mineralne, witaminy i inne sub rozpuszczalne w wodzie. Rozróżniamy wyciek swobodny - wyciekający pod wpływem sił grawitacji oraz wyciek wymuszony - wyciekający pod wpływem sił zewnętrznych.

LNF - ciekły azot (zamrażanie w ciekłym azocie). Zamraża się prawie wszystkie rodzaje żywnosci, czas trwania 3-10 min; Również zamrażanie w dwutlenku węgala LCO₂F; freonie LFF i bardzo rzadko w ciekłym powietrzu LAF.

Temp składowania jaj - w czasie składowania jaj wahania temperatury nie powinny przekroczyć +0,5^oC, a wilgotności względnej ±2% (-6^oC).

Gęstość - większości produktów spoż jest zbliżona do gęstości wody, a jej wartość zależy od składu chemicznego produktu i jego temperatury. Po zamrożeniu na skutek powstawania kryształków lodu (objętość lodu jest o 8-10% większa od objętości wody), ogólna gęstość właściwa produktu maleje. Dlatego gęstość prod zamrożonych jest mniejsza niż gęstość produktów żywnościowych w stanie świeżym.

Dyfuzyjność cieplna α - określa prędkość wyrównania się temperatur w nierównomiernie ogrzanym środowisku. Wartość dyfuzyjności wyraża się w m²/h.dla zakresu temp 0-20^oC ma ona w większości produktów żywnościowych wartość α = 0,005-0,0028 m²/h. W produktach zamrożonych wyrównanie temp między cieplejszym środkiem termicznym produktu a jego zimniejszymi warstwami powierzchniowymi zachodzi szybciej niż w produktach nie zamrożonych, ponieważ dyfuzyjność cieplna α ma większą wartość liczbową. Dla większości prod spoż ten przyrost dyfuzyjności wynosi 0,007-0,008 m²/h.

Współczynnik przewodzenia ciepła rośnie w czasie zamrażania.

Środki przeciwutleniające dla ryb - glicerol - środki ochronne, mające na celu ograniczenie zmian we frakcji tłuszczowej mrożonej żywności. Należą do nich: związki o działaniu antyutleniającym jak np. butylohydroksyanizole (BHA), estry propylowe kwasu galusowego (PG), tokoferole, kwas askorbinowy oraz w przypadku ryb - glicerol. Inhibitujące działanie glicerolu polega na zapobieganiu wzrostowi stężenia soli w mięśniach podczas zamrażania, przez co znacznie obniża się tempo oksydacji tłuszczów i denaturacji białek. Bardzo silnie inhibitująco działają przyprawy.

Proces mrożenia oparty jest na anabiozie.

Metoda fluidyzacyjna ruchome dno - nie istnieje.

Najczęściej dno loza jest zawieszone na wahaczach z mechanizmem mimośrodowym, wywołującym oscylacyjny ruch loza zadaniem ruchu loza jest poprawienie struktury warstwy fluidalnej. Natomiast warstwa produktu płynie sama na zasadzie fluidyzacji.

W kolejnosci inaktywacje enzymów:

Enzymy w zależności od ich składu oraz warunków przechowywania produktów wykazują różną aktywność. Temp minusowe nie powodują trwałej inaktywacji enzymów, lecz jedynie przejściowe zahamowanie ich aktywności. Jest to spowodowane ograniczeniem fazy ciekłej w komórkach w wyniku krystalizacji wody, wzrostem stężenia jonów, zmianami pH oraz działaniem reguły Van't-Hoffa.

Katalaza i peroksydaza oraz proteazy roślinne zachowują jeszcze aktywność w temp -15 do -17^oC;

Lipazy w temp -25 do -30^oC;

Inwertaza nawet w temp -40^oC.

Optymalna temp w długotrwałym przechowywaniu (tj. 6-24 miesiące) - efekt zamrażania uzyskuje się dzięki osiągnięciu temp -18^oC do -30^oC wewnątrz produktu oraz odwodnieniu produktu wskutek przemiany wody w lód, przy czym oba te procesy są ze sobą nierozerwalnie związane.

Szybkiemu zamrażaniu nie można poddawać: duże przedmioty, dojrzałe owoce i coś tam jeszcze.

Które reakcje zachodzą w mrożonkach najszybciej - enzymatyczne.

Na czym polega rekrystalizacja - jest to proces stałego wzrostu kryształów w wyniku wędrówki cząsteczek wody od zanikających kryształów małych do dużych. Jako przyczynę tego zjawiska podaje się fakt istnienia wyższego ciśnienia pary wodnej nad powierzchnią małych kryształków w porównaniu do dużych kryształów. Stąd cząstki wody sublimują nad powierzchniami małych kryształów i resublimują na powierzchni dużych kryształów.

W warunkach niskich temp drobnoustroje wykazują następujące dolne granice temperaturowe zdolności rozmnażania:

Bakterie -5 do -8^oC

Drożdże -10 do -12^oC

Pleśnie -12 do -15^oC

Drobnoustroje powodujące zatrucie pokarmowe nie rozwijają się w niskich temp. Laseczka jadu kiełbasianego (Clostridium botulinum) nie rozwija się w temp poniżej -3,3^oC, gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus) i Salmonella - poniżej -6,7^oC. Z tych względów mrożona żywność bywa tylko w bardzo nielicznych przypadkach powodem zatruć pokarmowych. Zwykle szkodliwe są toksyny wytworzone przez drobnoustroje jeszcze pred zamrożeniem produktu.

Temp krioskopowa w miarę zamrażania maleje.

KRIOKONCENTRACJA - zagęszczanie roztworów przez wymrożenie w nich wody, zachodzi w temp -1 do -5^oC. Temp w której rozpoczyna się proces krystalizacji tzn temperatura w której powstają pierwsze kryształki lodu nosi nazwę temp krioskopowej. Ponieważ temp ta zależy od stężenia sub rozpuszczonych w wodzie pomiar temp krioskopowej produktów spożywczych może być wykorzystany do oceny jakości tych produktów, ewentualnie do oceny ich zafałszowań. Pod pojęciem stężenia substancji rozumie się ilość moli cząsteczek lub jonów zawartych w 1 kg wody.

Stała krioskopowa dla wody = 1,86^oK/mol. Stała ta zależy wyłącznie od cech rozpuszczalnika, rodzaj rozpuszczonej substancji nie ma na nią wpływu.

Temp, w której roztwór krzepnie jako jednorodna mieszanina obu składników, nazywa się punktem eutektycznym, roztwór zaś krzepnący w punkcie eutektycznym - roztworem eutektycznym.

Temp przechowywania bananów: 8-10^oC.

Temp głębokiego zamrażania: -18 do -30^oC. Zamrażaniem produktów żywnościowych nazywamy proces technologiczny pełnej lub częściowej zamiany wody zawartej w produkcie w lód (krystalizacji) oraz obniżenia temp produktu poniżej punktu krioskopowego.

Zakres stałej dielektrycznej - rozmrażanie dielektryczne polega na tym, że pole elektryczne jest wytwarzane przez elektrody otaczające produkt, lecz nie będące z nim w bezpośredniej styczności. Częstotliwość fal wytworzonych przez takie pole wynosi 27-100 MHz. Metoda ta stosowana jest min do rozmrażania ryb.

Co się dzieje z chlorofilem podczas zamrażania: główne kierunki przemian chlorofilów:

• Przemiana w feofitynę (w środowisku kwaśnym przez zastąpienie Mg ²⁺ wodorem);

• Chlorofilinę (przez enzymatyczne odszczepienie reszty fitolowej);

• Feoforbid (w środowisku silnie kwaśnym przez jednoczesną wymianę Mg ²⁺ i odszczepienie fitolu).

Oparzelina mrozowa - nadmierne wysuszenie, poza wywołaniem niepożądnego ubytku wagowego, prowadzi do nieodwracalnych zmian jakościowych w postaci plam na powierzchni produktu, wyraźnie różniących się barwą od otaczających tkanek. Plamy te noszą nazwę oparzeliny mrozowej. Zjawisko wywołane jest silnym odwodnieniem lokalnym. Szczególną wrażliwość na oparzelinę wykazują tuszki drobiowe, wątroba, ryby, fasolka i groszek. Oparzelina poza zmianami barwy produktu, może być przyczyną niepożądanych zmian smaku, zapachu i konsystencji.

Utlenianie ketonowe - jełczenie ketonowe nasyconych kwasów tłuszczowych. Jełczenie ketonowe może zachodzić w warunkach pełnej inaktywacji enzymów lipolitycznych i oksydaz, a więc w warunkach jałowych. Typową sub występującą w tłuszczu w czasie jełczenia ketonowego jest keton metylononylowy, odznaczający się silną specyficzną wonią. Jełczeniu ketonowemu ulegają łatwo tłuszcze zawierające kwasy tłuszczowe nisko- i średniocząsteczkowe o łańcuchu węglowym krótszym niż C16. zmiany spowodowane utlenianiem są główną przyczyną zmian smaku i zapachu mrożonego masła, zwłaszcza solonego, wyrabianego z silnie ukwaszonej śmietany.

Co zamarza najszybciej: kula, walec, sześcian, płyta.

Całkowitą biologiczną odwracalność procesów życiowych w komórkach można uzyskać przez: nie dopuszczanie do wymrożenia wody metabolicznej.

Denaturacja białek - pierwszym widocznym przejawem denaturacji białek jest obniżenie zdolności wiązania wody. W procesie tym białka o charakterze globulin wykazują znacznie mniejszą rozpuszczalność, lepkość, zdolność do krystalizacji itp. Białka sarkoplazmy biorą udział głównie w procesie denaturacji mrożeniowej. Białka, które uległy denaturacji, o wiele łatwiej ulegają oddziaływaniu enzymów proteolitycznych, zarówno własnych - tkankowych, jak i enzymów drobnoustrojów, ulegając hydrolitycznemu rozkładowi. Rozkład ten - określany jako degradacja - jest wielostopniowy i przebiega w dużym uproszczeniu wg schematu:

Białka - albumozy i peptony - polipeptydy - aminokwasy.

Stosunkowo odporne na zmiany denaturacyjne są albuminy. W wielu przypadkach mają one zdolność do powracania do pierwotnej struktury nawet po działaniu tak drastycznymi czynnikami denaturującymi, jak przemieszczanie i zamrożenie wody w strukturze tkankowej. Natomiast szczególnie mało odporne na zmiany mrożeniowe są lipoproteidy.

Nominalny czas zamrażania: (jest pojęciem szerszym od efektywnego czasu zamrażania).

Jest to czas konieczny do obniżenia temp produktu o określonym kształcie od jednolitej początkowej temp 0^oC do temp -15^oC w jego środku termicznym. Czas ten oznacza się symbolem T(0,-15^oC).

Efektywny czas zamrażania - to czas konieczny do obniżenia temp prod o określonym kształcie od jednolitej średniej temp początkowej do określonej przez technologie temp efektywnej w środku termicznym produktu.

Nominalna prędkość zamrażania - jest to stosunek połowy grubości produktu, mierzonej przez środek termiczny ciała, do nominalnego czasu zamrażania.

Efektywna prędkość zamrażania - jest to stosunek połowy grubości produktu, mierzonej przez środek termiczny ciała, do efektywnego, czasu zamrażania.

Szybkość zamrażania - stosunek minimalnej odległości środka termicznego od powierzchni produktu do nominalnego czasu zamrażania.

Środek termiczny - miejsce w produkcie w którym podczas ochładzania temp jest najwyższa. Dla produktów o regularnych kształtach pokrywa się on ze środkiem geometrycznym.

PSL - praktyczny czas przechowywania; czas po którym obniżenie temp w czasie chłodzenia nie może spaść poniżej temp krioskopowej.

Do pomiaru temp produktów spoż nie należy stosować termometru: szklanego.

Szybkie obniżenie temp do wartości bliskiej 0^oC jest szkodliwe a nawet śmiertelne dla wielu żywych komórek. Zjawisko to zwane szokiem temperaturowym, jest typowe dla wyższych roślin, chociaż stwierdzono je również u wielu organizmów niższych (np. bakterie Coli).

W temp minusowych oprócz szoku temperaturowego wyst tzw szok osmotyczny, wywołany szybkim wzrostem stężenia roztworów elektrolitów w komórkach w wyniku szybkiej krystalizacji wymarzającej wody, co powoduje naruszenie równowagi życiowej komórek i może wywołać ich zniszczenie. Szok osmotyczny jest spowodowany denaturacją białek - wytrącaniem się ich w formie osadu.

Zmiany jakościowe w mrożonej żywności: fizyczne, chemiczne, enzymatyczne, mikrobiologiczne.

Zjawiska i czynniki wpływające na jakość żywności mrożonej: ususzka, rekrystalizacja, oparzelina mrozowa, przemiany białek, tłuszczów, węglowodanów.

Wpływ rozpadu glikogenu na własności organoleptyczne mięsa - produkty zwierzęce (mięso, ryby) natychmiast po śmierci podlegają zwykle skomplikowanym procesom, znanym pod nazwą dojrzewania (autolizy - samotrawienia), wywołanym działalnością enzymów tkankowych (autolitycznych). Pierwszym przejawem jest rozkład glikogenu zawartego w tkankach na kwas mlekowy pod wpływem enzymów glikolitycznych, w wyniku czego następuje tzw stężenie pośmiertne, objawiające się skurczeniem i zesztywnieniem tkanki. Później, w wyniku autolitycznych procesów rozpadu białek, powstają produkty końcowe o odczynie zasadowym (min aminy), powodujące zanik stężenia pośmiertnego.

Prędkość glikogenolizy zależy od temp i znacznie się zmniejsza przy obniżeniu temp do 0^oC, przedłużając tym samym trwałość mięsa. Trwałość mięsa schłodzonego natychmiast po uboju i przechowywanego w temp 6^oC wynosi średnio 4-6 dni, a w temp 0^oC - 10-12 dni.

Metody zamrażania żywności:

Zamrażanie w powietrzu przy zastosowaniu intensywnego obiegu ośrodka - owiewowe (okresowe tunelowe, taśmowe tunelowe, taśmowo-spiralne,) i fluidyzacyjne (rynnowe i taśmowe). Owiewowe - chłodzenie powietrzem w zamkniętym pomieszczeniu (tunelu, czasami komorze), mrożenie mięsa luzem w pół- i ćwierćtuszach, elementów mięsnych, jak: szynki, bekony itp., towarów w skrzynkach, kartonach i jednostkowych opakowaniach oraz towarów luzem, jak owoce i warzywa. Mrożenie towarów opakowanych w skrzynkach lub kartonach (drób, mięso, podroby w blokach), ryby w blokach, mięso w blokach. Fluidyzacyjnie - przez warstwę sypkich produktów, rozłożonych na poziomym sicie, przedmuchiwany jest od dołu pionowy strumień powietrza z taką prękością, która wywołuje zjawisko „wrzenia” warstwy, a produkt wykazuje wiele cech charakterystycznych dla cieczy. Mrożenie: owoce i warzywa luzem - drobny surowiec np.: zielony groszek, frytki, jagody, wiśnie, truskawki, marchew krajanka

Zamrażanie kontaktowe w aparatach wielopłytowych, taśmowych i bębnowych.

Produkt, zwykle pakowany w regularne, płaskie porcje bądź płaskie bloki, ustawia się na metalowych (najczęściej aluminiowych) tacach, pomiędzy płyty, które są następnie dociskane hydraulicznie, aby stworzyć dobry kontakt z produktem. Płyty chłodzi się drogą bezpośredniego odparowania czynnika chłodniczego. Zalety: najbardziej ekonomiczne pod względem zużycia energii i zajmowanej powierzchni, prostota obsługi, duża zawartość konstrukcji, wpływająca na wysoką produkcyjność. Ryby, mięso w blokach.

Zamrażanie immersyjne w cieczach nie wrzących przez: zanurzenie w ciekłym ośrodku chłodzącym przy jednoczesnym ruchu produktu; przez zraszanie produktu cieczą chłodzącą; przez omywanie (czasami polewanie) produktu cieczą chłodzącą.

Do kontaktowego zamrażania są używane jedynie roztwory NaCL o stężeniu 21-22% tj. możliwie bliskim punktu eutektycznego. zamrażanie za pomocą innych solanek np. roztworu MgCL₂, CaCL₂ oraz glikolu i metanolu, jest możliwe wyłącznie przy zastosowaniu bezkontaktowego zamrażania z wykorzystaniem pakowania próżniowego (Szczelne i przylegające ściśle do zamrażanego produktu opakowanie z cienkiej folii). Przykładem zamrażalni immersyjnej jest aparat firmy Linde - wanna o dł 10 m i szerokości 1 m, gdzie zamraża się tuszki drobiowe. Zamrażanie w solance ma wiele wad: duże stężenie roztworu solanki konieczne do uzyskania dostatecznie niskiej temp i powodujące przenikanie solanki w głąb produktu (najczęściej mięśni ryb) - metoda stosowana powszechnie w rybołóstwie.

Zamrażanie immersyjne w cieczach wrzących kriogenicznych (ciekłym azocie LNF, ciekłym dwutlenku węgla LCO₂F i ciekłym powietrzu LAF - bardzo rzadko) a także zamrażanie w ciekły freonie LFF.

Zamrażalnie LNF (w ciekłym azocie) są budowane w kształcie tunelu z taśmą siatkową. Obudowa izolacyjna tunelu jest wykonana z poliuretanu z obustronną wykładziną z blachy kwasoodpornej. W strefie natrysków obudowa tworzy wannę, na którą ścieka nadmiar rozpylanego, ciekłego N₂. Ciekły N₂ spływa przez filtr do zbiornika azotu, skąd jest tłoczony pod ciśnieniem ponownie do dysz. W ciekłym azocie zamraża się prawie wszystkie rodzaje żywności. Zalety: doskonałe warunki wymiany ciepła, bardzo krótki okres trwania procesu 3-10 min, lekka i prosta konstrukcja, w okresie postoju nie wymaga konserwacji, dzięki temu mogą być wykorzystywane np. do zamrażania okresowych nadwyżek produkcyjnych, koszt inwestycyjny aparatów LNF stanowi 1/5 nakładów na tunele fluidyzacyjno-taśmowe o podobnej wydajności.

Zamrażanie w ciekłym freonie - umożliwia uzyskanie najmniejszych czasów zamrażania żywności np. groszku - 0,5 min; frytek - 1 min, fasolka - 1-2 min, truskawki 2-3 min, elementów drobiu 8-10 min. freon jest szczególnie przydatny do mrożenia produktów delikatnych jak: truskawki czy maliny. Koszt zamrażania jest nieco wyższy niż przy zastosowaniu metod tradycyjnych, ale wielokrotnie niższy od zamrażania w ciekłym azocie.

Zamrażanie w ciekłym powietrzu - przebieg podobny do zamrażania w ciekłym azocie. Tunel ma też 4 strefy, z tym że ciekłe powietrze nie jest wytryskiwane bezpośrednio na powierzchnie produktu, ze względu na niekorzystne działanie tlenu, lecz w strumień powietrza z wentylatora.

PODSUMOWANIE: półtusze i cwierćtusze należy zamrażać w tunelach owiewowych, na hakach lub stojakach;

ryby, mięso w blokach - w aparatach kontaktowych lub na tacach żebrowych;

owoce jagodowe, rozdrobnione warzywa, groszek, fasolkę, frytki - metoda fluidyzacyjna;

drób i całe ryby oraz niektóre produkty szczelnie opakowane - metoda immersyjna.

Produkty paczkowane powinno się również zamrażać metodą kontaktową (bądź immersyjną). Aby zmniejszyć izolacyjne działanie opakowania, konieczne jest zastosowanie docisku (aparaty kontaktowe, tace dociskane).

Niewłaściwa metoda zamrażania przedłuża czas trwania procesu, zwiększa ususzkę, zużycie energii wskutek dłuższego czasu pracy silników oraz zmniejsza przelotowość urządzenia. Dobór właściwej metody zamrażania ma istotny wpływ na jakość zamrożonego produktu oraz ekonomie procesu zamrażania.

ROZMRAŻANIE produktów prowadzi się dwoma metodami:

Metodą ogrzewania powierzchniowego, polegającą na doprowadzeniu ciepła do powierzchni produktu ze środowiska zewnętrznego o wyższej temperaturze;

Metodą polegającą na ogrzewaniu wewnętrznym całej objętości produktu w polu elektrycznym wysokiej częstotliwości przy zastosowaniu ogrzewania dielektrycznego, mikrofalowego lub wykorzystaniu oporu elektrycznego produktów.

Rozmrażanie w wodzie;

Rozmrażanie kontaktowe

Rozmrażanie próżniowe

Rozmrażanie przez ogrzewanie wewnętrzne

Rozmrażanie mikrofalowe

Rozmrażanie dielektryczne

Rozmrażanie oporowe.

---