Холодильная обработка рыбных продуктов — Замораживание рыбного сырья

Замораживание рыбного сырья

Замораживание — это технологический процесс, при котором температура тканей пищевого сырья искусственно понижается до температуры намного ниже температуры начала замерзания клеточного сока с последующим хранением сырья при низких отрицательных температурах. Наиболее часто при замораживании пищевого сырья его температура понижается от начальной до минус 18 оС.

Изменение свойств рыбного сырья при замораживании


При замораживании происходят физические, физико-химические, гистологические и микробиологические изменения. Многие из них в основном обусловлены превращением воды в лед при низких температурах.

При замораживании увеличивается твердость пищевого сырья, особенно значительно в пределах температур от —1 до —5 °С. Так, при температуре —2°С твердость продукта в 8...10 раз больше, чем у охлажденного, при —3 °С — в 20...25, а при —4 °С — в 35...40. Понижение температуры до —50...—60 °С сопровождается повышением его прочности, по мере дальнейшего понижения температуры (от —80 до —200 °С) прочность уменьшается.

Замораживание пищевого сырья сопровождается увеличением упругих свойств и уменьшением пластичных свойств.

При понижении температуры до —50...—80 °С у них преобладают упругие свойства, а при более низких температурах наблюдается увеличение хрупкости продукта.

В процессе замораживания объем воды увеличивается на 9 %. Поскольку пищевое сырье содержит большое количество воды, то и его объем увеличивается обычно на 5...6 %, что необходимо учитывать при замораживании продукта, так как неправильное и небрежное укладывание в блок-формы или переполнение их, излишняя подпрессовка приводят к разрушению тканей.

Плотность продуктов при замораживании уменьшается, при­чем тем больше, чем больше воды они содержат и чем ниже температура, достигаемая при замораживании. Это объясняется расширением воды при превращении ее в лед.

У большинства продуктов уменьшение плотности при замо­раживании не превышает 5-8%, поэтому при технических тепловых расчетах можно считать ее постоянной.

Замораживание рыбы сопровождается уменьшением водоудерживающей способности тканей, что вызвано денатурацией белков актомиозинового комплекса, а также образованием льда, под действием которого изменяются меж- и внутримолекулярные взаимодействия гидрофильных групп белков. Мороженая рыба имеет более жесткую и сухую консистенцию, чем охлажденная.

В процессе замораживания рыбного сырья вода превращается в лед, что приводит к изменению концентрации тканевого сока и ионного равновесия. Среда становится кислой, рН среды сдвигается в кислую сторону на 1,5...2,0 единицы, нарушаются связи между отдельными молекулами веществ, содержащихся в тканевом соке.

При понижении температуры хранения замедляются гидролитические процессы. Однако в зоне температур от—2 до —10°С гидролиз ускоряется; при дальнейшем понижении температуры он замедляется, однако полностью не приостанавливается даже при —30...—40°С.

При замораживании в рыбе происходит разрушение гликогена, креатинфосфата, аденозинтрифосфорной кислоты, некоторых пигментов. Особенно быстро эти соединения разрушаются в зоне температур от —1 до —5°С. При этих же температурах наблюдается быстрая денатурация белков, в результате которой уменьшаются их растворимость, способность к набуханию, водоудерживающая способность. Денатурация белков влияет на состояние мышечной ткани. Консистенция становится более жесткой, сухой, нарушается коллоидное состояние.

В процессе замораживания происходят гистологические изменения в структуре пищевого сырья. У сырья до замораживания ткани упругие, волокна плотно прилегают друг к другу. При быстром замораживании гистологическая структура изменяется меньше, чем при медленном замораживании.

При замораживании наблюдается усушка пищевых продуктов, которая зависит от их вида, размера, физиологического состояния, способа разделывания, а также скорости замораживания, вида охлаждающей среды и целого ряда других факторов. Если пищевой продукт перед замораживанием упакован в водо- и паронепроницаемую тару, то потеря воды будет незначительной. Однако иней может осаждаться внутри упаковки, если между поверхностью продукта и упаковкой будет воздушное пространство. Продукты, замораживаемые неупакованными, утрачивают в результате потери воды 0,5…1,5 % своей массы и больше, что зависит от температуры, скорости и способа замораживания, а также от вида продукта. У измельченных продуктов (например, фарша) усушка больше, чем у неизмельченных.

При замораживании в пищевом сырье подавляется жизнедеятельность микроорганизмов. Многие из них (80...90 % от первоначального содержания) погибают. Это является результатом воздействия на микроорганизмы низкой температуры, увеличения концентрации тканевого сока при превращении воды в лед, изменения рН среды. Максимальная гибель микроорганизмов наблюдается в интервале температур от 0 до —5 °С.

Гистологические исследования показывают, что сырье животного происхождения целесообразно замораживать до наступления в нем посмертного окоченения или же в состоянии расслабления его тканей. При замораживании в стадии посмертного окоченения на мышечную ткань оказывают влияние неблагоприятные условия, создающиеся в процессе замораживания (увеличение концентрации тканевого сока, изменение рН среды, солевого состава мышечного сока и т.д.).

Вымораживание воды в биологических системах при пони­жении их температуры ниже криоскопической существенно из­меняет теплофизические свойства продуктов. Свойства сухих ве­ществ продуктов при их замораживании практически остаются постоянными. Следовательно, основной и почти единственной причиной изменения теплофизических свойств пищевых продук­тов при замораживании является превращение свободной воды в лед, так как теплофизические свойства воды и льда различны (табл. 5).

Таблица 5


Теплофизические свойства воды и льда

Показатель

Вода

Лед

Удельная теплоемкость, кДж/(кг·К)

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)

Коэффициент температуропроводности, м2

4,19

0,56 0,00045

2,12

2,24

0,00365

Полная удельная теплоемкость продуктов при заморажива­нии включает скрытую теплоту фазового превращения (льдооб­разования) воды. Значение qω максимально при начальной криоскопической температуре продукта и уменьшается с пони­жением его температуры.

В тепловых расчетах процессов замораживания пользуются условной теплоемкостью замороженных продуктов, в которую не включают скрытую теплоту льдообразования. Эту условную удельную теплоемкость можно определить по следующему вы­ражению:

см = сс (1 — W) + сл + св W(1-ω), (1)

где см — условная удельная теплоемкость мороженых продуктов, кДж/(кг·К);

сс — удельная теплоемкость сухих веществ, кДж/(кг·К), для продуктов животного происхождения сс составляет 1,34—1,68 кДж/(кг·К),

слудельная теплоемкость льда, кДж/(кг·К), сл =2,12 кДж/(кг·К);

свудельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К), св =4,24 кДж/(кг·К);

W—массовая доля воды в продуктах;

ω — относительное количество вымороженной воды (определяется при той температуре, для которой необходимо вычислить удельную теплоемкость).

Преобразовав выражение (1) и подставив в него значения сл и св, получим

см = со — (св — сл) Wω = со — 2,12 Wω, (2)

где со — удельная теплоемкость незамороженного продукта (при начальной криоскопической температуре), кДж/(кг·К).

Теплоту льдообразования для единицы массы продукта при изменении температуры на один градус qω [в кДж/(кг·К)] на­ходят по формуле

qω = (ω2 — ω1) Wrл

где (ω2 — ω1) — разность относительных количеств вымороженной воды при изменении температуры на один градус;

W—массовая доля воды в продук­тах;

rлудельная скрытая теплота льдообразования, кДж/(кг·К), rл=335 кДж/кг (при 0 °С).

Удельную теплоту льдообразования при различных темпера­турах приближенно вычисляют по формуле rл =335+2,12t где t температура мороженого продукта, °С.

Полная удельная теплоемкость замороженного продукта

сω = см + qω

где сω— полная удельная теплоемкость замороженного продукта, кДж/ (кг·К);

см —условная удельная теплоемкость замороженного продукта, кДж/(кг·К);

qω — теплота льдообразования единицы массы продукта при изменении тем­пературы на один градус, кДж/(кг·К).

Разница между значениями сω и см максимальна при началь­ной криоскопической температуре, когда см = со , a qω имеет наи­большее числовое значение. После окончания вымерзания воды qω = 0 и сωм.

Для вычисления полной удельной теплоемкости некоторых пищевых продуктов при температурах ниже криоскопической можно пользоваться приближенной эмпирической формулой

сω = n — m/t, (3)

где сω —полная удельная теплоемкость мороженого продукта, кДж/(кг·К);

t—температура, при которой определяется полная теплоемкость мороженого продукта, °С.

Значения постоянных n и m в формуле (3) приведены в табл. 6.

Таблица 6

Продукт

n

M

Говядина

0,670

39,40

Свинина

при W == 52 %

0,545

29,20

при W == 76,8 %

2,810

11,53

средние значения

1,885

17,35

Пикша, треска, морской окунь

0,755

37,30

В отличие от удель­ной теплоемкости коэф­фициент теплопровод­ности нельзя подсчитать по обычным законам сме­шения. Когда в продук­тах не происходит льдо­образования, коэффици­ент теплопроводности их меняется мало, поэтому в технических расчетах его можно при­нимать постоянным. Если при понижении температуры в про­дукте начинается льдообразование, то это значительно влияет на теплопроводность вследствие того, что коэффициент тепло­проводности у льда примерно в 4 раза больше, чем у воды. Это позволяет представить теплопроводность замораживаемого про­дукта в функции от температуры.

Коэффициент теплопроводности льда в технических расчетах принимают в пределах 2,22—2,33 Вт/(м·К), считая ее постоян­ной. В действительности теплопроводность льда при понижении температуры увеличивается почти по линейной зависимости, до­стигая при —120°С около 3,84 Вт/(м·К):

λл = 2,22 (1+0,005 t),

где λл — коэффициент теплопроводности льда, Вт/(м·К);

t — температура льда по шкале Цельсия (по абсолютной величине).

Для пищевых продуктов, содержащих от 70 до 80 % воды (мясо рыбы),

λм = λo + 0,9 ω, (4)

где λм — коэффициент теплопроводности замороженных продуктов, Вт/(м·К);

λo коэффициент теплопроводности продуктов при температуре выше криоскопической, Вт/(м·К);

ω — относительное количество воды, вымороженной при данной температуре.

Для расчета коэффициента теплопроводности некоторых пи­щевых продуктов при замораживании можно пользоваться при­ближенной эмпирической формулой

λм = п + m/t, (5)

где λм коэффициент теплопроводности замороженных продуктов, Вт/(м·К);

т и п—постоянные, значения которых приведены в табл. 7.

Таблица 7

Продукт

п

т

Треска, пикша

Судак

Рыба частиковая

1,23

1,19

1,48

0,58

0,77

1,03

Говядина

Свинина

1,50

3,36

1,08

1,55

Возрастание теплопроводности продукта при понижении тем­пературы практически заканчивается с окончанием льдообразования, если пренебречь дальнейшим незначитель­ным изменением тепло­проводности льда и дру­гих составляющих. Зна­чения коэффициента теп­лопроводности некоторых пищевых продуктов све­жих и замороженных представлены в табл. 8, из которой следует, что коэффициенты теплопроводности свежих и замороженных про­дуктов сильно различаются.

Таблица 8

Продукты

Коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м К)

свежего λм

Замороженного λм

Рыба тощая

Рыба жирная

Треска (филе)

0,455—0,500

0,500

0,535

1,1—1,4

1,57

1,20

Температуропроводность продуктов с началом льдообразо­вания возрастает, так как одновременно уменьшается теплоем­кость и увеличивается теплопроводность. Возрастание темпера­туропроводности при понижении температуры продукта практи­чески заканчивается с завершением льдообразования в нем. Расчетный коэффициент температуропроводности

ам = λм /(см ρм),

где ам — расчетный коэффициент температуропроводности продукта, м2/с;

λмкоэффициент теплопроводности замороженных продуктов, Вт/(мК);

см — удельная расчетная теплоемкость замороженных продуктов, Дж/(кгК);

ρм — плотность замороженного продукта, кг/м3.

Для большинства пищевых продуктов

ам = ао + (2,08·10-6) ω, (6)

где ам — расчетный коэффициент температуропроводности замороженных продуктов, м2/с;

ао коэффициент температуропроводности продуктов при температуре выше криоскопической, м2/с;

ω — относительное количество воды, вымороженной из продуктов при данной температуре.

Вы здесь: Главная Пищевая промышленность Холодильная обработка рыбных продуктов