ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ВЫМЕРЗАНИЯ ВЛАГИ В МЯСЕ РЫБЫ И РЫБНОМ ФАРШЕ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены основные особенности процесса заморажи­вания рыбных фаршей. Описаны изменения влагосодержания в белковых пищевых продуктах. Определена основная классификация процессов замораживания и их отдельные характеристики.

Ключевые слова: технические средства замораживания; пищевой рыбный фарш; структура влаги, рациональные режимные параметры.

Производство формованной рыборастительной продукции в промышленных условиях в широком ассортименте позволяет оптимально реализовывать рыбное сырье по сравнению с реализацией рыбы в целом, неразделанном охлажденном или замороженном видах, это в определен­ной степени решает задачу продовольственного обеспечения населения и является экономически целесообразным. Учитывая дефицит белка животного происхождения наряду с избыточным потреблением живот­ных жиров, разрабатываются рецептуры замороженных рыбораститель­ных полуфабрикатов функционального назначения, с максимальным вовлечением в технологический процесс различных видов рыбного и растительного сырья [1, 2, 3, 4].

Целью исследования является анализ особенностей механизма замораживания и вымерзания влаги в мясе рыбы и рыбном фарше при различных режимах обработки влияющих на эффективность производства замороженных рыбных фаршевых продуктов.

Консервирующий эффект при замораживании обусловлен тем, что при низких температурах замедляются микробиологические и биохимические превращения, вследствие чего растет до несколько месяцев срок хранения продукции. В результате отвода тепла от поверхности блока рыбного фарша на ней начинается льдо­образование, в то время как более глубокие слои, еще не достигшие криоскопической температуры, остаются незамороженными.

Относительное массовое содержание связанной влаги в фаршах практически неизменно и составляет примерно 10 % [5]. Молекулы воды прочно адсорбируются ионами группами и полимерными белками. При заморозке связанная влага практически не переходит из фазы в фазу. В свободной влаге межклеточного пространства, которая при снижении температуры ниже криоскопической подвергается льдообразованию, растворена основная масса минеральных веществ. Вследствие вымораживания не связанной с сухим скелетом влаги растет относительное содержание солей в незамороженном клеточном растворе, что ведет к снижению криоскопической температуры. При достижении, вследствие вымораживания, определенного содержания растворенных веществ в тканевом соке, клеточный раствор целиком превращается в твердую массу, так называемую эвтектику.

В мясе рыбы количество связанной влаги в среднем составляет 0,35 кг сухой массы [5], что соответствует 6÷10 % общего её содержания. Доля незамороженной воды в мясе рыбы возрастает по мере повышения температуры замораживания. В мясе рыбы замороженной до темпе­ратуры -30°С, -20°С, -10°С и -5°С, остается соответственно 8÷10 %, 9,5÷11 %, 13÷16 % и 20÷23 % незамороженной воды. Температура замораживания, определяющая непосредственно его скорость, в значи­тельной степени влияет также на количество и состав незамороженной воды. При медленном замораживании, когда скорость диффузии растворенного вещества больше скорости образования кристаллов, концентрация минеральных веществ и белков в незамороженной жидкой фракции значительно возрастает. При этом создаются благоприятные условия воздействия соли на белки. Это подтверждает результаты исследований, представленные в работе [5], показавшие, что раство­римость миофибриллярных белков форели в KCl при концентрации 0,45 (моль/л) снижается быстро при температуре -10°С, чем при -20 и -30°С. В измельченном мясе рыбы эти изменения происходят быстрее, чем в ткани с неразрушенной клеточной структурой.

Эмпирически определено, что приблизительно ¾ массы влаги мяса рыб, птицы, яиц и 1/2 – картофеля замораживается до -4⁰С. А полное замораживание свободной влаги пищевых материалов происходит при достижении -30⁰С.

Качественные показатели мороженой продукции в значительной степени зависят от размера, формы и дисперсного распределения кристаллов льда, которые, в свою очередь определяются состоянием оболочек, относительным содержанием растворенных веществ в клетках, а также степенью белковой гидратации белков и др. Превалирующее влияние на качество оказывает интенсивность замораживания.

Интенсивность заморозки обусловлена скоростью продвижения поверхности фазового раздела жидкости и твердого вещества от внешней поверхности замораживаемого объекта к его термоцентру. Скорость замерзания подразделяют на среднюю и номинальную. Удовлетвори­тельные результаты достигаются при скорости, обеспечивающей время воздействия критических температур не больше 30 мин [5, 6].

По признаку скорости замораживание классифицируется сле­дующим образом [6, 7]:

• медленное замораживание при скорости до 1 см/ч;
• ускоренное замораживание при скорости в диапазоне от 1 до 6 см/ч;
• быстрое замораживание при скорости в диапазоне 5 до 10 см/ч;
• сверхбыстрое замораживание при скорости в диапазоне 10 до 100 см/ч.

В случае медленного замораживания первоначально формируются ледяные кристаллы из внеклеточного сока тканей со сравнительно низкой концентрацией растворенных веществ. Повышенное паровое давление над переохлажденной внутриклеточной жидкостью ведет к диффузии паров воды через клеточные стенки и формированию укрупненных ледяных кристаллов, нарушающих целостность ткани. Такое замораживание ведет к полной утрате внутриклеточной свободной влаги. В замерзших тканях клеток, утративших упругие свойства, находится незамороженный раствор, а весь лед находится в межклеточном пространстве. При этом относительное число травмированных клеток превышает 70 %.

В случае быстрого замораживания формируются мелкоразмерные кристаллики льда, равномерно распределенные по объему объекта заморозки. Влага, практически не перемещаясь, локально переходит в льдообразное состояние. При этом разрушающее воздействие кристал­ликов на клетки ткани минимизируется.

В случае сверхбыстрого замораживания ориентировочно 90 % всех образующихся ледяных кристаллов находится во внутриклеточном пространстве, практически не повреждая ткани.

В принципе независимо от способа и интенсивности заморозки в тканевых клетках наблюдаются сложные структурные преобразования. К примеру, при снижении температуры материала до -8÷-10⁰С наблюдается интенсивное образование льда и, как следствие быстрый рост в жидкой фазе относительного содержания химических соединений, криоусадка продукта при молекулярном сближении и агрегации, что приводит к структурно-механическим перестройкам молекул белков и межмолекулярных реакциям. Структурная трансформация системы белковых микрочастиц равнозначна их денатурации с выделением тканевого сока при разморозке и ростом повышение содержания электролитов в жидкости. Зона наибольшего проявления денатурации попадает в температурную зону наибольшей степени кристаллизации тканевого раствора.

Очевидно, что связанная влага оказывает доминирующее влияние на сохранность исходной белковой структуры, что относится только к влаге, связанной с белковыми группами с энергией, превышающей энергию, освобожденную при фазовом переходе в кристаллическую ледяную структуру. Белки с более низкой энергетической связью теряют вымороженную влагу при агрегации белковых молекул. Стабильные белковые материалы обладают способностью удерживать влагу, позволяющей обеспечить сохранение исходной структуры после дефростации.

При заморозке снижается микробиальная порча продукта, ввиду уменьшения активности микроорганизмов. Микробиологическая устойчивость к низким температурам напрямую зависит от вида микроорганизмов, стадии развития и среды их обитания, а также режимных параметров процесса замораживания.

Однако после многомесячного хранения замороженной продукции при -18⁰С качественные различия сглаживаются в независимости от метода замораживания из-за рекристаллизации, движущей силой которой являются температурные колебания при хранении и разность упругости водяного пара над мелкими и крупными кристаллами. Над мелкими кристаллами упругость паров выше, что приводит к влагомиграции между мелкими и крупными кристаллами, причем, чем ниже температура, тем медленней рекристаллизация.

Из вышеизложенного следует, что при выборе способа и технических средств замораживания для получения качественного продукта необходимо проводить дополнительные исследования режимов и параметров заморозки в зависимости от характеристик исходного объекта.

В итоге, проведенный анализ особенностей механизма заморажи­вания и вымерзания влаги в мясе рыбы и рыбном фарше при раз­личных режимах обработки влияющих на эффективность производства замороженных рыбных фаршевых продуктов позволит решить задачу практической реализации по разработке оригинальных интенсивных способов, как предварительной подготовки сырья (измельчение, переме­шивание, формование), так и связанные с ними замораживание не только для переработки сырья, но и для производства полуфабрикатов, кули­нарных изделий и консервированных блюд при соблюдении условий экологической безопасности и снижении стоимости обработки пищевых продуктов холодом.

Список литературы:

1. Бойцова Т.М. Современные технологии пищевого рыбного фарша и пути повышения их эффективности. – Владивосток: ДВГУ, 2002. – 155 с.
2. Косой В.Д., Виноградов Я.И., Малышев А.Д. Инженерная реология биотехнологических сред. – СПб.: ГИОРД, 2005. – 648 с.
3. Тихомирова Е.К., Бредихина О.В., Абрамова Л.С. Современное производство кулинарных изделий из рыбного сырья // Рыбпром. – 2010. – №1.– С. 54–57.
4. Сафронова Т.М., Дацун В.М. Сырье и материалы рыбной промышленности: монография. – М.: Мир, 2004. – 272 с.
5. Колаковский Э. Технология рыбного фарша. – М.: Агропромиздат, 1991. – 220 с.
6. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, – 2004, 576 с.