Изменение состава и свойств плодов и овощей при замораживании.
Интенсивность и характер изменений продуктов при замораживании зависят от условий и
122
параметров процесса, а также качественных характеристик плодов и овощей. Специфика
состава и строения плодов и овощей, особенности и взаимосвязь протекающих в них физико-
химических и биохимических реакций оказывают существенное влияние на сохранение их
свойств.
При замораживании вода превращается в лед, что изменяет осмотические условия и
резко сокращает скорость большинства биохимических процессов в плодах и овощах.
Замораживание приводит к повышению концентрации растворенных веществ вследствие
миграции влаги из микробной клетки во внешнюю среду на
первой стадии и к
внутриклеточной кристаллизации воды на последующих стадиях, а также нарушению
согласованности биохимических реакций за счет различий в степени изменения их ско-
ростей.
Устойчивость микробной клетки к замораживанию зависит от вида и рода
микроорганизмов, стадии их развития, скорости и температуры замораживания состава
среды обитания. Наиболее высокая степень отмирания микроорганизмов наблюдается при
температуре -4...-6 °С, а их рост и размножение полностью исключаются при -10...-12 °С. В
этих условиях плоды и овощи не подвергаются микробиологической порче, хотя полного
уничтожения микроорганизмов не происходит. В замороженных ягодах или фруктово-
ягодных соках при температуре хранения выше -8
0
С под действием дрожжей происходит
спиртовое брожение и накапливается спирт.
При определении условий и режимов замораживания стремятся максимально
учитывать особенности свойств и строения плодов и овощей, чтобы достичь максимальной
обратимости процесса.
Особенности состояния плодов и овощей при замораживании обусловливаются
фазовым переходом воды в твердое состояние и повышением концентрации растворенных в
жидкой фазе веществ. Процесс кристаллообразования приводит к изменению физических
характеристик плодов и овощей, сопровождающемуся изменениями физико-химических,
биохимических и морфологических свойств.
Размер, форма и распределение кристаллов льда в структуре плодов и овощей
зависят от их свойств и условий замораживания. Состояние мембран и клеточных оболочек,
их проницаемость, ионная, молярная концентрация растворенных веществ отдельных
структурных образований растительных тканей, степень гидратации основных компонентов
предопределяют особенности распределения льда в системе, размер и форму кристаллов.
Более низкая концентрация растворенных веществ в межклеточном пространстве
определяет разницу в значениях криоскопических температур структурных элементов,
вследствие чего кристаллы льда формируются в первую очередь в межклеточной жидкости.
При температуре ниже точки замерзания водяной пар в
крупных межклеточных
пространствах начинает конденсироваться в виде капелек влаги на прилегающих клеточных
стенках. Эта вода и превращается в первые микроскопические кристаллики льда, которые
распространяются, обволакивая стенки клеток. Кристаллы разной формы (в виде линз,
разветвленные и др.) разрастаются между клетками эпидермиса и паренхимы. Процесс
сопровождается повышением осмотического давления вследствие роста концентрации
растворенных в жидкости солей, что, в свою очередь, обусловливает миграцию влаги из
клеток. Дальнейший рост кристаллов происходит за счет влаги, содержащейся в клетках, что
объясняется разницей в давлении пара поверхности разных кристаллов.
При понижении температуры в клетках сначала наступает состояние
переохлаждения, а затем спонтанно возникают центры кристаллизации, приводящие к
образованию внутриклеточного льда. Граница перехода из одного агрегатного состояния в
другое обусловлена не только концентрацией раствора, свойствами отдельных его
компонентов, но и рядом других факторов. Так, в тонких капиллярах воду можно
переохладить до -20 °С. Граница переохлаждения отдельных растворов пищевых продуктов
различна, а температура ниже этой границы или механическое встряхивание приводят к
очень быстрому, практически массовому превращению воды в лед.
При медленном замораживании с образованием крупных кристаллов вне клеток
изменяется первоначальное соотношение объемов за счет перераспределения влаги и
123
фазового перехода воды. Быстрое замораживание предотвращает значительное
диффузионное перераспределение влаги и растворенных веществ и способствует
образованию мелких, равномерно распределенных кристаллов льда.
С изменением скорости замораживания по мере перемещения границ фазового
перехода от периферии к центру продукта изменяются размер и характер распределения
кристаллов льда. Наиболее мелкие кристаллы образуются в поверхностных слоях продукта.
Максимальное кристаллообразование в плодах и овощах происходит при
температуре от -2 до -8
0
С. При быстром прохождении этого интервала можно избежать
значительного диффузионного перераспределения воды и образования крупных кристаллов.
Степень повреждения тканевых структур плодов и овощей при замораживании зависит от
размеров кристаллов льда и физико-механических превращений, протекающих в тканях на
молекулярном уровне.
На размер кристаллов льда и характер их распределения между структурными
элементами существенно влияют состав и свойства плодов и овощей. Так, лук, картофель и
некоторые другие овощи покрыты плотной естественной оболочкой, что способствует
переохлаждению, тогда как капуста белокочанная, не имеющая такой оболочки, не
переохлаждается из-за крупных межклетников и большого содержания свободной воды.
Сильное влияние на характер кристаллообразования оказывает также степень
зрелости плодов. В недозрелых плодах содержится значительное количество свободной воды
и происходит в основном внутриклеточная кристаллизация, что губительно действует на
клетки. В созревших плодах накапливается пектин, обладающий высокими гидрофильными
свойствами. Он связывает значительное количество воды и способствует образованию
гелеобразной структуры, что положительно сказывается на обратимости процесса
замораживания.
Замороженные плоды и овощи приобретают новые свойства: твердость (следствие
превращения воды в лед), плотность, интенсивность и яркость окраски (результат
оптических эффектов) и др.; кроме того, значительно изменяются их теплофизические
свойства.
Вследствие снижения кинетической энергии молекул при понижении температуры,
повышения вязкости внутриклеточной жидкости, уменьшения растворимости газов и
диффузии веществ значительно снижается скорость химических реакций, однако полное
прекращение их возможно только при абсолютном нуле (-273 °С).
При постепенном вымораживании влаги в жидкой фазе продукта повышается
концентрация минеральных солей (электролитов), агрессивных по отношению к белкам и
оказывающих наиболее повреждающее действие на ферментные системы. При этом
происходит как ускорение, так и замедление отдельных реакций, меняется их
направленность. В первую очередь при замораживании повреждаются ферментные системы
дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования митохондрий, вследствие чего
исчезают основные жизненные функции: дыхание и способность к генерации энергии.
Поскольку при замораживании плодов и овощей окислительно-восстановительные
процессы, присущие свежим продуктам, сдвигаются в сторону окислительных реакций,
качество полученного продукта зависит в основном от степени активности оксидоредуктаз,
среди которых особое значение имеют полифенолоксидаза, аскорбатоксидаза, каталаза и
пероксидаза.
Деятельность ферментов является, пожалуй, основной причиной появления
посторонних привкусов в продуктах. При этом, как правило, снижается содержание
крахмала и витамина С, увеличиваются кислотность и количество редуцирующих сахаров, в
результате ферментативного потемнения изменяется окраска продукта, ухудшаются
консистенция, вкус, запах.
Из-за разрушения части ферментов при замораживании нарушаются
сбалансированность и координация отдельных реакций, их синхронность. При этом
устойчивая к изменению рН инвертаза проявляет активность в широком диапазоне (3 — 7,5),
что инициирует реакции накопления сахаров в замороженных плодах и овощах.
124
Сохранение активности пектолитических ферментов способствует повышению
гидрофильных свойств коллоидов и уменьшению степени повреждения клеток. В
зависимости от вида продукта они оказывают различное действие: в ткани сливы эти
ферменты теряют активность и замороженный продукт имеет плотную консистенцию, в
яблоках же их активность приводит к размягчению ткани.
Каталаза и пероксидаза катализируют дегидрирование аминокислот, фенолов,
аминов, флавонов и др., при этом ухудшается качество плодов и овощей, которые
приобретают посторонние привкусы. Каталаза и пероксидаза часто действуют
антагонистически по отношению друг к другу. Так, в неразрушенных тканях каталаза
тормозит действие пероксидазы; в разрушенных действие последней более активно. В
отдельных случаях эти ферменты оказывают одинаковое действие.
Некоторые ферменты (липаза) сохраняют активность даже при очень низких
температурах.
Изменения углеводов при замораживании в значительной степени зависят от их
состава. Так, имеются сведения, что высокомолекулярные углеводы в процессе
замораживания подвергаются агрегатированию. Для систем, богатых крахмалом, характерно
снижение способности связывать воду.
Изменение состава и содержания витаминов при замораживании зависит от их
химической структуры, вида и строения ткани. Потери витаминов имеют место при
предварительной обработке сырья и непосредственно в процессе замораживания. Наиболее
устойчивы к замораживанию тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, каротин.
Непосредственно при замораживании теряется около 10 % витамина С, а с учетом
подготовки сырья (бланширование, мойка и др.) потери могут составить до 20 — 30 %.
Сохранению витамина С при замораживании способствует интенсификация процесса.
При замораживании плодов и овощей в неупакованном виде неизбежны
поверхностное испарение и сублимация части воды, что приводит к усушке продукта. Так,
при замораживании разных видов неупакованных плодов и овощей в туннельном морозиль-
ном аппарате с принудительной циркуляцией воздуха при -35 °С потери массы колеблются
от 0,2 до 0,9 %.
Достарыңызбен бөлісу: |