Физические и биохимические изменения в пищевых продуктах при охлаждении

В холодильной технологии процессом охлаждения ши­роко пользуются для сохранения пищевых продуктов.

Охлаждают пищевые продукты на холодильниках до температуры, близкой к их криоскопической темпера­туре, но не ниже ее. Конечная температура охлажден­ных продуктов находится обычно в пределах 0–4⁰С. Не­которые продукты охлаждают и до более низкой темпе­ратуры. Например, яйца, отдельные виды плодов охлаж­дают до температуры на 1–3⁰С ниже их точки замерза­ния и хранят в переохлажденном состоянии.

Конечная температура охлажденных продуктов игра­ет важную роль в сохранении их от порчи. Для каждого вида продукта существует своя оптимальная температу­ра хранения, отклонения от которой могут привести к значительному ухудшению его качества. В большой степени качество охлаждаемых продуктов и в дальнейшем успех их хранения зависят также и от скорости охлажде­ния. При недостаточных темпах понижения температуры продукта интенсивность разрушительных микробиологи­ческих и ферментативных процессов может опережать процесс охлаждения. И тогда, прежде чем продукт охла­дится до нужной конечной температуры, в нем могут про­изойти нежелательные изменения. Характер этих изме­нений зависит от многих факторов, и прежде всего, от вида продукта и его исходного состояния. Ниже кратко рассмотрены возможные изменения при охлаждении в основных пищевых продуктах. Наиболее наглядно выра­жаются изменения в мышечной ткани при охлаждении.

В мышечной ткани после смерти животного возника­ют интенсивные биохимические процессы, связанные с расщеплением входящих в нее углеводов и эфиров фос­форной кислоты. При этом выделяется энергия в виде тепла (тепло экзотермии). Исследования показали, что для отвода тепла за счет экзотермических реакций тре­буется холода не менее 10% основного расхода его на охлаждение.

Тепло, образующееся за счет биохимических процес­сов, необходимо своевременно и быстро отводить. В про­тивном случае качество охлаждаемого продукта может значительно ухудшиться. Так, при недостаточном темпе охлаждения мяса может появиться так называемый за­гар. Он проявляется в виде неестественного цвета ткани и специфического неприятного запаха в глубинных сло­ях наиболее толстых частей туш или полутуш мяса.

Причиной загара является повышение температуры мышц за счет биохимических реакций до пределов, при которых могут происходить денатурационные фермента­тивные процессы распада аминокислот с освобождением летучих веществ.

Состояние мышечной ткани при охлаждении, а также хранении в охлажденном виде обусловливается главным образом изменением белковых веществ.

Мышечная ткань получает энергию за счет гидролиза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Концентрация ее относительно мала. Во время жизни АТФ быстро ресинтезируется, используя энергию, выделяющуюся при окисле­нии гликогена в углекислоту с образованием воды. После смерти животного обмен веществ в мышечной ткани неко­торое время продолжается. Однако гликолиз замедляется и не может больше поддерживать на прежнем уровне об­разование АТФ. Поскольку концентрация АТФ падает до критической величины, она больше не способна противо­действовать образованию поперечных связей между ос­новной частью мышечного актина и миозина. Это приво­дит к посмертному окоченению мышечной ткани, свя­занному с потерей эластичности и обычно с медленным необратимым ее сокращением.

Продолжающееся образование молочной кислоты вызывает снижение величины рН мышечной ткани, при­близительно с 7,2 (при жизни) до так называемой пре­дельной величины рН, которая обычно равна 5,5. Эта ве­личина рН находится рядом с изоэлектрической точкой мышечных белков, при которой они обладают минималь­ной способностью удерживать воду. С увеличением пре­дельной величины рН способность ткани удерживать во­ду возрастает.

Таким образом, существует прямая связь между ско­ростью гликолиза и степенью сокращения мышечных во­локон, которому они подвергаются в процессе посмертно­го окоченения.

Как и большинство химических реакций, посмертный гликолиз зависит от температуры. Чем ниже температу­ра, при которой возникает этот процесс, тем ниже скорость его протекания. Таким образом, если туша хранит­ся после смерти животного при обычной температуре окружающего воздуха, скорость уменьшения рН, вели­чины АТФ и наступления посмертного окоченения воз­растает. Однако если мясо быстро охлаждается, интен­сивность этих процессов снижается и влагоудерживающая способность мышечной ткани остается сравнительно высокой. Окоченение замедляется.

Посмертное окоченение наступает не сразу после убоя животного, а через какое-то время, в течение кото­рого мясо сохраняет свойства, близкие к свойствам пар­ного мяса. После максимума посмертного окоченения на­чинается процесс постепенного снятия его, так называ­емый процесс разрешения окоченения, или созревания мяса. Этот процесс обусловлен частичной диссоциацией актомиозина в актин и миозин, а в основном - переходом актомиозина из сокращенного в расслабленное состоя­ние. В результате возрастает водоудерживающая спо­собность мышечной ткани. Однако увеличение водоудерживающей способности происходит до определенного предела, после которого она всегда остается меньшей, чем у мышечной ткани до охлаждения. Сходные явления наблюдаются и у мяса птицы.

В рыбе посмертный гликолиз в общем протекает так же, как и в мясе, и аналогичны явления, связанные с посмертным окоченением. Качественным различием меж­ду рыбой и мясом является пониженное содержание гли­когена в рыбе. Соответственно, посмертное снижение ве­личины рН в рыбе наблюдается в меньшей степени, а со­противление к бактериальному росту на поверхности ниже, чем у мяса. Для многих разновидностей ры­бы бактериальная порча является преобладающим фактором.

В молоке, сливочном масле, яйцах и других продуктах животного происхождения происходят изменения, вызы­ваемые главным образом микробиологическими фактора­ми. Разумеется, в них не может быть таких биохимичес­ких процессов, как в свежем мясе или свежевыловленной рыбе. Но и микробиологические процессы могут зна­чительно опережать темпы охлаждения продукта и при­водить к его порче. Следовательно, и для этих продуктов требуется быстрое охлаждение. Практика показывает, чем быстрее и глубже охлаждены свежие продукты, тем лучше сохраняется их первоначальное качество.

Некоторые свежие продукты животного происхожде­ния по своей биологической природе в течение более или менее длительного периода обладают бактерицидными свойствами. В этот период в них происходит резкое тор­можение развития микроорганизмов. Но в зависимости от условий такой период может быть очень коротким. Для удлинения его тоже требуется своевременное и быстрое охлаждение продукта. Например, свежевыдоен­ное молоко некоторое время обладает бактерицидными свойствами. В течение этого так называемого бактери­цидного периода в нем подавляются микробиологические процессы и сохраняется качество. Но бактерицидный период может быть очень коротким. Так, при температу­ре 30⁰С он длится только 3 ч. Если же выдоенное молоко сразу охладить до 0⁰С и хранить при этой температуре, то продолжительность бактерицидного периода составит около двух суток. Вообще же своевременно и быстро ох­лажденное молоко может храниться относительно долго. Пороки в нем появляются тем позже, чем ниже темпера­тура хранения. Например, при 20⁰С кислотообразование в молоке начинается через два дня, а при 0⁰ – через три недели.

В скоропортящихся продуктах растительного проис­хожде-ния – плодах, овощах, ягодах - изменения в пер­вую очередь происходят вследствие протекающих в них биохимических процессов. Дело в том, что жизнедеятель­ность этих продуктов продолжается и после отделения их от материнских растений. Но после съема плодов и овощей почти полностью прекращается поступление в них новых веществ извне, и их жизненные процессы про­должаются за счет ранее накопленных соединений.

Одном из основных и важных проявлений жизнедея­тельности плодов и овощей после их съема является ды­хание. При дыхании они поглощают из окружающего воздуха кислород, выделяя углекислоту, влагу и некото­рое количество тепла. Исходным материалом для дыха­ния служат углеводы (сахара, крахмал), органические кислоты, жиры, азотистые и другие вещества, входящие в состав плодов и овощей. Следовательно, дыхание со­провождает-ся уменьшением в продуктах ценных состав­ных частей, что приводит к ухудшению их качества и, разумеется, потере массы. При прочих равных условиях с понижением температуры сильно замедляется дыхание плодов и овощей, благодаря чему увеличивается их стойкость. Особенно резко затормаживаются в них био­химические процессы при быстром охлаждении.

Интенсивность дыхания зависит от вида и сорта пло­дов и овощей, степени их зрелости, температуры и скоро­сти движения окружающей среды и некоторых других факторов. Повышенная интенсивность дыхания свойст­венна ягодам, зелени и некоторым видам овощей. Плоды усиленно дышат в стадии созревания. Но у различных плодов интенсивность дыхания разная. Она не является постоянной даже для одного и того же вида плодов. Усиленно дышат плоды, получившие механические по­вреждения ткани.

Очень важным фактором, влияющим на дыхание пло­дов и овощей, является температура. Чем выше темпера­тура, тем скорее протекают процессы обмена в плодах и овощах, а следовательно, быстрее наступает их созре­вание, перезревание и, наконец, порча. Понижение тем­пературы сильно замедляет жизненные процессы в пло­дах и овощах. Особенно резко затормаживаются эти про­цессы при быстром охлаждении. Например, интенсивность их дыхания при быстром охлаждении может быть сокращена в 5–6 раз. Поэтому главной задачей охлаж­дения продуктов растительного происхождения является замедление в них жизненных процессов.

Большая роль в ухудшении качества продуктов расти­тельного происхождения отводится и микробиологическо­му фактору. На поверхности плодов имеется большое количество микроорганизмов. На неповрежденной по­верхности эти микроорганизмы находятся в неактивном состоянии. Но при повреждении поверхности они активи­зируются за счет выделяющихся соков. Кроме того, не­которые из них проникают внутрь тканей и наряду с дру­гими факторами вызывают порчу продукта.

Весьма активно действуют микроорганизмы в плодах и овощах, получивших механические, повреждения (ране­ных, помятых), и особенно при нарушении целости ко­жицы.

Ослабление действия микробиологического фактора в плодах и овощах путем их охлаждения достигается од­новременно с торможением в них биохимических про­цессов.

К весьма существенным изменениям продуктов расти­тельного происхождения приводит также испарение из них влаги. Потеря влаги отрицательно влияет на качество плодов и овощей. Они становятся менее нежными, скорее увядают и легче подвергаются заболеваниям. Радикаль­ной мерой борьбы с этим является поддержание на до­статочно высоком уровне влажностного режима окружа­ющего воздуха.