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 температуре¹, но не ниже ее. Конечная температура охлажденных продуктов находится обычно в пределах 0-4°С. Некоторые продукты охлаждают и до более низкой температуры. Например, яйца, отдельные виды плодов охлаждают до температуры на 1-3°С ниже их точки замерзания и хранят в переохлажденном состоянии.

__________________________________________________________

¹ Криоскопической температурой, или точкой замерзания растворов, называют температуру, при которой начинается выделение твердой фазы. Соответственно криоскопической температурой пищевых продуктов называют температуру, при которой начинают выделяться из тканевых соков кристаллы льда.

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 30°С он длится только 3 ч. Если же выдоенное молоко сразу охладить до 0°С 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 20°С кислотообразование в молоке начинается через два дня, а при 0° - через три недели.

В скоропортящихся продуктах растительного происхождения - 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.

Одно 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 сопровождается 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.

ОХЛАЖДАЮЩИЕ СРЕДЫ

Охлаждение продуктов производят в различных средах: в воздухе, холодной воде или рассоле, в тающем льде или снегу.

Чаще охлаждающей средой служит воздух. Правда, охлаждение в воздухе протекает менее интенсивно, чем, например, в жидкой среде. Кроме того, при дефиците влаги в воздухе, охлаждение в нем сопровождается испарением влаги с поверхности продуктов, а следовательно, потерей их массы. Тем не менее эта охлаждающая среда является самой распространенной и универсальной для всех продуктов. Воздух не имеет запаха и практически на большинство продуктов не оказывает химического воздействия, если не считать окисляющего действия на жиры, содержащегося в воздухе кислорода.

Для интенсификации охлаждения в воздухе применяют разные способы. В первую очередь повышают скорость его движения и увеличивают перепад температур между воздухом и охлаждаемым продуктом.

В воздухе охлаждают мясо и мясные продукты, птицу, яйца, масло и молочные продукты, плоды, овощи, ягоды, кондитерские изделия, кулинарию и другие продукты.

При охлаждении в рассоле продукты погружают в него или орошают им. В ряде случаев перед охлаждением продукт заключают во влагонепроницаемую оболочку. Такое охлаждение называют бесконтактным. Соответственно охлаждение в жидкой среде без оболочки называют контактным. Охлаждение в жидких средах происходит интенсивнее, чем в воздухе, так как коэффициент теплоотдачи к жидкости намного больше, чем к воздуху. Но при охлаждении в жидкости продукт теряет свой внешний вид, просаливается, набухает. При бесконтактном же охлаждении в этой среде снижается теплоотдача и усложняется технологический процесс. Практическое применение жидких охладителей относительно ограничено.

В последние годы широко применяют для охлаждения тушек птицы холодную (ледяную) воду. Тающий лед или снег используют для охлаждения таких продуктов как рыба, некоторые овощи и зелень.