Aleš Rajchl Ústav konzervace potravin Číslo dveří: B266 ales.rajchl@vscht.cz
Konzervace chladem / mrazem tradičně izolované prostory vyložené bloky ledu 1810 - Leslie v Anglii prvý chladící stroj 1840 - imerzním zmrazování v chladících směsích 1858 - Gorrie - první vzduchové chladící zařízení 1860 - Carré - absorpční chladící stroj s chladícími okruhy s vodou a čpavkem 1861 - první chladírna Austrálie okolo 1870 Linde - zdokonalení kompresního zařízení budovány chladírny s regulací teploty
Zmrazování a mrazírenské skladování Princip Zpomalení nebo zastavení nežádoucích změn Snížení podílu využitelné vody pro mikroorganismy Snížení aktivity vody v potravině Proces zahrnuje: Odebraní tepla z potraviny Ochlazení na bod tuhnutí vody v potravině Snižování teploty pod bod tuhnutí vody v potravině - tvorba krystalů ledu, koncentrace rozpuštěných látek, změny objemu Dosažení teploty mrazícího zařízení Mrazírenské skladování Odebrání tepla z potraviny měrné teplo vody 4200 J.kg -1 K -1 skupenské teplo krystalizace vody 335 J.kg -1 K -1 odebrání tepla vyprodukovaného dýcháním - dýchající potraviny (ovoce, zelenina) odebrání skupenského tepla složek potraviny (např. tuk)
Tvorba krystalů ledu Bod tuhnutí potraviny teplota, při které existuje minimální množství ledu v rovnováze s kapalnou vodou Nukleace krystalizačních center homogenní nukleace náhodná orientace a kombinace molekul vody heterogenní nukleace tvorba shluků molekul vody kolem suspendovaných částic nebo buněčných stěn přítomných mikroorganismů Rychlost zmrazování velikost krystalů
Průběh teploty během zmrazování potraviny AS - potravina je ochlazována pod hodnotu bodu mrazu SB - krystalizace vody, vzrůst teploty uvolnění skupenského tepla krystalizace ledu BC - odvádění uvolněného skupenského tepla - pomalejší pokles teploty CD - vzrůst teploty na eutektickou teplotu rozpuštěné látky (např. NaCl) -uvolňováno skupenské krystalizační teplo NaCl DE - pokračování krystalizace vody a rozpuštěných látek EF pokles teploty potraviny k teplotě mrazicího zařízení
Minimální teploty růstu a produkce toxinů potravinářsky významných mikroorganismů a některých patogenních mikroorganismů Teplota ( C) Rody a druhy mikroorganismů (projev) +15 Clostridium perfringens (produkce toxinů) +12 Bacillus cereus +10 Bacillus, Clostridium, Clostridium botulinum A,B (produkce toxinů), Staphylococcus aureus (produkce toxinů) +8,7 Staphylococcus (rozmnožování, růst) + 8,5 Clostridium perfringens (rozmnožování, růst) +7 Proteus, Escherichia +5 Micrococcus, Citrobacter, Salmonella (rozmnožování, růst), Vibrio parahaemolyticum, S. aureus (rozmnožování, růst) 3,3 Clostridium botulinum E, B* (produkce toxinů) 2 B. thermosphacta, Yersinia enterolytica, Aeromonas hydrophila 0 Lactobacillus*, Streptococus*, Micrococcus*, Brochotris thermosphacta*, Klebsiella, Enterobacter jejuni, Listeria monocytogenes, Aermonas hydrophila -2 B. thermosphacta, Yersinia enterocolytica, Aeromonashydrophila -4 Pseudomonas fluorescens, P. putida -5 Pseudomonas*, Acinetobacter*, Flavobacterium*, Moraxella -6 Pseudomonas fragi, P. putrefaciens -7 Kvasinky -8 Mucor*, Rhizopus*, Thamnidium* -12 Cryptococcus, Cladosporium -18 Fusarium*, Penicillium* *) jednotlivé rody nebo kmeny
Chladírenské skladování podmínky skladování Sklady - chlazení - proudící chlazený vzduch Teplota skladu trvale pod stanovenou hodnotou Tepelné vlastnosti skladu a zařízení Velikost vsádky Způsob použití skladu (frekvence otvírání a vstupu do chlazeného prostoru, teplota zaváženého zboží ) Charakter chlazených potravin (dýchající produkty - kompenzace tepla vznikajícího dýcháním). Vlhkost dýchající potraviny Chladírny s nuceným oběhem - kondenzace vody z chlazeného vzduchu na deskách výparníku vysušování prostředí chladírny nebo chladicího boxu potraviny mohou vysychat Chladírny bez nuceného oběhu teplý vlhký vzduch kondenzace vodní páry na výparníku stékající kondenzát - významný zdroj mikrobiologické kontaminace potravin
Vliv chlazení na potraviny zpomalení chemických, enzymových a fyzikálních změn fyziologické procesy u dýchajících potravin ztuhnutí tuků enzymové reakce autooxidace, warm-over-flavour (WOF) retrogradace škrobu a ztráta křehkosti pečiva migrace oleje z majonézy do zeleniny (zelí, salát) a změna jejich textury synereze šťávy a omáček v důsledku změn konzistence škrobu odpařováním vody u nezabalených potravin nutriční změny - nejsou příliš významné
Postupy a zařízení pro zmrazování Mechanické chladící stroje chladící media: ochlazovaný vzduch, voda, povrch kontakt s potravinou transport tepla Kryogenní zmrazovací zařízení tuhý nebo kapalný oxid uhličitý kapalný dusík nebo kapalné freony
Dle vyhlášky 366/2005 Sb. se zmrazenými potravinami rozumí hluboce zmrazené potraviny, které byly zmrazovány tak, aby byla pokud možno co nejrychleji překonána zóna maximální tvorby ledových krystalů. V hluboce zmrazených potravinách musí být po tepelné stabilizaci dosažena konečná teplota minus 18 C nebo nižší, a to ve všech částech výrobku. Z pohledu legislativy se tedy jedná o potraviny, které jsou zmrazeny rychle (quick-frozen) a současně hluboce (deepfrozen). Prakticky jsou tedy termíny quick-frozen a deep-frozen pokládány za synonymní.
Zmrazováním je míněna konzervace potraviny snížením teploty pod bod mrazu na hodnotu, při které se zpomalují, anebo zcela zastavují fyzikální, biochemické a mikrobiologické procesy v této potravině. Za hluboce zmrazené potraviny se dle vyhlášky 366/2005 Sb. nepovažují zmrzliny, mražené krémy a zmrazené máslo.
Hluboce zmrazené potraviny se kromě požadavků příslušné legislativy na obalu dále označí: Slovy, že potraviny byla hluboce zmrazena Datem minimální trvanlivosti při teplotě skladování minus 18 C nebo nižší Teplotou skladování Slovy po rozmrazení znovu nezmrazujte Mezi zmrazovací media, která mohou být použita v přímém kontaktu se zmrazovanou potravinou, patří: Vzduch Oxid uhličitý Kapalný dusík Vyjadřování teplot u zmrazených potravin: Nejvýše -18 C znamená teploty -18 C a vyšší. Nejméně -18 C znamená teploty -18 C a nižší.
Hluboce zmrazená zelenina a výrobky z hluboce zmrazené zeleniny Hluboce zmrazené ovoce a výrobky z ovoce, protlaky Hluboce zmrazené výrobky z brambor Hluboce zmrazené pekařské a cukrářské výrobky Hluboce zmrazené pokrmy, polévky a polotovary Hluboce zmrazené výrobky z vajec Hluboce zmrazené maso, masné výrobky a masné polotovary Hluboce zmrazené ryby, ostatní vodní živočichové, polotovary z ryb, ostatních vodních živočichů a ze strojně odděleného masa ryb a ostatních vodních živočichů, surimi
Změny probíhající v potravinách Vliv zmrazování Vliv mrazírenského skladování Změny v ledové formaci Odpařování vody Degradace barviv Ztráty vitamínů Oxidace tuků Rekrystalizace
Zmrazené potraviny jsou vzhledem ke skladování při nízkých teplotách velmi stabilní, mezi hlavní problémy ovšem patří: 1) Vymražování povrchu, kdy povrchová pletiva/tkáně jsou v důsledku sublimace ledu dehydratována. 2) Oxidace zmrazených produktů, pokud má k potravině přístup kyslík. U potraviny obsahující lipidy dochází k jejich pozvolné oxidaci. 3) Tvorba velkých krystalů ledu a změny textury, kdy v důsledku nesprávné rychlosti při zmrazování či kolísající teploty při skladování zmrazených potravin dochází ke vzniku větších krystalků ledu. V důsledku většího poškození pletiv/tkání dochází po rozmrazení ke ztrátám vody, současně dochází k nevratným změnám textury. 4) Nežádoucí přípachy. Pokud jsou potraviny nevhodně skladovány s aromatickými produkty (houby, drogistické zboží apod.), přebírají tyto pachy a mohou být následně senzoricky nevyhovující.
Ukázková studie rybí filety problém v obsahu rybího masa nedeklarované přídavky vody a aditiv vliv technologie na obsah vody dovozci x kontrolní orgány
Obsah rybího masa vzorek bílkoviny obsah masa* štikozubec argentinský 16,36 98,7 treska tmavá s kůží 17,36 103,9 aljašská treska - 1 15,75 94,4 aljašská treska - 2 10,91 65,3 aljašská treska - 3 12,72 76,6 filety blue whiting 11,70 70,6 filety z treskovitých ryb 8,25 49,5 pangas dolnooký 10,59 61,7 treska obecná čerstvá 17,68 107,5 seefrozen doublefrozen * faktor 2,65
Obsah citrátů a soli vzorek NaCl [mg/kg] k. citrónová [mg/kg] štikozubec argentinský 6,0 PMD* treska tmavá s kůží 2,9 PMD* aljašská treska - 1 2,9 PMD* aljašská treska - 2 0,8 2,1 aljašská treska - 3 1,0 PMD* filety blue whiting 2,1 1,8 filety z treskovitých ryb 1,3 4,5 pangas dolnooký 6,8 2,8 treska obecná čerstvá 1,6 PMD* *PMD pod mezí detekce
Luhování v lázních luhování filetů bilance hmotnosti 18 obsah bílkovin [%] 16 % 110 105 100 95 zmrazené po rozmrazení máčení 1 hod máčení 2 hod máčení 3 hod 14 0 2 4 čas [h] 90 1
Specifické změny Maso cold shortening Chlazení drůbeže ve vodě
Fig. 2 Effect of freezing protocols at 20<ce:hsp sp="0.25"/> C, at 80<ce:hsp sp="0.25"/> C and immersion in liquid nitrogen LN 2 on (a) apple firmness and (b) Young s modulus. Fresh apples were used as control. Means across repetitions are represented... Sophie Chassagne-Berces, Cécile Poirier, Marie-Françoise Devaux, Fernanda Fonseca, Marc Lahaye, Giuseppe Pigo... Changes in texture, cellular structure and cell wall composition in apple tissue as a result of freezing Food Research International Volume 42, Issue 7 2009 788-797 http://dx.doi.org/10.1016/j.foodres.2009.03.001
Fig. 4 Cryo-Scanning Electron Microscopy images of Golden Delicious tissue frozen in two different protocols. (a) Freezing by immersion in liquid nitrogen; (b) Freezing at 20 C. Ice crystals are arrowed. Scale bar = 200 μm. Sophie Chassagne-Berces, Fernanda Fonseca, Morgane Citeau, Michèle Marin Freezing protocol effect on quality properties of fruit tissue according to the fruit, the variety and the stage of maturity LWT - Food Science and Technology Volume 43, Issue 9 2010 1441-1449
Distribuce/skladování V případě otevřených prodejních mrazicích boxů se: a) jasně označí značka pro maximální zaplnění boxu; b) teploměr ukazuje teplotu v úrovni této značky na straně, kde se proud vzduchu obrací. Pokud je se zmrazenou potravinou manipulováno mimo mrazírenský prostor, musí být tato doba co nejkratší, aby se zabránilo povrchové kondenzaci a zvýšení teploty výrobku. Jako limitní jsou dle ČSN 56 9605 (Pravidla správné hygienické a výrobní praxe Hluboce zmrazené potraviny Základní požadavky) tyto časy: Celá paleta Poloviční paleta Čtvrtpaleta Velké rodinné balení Spotřebitelské balení 30 minut 30 minut 20 minut 20 minut 10 minut
Modelování chladírenského/mrazí renského skladu Stěny Plocha Vnitřní nebo vnější stěna? Je stěna ve stínu? Barva vnější stěny Střecha/strop Plocha Vnitřní nebo vnější strop? Je stěna ve stínu? Barva střechy Podlaha Plocha Má podlaha kontrolu teploty? Dveře Šířka dveří Výška dveří Vnitřní nebo vnější dveře Počet otevření dveří za den Doba otevření Objem dopravy, která prochází dveřmi když jsou otevřené Zabezpečení dveří Vlastnosti těsnění dveří Izolace Typ izolace stěn, podlahy, střechy Tloušťka izolace stěn, podlahy, střechy Tepelná zatížení Vysokozvižné vozíky Počet Velikost Zdroj energie Doba provozu Světla Doba provozu Intenzita osvětlení Účinnost Personál Počet Doba personál ve skladu krátkou ci dlouhou dobu? Produkt Hmotnost produktu na vstupu Teplota při přijetí Celková hmotnost ve skladu Druh Ztráta hmotnosti Odmražování Typ Ventilátory výparníků Počet Výkon na hřídely ventilátoru Motor uvnitř chlazeného prostoru? Účinnost motoru Ventilátor kondenzátoru Počet Výkon na hřídely každého ventilátoru Účinnost motoru Ostatní tepelná zátěž Průměrný výkon
http://www.khlim-inet.be/drupalice/models http://www.khlim-inet.be/drupalice/
Ztráty vitamínu C během skladování pomerančového džusu při -23 C H.S Lee, G.A Coates, Vitamin C in frozen, fresh squeezed, unpasteurized, polyethylene-bottled orange juice: a storage study, Food Chemistry, Volume 65, Issue 2, May 1999, Pages 165-168
Ztráty vitamínů během chladírenského skladování potravin
31