Механізм вимерзання води (теорія кристаллообразования)
Сторінка 1 з 3
Процес заморожування тканин - це перш за все процес замерзання тканинної рідини, т. Е. Розчину невеликій концентрації.
Оскільки в воді продукту розчинені мінеральні та органічні речовини, фазове перетворення починається при відведенні тепла в момент порушення стану переохолодження. При цьому зниження температури супроводжується відповідною зміною концентрації рідкого розчину.
Кріоскопічна температура залежить від концентрації розчину, ступеня дисоціації розчинених речовин і властивостей розчинення. Кріоскопічна температура продуктів тваринного походження нижче 0 ° С.
Вільна вода знаходиться в міжклітинному просторі продукту і є розчинником мінеральних речовин. При температурах нижче криоскопической вона перетворюється на лід. У міру виморожування вільної води збільшується концентрація солей в незамерзлого міжклітинному розчині, що призводить до зміщення криоскопической температури в область більш низьких температур. При цьому виморожування води відбувається поступово, з підвищенням концентрації залишився розчину. При досягненні концентрації, визначеної для даного розчину (тканинного соку), він весь застигає в суцільну тверду масу, звану евтектикой; температура її освіти називається евтектичною.
У холодильній технології воду, яка перейшла в твердий стан, прийнято називати вимороженої. Експериментально встановлено, що приблизно три чверті води, що міститься в м'ясі, птиці, рибі і яйцях, і до половини - в картоплі виморожується при температурі до -4 ° С. Вважається, що повне виморожування вільної води продовольчих продуктів відбувається при зниженні їх температури до -30 ° С.
На якість заморожених продуктів великий вплив мають розмір, форма і розподіл кристалів льоду, що утворюються в продукті при заморожуванні. Характер кристаллообразования залежить від стану клітинних оболонок, концентрації розчинених речовин в клітинах, ступеня гідратації білків і інших властивостей продукту. Велике значення має також швидкість заморожування.
Швидкість заморожування визначається швидкістю просування кордону розділу між рідкої і отверділої фазами від поверхні замораживаемого продукту до його термічного центру. Слід розрізняти середню швидкість заморожування і номінальну.
Хороші результати забезпечує швидкість заморожування. при якій тривалість дії критичних температур не перевищує 30 хв.
При повільному заморожуванні спочатку утворюються кристали льоду з позаклітинного тканинного соку відносно невисокою концентрації. Підвищений тиск пари над переохолодженої, але ще не затверділої рідиною всередині клітини викликає дифузію водяної пари через стінки клітин, що призводить до утворення великих кристалів льоду, що травмують тканини, повільне заморожування призводить до повної втрати вільної води всередині клітин (процес кріоосмоса або кріоконцентраціі). У замороженої таким чином тканини всередині клітин, які втратили пружність, знаходиться незамерзлого розчин, а весь утворився лід - поза клітинами. При цьому кількість пошкоджених клітин перевищує 70%.
При швидкому заморожуванні утворюються дрібні кристали льоду, які рівномірно розподілені по всій товщі замораживаемого продукту. Води майже без переміщення переходить в лід за місцем її знаходження до заморожування. При цьому травмуючий дію кристалів на клітини і тканини мінімально.
При ультрашвидкий заморожуванні 90% всіх кристалів льоду формується всередині клітин при мінімальному пошкодженні тканини. Існує кілька теорій, що пояснюють механізм пошкодження клітин і тканин при заморожуванні різними повреждающими факторами:- механічний - через тиск утворюються кристалів льоду
- на будову тканин;
- осмотический - внаслідок надмірної дегідратації клітин; хімічний - за рахунок гіперконцентрації солей як поза, так і
- всередині клітин.
- Всі ці фактори є результатом кристалізації води і
- переходу її в лід.
При повільному заморожуванні процес кристаллообразования починається при певній температурі (нижче криоскопической) перш за все в міжклітинних і межволоконних просторах, мають більш високу кріоскопічні точку через меншу концентрації солей і органічних речовин і слабкіше пов'язаних водою з гідрофільними колоїдами продукту.
Поява кристалів льоду призводить до збільшення концентрації речовин в шарі розчину, що прилягає до поверхні кристала. Внаслідок різниці концентрацій розчину всередині і поза клітинами виникають відтік вологи з волокон і клітин і наморажіваніе її на поверхні кристалів.