Přednáška 4

Aleš Rajchl
Ústav konzervace potravin
Číslo dveří: B266
[email protected]
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-1K-1
skupenské teplo krystalizace vody 335 J.kg-1K-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
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
vzorek
 seefrozen
 doublefrozen
* faktor 2,65
Obsah citrátů a soli
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*
vzorek
*PMD – pod mezí detekce
Luhování v lázních
luhování filetů
bilance hmotnosti
110
zmrazené
105
po rozmrazení
16
máčení 1 hod
%
obsah bílkovin [%]
18
100
máčení 2 hod
máčení 3 hod
95
14
0
2
čas [h]
4
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