Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов

Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов

Замораживание является наиболее распространенным способом консервирования (сохранения) многих пищевых продуктов. Необходимый эффект при этом достигается в большей степени от воздействия низкой температуры, чем от образования льда. Образование льда в клеточных структурах пищевых продуктов и гелях имеет два важных следствия: а) неводные компоненты концентрируются в незамерзающей фазе (незамерзающая фаза существует в пищевых продуктах при всех температурах хранения) и б) вся вода, превращаемая в лед, увеличивается на 9% в объеме.

Во время замораживания вода переходит в кристаллы льда различной, но достаточно высокой степени чистоты. Все неводные компоненты поэтому концентрируются в уменьшенном количестве незамерзшей воды. Благодаря этому эффекту, незамерзшая фаза существенно изменяет такие свойства, как рН, титруемая кислотность, ионная сила, вязкость, точка замерзания, поверхностное натяжение, окислительно-восстановительный потенциал. Структура воды и взаимодействие «вода – растворенное вещество»  также могут сильно изменяться.

Эти изменения могут увеличить скорости реакций. Таким образом, замораживание имеет два противоположных влияния на скорость реакций: низкая температура как таковая будет ее уменьшать, а концентрирование компонентов в незамерзшей воде – иногда увеличивать.

Фактор возможности увеличения скорости различных реакций в замороженных продуктах необходимо учитывать при их хранении, поскольку этот фактор будет влиять на качество продукта (табл. 9.8).

Таблица. Примеры увеличения скорости ферментативных реакций при замораживании.

Тип реакцииОбразецТемпература, при которой наблюдалось увеличение скорости реакции, °С
Потеря гликогена и (или) аккумулирование молочной кислотыРыба, говядина, масло, птица–2,5 до –6
Деградация высокоэнергетических фосфатовТо же–2 до –8
Гидролиз фосфолипидовТреска–4
Окисление L-аскорбиновой кислотыЗемляника–6

Многочисленными исследованиями показано, что существенное снижение скорости реакций (более чем в 2 раза) имеет место при хранении пищевых продуктов в условиях достаточно низкой температуры (–18°С).

Физические свойства воды и льда

Вода имеет молекулярную массу примерно равную 18,02 и может существовать в состояниях жидкости, пара и льда. Для воды характерны высокая температура кипения и плавления, высокие значения теплоты фазовых переходов (плавления, парообразования, сублимации).

Воду обнаруживает необычное свойство расширяться при замерзании, вследствие чего плотность льда ниже, чем воды при той же температуре (табл. 10.2), что нехарактерно для других веществ при переходе из жидкого состояния в твердое. Среди других аномалий воды следует отметить высокое значение поверхностного натяжения и диэлектрической постоянной и значительную теплопроводность (табл. 9.4). Теплопроводность воды выше, чем других жидкостей, а льда – больше, чем других неметаллических твердых веществ. Следует также отметить, что теплопроводность льда при 0°С приблизительно в четыре раза больше, чем воды при той же температуре, т.е. лед проводит тепло значительно быстрее, чем иммобилизованная (неподвижная) вода, находящаяся в тканях. Если при этом учесть, что темературопроводность льда на порядок выше, чем воды, становится понятным, почему ткани замерзают быстрее, чем оттаивают, если задается одинаковая (но обратная) разность температур.

Влияние температуры на свойства воды и льда

ПоказателиВода при температуре 0°СЛед при температуре 0°С
Плотность, г/см30,99980,9168
Давление водяного пара, Па (мм рт. ст.)610,4 (4,58)610,4 (4,580)
Вязкость, Па·с1,787·10-3
Поверхностное натяжение, Н/мм75,6·10-3
Теплоемкость, Дж/кг·К4,222,10
Теплопроводность, Дж/м·с·К5,64·10222,40·102
Температуропроводность, м2/с1,3·10-51,1·10-4
Диэлектрическая постоянная8091

На рис. приведена в схематической форме (без строгого соблюдения масштаба) диаграмма состояния воды. Любой точке на диаграмме отвечают определенные значения температуры и давления.

Диаграмма состояния воды в области невысоких давлений

Диаграмма показывает те состояния воды, которые термодинамически устойчивы при определенных значениях температуры и давления. Она  состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости и пару.

Кривая ОА представляет зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры: точки кривой показывают те пары значений температуры и давления, при которых жидкая вода и водяной пар находятся в равновесии друг с другом.  Кривая ОА называется кривой равновесия жидкость — пар или кривой кипения.

Кривая ОС – кривая равновесия твердое состояние – жидкость, или кривая плавления, — показывает те пары значений температуры и давления, при которых лед и жидкая вода находятся в равновесии.

Кривая ОВ – кривая равновесия твердое состояние – пар, или кривая сублимации. Ей отвечают те пары значений температуры и давления, при которых в равновесии находятся лед и водяной пар.

Все три кривые пересекаются в точке О. Координаты этой точки – это единственная пара значений температуры и давления, при которых в равновесии могут находиться все три фазы: лед, жидкая вода и пар. Она носит название тройной точки.

Тройная точка отвечает давлению водяного пара 0,610 кПа (4,58 мм рт.ст.) и температуре 0,01°С.

Диаграмма состояния воды имеет значение при разработке технологических режимов для получения пищевых продуктов.

Превращения, происходящие с водой при атмосферном давлении, отражаются на диаграмме точками или отрезками, расположенными на горизонтали, отвечающей 101,3 кПа (760 мм рт.ст.). Так, плавление льда или кристаллизация воды отвечает точке D, а кипение воды – точке Е, нагревание или охлаждение воды – отрезку DE и т.п.

 

 

Ссылка на основную публикацию