Криофизика пищевой промышленности изучает поведение пищевых продуктов
при низких температурах, закономерности теплообмена, фазовых переходов,
а также методы сохранения структуры, вкусовых и питательных свойств.
Применение низких температур позволяет замедлять биохимические процессы,
микробиологическую активность и химические реакции, обеспечивая
долговременное хранение продуктов без использования консервантов.
Замораживание пищевых
продуктов
Механизм замораживания Процесс замораживания
представляет собой фазовый переход воды в пищевом продукте из жидкого
состояния в кристаллическое (лед). Основные стадии замораживания:
- Переохлаждение – температура продукта опускается
ниже 0 °C без образования кристаллов льда.
- Нуклеация – образование начальных центров
кристаллизации.
- Кристаллизация – рост ледяных кристаллов,
сопровождающийся выделением скрытой теплоты кристаллизации.
Ключевые моменты:
- Размер и структура ледяных кристаллов напрямую влияют на текстуру
продукта после размораживания.
- Быстрое замораживание образует мелкие кристаллы, что минимизирует
повреждение клеточных структур.
- Медленное замораживание способствует формированию крупных
кристаллов, вызывая разрыв мембран и потерю сока.
Методы замораживания:
- Воздушное замораживание – холодный воздух
циркулирует вокруг продукта. Применяется для овощей, фруктов,
полуфабрикатов.
- Контактное замораживание – продукт контактирует с
охлажденной поверхностью (например, металлические ленты).
- Криогенное замораживание – использование жидкого
азота или углекислого газа. Позволяет достигать сверхнизких температур,
снижая образование крупных кристаллов.
Влияние
низких температур на микробиологию и ферментативные процессы
Микробиологические эффекты
- Замораживание значительно замедляет рост микроорганизмов, однако не
уничтожает их полностью.
- При низких температурах активность патогенной микрофлоры минимальна,
что обеспечивает безопасное хранение.
- Резкие колебания температуры (повторное замораживание и
размораживание) могут способствовать размножению некоторых
микроорганизмов после оттаивания.
Ферментативные эффекты
- Ферменты остаются активными при отрицательных температурах, хотя
скорость реакций резко снижается.
- Для замедления ферментативного окисления витаминов и пигментов
применяют предварительную бланшировку овощей и фруктов перед
замораживанием.
Криохимические
изменения в пищевых продуктах
Состояние воды в продукте
- Связанная вода (внутри клеток) кристаллизуется медленнее, чем
свободная вода, что влияет на текстуру.
- Процесс замораживания сопровождается концентрацией растворенных
веществ в жидкой фазе, что может изменять осмотическое давление.
Химические реакции при низких температурах
- Скорость окислительных реакций липидов и белков снижается, что
замедляет прогоркание и порчу продукта.
- Медленнее протекает распад витаминов, особенно аскорбиновой кислоты
и витаминов группы B.
Размораживание и его
особенности
Принципы размораживания
- Медленное размораживание при холодильных температурах (0–4 °C)
сохраняет структуру продукта, минимизирует потери сока.
- Быстрое размораживание (например, микроволновое) сокращает время, но
может вызывать локальный перегрев и деградацию структуры.
Физико-химические эффекты размораживания
- Ледяные кристаллы плавятся, вода возвращается в жидкое состояние,
что может приводить к частичному разрушению клеточной ткани.
- Возможны локальные концентрации солей и сахаров, влияющие на вкус и
консистенцию.
Криогенные технологии и
инновации
Использование сверхнизких температур
- Сверхбыстрое замораживание жидким азотом позволяет получать
криогенные продукты с практически неизменной структурой.
- Технологии криогенной дробления и порошкообразования обеспечивают
создание сухих замороженных ингредиентов с высокой растворимостью.
Совмещение с упаковкой
- Вакуумная упаковка и модифицированная атмосфера снижают
окислительные и микробиологические процессы во время хранения.
- Комбинация криоконсервации с барьерными материалами позволяет
хранить продукты месяцами без потери качества.
Технические аспекты
криохранения
Оборудование
- Холодильные камеры с регулированием температуры и влажности.
- Конвейерные морозильники для массового производства.
- Криогенные резервуары для жидкого азота и углекислого газа.
Контроль качества
- Измерение температуры и времени замораживания для стандартизации
процессов.
- Оценка структуры продукта после размораживания (визуально и
микроскопически).
- Химический анализ содержания влаги, витаминов и
макронутриентов.