Информация для плодоовощного бизнеса СНГ
Заморозка плодов черной смородины - эффективное решение проблемы обеспечения потребления их от урожая к урожаю
Плоды и ягоды играют важную роль в питании человека. Естественные же условия нашей страны обуславливают сильно выраженную сезонность их потребления. Решить проблему обеспечения населения плодами на протяжении года возможно за счет их консервирования. Наиболее прогрессивный метод консервирования - заморозка.
Благодаря техническому прогрессу производство замороженных продуктов в мире стремительно растет. Внедрение низкотемпературных транспортных средств и торгового холодильного оснащения дало возможность доставлять замороженные продукты в любые населенные пункты. Росту потребления таких продуктов оказывала содействие и поставка на рынок домашних морозильников, в которых поддерживается режим -18ºС и ниже, что позволяет хранить запас замороженных продуктов. Их потребление в высокоразвитых странах составляет от 40 до 100 кг в год. Ежегодно производство увеличивается на 5-7%.
Высокая степень сохранения пищевой ценности и органолептических свойств позволяет считать, что замороженные плоды мало отличаются от свежих. Важнейшие показатели пищевой ценности свежих плодов будто фиксируются и остаются без значительных изменений даже при длительном хранении. Это связано с тем, что заморозка ингибирует не только биохимические процессы в клетках, а и значительно тормозит развитие микрофлоры.
Заморозка сопровождается глубоким снижением температуры плодов и превращением влаги в лед, который обуславливает изменения в структуре тканей продукта, степень которых зависит от скорости заморозки. При медленной заморозке плодов при относительно высоких температурах (-4-8оС) лед образуется, в первую очередь, в межклеточных пространствах. Внутри клеток, где концентрация сока выше, чем в межклеточниках и, соответственно температура замерзания его ниже, лед образуется медленнее. Образование льда в начальный период заморозки продукта и связанное с этим увеличение концентрации сока в межклеточных пространствах приводит к повышению осмотического давления. Вода из клеток переходит в межклеточное пространство, где замерзает на гранях образованных кристаллов. При этом клетки обезвоживаются, а в межклеточных пространствах образуются крупные кристаллы, которые неравномерно распределяются в тканях. Они давят на соседние клетки и вызывают повреждение клеточных оболочек. Возникают наиболее разнообразные и глубокие изменения коллоидной системы. Обезвоживание и коагулирующее действие заморозки, а также повреждение оболочек клеток приводят к их гибели. При последующем размораживании плодов образованная влага не успевает поглощаться, сок вытекает, продукт теряет свои естественные свойства: изменяет консистенцию, становится водянистым, вялым.
Быстрая заморозка (температура -27-40оС) не вызывает значительной деформации структуры тканей. При быстрой заморозке скорость охлаждения плодов резко возрастает, кристаллы льда образуются одновременно в межклеточных пространствах и в клетках. Извлечения влаги из последних не проходит, как при медленной заморозке. Чем быстрее осуществляется процесс, тем больше образуется кристаллов и меньше их размер. А это оказывает содействие равномерному их распределению в клетках и тканях, что не вызывает значительное повреждение клеточных оболочек. При размораживании быстрозамороженных плодов больше клеток связывают влагу, потери клеточного сока не настолько значительны.
Ассортимент замороженных плодов и ягод довольно широкий. Но повышенный спрос для населения представляют такие плоды: клубника, черная смородина, вишня, абрикосы, черешня, слива.
Именно такая структура ассортимента определяет задачу в области повышения качества замороженной продукции. Прежде всего, следует выделить признаки, которые обуславливают пригодность сортов для заморозки. Это минимальное изменение влагоудерживающей способности растительной ткани после заморозки (показатель влагоотдачи), структурная прочность тканей плодов, их стойкость к растрескиванию и, соответственно, повышенное содержание полисахаридов, которые обеспечивают относительную стабильность консистенции мякоти и целостность покровных тканей замороженной и размороженной продукции, высокое содержание сухих веществ, сахаров, антоцианов, которые обуславливают темную (сине-красных тонов) окраску кожицы плодов; высокое содержание витаминов С, Р.
Экспериментально определены эффективные способы предварительной обработки сырья с целью стабилизации консистенции, окраски, содержания витаминов. В зависимости от вида плодов - это обработка растворами аскорбиновой, сернистой, лимонной, яблочной кислот, водной вытяжкой коры дуба, чайной настойки, а также подсушивание, замораживание в собственном соку, в сахарных сиропах, пересыпка сахаром-песком, частичном осмотическом обезвоживании в концентрированных растворах сахарозы. Подготовка сырья к заморозке зависит от вида плодов.
Характерно, что плоды черной смородины, вишни, темно-плодные сорта черешни и сливы отлично выдерживают заморозку без какой-нибудь предварительной обработки.
Упаковка имеет существенное влияние на качество замороженных продуктов, потери массы и условия теплоотдачи. Наличие упаковки предупреждает или значительно снижает степень неблагоприятного действия внешней среды на продукт, уменьшает усушку, окислительные процессы, потери или поглощение ароматических веществ, возможность механического повреждения. Так, криоскопическая температура образца, продолжительность кристаллизации его без упаковки значительно ниже, чем образца одинакового размера в упаковке.
В Украине на основе широкого исследования разнообразных способов упаковки и видов упаковочных материалов (более 20) для продуктов рекомендованы варианты упаковки в пленку из сарана, в полиэтиленовые пакеты и коробки из картона, ламинированного полиэтиленом с целлофановыми вкладышами.
Следует отметить еще недостаточно изученные технологические особенности замороженных плодов, вопрос технологического сортоизучения и технологической направленности в их использовании. Хотя известно, что в пределах одного вида плодов помологические сорта часто резко отличаются друг от друга относительно пригодности к заморозке.
Ограниченные сроки хранения плодов черной смородины и исключительная их ценность как самостоятельного продукта и сырья для переработки составляет острую проблему их длительного хранения. Один из практически реальных способов консервирования плодов - заморозка.
Преимущества быстрой заморозки плодов черной смородины
По определению Международного холодильного института и Комитета FAO, термин "быстрая заморозка" следует употреблять в случае, когда при заморозке имеет место прохождение зоны максимального образования кристаллов льда (то есть температурной области, которая у большинства продуктов находится в пределах от -1 до -5°С). Заморозку считают оконченной, когда равновесная температура достигает -18°С. В процессе хранения и транспортирования продуктов температура поддерживается на уровне -18°С і ниже и обеспечивается минимальный уровень температурных колебаний. Эффект сохранения качества достигается, если более 80% свободной воды продукта при заморозке превращается в лед и в таком состоянии хранится.
Скорость движения фронта области замораживания при быстрой заморозке продукции составляет 5-20 см/ч, при обычной (средней) - 1-5 см/ч, при медленной - 0,1-1 см/ч. Криогенная заморозка - сверхбыстрая заморозка (скорость кристаллизации - 100 см/ч), которую осуществляют в криогенных жидкостях (жидкий азот, жидкий СО2, фреон) методами орошения или погружения.
Принципиально чем ниже температура, тем лучшего качества замороженные продукты. Но, с другой стороны, концентрация влаги, которая возникает под влиянием очень низких температур, отрицательно влияет на обращение коллоидов клетки, и этим снижается качество размороженных продуктов.
Продолжительность заморозки. Идея быстрой "шоковой" заморозки состоит в форсировании режимов охлаждения, замораживания и домораживания. Это обеспечивается путем увеличения скорости отбора тепла в продуктах за счет снижения температуры среды до -27-35°С и ускоренным движением хладоносителя (воздух) интенсивным обдуванием. Дальнейшее снижение температуры вводит в неоправданные расходы мощностей и повышение деформации, растрескивание плодов, неравномерность процесса становится слишком большой.
При быстрой заморозке температурная инициация льдообразования в плодах черной смородины резко снижается и составляет -15,7-15,8°С, что в 2 раза ниже, чем при медленной. Это свидетельствует о быстром отборе тепла от плодов, динамическом проникновении холода в их середину и консервирующем действии. Максимально низкая температура, которая вызывает льдообразование плода, достигает -17,6-17,9°С. После чего интенсивность тепловыделения резко снижается, плоды приобретают температуру -20-20,8°С. В медленно замороженных плодах соответствующее значение температур - -22-24°С. Что объясняется большей потерей влаги на протяжении заморозки плода. Указанные температуры являются оптимальными для хранения замороженных плодов черной смородины.
В зависимости от сорта плодов при медленной заморозке продолжительность замораживания - 17-20 мин. Снижение тепловыделения длится до 22-24 мин. Весь период замораживания плода - 37 мин.
Продолжительность льдообразования в плодах при быстрой заморозке в среднем 2 мин. Снижение тепловыделения проходит до 3,6 мин. Весь период замораживания плода составляет 5,6 мин. Это в 6,6 раза быстрее, чем при медленной заморозке.
Большое значение для скорости заморозки и качества плодов имеет их исходная температура. Оптимальная начальная температура для заморозки - 0°С. При таких условиях необходимо на 20-40% меньше времени, чем при температурах плодов 20оС и 10°С. Это сокращает затраты электроэнергии, увеличивает пропускную способность морозильной камеры.
Промышленная заморозка осуществляется, как правило, в воздушном потоке при скорости движения от 1,5-2,5 м/сек. до 7 м/сек. и больше.
На температуру и скорость заморозки плодов влияет степень зрелости плодов, срок послеуборочных операций.
Структура тканей плода. Установленные технологические аспекты анатомического строения околоплодника черной смородины, который отличается наличием утолщенных оболочек клеток эпидермиса и гиподермы (экзокарпий); мелких паренхимных и больших пузыревидных клеток, заполненных водянистым соком (мезокарпий); склероидного, хорошо выраженного слоя внутреннего эпидермиса; наибольшего студенистого слоя - собственно мякоти (эндокарпий).
Наблюдается значительное отличие в строении однослойного эпидермиса помологических сортов по толщине биологических капилляров (межклеточных пространств), сетке их разветвлений, плотности формирования клеток.
Сочная часть плода черной смородины практически формируется ариллусами. Это образования, которые возникают на семенах на протяжении их развития. Клетки ариллусов покрывают семена вдоль ребер в виде язычков. С течением времени ариллусы противоположных плацент срастаются, и каждая семечка становится окруженной со всех сторон их клетками. Ариллусы в той или иной мере окружают семечку, но не срастаются с семенной кожурой. В спелых плодах оболочки клеток ариллусов обволакиваются слизью, становятся тоньше, прерывчаты и превращаются в тяги пектиновой слизи. Это существенно влияет на структуру замороженных плодов.
Интенсивность и характер изменений в плодах черной смородины при заморозке, безусловно, зависят от условий и параметров процесса. Но качественные характеристики плодов, специфика их строения, особенности и взаимосвязи физико-химических и биохимических процессов, которые протекают, имеют существенное влияние на сохранность их свойств на протяжении заморозки.
В тканевом соке плодов, который представляет собой полидисперсный раствор, формирование льда определяется совместным влиянием компонентов на протекание процесса. Кроме того, структура ткани плода существенно влияет на развитие процесса, ограничивая его рамками микрохранилища, в котором льдообразование протекает.
Нами установлено, что после заморозки сок в мякоти плода черной смородины приобретает стекловидное (аморфное) состояние. Такое состояние отличается от кристаллического тем, что молекулы вещества распределяются хаотически, а не по определенному стереометрическому плану, как это проходит при кристаллизации. Стеклообразование в протоплазме клеток называют витрификацией воды. При стекловидном состоянии ткань приобретает свойства твердого тела.
Криозащитные свойства в плодах черной смородины проявляют пектиновые вещества. Если предположить, что некоторая часть связанной воды мигрирует в область льдообразования, то частички пектина могут сблизиться настолько, что золь перейдет в гель. В пектиновых гелях вода полностью не замерзает. Кроме того, пектиновые вещества имеют высокие гидрофильные свойства. Они связывают значительное количество воды, которая оказывает содействие образованию гелевидной структуры. Гидрофильные коллоиды особенно стойкие против действия низких температур. Водная оболочка таких золей находится под большим давлением, что затрудняет замерзание воды. Таким образом, затвердению жидкости в стекловидном состоянии оказывает содействие увеличение ее вязкости при низких температурах, что затрудняет перегруппировку молекул в кристаллические структуры.
При быстром нагревании стекловидное состояние может перейти в жидкое, минуя кристаллическое. При этом исключается структурное разложение, которое наступает после внутриклеточной кристаллизации, предупреждается гибель клеток и достигается возвратность процесса заморозки, от которого зависит максимальное сохранение качества плодов.
Установленные нами закономерности льдообразования в плодах черной смородины имеют практическое значение. Ведь ясно, что при заморозке плодов черной смородины вредоносное действие низких температур на структуру мякоти минимально. Причем со снижением температуры и повышением скорости отбора тепла, вследствие "температурного шока", вредоносное механическое давление на клетку уменьшается, так как происходит затвердение влаги без ее распределения, что уменьшает деструктивные изменения. Но не следует отвергать теорию солевой денатурации, которая объясняет повреждение клеток при заморозке вследствие гиперконцентрации солей как внутри, так и вне клетки.
Потери массы. Поскольку на протяжении заморозки плодов биоколлоиды протоплазмы изменяются, ослабляется их связь с молекулами воды - связанная вода переходит в свободную. С последней связаны потери массы плодов. Одной из главных причин уменьшения массы плодов на протяжении заморозки является испарение воды и окисление органических веществ в начале заморозки, а потом сублимация ее при хранении продукции. Связывание свободной воды может оказывать содействие снижению потерь массы при заморозке и хранении плодов.
Потери массы имеют не только экономическое значение, а и влияют на качество замороженных плодов. Они зависят от суммарной поверхности плодов, давления водного пара над ними и в окружающей среде при соответствующей температуре, относительной влажности воздуха, упаковки, скорости заморозки.
Преимущества быстрой заморозки проявляются уже в период замораживания. Средние потери массы плодов в этот период при быстрой заморозке до 1,2%, тогда как при медленной - 1,5%.
Установлены безусловные преимущества полиэтиленовой пленки для хранения замороженных плодов. Общие потери массы в полиэтиленовых пакетах в 6-7 раз ниже.
За 10 мес. хранения в полиэтиленовых пакетах они составляли 0,3-0,42% в зависимости от сорта. Существуют определенные закономерности в формировании потерь. Наибольшие потери массы плодов в первые три месяца хранения. Уже на протяжении 4-5 мес. хранения их уровень снижается. После 6 мес. хранения потери массы плодов почти стабильны.
Склонность к растрескиванию и влагоудерживающая способность. Важнейший показатель, который характеризует пригодность плодов к заморозке, - критерий криорезистентности (показатель влагоудерживающей способности). В научных статьях, которые освещают вопрос заморозки продуктов, можно встретить и другие термины: соковыделение, потери сока, влагоотдача, сокоотдача, сокоудерживающая способность. Это связано с разными методами определения показателя. Тем не менее, не изменяется сущность исследований.
Теория механического действия льда в большей мере подтверждает потери сока. Изменение консистенции и частичное отделение клеточного сока проходит как следствие повреждения целостности клеточных оболочек - при преобразовании жидкой воды в твердую фазу объем увеличивается. Степень таких изменений зависит от природы плода.
Влагоудерживающая способность плодов черной смородины коррелирует со склонностью их к растрескиванию. При быстрой заморозке склонность к растрескиванию плодов снижается в 2,5 раза, а потери сока - в 2,5-4 раза. Очевидны преимущества полиэтиленовых пакетов для упаковки и хранения плодов. У них количество растресканных плодов и потери сока в 1,5-2 раза ниже.
На протяжении хранения быстрозамороженных плодов в полиэтиленовых пакетах пропорционально ежемесячно увеличивается склонность плодов к растрескиванию на 0,2-1,2% и соответственно возрастают потери сока на 0,01-0,07%.
Отличием замороженных плодов черной смородины является высокая влагоудерживающая способность. При условиях даже 100% растрескивания плодов (теоретически) потери сока в быстрозамороженных плодах после дефростации могут составлять 2,7-3%, а в медленно замороженных - 4,2-4,5% (возможно до 6,3%).
Но влагоудерживающую способность нельзя связывать только с растрескиванием плодов. Ведь потери сока не пропорциональны количеству растресканных плодов. Существуют и внутренние факторы, которые определяют влагоудерживающую способность плодов - структура, химический состав, формы связи воды и др.
Показатели химического состава. Общий вывод о том, что по внешнему виду, аромату, вкусу, пищевой и биологической ценности замороженные плоды практически не отличаются от одноименных свежих, немного преувеличен. Это обусловлено не только глубокими физико-химическими изменениями в биоколлоидах протоплазмы клеток на протяжении заморозки, которые вызывают нарушение структуры тканей, а и достаточно высокой ферментативной активностью.
Изменения в показателях химического состава замороженных плодов происходят уже в течение заморозки. С учетом потерь массы содержание сухих растворимых веществ, сахаров, кислот уменьшается на 5-7%. Снижение уровня сухих растворимых веществ и сахаров на этапе заморозки составляет соответственно 53-63% и 47-52% от общего уменьшения содержания веществ.
На протяжении хранения уровень сухих растворимых веществ, сахаров снижается на 5-17% от содержания в плодах после заморозки. Одновременно наблюдается прогрессирующее увеличение кислот. До конца 10 мес. хранения - на 6-16% по сравнению с содержанием кислот в только замороженных плодах. Но с учетом снижения их количества на протяжении заморозки, кислотность плодов до конца хранения остается в пределах свежих или возрастает на 0,1-0,2%, что составляет 2,3-7%.
Объективный показатель состояния плодов - сахарно-кислотный индекс. Величина его для плодов черной смородины низкая (1,7-3,5), что характеризует их вкус как кислый. На протяжении заморозки плодов индекс остается неизменным или незначительно повышается. До конца 10 мес. хранения плодов, пропорционально повышению содержания кислот в них, отмечается тенденция к постепенному снижению показателя в 1,2 раза.
В динамике аскорбиновой кислоты наблюдается резкое снижение ее на этапе заморозки: 15-20% в быстрозамороженных и 22-24% в медленно замороженных. На протяжении хранения плодов количество аскорбиновой кислоты уменьшается за 6 мес. на 27-30% в быстрозамороженных и на 30-37% в медленно замороженных; за 8 мес. соответственно на 33-36% и 43-48%; за 10 мес. - соответственно 38 и 52%. То есть с увеличением продолжительности хранения потери аскорбиновой кислоты в замороженных плодах существенно возрастают. Но 40-55% всех потерь ее происходит на протяжении заморозки.
Причины нежелательного снижения аскорбиновой кислоты в замороженных плодах связаны с нарушением ферментативного окислительно-восстановительного процесса. При заморозке активность ферментов резко снижается. При дефростации окислительные ферменты восстанавливают активность быстрее, аскорбиновая кислота невозвратно окисляется. Этому оказывает содействие и доступ кислорода вследствие деструктивных изменений в тканях плода.
Преимущества быстрой заморозки в сохранности содержания сахаров, кислот, аскорбиновой кислоты в плодах проявляются уже на протяжении заморозки - потери указанных компонентов ниже в 1,2-1,6 раза. При хранении тенденция остается. Причем быстрозамороженные плоды имеют в 1,3 раза выше содержание аскорбиновой кислоты, чем медленно замороженные.
Органолептические показатели. Физико-химические и биохимические процессы, которые протекают в замороженных плодах, обуславливают изменение цвета, формы, вкуса, аромата. Плоды - это десертный продукт, и оценка их по вкусоароматическим показателям, бесспорно, важна. Быстрозамороженные плоды даже после 10 мес. хранения имеют общую оценку - 4 балла, тогда как медленно замороженные - только 3,7 балла (по пятибалльной оценке). А по показателям внешнего вида и консистенции мякоти оценка быстрозамороженных плодов в 1,2 раза выше.
Срок хранения замороженных плодов существенно влияет на их дегустационную оценку. В период заморозки, главным образом, изменяется внешний вид и окраска, а при хранении - аромат, вкус, консистенция.
Погодные условия. Существует прямая корреляционная зависимость между гидротермическим коэффициентом (ГТК) и потерями массы замороженных плодов. Со снижением ГТК уменьшаются потери массы.
При условиях низших температур воздуха и повышенной влажности на протяжении вегетации количество растресканных плодов и потери сока после дефростации в 1,5 раза выше.
Содержание компонентов химического состава свежих плодов черной смородины при благоприятных условиях вегетационного периода наиболее высоко, а после заморозки остается тенденция к меньшим потерям их на протяжении хранения. В отношении содержания кислот и аскорбиновой кислоты существует противоположная закономерность. Способ заморозки имеет высочайшую силу влияния на содержание сухих растворимых веществ (90%), аскорбиновой кислоты (44%), сахаров (21%), кислот (14%). Влияние погодных условий вегетации на динамику химических компонентов в замороженных плодах весомо: аскорбиновой кислоты (55%), сахаров (70%), кислот (74%).
Особенности сорта. Биометрические, анатомические, структурные, биохимические особенности сорта - это те внутренние факторы и механизмы, которые обуславливают наследственные признаки сорта и являются главными при определении пригодности плода к заморозке. Важно установить наследование тех признаков, которые предоставляют преимущества плодам при заморозке и хранении.
По физическим изменениям в замороженных плодах сортов, которые исследовали, преимущества имели плоды сорта Новость Прикарпатья. Потери массы в период заморозки их в 1,2-1,4 раза ниже по сравнению с плодами других сортов. Общие потери массы на протяжении хранения в полиэтиленовых пакетах ниже на 0,2-0,7%.
Показатели склонности к растрескиванию плодов, потери сока при дефростации в плодах сорта Новость Прикарпатья уже при заморозке в 1,5 и в 2,5 раза ниже, чем в плодах сортов Минай Шмирев и Пилот О. Мамкин и в плодах сорта Белорусская сладкая. На протяжении хранения указанная тенденция остается. Уровень показателей в плодах сорта Новость Прикарпатья более чем в 4 раза ниже по сравнению с плодами других сортов.
По основным компонентам химического состава, вкусу, содержанию аскорбиновой кислоты преимущества за плодами сорта Белорусская сладкая. Химический состав замороженных плодов сортов Новость Прикарпатья, Минай Шмирев, Пилот О. Мамкин в большой мере зависит от погодных условий. При благоприятных погодных условиях вегетационного периода по химическому составу они не уступают плодам сорта Белорусская сладкая.
Срок хранения. С учетом всех показателей, для замороженных плодов сортов Минай Шмирев, Новость Прикарпатья, независимо от способа заморозки, целесообразно хранение до 10 мес. Для плодов сортов Пилот О. Мамкин и Белорусская сладкая при медленной заморозке срок хранения необходимо ограничивать до 8 мес.
Н. Осокина,
докторант,
Уманский государственный аграрный университет
Обсудить в форуме (1 сообщение)