[Materiał szkoleniowy] Cz.I Chłodzenie i zamrażanie

[Maxell]

WPŁYW PROCESÓW UTRWALANIA NA JAKOŚĆ MIĘSA I PRZETWORÓW MIĘSNYCH

 

W procesach przemian poubojowych mięsa (bezpośrednio po uboju, w okresie stężenia poubojowego i jego ustępowania, dojrzewania) zmiany zachodzące w poszczególnych jego składnikach (głównie białkach, tłuszczach i frakcji węglowodanowej) prowadzą do wykształcenia pożądanych cech sensorycznych i żywieniowych. Jeżeli w tym okresie mięso nie zostanie spożyte lub przetworzone, to przemiany te mogą doprowadzić do zbyt zaawansowanych zmian w składzie podstawowych składników i utraty przydatności do spożycia. Proces ten, potocznie określany jako psucie się mięsa, jest spowodowany:

• działaniem drobnoustrojów,

• działaniem enzymów własnych (tkankowych),

• nieenzymatycznymi reakcjami chemicznymi.

W związku z tym, że zmiany chemiczne i enzymatyczne przebiegają wolniej niż mikrobiologiczne, utrwalanie mięsa ma na celu głównie ograniczenie rozwoju drobnoustrojów, a zwłaszcza bakterii, oraz zachowanie jego cech sensorycznych i technologicznych.

Metody utrwalania mięsa i przetworów można podzielić na: fizyczne (stosowanie niskich i wysokich temperatur oraz metod niekonwencjonalnych), fizykochemiczne (solenie i wędzenie) oraz chemiczne (peklowanie).

 

 

Schemat: Metody utrwalania mięsa

 

1. CHŁODZENIE I ZAMRAŻANIE

 

Najczęściej stosowaną metodą przedłużania świeżości i dobrej jakości mięsa, w najmniejszym stopniu zmieniającą jego właściwości, jest stosowanie temperatury chłodniczej (dodatniej, bliskiej 0°C) i zamrażalniczej (ujemnej, najczęściej ok. -18°C). Przedłużenie okresu przechowywania surowców i produktów mięsnych w warunkach chłodniczych i zamrażalniczych jest wynikiem znacznego spowolnienia w nich przebiegu zmian mikrobiologicznych, biochemicznych i chemicznych. Celem poubojowego chłodzenia jest odprowadzenie z mięsa ciepła, a w efekcie obniżenie jego temperatury. Chłodzenie stosuje się do obniżenia temperatury tusz zwierząt rzeźnych bezpośrednio po uboju z ok. 38°C do poniżej 7°C, ale wyższej od temperatury zamarzania płynnej treści komórek tkanki mięśniowej. Przechowywanie w obniżonej temperaturze wymaga szybkiego i skutecznego jej obniżenia w centrum geometrycznym mięsa do optymalnej temperatury przechowywania i utrzymywania jej na stałym poziomie przez cały okres składowania. Sterowanie temperaturą, podczas chłodzenia wpływa nie tylko na tempo namnażania się drobnoustrojów znajdujących się na powierzchni mięsa, ale także na proces dojrzewania, podczas którego mięso nabiera pożądanych cech kulinarnych i technologicznych. Wychładzanie jest również ostatnim etapem produkcji większości przetworów mięsnych.

Proces chłodzenia oraz związany z nim przebieg obniżania temperatury mięsa wpływają w decydującym stopniu na szybkość przemian glikogenu i ATP zachodzących po uboju oraz na obniżenie pH wynikające z nagromadzenia się kwasów mlekowego i fosforowego.

Należy podkreślić, że w warunkach chłodniczych aktywność drobnoustrojów i enzymów tkankowych zostaje tylko ograniczona, a nie całkowicie zahamowana. To powoduje, że mięso wykrojone z tusz w stanie schłodzonym może być przechowywane w chłodni w temp. 0-4°C i wilgotności względnej powietrza 80-90% przez kilka dób, jeżeli nie jest dodatkowo zabezpieczone (np. pakowane w atmosferze gazów ochronnych). Po tym okresie z reguły występują niepożądane zmiany, pogarszające jego jakość i przydatność kulinarną i technologiczną, np. zmiany barwy, zapachu i konsystencji. Czas przechowywania mięsa w stanie przydatności do spożycia zależy od: gatunku, higieny uboju, szybkości schłodzenia po uboju, rodzaju mikroflory i warunków przechowywania. Prawidłowo wychłodzone mięso w tuszach, półtuszach i/lub ćwierćtuszach może być przechowywane w warunkach chłodniczych przeciętnie: wieprzowe, cielęce i baranie do 2 tygodni, wołowe do 3 tygodni.

Dłuższe przechowywanie i magazynowanie mięsa umożliwia jego zamrożenie. Technologia i technika mrożenia w minionych dziesięcioleciach zmieniły się zasadniczo, głównie w kierunku przyspieszenia procesu zamrażania, określenia parametrów przechowywania w stanie zamrożonym i sposobu rozmrażania.

Podstawowym zjawiskiem fizycznym zachodzącym w trakcie zamrażania jest przemiana fazowa wody w lód. W procesie tym wydzielane jest ciepło, a produkt ulega schłodzeniu. Temperatura krioskopowa mięsa (tj. taka, w której rozpoczyna się zamrażanie wody w soku komórkowym tkanki mięśniowej) wynosi ok. -1°C, natomiast temperatura eutektyczna (w której jest zamrożona prawie cała ilość wody zawartej w mięsie ) wynosi ok. -30°C. Większość przemian fizykochemicznych powodujących niekorzystne zmiany w zamrożonej tkance mięśniowej i jej składnikach zachodzi w przedziale od -1 do -10°C. Jak najszybsze przekroczenie tego zakresu zarówno w trakcie zamrażania, jak i rozmrażania mięsa oraz niedopuszczenie do składowania mięsa w ww. zakresie jest podstawową zasadą zapewniającą zachowanie poprawnej jakości po jego rozmrożeniu.

W praktyce przemysłowej stosowane są cztery metody mrożenia:

- owiewowe, w strumieniu zimnego powietrza,

- kontaktowe, przez kontakt mięsa z wychłodzonymi płytami,

- kriogeniczne, z zastosowaniem skroplonych gazów (z reguły azotu),

- immersyjne, przez zanurzenie w cieczach o bardzo niskiej temperaturze wrzenia.

Najczęściej stosowana jest metoda owiewowa. Tusze, ćwierćtusze i/lub półtusze po wstępnym wychłodzeniu do temp. poniżej 7°C oraz nieodkostnione elementy rozbioru zasadniczego i/lub kulinarne wieloporcjowe mrożone są w strumieniu zimnego powietrza o temp. od -25 do -45°C i prędkości wymrażania soków komórkowych odpowiednio 2 i 5 cm/h. Szybkość mrożenia jest oceniana wg postępowania frontu lodowego w mrożonym surowcu (w cm/h) i określana jako:

- mniejsza od 0,2 cm/h = mrożenie bardzo wolne,

- 0,2 do 1 cm/h = mrożenie wolne,

- 1 do 5 cm/h = mrożenie średnio szybkie,

- 5 do 20 cm/h = mrożenie szybkie.

W stosowanym w przemyśle mięsnym tzw. głębokim mrożeniu do temp. -18°C szybkość mrożenia nie powinna być mniejsza niż 10 cm/h. Czas trwania mrożenia zależy przede wszystkim od temperatury, wilgotności względnej powietrza i prędkości jego ruchu oraz od grubości warstwy i przewodności cieplnej mięsa.

Proces mrożenia mięsa w postaci odkostnionych elementów kulinarnych wieloporcjowych oraz podrobów najskuteczniej prowadzi się metodą kontaktową. Metoda kontaktowa pozwala zintensyfikować proces wymiany ciepła oraz skrócić czas zamrażania, ale jest stosunkowo pracochłonna w obsłudze urządzeń o działaniu okresowym.

Metoda mrożenia kriogenicznego przy zastosowaniu skroplonego azotu lub dwutlenku węgla jest stosowana do mrożenia mięsa porcjowanego lub produktów mięsnych o niewielkich wymiarach, np. hamburgerów.

Metoda immersyjna polegająca na zanurzeniu mięsa zapakowanego w polimerowe folie (nieprzepuszczające wody) w oziębionej cieczy, jest stosowana głównie w przemyśle drobiarskim. W Nowej Zelandii zastosowano tę metodę do zamrażania odkostnionych elementów kulinarnych wieprzowych i wołowych.

W celu długotrwałego przechowywania i/lub transportu na duże odległości mrożenie mięsa jest najmniej destrukcyjną metodą jego utrwalania. Głębokie mrożenie mięsa prowadzi do:

- znacznego obniżenia aktywności wody (aw) wskutek tworzenia się kryształków

lodu,

- spowolnienia reakcji biochemicznych wskutek niskiej temperatury (reguła van't Hoffa),

- zatężenia rozpuszczonych w cieczy komórkowej substancji i soli, które również

ogranicza (spowalnia) przebieg reakcji biochemicznych.

Wymrażanie wody w chudym mięsie zaczyna się w temp. ok. -1°C (tzw. sok mięsny, jest to woda z rozpuszczonymi w niej substancjami mineralnymi i organicznymi), przy -5°C zostaje wymrożone ok. 75% wody. Około 12% wody jest tak silnie związane z białkiem, że nie ulega wymrożeniu nawet w temp. -65°C.

W białkach mięsa przechowywanego w stanie zamrożonym nawet do 12 mie-sięcy zachodzą tylko niewielkie zmiany, gdyż procesy biochemiczne i mikrobiologiczne są w znacznym stopniu zahamowane. Nie dotyczy to jednak enzymów lipolitycznych (lipaza, lipooksydaza), które zachowują pewną aktywność nawet w temp. poniżej -20°C i powodują niepożądane zmiany hydrolityczne i oksydacyjne w tłuszczach. Ze względu na większy stopień nienasycenia kwasów tłuszczowych mięso wieprzowe w temperaturze zamrożenia powinno być przechowywane krócej niż mięso baranie i/lub wołowe. Cechy sensoryczne są uwarunkowane stanem dojrzałości mięsa i zanieczyszczeniem mikrobiologicznym do momentu zamrażania, zastosowaną technologią mrożenia oraz wysokością temperatury i czasem przechowywania. Do zamrażania powinno się przeznaczać tylko surowiec o wysokiej jakości, cechujący się dobrą przydatnością przetwórczo-technologiczną, pożądanymi cechami sensorycznymi i o możliwie najmniejszym zanieczyszczeniu mikrobiologicznym.

Niewłaściwie prowadzony proces zamrażania wywiera negatywny wpływ na jakość mięsa. Jeżeli proces zamrażania przebiega zbyt wolno, czyli za wolno przekraczany jest przedział temperatur między -2 a -10°C, to kryształki lodu tworzą się głównie w przestrzeniach międzykomórkowych, co powoduje zatężanie wewnątrzkomórkowego roztworu i zachwianie równowagi osmotycznej między płynami wewnątrz i w przestrzeniach międzykomórkowych. Powoduje to dyfuzję wody z wnętrza komórek do przestrzeni międzykomórkowych i narastanie kryształów lodu.

 

 

Obniżanie się temperatury żywności przy szybkim i powolnym zamrażaniu w krytycznej strefie

 

Woda zamieniając się w lód zwiększa swoją objętość, co powoduje wzrost naprężeń i częściowe niszczenie błon komórkowych, rozrywanie połączeń łącznotkankowych, a po rozmrożeniu większy wyciek soku mięsnego oraz wzmożoną aktywność enzymatyczną. Powstające przy powolnym zamrażaniu duże kryształy lodu (głównie w przestrzeniach między komórkami i wiązkami komórek mięśniowych) uszkadzają struktury histologiczne mięsa.

Z kolei szybkie przejście przez ten zakres temperatury powoduje wytworzenie dużej liczby, ale małych kryształków lodu, równomiernie rozmieszczonych w całej objętości mięsa (wewnątrz i na zewnątrz włókien mięśniowych), które w mniejszym stopniu uszkadzają błony komórek mięśniowych i z takiego mięsa po rozmrożeniu wycieka mniej soku mięsnego.

Jeżeli mięso jest mrożone przed wystąpieniem stężenia pośmiertnego, to należy liczyć się ze zjawiskiem skurczu przy rozmrażaniu. Silna kontrakcja włókien mięśniowych spowoduje wtedy wyciśnięcie soku mięsnego i duże ubytki masy mięsa. Dlatego mięso powinno się zamrażać dopiero po ustąpieniu stężenia pośmiertnego i po wychłodzeniu. Częste wahania temperatury podczas magazynowania i dystrybucji mięsa zamrożonego mogą powodować zwiększony wyciek soku mięsnego wskutek tworzenia się większych kryształków lodu i uszkodzenie struktury histologicznej.

Tworzenie się lodu (wymrażanie wody) powoduje częściową denaturację białek mięśniowych. Najwrażliwsze na zamrażanie są białka miofibrylarne. Powoduje to zmniejszenie zdolności wiązania wody, w efekcie czego zwiększa się wyciek soku mięsnego w trakcie rozmrażania oraz wyciek termiczny w wyniku późniejszej obróbki cieplnej.

Zamrożenie nie przerywa procesu utleniania tłuszczów. Jedno- lub wielonienasycone kwasy tłuszczowe są w obecności tlenu utleniane do nadtlenków, które następnie rozkładają się do aldehydów i ketonów, odpowiedzialnych za powstawanie w mięsie zapachu i smaku jełkiego. Szybkość tego procesu zależy od ilości i stopnia nienasycenia kwasów tłuszczowych, z jakich tłuszcz jest zbudowany, czasu od uboju, po jakim mięso zostało zamrożone, czasu i temperatury składowania, dostępu tlenu, obecności substancji przyspieszających utlenianie oraz przeciwutleniaczy.

Podczas zamrażalniczego składowania zachodzi proces sublimacyjnego odparowania wody z powierzchni mięsa. W zależności od warunków zamrażania i składowania wielkość strat masy podczas każdych 30 dób składowania może dochodzić do 0,25% w temp. -20°C i do 0,10% w temp. -30°C. Straty te można w znacznym stopniu ograniczyć przez zastosowanie opakowań nieprzepuszczających pary wodnej.

Podczas długiego okresu magazynowania niezbyt szczelnie zapakowanego mięsa może wystąpić, w wyniku sublimacji lodu z powierzchniowej warstwy, tzw. oparzelina zamrażalnicza. Powoduje to wystąpienie na powierzchni mięsa punktowych odbarwień i/lub białych plam. Zakres tego zjawiska zależy od: szybkości mrożenia, temperatury składowania, częstości wymiany powietrza w komorze składowania, zawartości tłuszczu w mięsie oraz stanu fizykochemicznego po uboju. Wada ta jest widoczna nawet po rozmrożeniu mięsa, ponieważ częściowo zdenaturowane białka uniemożliwiają pełną rehydratację i powrót do wyglądu mięsa świeżego.

W stanie zamrożenia aktywność enzymów własnych mięsa ulega znacznemu ograniczeniu, a nawet zahamowaniu i zmiany składników mięsa w wyniku ich działania są znacznie mniejsze lub całkowicie wstrzymane. Procesy utleniania tłuszczów również przebiegają znacznie wolniej niż w mięsie wychłodzonym. Wymrożenie wody w mięsie powoduje spadek jej aktywności poniżej granicy tolerowanej przez drobnoustroje i tym samym wstrzymanie ich rozwoju. Przyjmuje się, że dolną granicą rozwoju drobnoustrojów mięsa jest temp. -10°C, w której aktywność wody (aw) spada poniżej 0,91, co powoduje, że prawie 99% bakterii, w tym również psychrofilnych (zimnolubnych), obumiera. W tych warunkach jedynie niektóre pleśnie mogą się rozwijać, powodując niepożądane zmiany barwy na powierzchni mięsa.

Wysokość temperatury jest zasadniczym czynnikiem decydującym o czasie składowania i jakości mięsa mrożonego. Obniżenie temperatury powietrza w komorze składowania z -20 do -30°C umożliwia wydłużenie czasu przechowywania mrożonego mięsa. Wahania temperatury w trakcie składowania zmniejszają trwałość mrożonego mięsa. W poniższej tabeli przedstawiono przybliżone czasy przechowywania wybranych rodzajów mięsa mrożonego w zależności od temperatury składowania.

Po okresie składowania mięsa w stanie zamrożonym, aby umożliwić jego dalsze przetwarzanie, należy je rozmrozić. Wyjątkiem od tej zasady jest kutrowanie zamrożonego mięsa drobnego. Niewłaściwe postępowanie podczas rozmrażania surowca, nawet zamrożonego i przechowywanego w optymalnych warunkach, może powodować znaczące pogorszenie właściwości technologicznych (głównie tekstury i zdolności utrzymywania wody), barwy, smakowitości oraz jakości mikrobiologicznej mięsa.

 

 

Tabela. Czas przechowywania (w miesiącach) mięsa mrożonego, w zależności od temperatury składowania wg. PN-83/A-07005 Towary żywnościowe. Warunki klimatyczne i okresy przechowywania w chłodniach

 

Procesy biochemiczne, spowolnione lub zahamowane w mięsie mrożonym, ulegają ponownie uaktywnieniu wraz z postępującym topnieniem lodu i podwyższeniem temperatury. Z uszkodzonych w trakcie mrożenia komórek mięśniowych uwalniają się enzymy, które mając ułatwiony dostęp do substratów są aktywniejsze niż w stanie związanym. Na wilgotnej powierzchni mięsa wraz z podwyższaniem temperatury szybko wzrasta mikroflora bakteryjna, powodując niekorzystne zmiany wyróżników jakościowych. Wskaźnikiem nadmiernego rozwoju mikroflory jest m.in. tworzenie się śluzu na powierzchni mięsa.

Rozmrażanie mięsa powinno się prowadzić w takich warunkach, w których jest najpełniejsze odtworzenie pierwotnych cech produktu. Niestety, nawet najlepszy sposób rozmrażania nie przywróci jakości utraconej częściowo podczas mrożenia i składowania. Wskaźnikiem tych niekorzystnych zmian jakościowych jest wielkość ubytków masy dochodząca w warunkach optymalnych (zamrażania, składowania i rozmrażania) do 5%. W przypadku odstępstw od parametrów ww. procesów wielkość ubytków, a zwłaszcza wycieku, może wzrosnąć nawet do 15% masy mięsa.

Optymalne efekty rozmrażania uzyskuje się, gdy czas zamrażania mięsa i jego rozmrażania jest w przybliżeniu jednakowy. Obok powszechnego stosowania w warunkach przemysłowych powolnego rozmrażania mięsa w komorach chłodniczych coraz większe znaczenie zyskują nowoczesne metody rozmrażania, których główną zaletą jest skrócenie czasu tego procesu i możliwość kontroli wszystkich parametrów (m.in. temperatury powietrza, jego wilgotności względnej i prędkości przepływu). Elementy mięsa można również rozmrażać w wodzie i/lub w wodzie z dodatkiem soli kuchennej. Największe jednak znaczenie praktyczne ma technika rozmrażania mikrofalowego. Wśród zalet tej metody, oprócz skrócenia czasu trwania procesu, wymienia się: ograniczenie ubytków masy, zachowanie dobrego stanu higienicznego mięsa, oszczędność powierzchni produkcyjnej oraz usprawnienie procesu produkcji. W celu otrzymania surowca o pożądanych wyróżnikach technologicznych konieczne jest jednak indywidualne dostosowanie warunków czasowo-temperaturowych oraz mocy mikrofal do potrzeb. Tunele mikrofalowe są już stosowane nawet do rozmrażania mięsa w tuszach, a czas potrzebny do osiągnięcia temp. od -20 do 0°C wynosi poniżej 1,5 godziny. Podstawowym ograniczeniem w upowszechnieniu tej techniki rozmrażania w przemyśle mięsnym są wysokie koszty inwestycyjne.

Mięso po rozmrożeniu powinno być jak najszybciej skierowane do przetwórstwa i/lub poddane obróbce kulinarnej.

 

Opracowano na podstawie: Mięso – podstawy nauki i technologii”, pod redakcją: prof.dr.hab. Andrzeja Pisuli i prof.dr.hab. Edwarda Pospiecha