Из всех методов консервирования мяса и мясопродуктов лучшим на данном этапе развития науки и техники является холодное хранение, поскольку оно обеспечивает наименьшие изменения их пищевых и вкусовых качеств.
Понижение температуры продукта в значительной степени замедляет скорость химических реакций, вообще, и биохимических, в частности.
Значительное понижение температуры продукта может привести к полной приостановке жизнедеятельности микроорганизмов, но температуры, необходимые для этого, находятся в зависимости от вида микроорганизмов и условий окружающей среды.
Хорошо известно, что многие микробы живут и при низких температурах. Так, ряд бактерий не погибает в снегу, во льду. В твердой углекислоте (сухой лед) могут содержаться споры некоторых гнилостных бактерий; отдельные виды болезнетворных микробов в течение многих часов выдерживают температуру жидкого воздуха.
Токсины микробов не уничтожаются даже при повторном медленном или быстром замораживании. Дрожжевые грибки не разрушаются при действии низких температур; низкие температуры лишь снижают их активность.
Плесени продолжают произрастать при температурах ниже 0° (порядка —12°). По данным Беккереля, большое количество видов спор плесени не погибало при комбинированном воздействии дегидратации, разрежения и низких температур жидкого гелия (между —269 и —271,16°).
Такая жизнеспособность микроорганизмов объясняется тем, что важнейшим фактором их развития является вода, без которой обмен веществ в организме невозможен. Однако при замораживании пищевых продуктов часть воды в них оказывается настолько прочно связанной с веществом замораживаемых продуктов, что обращается в твердое состояние лишь при очень низких температурах. Так, например, при замораживании мышечной ткани мясных туш, по данным Гейсса и других, при температуре —2,5° вымерзает 53,5% влаги, при —15° — 87,5% и при —32,5° — 91,3%.
Криогидратная точка мясного сока, соответствующая 100% вымерзанию воды, лежит лишь в пределах от —62° до —65°.
При практических условиях замораживания вода в продуктах остается, а следовательно, остаются главнейшие условия для жизнедеятельности микроорганизмов.
Гибель бактерий протекает весьма быстро, если среда заморожена до твердого состояния. Если же она только переохлаждена и находится в жидком состоянии, то происходит лишь медленное и постепенное их отмирание, причем чем ниже температура, тем быстрее они отмирают. В некоторых случаях при переохлаждении до минусовых температур бактерии даже продолжают размножаться (данные Л. М. Горовиц-Власовой, Гринберг). По данным Ф. М. Чистякова, В. fluorescens liquefaciens (типичный мезофил) в переохлажденной среде при температуре —5° довольно энергично размножается.
В твердозамороженной среде гибель бактерий зависит от температуры, причем скорость их отмирания не находится в прямой зависимости от понижения температуры замерзания. Так, в зоне температур от —5° до —12° отмирание ряда бактерий протекает значительно быстрее, чем, например, в зоне температуры —18—20° (опыты Ф. М. Чистякова и исследования Г. Тёрёк — Венгрия).
Полное отмирание микроорганизмов под действием низких температур наблюдается крайне редко.
Необходимо также отметить, что растворы сахара оказывают защитное действие и чем выше их концентрация, тем более они предохраняют бактерии от гибели, в то время как повышение концентрации соли не оказывает на них защитного действия. Жизнеспособность микроорганизмов находится в прямой зависимости от состояния их протоплазмы.
Протоплазме свойственно жидкое или полужидкое состояние; при температуре же ниже точки замерзания она будет находиться в переохлажденном, кристаллическом и при очень низких температурах, возможно, в стеклообразном состояниях.
Состояние протоплазмы при низких температурах в значительной степени и определяет сохранение ее жизнеспособности.
Повреждение протоплазмы при понижении температуры объясняется следствием ряда явлений — химическими изменениями, изменениями скорости взаимосвязанных химических реакций, нарушением проницаемости и осмоса, нарушением процессов связи с водой и обезвоживанием, изменением вязкости, осаждением некоторых компонентов, затвердеванием содержащихся в протоплазме жиров и липидов, коагуляцией и т. д., причем одни из них являются действительными причинами ее повреждения, а другие лишь сопутствуют им.
Действие температур вблизи точки замерзания протоплазмы, не сопровождающееся образованием льда, как правило, не оказывает вредного влияния и приводит к повреждению протоплазмы лишь после относительно длительного воздействия.
Иногда протоплазма и при температуре ниже точки замерзания находится в жидком состоянии. Такое состояние называется переохлаждением. Оно крайне неустойчиво и легко переходит в кристаллическое с образованием льда.
Кристаллы образуются между клеток при медленном и внутри клеток при быстром замораживании.
Кристаллическое состояние протоплазмы сопровождается ее повреждением.
Кристаллизация жидкости в межклеточных полостях не повреждает клетку так, как кристаллизация воды внутри клеток.
Акад. Н. А. Максимов считает, что повреждение протоплазмы при замерзании обусловливается не только извлечением воды, но и осаждением коллоидов протоплазмы, вызываемым концентрацией их в результате кристаллизации и, главным образом, механическим сжатием между массами льда.
Установлены факты чрезвычайной стойкости некоторых клеток и целых организмов к температурам жидкого кислорода, азота, водорода.
Переход тела из жидкого состояния в твердое кристаллическое заключается в том, что частицы вещества группируются в правильную кристаллическую решетку. При быстром охлаждении жидкости можно избежать образования в ней пространственной решетки. Вязкость такой жидкости резко возрастает и она приобретает некоторые свойства твердых тел — твердость и хрупкость. Такая жидкость и в замороженном состоянии остается аморфным веществом, не имеет правильной ориентации молекул, является физически анизотропным. Такое состояние называется стеклообразным (витрифицированным).
Стеклообразное вещество, как правило, содержит некоторое количество мельчайших кристаллов и не является устойчивым в термодинамическом смысле при низкой температуре, обнаруживая склонность к переходу в истинно стабильное состояние — кристаллическое. Скорость перехода из стеклообразного в кристаллическое состояние для каждого вещества зависит от характера его.
Условия глубокого охлаждения находятся в зависимости от условий кристаллизации. Кристаллизация вызывает молекулярные повреждения протоплазмы, тогда как витрификация не вызывает их.
Протоплазма, переходя в стеклообразное состояние, может при глубоком охлаждении оказаться неповрежденной. Значительное уменьшение молекулярного движения и даже полное его прекращение не повреждают живое вещество.
Анабиоз при глубоком охлаждении и объясняется витрифицированным состоянием протоплазмы, которая остается живой, хотя может и не быть активной.
Такой характер действия низких температур на живые организмы может дать объяснение тому, что ряд микроорганизмов при различных уровнях низких температур сохраняет свою жизнеспособность.
Причиной гибели микроорганизмов при низких температурах считают механическое действие льда при замерзании среды (давление, разрывы), замерзание содержимого клеток, вследствие чего кристаллы льда изнутри разрывают протоплазму, старение или голодание клеток, нарушение обмена веществ, изменение диффузионных свойств протоплазмы и частичную ее коагуляцию.
Действие низких температур на микроорганизмы выражается не только в задержке их роста и размножения, но и в изменении у них физиологических процессов. На развитие микроорганизмов при низкой температуре влияет также предшествующее их существование и развитие, среда развития. Выживают в симбиозе лишь сильнейшие.
Предельные низкие температуры развития плесени ниже (около —12°), чем дрожжей и бактерий.
В зависимости от характера воздействия низких температур находится также поведение мертвой ткани (мышечной ткани мяса): в зависимости от характера повреждения в ней протоплазмы будет ее обратимость после процесса размораживания.
Низкие температуры задерживают биохимические процессы в самом продукте, которые вызывают его порчу. Но они не приостанавливаются до тех пор, пока продукт не промерзнет полностью.
Учитывая микробиологические и биохимические процессы, протекающие в продуктах, а также технико-экономические факторы, для длительного хранения большинства пищевых продуктов в замороженном состоянии считают оптимальной температуру от —18° до —30°.
Влияние низких температур на пищевые продукты сказывается не только в замедлении биохимических реакций, но и сопровождается различными в них изменениями химическими, гистологическими, консистенции, вкуса и т. д. Чем ниже температура, тем лучше и дольше сохраняются продукты.