Замораживание мяса и субпродуктов является одним из наиболее совершенных методов консервирования, обеспечивающих длительное хранение продукта. Необходимость замораживания мяса и субпродуктов с целью длительного их хранения обусловлена сезонностью заготовки и убоя скота. Наличие развитой кормовой базы животноводства позволяет вести откорм скота таким образом, чтобы обеспечить равномерное поступление его на убой в течение всего года для снабжения населения охлажденным мясом.
Замораживание сопровождается дополнительными потерями массы мяса (около 1%) и снижением качества продукта. При последующем размораживании также происходят значительные потери массы. Однако по сравнению с другими методами значительное увеличение длительности хранения мяса и субпродуктов при высоком уровне сохранения их качества лучше всего достигается замораживанием и хранением их в замороженном виде.
Замораживание является одним из наиболее дешевых методов длительного сохранения качества мяса, сохранения натуральных свойств продукта — его пищевой ценности и вкусовых качеств. При сравнении замораживания с тепловым консервированием видно, что консервирование в 3 раза дороже в результате высокой стоимости тары.
Важное значение для сохранения пищевой ценности продуктов имеет сам процесс замораживания. Конечной целью технологии замораживания, недостигаемой в настоящее время, является сохранение обратимости процесса. Глубина замораживания обусловливается предполагаемым температурным режимом хранения, который находится в пределах —10—50° С. Эти границы обусловлены тем, что при температуре выше —10° С некоторые микроорганизмы способны развиваться, а при температуре ниже —50° С мясо и субпродукты становятся хрупкими; техническая возможность получения столь низких температур затруднена и экономически не оправдана.
При замораживании мяса и субпродуктов в них образуются кристаллы льда. В тканях сначала наступает небольшое переохлаждение (для мышечной ткани до —4°С), после чего возникают кристаллические зародыши. В момент образования зародышей выделяется скрытая теплота кристаллизации, поэтому температура несколько повышается и достигает криоскопической точки, при которой становится невозможным образование новых зародышей. Начинается вторая фаза кристаллообразования, рост выделившихся кристаллов. Возникновение новых центров кристаллизации зависит от скорости отвода тепла во внешнюю среду. При достаточно высокой скорости теплоотвода обеспечивается переохлаждение мясного сока во время кристаллизации и могут образоваться новые зародыши. При отсутствии интенсивного теплоотвода новые центры кристаллизации не образуются, а происходит только рост кристаллов.
Тканевый мясной сок представляет собой раствор минеральных солей (Na, K, Ca, Mg, Fe и др.) и органических веществ, в том числе экстрактивных и белковых. Кристаллы, образующиеся в начале замерзания, состоят из чистой воды, а минеральные вещества, растворенные в мясном соке, собираются в оставшейся жидкой фазе, криоскопическая точка которой по мере замерзания льда снижается. В результате требуются все более низкие температуры для замораживания следующих порций воды. При снижении температуры в результате кристаллизации на образовавшихся кристаллах намораживаются все новые количества воды и происходит увеличение размеров кристаллов. Этот процесс продолжается до достижения уровня концентрации растворенных в жидкой фазе веществ, соответствующего составу эвтектической смеси; после этого раствор замерзает полностью.
В технологическом и товарном отношении замораживание вызывает изменения в продукте, препятствующие при размораживании полному восстановлению первоначальных свойств. Существует понятие о неполной обратимости свойств мяса при замораживании в отличие от охлаждения его. Причинами этого являются: частичное перераспределение влаги при замораживании, травмирование мышечных волокон кристаллами льда, частичная денатурация белков и другие изменения.
Различают медленное и быстрое замораживание. Медленное замораживание сопровождается образованием в мышечной ткани небольшого количества центров кристаллизации, а зарождаются они в первую очередь в межклеточном пространстве, т. е. между волокнами. Такой характер кристаллообразования обусловлен тем, что концентрация кислот, солей и других веществ тканевой жидкости в межволоконном пространстве ниже, чем в волокнах. Поэтому межклеточная жидкость замерзает при более высокой температуре, чем содержащаяся в клетках. В процессе роста образовавшихся кристаллов льда и повышения концентрации тканевой жидкости в межволоконном пространстве влага из волокон мигрирует в межволоконное пространство и вызывает дальнейший рост кристаллов. Крупные кристаллы льда расширяют межволоконные пространства и разрушают соединительнотканные прослойки своими острыми гранями. Ткань разрыхляется, мышечные волокна деформируются, а иногда и разрушаются, что сопровождается большими потерями мясного сока. Эти разрушения выражены в большей степени в тканях с менее прочными оболочками клеток (например, в печени).
При медленном замораживании также заметна миграция влаги из более глубоких слоев мяса к поверхности, а растворенные в мясном соке вещества продвигаются в противоположном направлении. Это обусловлено возникающей разностью концентрации между более концентрированным (вследствие частичного вымораживания воды) мясным соком поверхностного слоя и менее концентрированным соком нижележащего слоя. Следовательно, количество вымерзшей воды всегда больше в поверхностных слоях, чем в толще мяса.
При быстром замораживании в тканях возникает большое количество центров кристаллизации, причем они возникают как в межволоконном пространстве, так и внутри волокон. Это объясняется большой скоростью снижения температуры. Образование большого количества центров кристаллизации обусловливает небольшое увеличение размеров кристаллов и отсутствие разрушения оболочек волокон. Исследованиями, проведенными на говядине после длительного хранения, показано, что при быстром замораживании образуется множество мелких межфибриллярных и межмышечных кристаллов льда. Внешние очертания и взаимное расположение мышечных пучков, волокон и сарколеммы сохраняется. Высокая степень сохранности морфологической структуры обеспечивает более лучшее восстановление первоначальных свойств, чем при медленном замораживании. Таким образом, влияние замораживания на качество мяса обусловлено характером процесса кристаллизации.
При быстром замораживании скорость образования кристаллов выше скорости перемещения влаги, поэтому значительная часть жидкости замораживается там, где она находилась до замораживания. Для, предотвращения повреждения клеточной структуры необходимо применять температуру замораживания —40° С и температуру хранения —15° С и ниже.
При замораживании мяса в нем происходят физические, гистологические, коллоидно-химические, биохимические и биологические изменения, имеющие чрезвычайно важное значение для качества мяса, особенно для обратимости процесса замораживания. При замораживании создаются неблагоприятные условия для развития микроорганизмов и резко снижается скорость биохимических процессов, протекающих под влиянием ферментов.
К физическим изменениям относятся изменения цвета и массы. Окраска разруба мороженого мяса бледно-красная, менее интенсивная, чем охлажденного мяса. Это обусловлено рассеиванием света кристаллами льда. Цвет мороженого мяса зависит от состояния и концентрации пигментов мяса. Окраска мяса зависит также от скорости замораживания. Потемнение поверхности мясных туш вызывается повышением концентрации пигментов мяса вследствие подсушивания поверхности, а также образования МетMb и МетHb. Замораживание мяса сопровождается увеличением его объема до 10% и, следовательно, растяжением и частичным разрывом волокон поверхностных слоев и сжатием волокон внутренних слоев.
Гистологические изменения при замораживании мяса связаны с нарушением межволоконной структуры и мышечных волокон в связи с образованием кристаллов льда, и чем больше скорость замораживания, тем мельче кристаллы и менее заметны разрушения естественной структуры тканей. Изменения структуры тканей, в частности соединительной, с одной стороны, способствуют увеличению нежности мяса, что особенно важно для жесткого мяса, с другой, способствуют вытеканию мясного сока при размораживании.
При замораживании в мясе происходят коллоидно-химические и биохимические изменения. Оценивая влияние этих изменений на качество мяса, необходимо учитывать, что мясной сок представляет собой систему истинных» коллоидных растворов. По мере вымерзания воды в остатке жидкого коллоидного раствора увеличивается концентрация солей, в связи с чем усиливается их коагулирующее действие на коллоиды. Изменение коллоидной структуры тканей мяса влияет на его водосвязывающую способность после размораживания. При более низкой температуре замораживания мясо сохраняет более высокую водосвязывающую способность. Наибольшее влияние на изменение коллоидной структуры тканей мяса при замораживании оказывает частичное разрушение структурированных гидратных оболочек макромолекул и перераспределение воды в связи с кристаллообразованием. Эти изменения тем меньше, чем больше скорость замораживания. В процессе замораживания возможно разрушение белковых молекул, сопровождающееся дезагрегацией белковых частиц, увеличением поверхностного натяжения и электропроводности тканевой жидкости.
Замораживание сопровождается изменением свойств мяса, не восстанавливающихся при последующем размораживании, т. е. отмечается неполная обратимость процесса. При образовании крупных кристаллов льда вследствие механических повреждений тканей исходные свойства восстанавливаются еще в меньшей степени, ускоряются окислительные и гидролитические реакции и изменяется характер ферментативных процессов в мясе. На степень изменений белковых веществ влияет скорость замораживания. Наиболее значительные изменения белков происходят при медленном замораживании в пределах температур от —4 до —9° С.
Вследствие биохимических и коллоидных изменений при замораживании и хранении снижается водосвязывающая способность мяса, растворимость контрактильных белков, реактивность тиоловых групп миозина, реактивность кислых и основных групп белков. Характер изменений белков несколько отличается от происходящего при посмертном окоченении. При замораживании свойства саркоплазматических белков, в том числе их растворимость, не изменяются.
Увеличение концентрации тканевого сока при замораживании обусловливает денатурацию и распад белковых структур, прежде всего липопротеидов. Отрицательное влияние концентрированных растворов предотвращается очень быстрым замораживанием и хранением мяса при температуре —35—40° С, когда основная часть солей не находится в растворенном виде. Поэтому нативные свойства белков в наибольшей степени сохраняются при быстром замораживании парного мяса. При существующих режимах замораживания увеличение концентрации тканевых растворов приводит к ингибированию биохимических процессов.
При замораживании и хранении наибольшим изменениям подвергается миозин — снижается его растворимость, обусловленная структурными изменениями и вымораживанием воды; снижение растворимости миозина неодинаково для различных мышц. Эти процессы продолжаются и при размораживании мяса.
Учеными проведены исследования боковых цепей белков, особо важных для сохранения их нативной структуры. При этом большое значение придавали боковым неполярным цепям. Замораживание разрушает установившуюся систему кристаллической сетки частиц воды вокруг гидрофильных групп и вызывает ее переход в гексагональную структуру льда, что обусловливает исчезновение внутримолекулярных гидрофобных связей, разрыв водородных мостиков в частицах и потери белковыми веществами их нативных свойств. Внешним признаком денатурации белковых веществ является выделение мясного сока при размораживании, обусловленное снижением влагоудерживающей способности. Основной составной компонент выделяющегося сока — вода, не подвергшаяся десорбции при размораживании. Мясной сок содержит ценные белковые и экстрактивные вещества.
Происходящие в белковой системе мяса процессы могут несколько снизить пищевые, вкусовые достоинства и товарный вид продукта после его размораживания. Вместе с тем при высоком исходном качестве мяса ухудшение его вкусовых свойств при замораживании незначительно.
При замораживании протекают автолитические изменения в тканях вследствие существования незамерзшего центрального слоя. Замораживание увеличивает переход актина из глобулярной в фибриллярную форму. В мышечной ткани продолжается накопление молочной кислоты со сдвигом pH в кислую сторону, происходит распад органических соединений фосфора. Изменение pH мяса обусловлено также изменениями белковых веществ. При быстром замораживании биохимические изменения менее значительны; сдвиг pH в кислую сторону меньше, pH дальше от изоэлектрической точки белков мышечного волокна, уменьшается механическое разделение фаз при льдообразовании, сохраняется высокая способность белков ткани к набуханию. Таким образом, при быстром замораживании биохимические изменения менее интенсивны и достигается большая обратимость процесса при размораживании.
К важным биохимическим изменениям при замораживании следует отнести распад АТФ мышечной ткани, протекающий интенсивно лишь на первой фазе замораживания. При быстром замораживании мяса основная часть фосфорорганических соединений остается в первоначальном виде и скорость их распада зависит в основном от температуры хранения. При замораживании и хранении мяса при температуре —35° С к концу 5-го мес хранения количество гликогена и молочной кислоты было ближе к их содержанию в незамороженном мясе, чем в замороженном и хранившемся при температуре —10° С.
Замораживание не обеспечивает полной стерилизации мяса, так как отдельные микроорганизмы приспосабливаются к низкой температуре, переходя в состояние анабиоза.
Существенным технологическим эффектом применения быстрого способа замораживания является моментальное прекращение развития микрофлоры на поверхности туш, в результате чего такое мясо отличается большей стойкостью при хранении в замороженном виде и после размораживания. Вследствие интенсивного отвода тепла при быстром замораживании отсутствуют случаи загара мяса.
Мясо можно замораживать в парном (однофазное) и охлажденном состоянии (двухфазное замораживание). Не рекомендуется замораживать мясо в стадии окоченения, когда белки имеют самый низкий уровень гидратации. После размораживания такого мяса отмечаются большие потери мясного сока. При замораживании созревшего мяса потери мясного сока также значительны, что объясняется нарушением структуры тканей в процессе созревания. В связи с этим мясо необходимо замораживать до наступления посмертного окоченения (в парном состоянии) или к моменту его разрешения (в охлажденном виде), т. е. через 30—36 ч после убоя. Охлажденное мясо, замороженное после 48 ч выдержки, теряет при размораживании больше сока, белковых и экстрактивных веществ, чем мясо, замороженное в парном состоянии, т. е, однофазным способом. Установлено, что мясо однофазного способа замораживания менее ножное, чем замороженное после предварительного созревания. Вкусовые свойства мяса однофазного замораживания такие же, как замороженного двухфазным способом.
Продолжительность замораживания полутуш зависит не только от их начальной температуры, но и от температуры и скорости движения воздуха в камере, вида, размеров мясных полутуш и колеблется для говядины с массой полутуш 75—105 кг от 20 до 44 ч. На скорость замораживания мяса влияет степень упитанности туш. Теплопроводность мышечной ткани примерно в 2 раза больше, чем жировой, и, следовательно, чем жирнее туша, тем меньше скорость замораживания. Скорость замораживания мяса в полутушах в морозильных камерах при средней температуре воздуха —20° С и естественной его циркуляции не превышает 0,5 см/ч. В туннельных морозилках при температуре —25° С и скорости движения 5 м/с скорость замораживания мяса составляет 0,91 см/ч, а при —35° С и скорости 9 м/с — 1,3 см/ч. В скороморозильных аппаратах для замораживания продуктов в блоках при непрямом контакте с хладоносителем температурой —25° С скорость замораживания равна 1,5—1,9 см/ч. Следовательно, при наличии современных технических средств быстрым считают замораживание при скорости замораживания 1—2 см/ч. В этом случае полутуши с толщиной бедра 20 см замораживаются в течение 5—10 ч, а блоки толщиной 10 см — за 2,5 ч. Скорость замораживания может быть увеличена посредством уменьшения толщины или диаметра замораживаемых продуктов, увеличения коэффициента теплоотдачи от поверхности продукта к теплоотводящей среде, понижения температуры охлаждающей среды.
Замораживание мяса сопровождается усушкой. Усушка при замораживании мяса и субпродуктов в воздушной среде зависит от вида и упитанности мяса и вида субпродуктов, а также от температуры замораживания. Чем ниже температура и больше скорость замораживания, тем меньше потери массы. При быстром замораживании парного мяса убыль массы сократилась с 2,92—3,08 до 1,07—1,5%.
При быстром замораживании мяса на его поверхности образуется тонкий подсохший слой, который в дальнейшем исчезает при размораживании мяса после кратковременного хранения. Однако при длительном хранении пленка полностью не исчезает и на наиболее обезвоженных местах сохраняется беловатый налет. Побеление поверхности мяса при быстром замораживании носит название ожога. При медленном замораживании наблюдалось уменьшение ожогов, особенно если замораживание производили после предварительного охлаждения. Холодные ожоги или другие дефекты, обусловленные высыханием поверхности, могут появляться при сильных колебаниях температуры хранения. Ожоги при замораживании — явление чисто поверхностное, вызываемое дегидратацией. В некоторых случаях невозможно избежать ожогов даже при применении упаковочного материала, обладающего высокой водонепроницаемостью, но не прилегающего плотно к продукту. Холодные ожоги влияют на качество мяса. На участках продукта с наличием ожога происходят глубокие изменения тканевой структуры продукта. Кроме изменений окраски, образование ожога может быть также причиной нежелательных изменений вкуса, запаха и консистенции продукта. Образование ожогов может быть предотвращено упаковкой мяса в водопаронепроницаемую, плотно прилегающую к нему упаковку. Если форма мяса не дает возможности избежать воздушных карманов в упаковке, то можно защитить мясо, нанося различные покрытия, или панировкой.
Снижение величины потерь массы и сохранение товарных качеств мяса при замораживании достигаются посредством заключения мяса в естественную или искусственную оболочку. Это обеспечивает также сохранение качества мяса при дальнейшем его хранении в замороженном состоянии, в частности предотвращает ожог.
При замораживании мяса после жиловки в специальных формах получают замороженные блоки, упакованные в пленку.
Для замораживания в формах используют бескостное мясо, мякотные субпродукты; возможно также замораживание мяса на костях. Для производства блочного мяса применяют различные технические средства, к которым разработана соответствующая технология. Замораживание блоков производят в металлических формах, картонных коробках и деревянных ящиках до температуры в толще мяса —6° С. Замораживают главным образом в туннельных и многоплиточных скороморозильных аппаратах, а также в скороморозильных и обычных морозильных камерах.
Для замораживания в блоках непрямым контактом во ВНИИМПе созданы роторные блочно-плиточные скороморозильные аппараты МАР и АРСА.
Разработаны также скороморозильные аппараты ФМБ и ФБМ, получившие применение в мясной промышленности.
Скороморозильные агрегаты, созданные в СССР, обладают рядом преимуществ, в частности, выемка блоков из аппаратов зарубежных фирм осуществляется после обогрева продукта, что снижает его товарное качество.
Прогрессивная технология замораживания мяса в блоках в максимальной степени обеспечивает сохранение исходного качества мяса вследствие замедления окислительных процессов и отсутствия контакта замораживаемого мяса с хладоносителем.
Качество свиного мяса, замороженного в блоках и упакованного, выше, чем замороженного в полутушах. Поверхностные изменения блочного мяса незначительны. Производство блочного мяса в 1,5—2 раза сокращает потери. При переработке блочного мяса на колбасные изделия отсутствует необходимость размораживания, что позволяет улучшить качество и повысить выход готового продукта.
В настоящее время развивается прогрессивный метод замораживания — криогеника — замораживание мяса при сверхнизких температурах, получаемых с помощью жидкого азота. Этот способ в максимальной степени позволяет сохранить исходные свойства продукта.
Предложено погружение мяса перед замораживанием в 20—25%-ный раствор глюкозы, обеспечивающее сохранение его органолептических свойств. Некоторые зарубежные фирмы выпускают мороженое мясо в оболочке, состоящей из пластичной восковой массы, которая заменяет упаковку. Восковая масса светло-коричневого цвета, не имеет запаха, вкуса, легко удаляется. Сортовые порции пропускают через аппарат для покрытия воском, упаковывают в коробки и хранят.
Источник: Ю.Ф. Заяс. Качество мяса и мясопродуктов. Легкая и пищевая промышленность. Москва. 1981