Изменение состава и свойств плодов и овощей при замораживании
При замораживании вода превращается в лед, что изменяет осмотические условия и резко сокращает скорость большинства биохимических процессов в плодах и овощах. Замораживание приводит к повышению концентрации растворенных веществ вследствие миграции влаги из микробной клетки во внешнюю среду на первой стадии замораживания и к внутриклеточной кристаллизации воды на последующих стадиях, а также нарушению согласованности биохимических реакций за счет различий в степени изменения их скоростей.
Устойчивость микробной клетки к замораживанию зависит от вида и рода микроорганизмов, стадии их развития, скорости и температуры замораживания, состава среды обитания. Наиболее высокая степень отмирания микроорганизмов наблюдается при температуре −4 −6С, а их рост и размножение полностью исключается при температуре −10 −12°С. В этих условиях плоды и овощи не подвергаются микробиологической порче, хотя полного уничтожения микроорганизмов не происходит. В замороженных ягодах или фруктово-ягодных соках при температуре хранения выше −8°С под действием дрожжей, происходит спиртовое брожение и накапливается спирт.
При определении условий и режимов замораживания стремятся максимально учитывать особенности свойств и строения плодов и овощей с целью достижения максимальной обратимости процесса.
Особенности состояния плодов и овощей при замораживании обусловливаются фазовым переходом воды в твердое состояние и повышением концентрации растворенных в жидкой фазе веществ. Процесс кристаллообразования приводит к изменению физических характеристик плодов и овощей, сопровождающемуся изменениями их физико-химических, биохимических и морфологических свойств.
Размер, форма и распределение кристаллов льда в структуре плодов и овощей зависят от их свойств и условий замораживания. Состояние мембран и клеточных оболочек, их проницаемость, ионная, молярная концентрация растворенных веществ отдельных структурных образований растительных тканей, степень гидратации основных компонентов предопределяют особенности распределения льда в системе, размер и форму кристаллов.
Более низкая концентрация растворенных веществ в межклеточном пространстве определяет разницу в значениях криоскопических температур структурных элементов, вследствие чего кристаллы льда формируются в первую очередь в межклеточной жидкости. При температуре ниже точки замерзания водяной пар в крупных межклеточных пространствах начинает конденсироваться в виде капелек влаги па прилегающих клеточных стенках. Эта вода и превращается в первые микроскопические кристаллики льда, которые распространяются между клетками, обволакивая стенки клеток. Кристаллы разной формы (в виде линз, разветвленные и др.) разрастаются между клетками эпидермиса и паренхимы. Процесс сопровождается повышением осмотического давления вследствие роста концентрации растворенных в жидкости солей, что в свою очередь обусловливает миграцию влаги из клеток. Дальнейший рост кристаллов происходит за счет благи, содержащейся в клетках, что объясняется разницей в давлении пара на поверхности разных кристаллов.
При понижении температуры в клетках сначала наступает состояние переохлаждения, а затем в них спонтанно возникают центры кристаллизации, приводящие к образованию внутриклеточного льда. Граница перехода из одного агрегатного состояния в другое обусловлена не только концентрацией раствора, свойствами отдельных его компонентов, но и рядом других факторов. Так, в тонких капиллярах воду можно переохладить до −20°С. Граница переохлаждения отдельных растворов и пищевых продуктов различна, а температура ниже этой границы или механическое встряхивание приводит к очень быстрому, практически массовому превращению воды в лед.
При медленном замораживании с образованием крупных кристаллов вне клеток изменяется первоначальное соотношение объемов за счет перераспределения влаги и фазового перехода воды. Быстрое замораживание предотвращает значительное диффузионное перераспределение влаги и растворенных веществ и способствует образованию мелких, равномерно распределенных кристаллов льда.
С изменением скорости замораживания по мере перемещения границ фазового перехода от периферии к центру продукта изменяются размер и характер распределения кристаллов льда. Наиболее мелкие кристаллы образуются в поверхностных слоях продукта.
Максимальное кристаллообразование в плодах и овощах происходит при температуре от −2 до −8°С. При быстром прохождении этого интервала можно избежать значительного диффузионного перераспределения воды и образования крупных кристаллов. Степень повреждения тканевых структур плодов и овощей при замораживании зависит от размеров кристаллов льда и физико-механических превращений, протекающих в тканях на молекулярном уроне.
На размер кристаллов льда и характер их распределения между структурными элементами существенно влияют состав и свойства плодов и овощей. Так, лук, картофель и некоторые другие овощи покрыты плотной естественной оболочкой, что способствует переохлаждению, тогда как капуста белокочанная, не имеющая такой оболочки, не переохлаждается, что объясняется наличием крупных межклетников и большим содержанием свободной воды.
Большое влияние на характер кристаллообразования оказывает также степень зрелости плодов. В недозрелых плодах содержится значительное количество свободной воды и происходит в основном внутриклеточная кристаллизация, что губительно действует на клетки.
В созревших плодах накапливается пектин, который обладает высокими гидрофильными свойствами. Он связывает значительное количество воды и способствует образованию гелеобразной структуры, что положительно сказывается на обратимости процесса замораживания.
Замороженные плоды и овощи приобретают новые свойства: твердость (следствие превращения воды в лед), плотность, интенсивность и яркость окраски (результат оптических эффектов) и др.; кроме того, значительно изменяются теплофизические свойства.
Вследствие снижения кинетической энергии молекул при понижении температуры, повышения вязкости внутриклеточной жидкости, уменьшения растворимости газов и диффузии веществ значительно снижается скорость химических реакций, однако полное прекращение их возможно только при абсолютном нуле (-273°С).
При постепенном вымораживании влаги в жидкой фазе продукта повышается концентрация минеральных солей (электролитов), агрессивных по отношению к белкам и оказывающих наиболее повреждающее действие на ферментные системы. При этом происходит как ускорение, так и замедление отдельных реакций, меняется их направленность. В первую очередь при замораживании повреждаются ферментные системы дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования митохондрий, вследствие чего организм теряет основные жизненные функции, т.е. дыхание и способность к генерации энергии.
Поскольку при замораживании растительных продуктов окислительно-восстановительные процессы, присущие свежим продуктам, сдвигаются в сторону окислительных реакций, то качество полученного продукта зависит в основном от степени активности оксидоредуктаз, среди которых особое значение имеют полифенолоксидаза, аскор-батоксидаза, каталаза и пероксидаза.
Деятельность ферментов является, пожалуй, основной причиной появления посторонних привкусов в продуктах. При этом, как правило, снижается содержание крахмала и витамина С, увеличиваются кислотность и количество редуцирующих сахаров, в результате ферментативного потемнения изменяется окраска продукта, ухудшается консистенция, вкус, запах.
Из-за разрушения части ферментов при замораживании нарушаются сбалансированность и координация отдельных реакций, их синхронность. При этом устойчивая к изменению рН инвертаза в процессе замораживания проявляет активность в широком диапазоне (3,0-7,5), что инициирует реакции накопления сахаров в замороженных плодах и овощах.
Сохранение активности пектолитических ферментов способствует повышению гидрофильных свойств коллоидов и уменьшению степени повреждения клеток. В зависимости от вида продукта они оказывают различное действие: в ткани сливы эти ферменты теряют активность и замороженный продукт имеет плотную консистенцию, в яблоках же их активность приводит к размягчению ткани.
Каталаза и пероксидаза катализируют дегидрирование аминокислот, фенолов, аминов, флавонов и др., при этом ухудшается качество плодов и овощей, которые приобретают посторонние привкусы. Каталаза и пероксидаза часто действуют антагонистически по отношению друг к другу. Так, в неразрушенных тканях каталаза тормозит действие пероксидазы; в разрушенных действие последней более активно. В отдельных случаях эти ферменты оказывают одинаковое действие.
Некоторые ферменты (липаза) сохраняют активность даже при очень низких температурах. Изменения углеводов при замораживании в значительной степени зависят от их состава. Так, имеются сведения, что высокомолекулярные углеводы в процессе замораживания подвергаются агрегатированию. Для систем, богатых крахмалом, характерно снижение способности связывать воду.
Изменения витаминов при замораживании зависят от их химической структуры, вида и строения ткани. Потери витаминов имеют место при предварительной обработке сырья и непосредственно в процессе замораживания. Наиболее устойчивы к замораживанию тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, каротин. Непосредственно при замораживании теряется около 10% витамина С, а с учетом подготовки сырья (бланширование, мойка и др.) потери могут составить до 20-30%. Сохранению витамина С при замораживании способствует интенсификация процесса.
Источник
Теряются ли витамины при заморозке?
На этот вопрос дает ответ недавнее исследование [1], которое оценивало потерю нутриентов (витамин С, витамин B2, витамин E, бета-каротин) при заморозке и последующем хранении некоторых овощей и фруктов (смотрите таблицу на рисунке 2, peas- горошек, spinach- шпинат, green beans- стручковая фасоль, broccoli- брокколи [внезапно!], carrots- морковь).
Видно, например, что содержание витамина С практически не меняется, тогда как в свежих продуктах большая его часть теряется за первые несколько дней хранения[2] (таблица на рисунке 3, 47% за 7 дней для витамина С в шпинате).
На самом деле еще очень важно, чтобы соблюдались условия перевозки и хранения без размораживания/повторного замораживания [3] , ну это уже вопрос к поставщикам и магазинам. А вот с бета-каротином ситуация хуже —большая его часть теряется и в случае замороженных овощей.
Замораживание также помогает сохранить различные натуральные соединения (кверцетин, кемпферол, п-кумариновой кислота, флавонолы, антроцианины и т.п.) в малине [4]- это к вопросу о замороженных фруктах.
P.S.: небольшие колебания по содержанию витаминов вверх также могут быть связаны с уменьшением количества воды, там ведь не абсолютное содержание, а на единицу веса.
Перевод оригинальный. Кому интересны подробности — читайте статьи по ссылкам.
Источник
Замороженные фрукты и овощи — отличные источники витаминов С, Е и В2 даже после 90 дней хранения (но при одном условии)
Вы, вероятно, можете знать, что свежезамороженные овощи и фрукты сохраняют большое количество витаминов. «Большое количество», однако, не совсем точная цифра. Результаты недавнего исследования, проведенного Али Бузари, Дирком М. Холстегем и Дайан Мари Барретт, дали количественную оценку потери питательных веществ в процессе заморозки и последующего хранения в некоторых фруктах и овощах (Bouzari. 2014).
Если быть точнее, ученые оценили показатели аскорбиновой кислоты (витамин С), рибофлавина (витамин В2), альфа-токоферола (витамин Е) и бета-каротина в кукурузе, моркови, брокколи, шпинате, горошке, зеленой фасоли, клубнике и чернике.
Как видно на Рисунке 1, потери витамина С минимальны по сравнению со свежими продуктами, в которых витамин С теряется после нескольких дней хранения.
Рисунок 1: Изменения содержания витаминов в отдельных овощах после заморозки и хранения в течение 90 дней (Bouzari. 2014)
В случае зеленого горошка уровень аскорбиновой кислоты (витамина С) и альфа-токоферола (витамина Е) даже увеличился во время хранения.
При условии непрерывной холодильной цепи! (Непрерывная холодильная цепь — совокупность технологических процессов, позволяющих сохранить качество скоропортящихся продуктов на всех этапах пребывания при их производстве, холодильной обработке, хранении, транспортировке и реализации — прим. пер.) Теоретически замороженные овощи являются отличным источником витаминов. К сожалению, это верно только в том случае, если с продуктами обращаются должным образом. Когда нарушается холодильная цепь, витамины теряются, так как при таянии увеличивается потеря соков на
760% (Gonçalves. 2011)!
Например, в клубнике, к сожалению, витамины часто теряются из-за потери воды в процессе заморозки. Ученые смогли показать, что.
- ни один из замороженных продуктов не показал значительных отличий в отношении содержания рибофлавина (В2)
- три продукта имели более высокие уровни альфа-токоферола (Е) в замороженном виде
- бета-каротин не был обнаружен в достаточных количествах в чернике, клубнике и кукурузе
- содержание бета-каротина в горошке, моркови и шпинате было ниже в случае заморозки
В целом, содержание витаминов в замороженных продуктах было сопоставимо, а иногда даже выше, чем у их свежих аналогов. Только содержание бета-каротина значительно снизилось в некоторых продуктах, о чем следует помнить, когда вы отправляетесь в магазин за покупками.
Изменения (%) содержания витамина С в свежем и замороженном шпинате во время хранения (Gil. 1999; Bouzari. 2014)
Вывод: за исключением бета-каротина, замороженные продукты являются отличными источниками витаминов и могут — как в случае витамина С — дать даже больше важных питательных веществ, чем их свежие аналоги, которые теряют большое количество витаминов во время хранения — то же самое касается и фитохимических веществ, которые также были изучены (Mullen. 2002).
Следует помнить одну вещь: точные значения зависят от заморозки, так как потеря воды лежит в основе внезапного «увеличения» содержания витамина С в листьях шпината, что наблюдалось в данном исследовании.
Источники:
- Bouzari, Ali, Dirk M. Holstege, and Diane Marie Barrett. «Vitamin Retention in Eight Fruits and Vegetables: A Comparison of Refrigerated and Frozen Storage.» Journal of Agricultural and Food Chemistry (2014).
- Gonçalves, Elsa M., et al. «Degradation kinetics of colour, vitamin C and drip loss in frozen broccoli (Brassica oleracea L. ssp. Italica) during storage at isothermal and non-isothermal conditions.» International Journal of Refrigeration 34.8 (2011): 2136-2144.
- Gil, María I., Federico Ferreres, and Francisco A. Tomas-Barberan. «Effect of postharvest storage and processing on the antioxidant constituents (flavonoids and vitamin C) of fresh-cut spinach.» Journal of agricultural and food chemistry 47.6 (1999): 2213-2217.
- Mullen, William, et al. «Effect of freezing and storage on the phenolics, ellagitannins, flavonoids, and antioxidant capacity of red raspberries.» Journal of Agricultural and Food Chemistry 50.18 (2002): 5197-5201.
Источник