Effect op Kwaliteit
Erik Esveld, Erik.esveld@wur.nl FBR - WUR
Klik op het pictogram als u een afbeelding wilt toevoegen
Klik op het pictogram als u eenKlik op het pictogram als u eenKlik op het pictogram als u een afbeelding wilt toevoegen afbeelding wilt toevoegen afbeelding wilt toevoegen
Vriesbewaring en kwaliteit
Dan doe ik dit ...., en alles staat stil...
ยง
Doel is maximaal behoud van levensmiddel kwaliteit.
ยง
Procescondities tijdens vriezen, bewaren en tempereren kunnen effect hebben op waarde van het product.
ยง
Keuzes in techniek en logistiek hebben dus niet alleen effect op kosten, maar ook op de waarde van de procesvoering.
2
Kwaliteitsverloop tijdens bewaren •
Gedurende bevroren bewaring neemt de kwaliteit steeds verder af.
•
Afname snelheid sterk afhankelijk van bewaartemperatuur. 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Praktische maximale bewaartermijn voor vis in maanden. * IRR Guide to Refrigerated Storage
•
Tijdens invriezen en tempereren is het product nog maar gedeeltelijk bevroren.
•
Juist hier vinden snelle veranderingen plaats
3
Begrip vriesbewaring en product kwaliteit
§
Invriezen en de bevroren toestand ● Vriespuntverlaging ● Vriesconcentratie ● Glasovergang ● State Diagram
§
Veranderingen tijdens invriezen en bewaring 4
Vriespuntverlaging en vriesconcentratie In een levensmiddel is de water concentratie lager dan 100%
§
Vriespunt lager dan 0°C ● Hangt af van wateractiviteit
Bij ijsvorming gaat er water uit de waterige fase.
§
Concentratie opgeloste stoffen neemt toe
● Typisch -3°C
Niet opgeloste stoffen tellen niet mee voor de verlaging van de water concentratie
§
Vet, lucht, deeltjes
§
IJs (100% H2O)
5
Vriespuntverlaging en vriesconcentratie 100
Bij ijsvorming gaat er water uit de waterige fase.
§ § §
80
Concentratie opgeloste stoffen neemt toe
Ice fraction (%)
§
Waterconcentratie neemt af Vriespunt wordt steeds lager
60
40
20
Tussen de circa -3° en -10°C
0
bevriest 70% van het water.
-40
-30
-20
-10
0
Temperature (C)
Daarna daalt de temperatuur snel.
Dus ook beneden het initiële vriespunt is er een nog niet bevroren fase.
•
Hierin kunnen veranderingen plaatsvinden
Temperatuur (°C)
20 10 0 -10 -20 -30 -40 -400
-300
-200
6
-100
Enthalpie kJ/kg)
0
100
Kristalgroei snelheid is beperkt Groeisnelheid ijskristallen
ยง
Neemt af met toenemende viscositeit van vloeistof.
ยง
IJsvorming blijft achter bij de temperatuurdaling
Praktijk Maximale vriesconcentratie wordt niet bereikt
ยง
Of pas na langere tijd bij niet te lage temperatuur 100
100
80
80
Ice fraction (%)
Ice fraction (%)
ยง
60
40
20
60
40
20
0
0 -40
-30
-20
-10
Temperature (C)
0
-40
-30
-20
-10
Temperature (C)
7
0
Glasovergang vloeistof fase De bewegelijkheid van de eiwit–water gel neemt af met
§ §
Lagere temperatuur Toenemende concentratie opgeloste stoffen
Bij de glasovergangstemperatuur Tg wordt de viscositeit heel erg hoog, onbewegelijk.
§
De gel is in een glas veranderd. ● Glas is niet kristallijne vaste fase, maar een amorfe onderkoelde vloeistof
§
Alles staat praktisch stil
Geen verdere kristalgroei bij nog lagere temperatuur 8
Glasovergangstemperatuur Tg Tg is erg afhankelijk van het watergehalte
§ §
100% water Tg = -137°C 25% water Tg = -8°C 20 0 %water van max
Tg Vers
Tg Gekookt
-2 0
0%
100%
< -120
< -120
-4 0
50%
50%
-80
-90
70%
30%
-28
24
75%
25%
-8
-28
80%
20%
16
-7
T (° C )
%ijs van max
-6 0 -8 0 T g fre s h fis h
-1 0 0 -1 2 0
T g c o o k e d fis h
0
20 40 60 U n f ro z e n W a te r (% )
9
State Diagram Vriespunt en glasovergang als functie van onbevroren water 20
Onder Tf lijn IJsgroei
Onder Tg lijn
§ §
0
Vriesconcentratie
Glas Stabiel
T (° C )
§ §
10
-1 0 T f fre s h fis h
-2 0
T g fr e s h fi s h T f c o o k e d fis h
-3 0 -4 0
T g c o o k e d fis h
0
20 40 60 U n f ro z e n W a te r (% )
10
Invriezen en de bevroren toestand §
Warmte-inhoud versus temperatuur ● Bij ijsvorming komt veel warmte vrij die moet worden afgevoerd
§
Vriespuntverlaging ● Eiwitten en zout verlagen vriespunt onder 0°C
§
Vriesconcentratie ● Door ijsvorming halen we water weg, vriespunt wordt nog lager
§
Glasovergang ● Boven Tg = ijs + geconcentreerde ‘vloeistof’ ● Onder Tg : ijs + glas stabiel
§
State Diagram ● Weergave Tm en Tg als functie van onbevroren water ● Verloop bevroren toestand in proces
11
Begrip vriesbewaring en product kwaliteit
§
Invriezen en de bevroren toestand
§
Veranderingen tijdens invriezen en bewaring ● Effecten van ijskristal groei, rijping ● In relatie met invriessnelheid ● IJssublimatie ● Eiwit denaturatie ● Enzymatische en chemische reacties ● Microbiële stabiliteit 12
Kristalgroei snelheid IJskristallen ontstaan en groeien als de temperatuur onder het smeltpunt ligt Afhankelijk van invriessnelheid
ยง
Bij langzaam invriezen ontstaan er weinig grote kristallen
ยง
Bij snel invriezen ontstaan er veel kleine kristallen
Product uiterlijk
ยง
Snel: kalkachtig wit
ยง
Langzaam: verse kleur
ยง
Dagen: donker glasachtig 13
Kristalgroei en weefsel schade Langzaam vriezen
• •
ijskristallen ontstaan buiten de spiercellen vriesconcentratie buiten cel trekt water aan
Effect
§ §
Uitdrogen van cellen Weefsel schade
Impact
§
Sponzig , driploss
Snel vriezen
• •
ijsvorming in de cel Minder schade
14
Kristal groei en product structuur
A. Voda, N. Homan, M. Witek, A. Duijster, G. van Dalen, R. van der Sman, J. Nijsse, L. van Vliet, H. Van As, J. van Duynhoven. The impact of freeze-drying on microstructure and rehydration properties of carrot. Food Research Int. 49(2): 687–693 (2012).
Rijpen – herkristaliseren Kleine kristallen hebben een lager smeltpunt
§
Bij gelijke temperatuur zullen grotere kristallen groeien ten koste van de kleine. (Oswald ripening)
Effect:
§
Ongunstige textuur
§
Driploss…
Kan gebeuren bij
§
Hoge en wisselende temperaturen tijden opslag ● Langere tijdsduur en T hoger dan Tg,
16
Oorzaak drip loss: 1e factor Water herdistributie
§
Vorming grote ijskristallen leidt tot per saldo water verplaatsing
§
Na ontdooien zal dit niet allemaal weer herverdelen in de microstructuur.
§
Wat over is kan uitlekken.
§
Te snel ontdooien minder resorptie
Teveel drip loss
§
Manifesteerd zich bij ontdooien
§
Effect van vriezen ● Denk aan bevroren leiding
17
Eiwit denaturatie Vriesconcentratie zout concentratie neemt toe. Hierdoor gaan sommige eiwitten denaturenen (‘uitvlokken’)
§ §
Polaire groepen worden afgeschermd door zout Hydrofobe delen klitten samen.
Denaturatie temperatuur wederom
Tf > T > Tg.
Resultaat:
• •
Verlies functionele (natieve) eiwit functionaliteit. Voor vis en vlees verlies waterbindend vermogen
18
Oorzaak drip loss: 2e factor Afname waterbindend vermogen van het weefsel
§
Tijdens invriezen veranderen de eiwitten
● denaturatie als gevolg van vriesconcentratie
§
Tijdens ontdooien veranderen niet alle eiwitten weer terug in verse toestand
● denaturatie is niet helemaal reversibel
Sneller invriezen geeft betere kwaliteit
19
Uitdroging tijdens bewaring De lucht in de vriesbewaring is extreem droog.
§
Wordt bepaald door koudste punt (koel element)
IJs product oppervlak verdampt
§
Uitdroging : vries’brand’
Voorkomen door
§ §
Folie verpakken Glazeren (garnalen) 20
Enzymatische en chemische reacties •
Lage temperatuur geeft verlaagde reactiviteit, maar
•
Vriesconcentratie geeft verhoogde concentratie
à à
Dus reacties kunnen ook bevroren toestand optreden Maar niet bij bewaring onder Tg
Bij vlees en vis typisch een probleem: § Oxidatie ● Vetoxidatie Ranzigheid ● Carotenoïden kleur verlies
§
Complex chemisch proces ● Belangrijk enzym voor initiatie is lipoxygenase. 21
Microbiële stabiliteit Tussen 0 en -5°C § Mogelijk groei van koude tolerante gisten en schimmels Onder de -10°C geen metabolisme. § Groei en verbruik staan stil. Parasieten, protozoa worden geïnactiveerd door vriezen Bacteriën zullen vriezen overleven. § Mogelijk een reductie aantal levensvatbare bacteriën Dus bij ontdooien zullen er altijd weer genoeg uitgroeien
22
Veranderingen tijdens invriezen en bewaring §
Kwaliteit achteruitgang ● sterk temperatuur afhankelijk
§
IJskristal groei, Eiwit denaturatie
§
●
Waterherverdeling en verlies waterbindend vermogen
●
Vochtverlies (driploss) en Textuur verandering (sponzig)
IJssublimatie ●
§
§
Uitdroging Vriesbrand
Enzymatische en Chemische reacties ●
Vriesconcentratie extra reactie. Niet beneden Tg
●
TBA Geur Vetoxidatie Ranzigheid
Microbiële stabiliteit ●
Absoluut geen groei onder -10°C
●
Geen grote afdoding bacteriën, dus staat slechts stil.
23
Effect op Kwaliteit
Klik op het pictogram als u een afbeelding wilt toevoegen
Erik Esveld FBR - WUR
Klik op het pictogram als u eenKlik op het pictogram als u eenKlik op het pictogram als u een afbeelding wilt toevoegen afbeelding wilt toevoegen afbeelding wilt toevoegen