INFLUENTA TEMPERATURILOR SCAZUTE ASUPRA STRUCTURII SI COMPOZITIEI PRODUSELOR ALIMENTARE

INFLUENTA TEMPERATURILOR SCAZUTE ASUPRA STRUCTURII SI COMPOZITIEI PRODUSELOR ALIMENTARE

In fig. 5.4 este prezentata diagrama cubelor de saturatie pentru apa. Punctul (PT) se numeste punct triplu; in conditiile de presiune si temperatura ale acestui punct, apa coexista sub toate cele trei faze de agregare (solida, lichida si gazoasa). In domeniul delimitat de curbele (a) si (c), apa se gaseste in stare lichida; punctul (C) este punctul critic, corespunzand temperaturii de 374⁰C si presiunii de 167200 mm Hg. Dincolo de acest punct apa nu mai poate exista decat in stare de vapori.

Curbele (c) si (b) delimiteaza domeniul in care apa se gaseste in stare solida (gheata); pentru presiunile superioare celei corespunzatoare punctului triplu, scaderea temperaturii (de la t₁ la t₃) conduce la trecerea apei din starea lichida in cea solida (temperatura t₂ este egala cu 0⁰C). Pentru presiunile mai mici decat cea corespunzatoare punctului triplu, apa trece din stare solida direct in stare de vapori, proces denumit sublimare si care este utilizat in cazul liofilizarii produselor alimentare (vezi capitolul 8).

La presiune atmosferica normala, solidificare apei pure are loc conform diagramei din fig. 5.5; caldura latenta de solidificare a apei este de 335 kJ/kg.

In produsele alimentare apa este de fapt faza continua a unor sisteme disperse si temperatura sa de inghet este mai mica decat cea a apei pure; ca urmare, temperatura de congelare (inghet) a produselor alimentare este cuprinsa intre -0,4⁰C si - 4⁰C, in functie de tipul produsului.

In cazul unei solutii binare (formate din doua componente), diagrama curbelor de saturatie este cea prezentata in fig. 5.6 (pentru solutia de apa cu sare).

Pentru o solutie avand concentratia initiala x_A (x_A % sare), in domeniul aflat deasupra celor doua curbe solutia se gaseste in stare lichida; scaderea temperaturii de la t_A pana la t_B are loc cu pastrarea constanta a concentratiei. Din momentul atingerii punctului (B), scaderea in continuare a temperaturii conduce la aparitia cristalelor de gheata; odata cu scaderea temperaturii se parcurge curba (B-E), iar concentratia solutiei creste pe masura ce se formeaza noi cristale de gheata. La atingerea temperaturii corespunzatoare punctului (E), denumit punct eutectic , intreaga cantitate de solutie, avand concentratia x_E, se va gasi in stare solida. Pentru solutia de sare in apa, parametrii punctului eutectic sunt:

• t_E = - 21,2⁰C;
• x_E =  23,3%.

Concentrarea solutiei prin congelare partiala este utilizata pentru unele produse alimentare lichide cum ar fi mustul de struguri, sucurile de fructe, vinurile.

In cazul in care concentratia initiala a solutiei este cea corespunzatoare punctului (C, x_C > x_E), scaderea temperaturii mentine constanta concentratia solutiei pana la atingerea punctului (D); la scaderea in continuare a temperaturii, evolutia are loc dupa curba (D-E), fiind insotita de scaderea concentratiei.

In punctul (E) solutia este saturata (in exemplul nostru apa contine cantitatea maxima de sare dizolvata), iar temperatura de congelare a solutiei este minima (temperatura eutectica) ; la scaderea temperaturii sub t_E, intreaga solutie se va gasi in stare solida (congelata).

Atunci cand solutia este formata din mai multe componente (polifazica), nu mai exista o temperatura fixa de congelare, ci un interval de temperaturi pe parcursul caruia solutia trece din stare lichida in stare solida.

Produsele alimentare, ca sisteme complexe, cuprind o faza continua de solutii apoase si o faza dispersata ce poate contine coloizi (dispersii coloidale). Proteinele, ca elemente ce pot forma dispersii coloidale, sunt afectate de procesul de racire; astfel, racirea pana la limita de congelare intarzie denaturarea proteinelor (denaturare ce se refera la modificari in forma moleculelor, scaderea capacitatii de legare a apei etc.). Congelarea produce, de regula, denaturarea proteinelor, aceasta fiind mai accentuata la globuline in raport cu albuminele; denaturarea se manifesta in special prin separarea apei sub forma de cristale de gheata. Denaturarea proteinelor este accentuata pe parcursul depozitarii alimentelor in stare congelata, fiind cu atat mai semnificativa cu cat temperatura este mai ridicata si durata de depozitare mai mare. Pentru a se evita denaturarea proteinelor, pentru unele produse alimentare se recomanda congelarea ultrarapida, cu azot lichid.

Emulsiile sunt sisteme eterogene, formate din lichide nemiscibile, dispersate unul in altul sub forma de picaturi fine (diametre mai mari de 0,1 mm); in alimente, de cele mai multe ori emulsiile sunt formate din grasimi si apa. Temperaturile scazute provoaca destabilizarea emulsiilor, prin separarea incompleta a componentelor sau prin inversarea emulsiei (emulsie de tip apa in grasime in loc de grasime in apa). Destabilizarea emulsiilor se explica prin cresterea tensiunii superficiale odata cu scaderea temperaturii; pe de alta parte, cresterea vascozitatii tinde sa contracarereze, intr-o oarecare masura, efectul de destabilizare a emulsiei.

In ceea ce priveste sistemele celulare, scaderea temperaturii pana la limita congelarii nu produce efecte negative. Congelarea determina modificari ireversibile ale celulelor atat prin actiunea mecanica a cristalelor de gheata (distrugerea sau deformarea peretilor celulelor, dislocari mecanice), cat si prin actiunea fizico-chimica a solutiilor care se concentreaza prin separarea apei. In cazul in care congelarea produsului este rapida, se formeaza cristale de gheata de dimensiuni mici, iar efectele mecanice sunt reduse. In timpul depozitarii produselor congelate dimensiunile cristalelor de gheata cresc si acestea afecteaza puternic structura celulelor.

In cazul grasimilor principala modificare este rancezirea, care este un rezultat al autooxidarii lipidelor si al proceselor de hidroliza, insotit de eliberarea de acizi grasi. Racirea grasimilor pana la limita de congelare intarzie aparitia rancezirii, aceasta manifestandu-se doar dupa scurgerea unei anumite perioade de depozitare. Cu cat temperatura este mai scazuta, cu atat modificarile calitative ce apar prin rancezire sunt mai reduse. Pentru diminuarea rancezirii oxidative se poate apela la ambalarea sub vid sau la ambalarea in materiale impermeabile la oxigen si lumina.