Με τον όρο «ψύξη» ή «κατάψυξη» αναφερόμαστε στη δημιουργία συνθηκών χαμηλών θερμοκρασιών, με σκοπό τη χρονική παράταση της συντήρησης των τροφίμων. Οι άνθρωποι, εδώ και αιώνες, για να εξασφαλίσουν τη διατήρηση των τροφίμων για μεγάλα χρονικά διαστήματα, έχουν εφεύρει πολλές μεθόδους συντήρησης, οι οποίες χρησιμοποιούνται έως τις μέρες μας και αποτρέπουν τις αλλοιώσεις και τις αλλαγές στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των τροφίμων.

Είναι  αποδεδειγμένο ότι, όσο η θερμοκρασία μειώνεται, τόσο επιβραδύνεται και ο ρυθμός ανάπτυξης και δράσης των μικροοργανισμών. Επίσης, επιβραδύνονται οι χημικές και ενζυμικές μεταβολές των φυτικών και ζωικών ιστών, καθώς και εκείνες των χημικών δράσεων που οδηγούν σε αλλοιώσεις, όπως η οξείδωση λιπαρών, χρωστικών και θρεπτικών ουσιών, βιταμινών κ.λ.π. Έτσι, ανάλογα με το είδος του τροφίμου, τις φυσικοχημικές του ιδιότητες και το προϋπάρχον μικροβιακό φορτίο, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε και αντίστοιχο εύρος θερμοκρασιών, ώστε να επιτευχθεί η ασφαλής συντήρηση. Οι θερμοκρασίες που εξουδετερώνουν τη δράση των μικροοργανισμών δεν είναι ίδιες με αυτές που αναστέλλουν τη δράση των ενζύμων. Συνήθως οι ενζυμικές αντιδράσεις αναστέλλονται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (-20°C) με κάποιες από αυτές, μάλιστα, να συνεχίζουν τη δράση τους και σε ακόμα μεγαλύτερο ψύχος (-34°C).

Ορισμός της «ψύξης» και της «κατάψυξης»

Η «ψύξη» είναι η μέθοδος συντήρησης κατά την οποία τα προϊόντα υποβάλλονται σε θερμοκρασίες από 0°C έως 5°C. Με τον τρόπο αυτό δεν επιτυγχάνεται η θανάτωση των μικροβίων και των ενζύμων, αλλά η επιβράδυνση της δράσης τους και επομένως η παράταση της ζωής των προϊόντων, έστω και βραχυχρόνια.

Η «κατάψυξη» είναι είναι ένας τρόπος συντήρησης των τροφίμων που βασίζεται στη διαδικασία πήξης του νερού, κατά την οποία αυτό μεταβάλλεται από υγρή κατάσταση σε στερεή. Το χημικά καθαρό νερό μετατρέπεται σε πάγο στους 0°C. Το νερό που περιέχουν τα τρόφιμα, όμως, δεν είναι «καθαρό», καθώς περιέχει διαλυμένες ουσίες από το τρόφιμο, οι οποίες χαμηλώνουν το σημείο πήξης του νερού με αποτέλεσμα να παγώνει σε χαμηλότερες από τους 0°C θερμοκρασίες. Επίσης, τα τρόφιμα που περιέχουν γαλακτοματοποιητές ή σταθεροποιητές, που ως γνωστόν δεσμεύουν κάποιες ποσότητες από το νερό που περιέχεται στα τρόφιμα, καταψύχονται σε ακόμα χαμηλότερες θερμοκρασίες.

Δεν υπάρχει συγκεκριμένο σημείο πήξης αλλά μια περιοχή θερμοκρασιών στην οποία  το νερό μετατρέπεται σιγά-σιγά σε πάγο και αυτή η περιοχή είναι διαφορετική για κάθε τρόφιμο.

Στην περίπτωση της κατάψυξης, το τρόφιμο υπόκειται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, κάτω του μηδενός, συνήθως από -12°C έως -18°C. Το πόσο χαμηλά μπορεί να φτάσει η θερμοκρασία εξαρτάται από το είδος του τροφίμου. Με την εφαρμογή της κατάψυξης έχουμε ελαχιστοποίηση της δράσης των μικροοργανισμών και των ενζύμων που είναι υπεύθυνα  για ανεπιθύμητες αλλοιώσεις στα τρόφιμα. Η ελαχιστοποίηση αυτή σημαίνει ότι οι χημικές και βιοχημικές αντιδράσεις εξελίσσονται με τόσο αργό ρυθμό, που οι επιπτώσεις τους είναι μηδαμινές. Οι δε μικροοργανισμοί, όχι μόνο δεν αναπτύσσονται, αλλά σε μεγάλο ποσοστό εξαλείφονται. Παρατηρούμε, λοιπόν, ότι το ψύχος παρουσιάζει μικροβιοστατική και μικροβιοκτόνο δράση, προκαλώντας μείωση του μικροβιακού πληθυσμού, χωρίς όμως να προκαλεί την ολοκληρωτική καταστροφή του.

Ο μηχανισμός της θανατηφόρου επίδρασης των χαμηλών θερμοκρασιών επί των μικροβίων δε μας είναι απόλυτα γνωστός. Γνωρίζουμε, όμως, ότι η θανάτωση των μικροοργανισμών οφείλεται στην αλλοίωση της δομής των πρωτεϊνών τους, λόγω της αυξημένης συγκέντρωσης διαλυμένων ουσιών στο άπηκτο μέρος του νερού. Η αλλοίωση αυτή αναστέλλει ζωτικές λειτουργίες των κυττάρων των μικροοργανισμών με αποτέλεσμα την καταστροφή τους. Επιπρόσθετα, η εναλλαγή παγώματος-ξεπαγώματος προκαλεί ακόμα δυνατότερο σοκ στα μικρόβια.

Ο χρόνος συντήρησης των κατεψυγμένων τροφίμων, ανάλογα με τη σύσταση του τροφίμου, τη διαδικασία κατάψυξης και τη θερμοκρασία συντήρησης (-12 έως -18°C), κυμαίνεται από 3 έως 12 μήνες.

Η εξάρτηση των μικροβίων από τη θερμοκρασία αποδίδεται με την πιο κάτω γραφική παράσταση.

 

Από τη γραφική παράσταση φαίνεται ότι η άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης των μικροοργανισμών είναι: για τους ψυχρόφιλους 10°C, για τους μεσόφιλους 36°C και για τους θερμόφιλους 55°C.

Επιπτώσεις της κατάψυξης στα τρόφιμα

Η κύρια επίπτωση της κατάψυξης στην ποιότητα των τροφίμων είναι η βλάβη που μπορεί να προκληθεί στα κύτταρα από τους κρυστάλλους πάγου. Παρ’ όλα αυτά, η κατάψυξη επιφέρει αμελητέες αλλαγές στις χρωστικές, τη γεύση ή τα θρεπτικά συστατικά, αν και υπάρχει η πιθανότητα αυτά να χαθούν ή να αλλοιωθούν κατά τις διαδικασίες παρασκευής, ή αργότερα, κατά την αποθήκευση σε κατάψυξη. Επίσης, υπάρχει η πιθανότητα να αποσταθεροποιηθούν τα γαλακτώματα των τροφίμων. Τέτοιου είδους αλλαγές εμποδίζουν την ευρεία χρήση της κατάψυξης σε κάποια τρόφιμα.

Τα κατεψυγμένα προϊόντα μπορεί να εμφανίσουν ποιοτικά προβλήματα μετά την απόψυξη. Αυτά είναι κυρίως η απώλεια υγρών, η χαλάρωση της υφής των ιστών (απώλεια σταθερότητας) και οι αλλαγές σχήματος. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των ζωικών και φυτικών ιστών στην αντοχή κατά την ψύξη. Τα κρέατα έχουν μια πιο εύκαμπτη ινώδη δομή που διαχωρίζεται κατά την κατάψυξη χωρίς να σπάει και η υφή δεν καταστρέφεται σοβαρά. Στα φρούτα και τα λαχανικά η πιο άκαμπτη δομή των κυττάρων μπορεί να καταστραφεί από τους κρυστάλλους πάγου. Η έκταση της ζημιάς εξαρτάται από το μέγεθος των κρυστάλλων και, ως εκ τούτου, από το ρυθμό μεταφοράς θερμότητας.

Πολύ σημαντικό ρόλο στη διατήρηση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του τροφίμου, επίσης, παίζουν ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας και ο ρυθμός κατάψυξής του. Στην ταχεία κατάψυξη δεν προκαλείται σημαντική βλάβη, σχηματίζονται μικρότεροι κρύσταλλοι πάγου, τόσο στα κύτταρα όσο και στους μεσοκυττάριους χώρους. Κατά τη διάρκεια της αργής κατάψυξης, όμως, οι κρύσταλλοι πάγου που αναπτύσσονται ανάμεσα στα κύτταρα, παραμορφώνουν και διαρρηγνύουν τα παρακείμενα κυτταρικά τοιχώματα. Τα κύτταρα αφυδατώνονται και καταστρέφονται μόνιμα από την αυξημένη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας. Κατά την απόψυξη, τα κύτταρα δεν ανακτούν το αρχικό τους σχήμα, οπότε μαλακώνουν και διαρρέει κυτταρικό υλικό από τα σπασμένα κύτταρα που έχουν υποστεί ρήξη (απώλεια σταγόνας).

Η ταχύτητα ψύξης-κατάψυξης επηρεάζεται από:

• το μέγεθος του τροφίμου
• την αρχική θερμοκρασία του προϊόντος
• τη θερμική αγωγιμότητα του προϊόντος
• τη θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου
• τη συσκευασία του προϊόντος
• το περιβάλλον και τη μόνωση των χώρων κατάψυξης.

 Εφαρμογές ψύξης-κατάψυξης στην αρτοποιία και τη ζαχαροπλαστική

Η αρτοποιία και η ζαχαροπλαστική είναι τομείς που συχνά βασίζονται στη χρήση χαμηλών θερμοκρασιών για την παράταση τόσο της ζωής όσο και της φρεσκάδας των προϊόντων. Για το λόγο αυτό, επισημαίνεται ότι, για να σχεδιαστεί η χρήση χαμηλών θερμοκρασιών, πρέπει να ληφθούν υπόψη ιδιαιτερότητες που αφορούν:

α) στη σύνθεση των προϊόντων

β) στη δομή τους

γ) στον τρόπο παρασκευής τους

δ) στις παραμέτρους που σχετίζονται με την εξέλιξη φυσικοχημικών αλλαγών.

Οι παρακάτω πίνακες μάς δείχνουν τη διάρκεια ζωής ορισμένων προϊόντων σε κατάσταση ψύξης και κατάψυξης.

Πίνακας 1: Διάρκεια ζωής προϊόντων υπό ψύξη
Προϊόν	Διάρκεια ζωής	Θερμοκρασία °C	Υγρομετρική κατάσταση
Γάλα νωπό	2-6 ημέρες	+2 +6	–
Βούτυρο	1-4 μήνες	+2 +4	75-85
Μαργαρίνη ζωϊκή	10 μήνες	-2 +2	75-85
Μαργαρίνη φυτική	12 μήνες	+4 +8	75-85
Αυγά	6 μήνες	-0,5 +0,5	85-90
Κρέμα γάλακτος	10 ημέρες	0 +4	75-85
Μαγιά νωπή	1 μήνας	+0 +2	65-80
Μαγιά ξηρή	6 μήνες	0 +4	65-70
Ξηροί καρποί	12 μήνες	+5 +10	70-75
Χυμοί φρούτων	6 μήνες	-1 +2	– (χωρίς συντηρητικό)
Χυμοί φρούτων	12 μήνες	-1 +2	– (με συντηρητικό)
Φράουλες	15 ημέρες	-1 +1	85-90
Κεράσια	10 ημέρες	0 +2	85-90
Μήλα	7 μήνες	0 +4	85-90
Αχλάδια	6 μήνες	-1 +1	85-90
Σταφύλια	30 ημέρες	-1 +7	85-90
Μπανάνες	10 ημέρες	+11 +15	85-90
Πάστες – Τούρτες	10-12 ημέρες	+2 +5	75-80
Ζελέδες	10-12 ημέρες	+4 +6	75-80
Μους	4-6 ημέρες	+4 +6	75-80

 

 

Πίνακας 2: Διάρκεια ζωής προϊόντων υπό κατάψυξη
Προϊόν	Διάρκεια ζωής	Θερμοκρασία °C	Υγρομετρική κατάσταση
Γάλα	12 μήνες	-15 -18	–
Βούτυρο	4 μήνες	-8 -10	75-85
Κρέμα γάλακτος (αχτύπητη)	9 μήνες	-10	70-75
Ζυμάρια χωρίς μαγιά	6-8 μήνες	-18 -20	75-80
Ζυμάρια με μαγιά	2-6 εβδομάδες	-10 -18	75-80
Προϊόντα με baking powder όπως:
Μηλόπιτες	12-14 μήνες	-10 -15	75-80
Κέικ άψητα	4 μήνες	-10 -15	75-80
Κέικ ψημένα	6 μήνες	-10 -15	80-85
Βουτήματα	12 μήνες	-8 -10	65-70
Ντόνατς	1 μήνας	-10 -15	75-80
Πάστες – Τούρτες	3-6 μήνες	-10 -18	80
Πουτίγκες	6-7 μήνες	-10 -18	80

Βιβλιογραφία:

1. Κουντούρης Γ., Αρτοποιΐα-Ζαχαροπλαστική-Παγωτό, Αθήνα, Κορμός, 2005
2. Bennion M. (1980), The Science of Food,New York, John Wiley & Sons Limited
3. Fellows P. J. (1988), Food Processing Technology: Principles and Practice,Ellis Horwood Ltd
4. Lewis M. J. (1990), Physical Properties of Foods and Food Processing, Ellis Horwood Ltd
5. Damodaran S., Parkin K.L., Fennema O.R.(2007), Fennema’s Food Chemistry, 4th Edition, CRC Press

Image by freepik.com