Отепление и размораживание (дефростация) — заключительная операция перед выпуском пищевых продуктов в розничную продажу или перед кулинарной обработкой. Цель её — привести продукт в состояние возможно близкое к натуральному продукту высокого качества или в первоначальное состояние, присущее этому объекту перед холодильной обработкой и хранением (состояние реституции).

Размораживание (или дефростация) — это процесс превращения льда, содержащегося в тканях замороженной рыбы, в воду. Вода при этом распределяется по мышечной ткани таким образом, как это было до замораживания. Практически достичь полной обратимости процесса замо­раживания не удается. Способность клеток и волокон к влагоудержанию значительно снижается вследствие травмирования их кристаллами льда и уменьшения способности белковых веществ к гидратации из-за проходящих денатурационных изменений белка. Поэтому часть клеточного сока (свободная или слабоудерживаемая и структурно связанная влага) вытекает из продукта и теряется.

Размораживание производят для возвращения продукта в исходное состояние непосредственно перед промышленной обработкой рыбы, направляемой на производство консервов, пресервов, копченой, соленой или другой продукции. В конце размораживания температура рыбы повышается до 0°С. Для осуществления данного процесса необходимо затрачивать энергию, чаще всего в форме теплоты.

Современные способы размораживания

Основными способами размораживания в настоящее время являются: размораживание в воздушной  среде (на воздухе при естественной и искусственной циркуляции); размораживание в жидкой среде (погружение в проточную воду, орошение водой, в водном растворе NаСl); размораживание конденсирующимся паром под вакуумом; размораживание кристаллизирующейся водой; размораживание контактом с греющей поверхностью; размораживание в паровоздушной смеси; размораживание инфракрасным излучением; размораживание токами промышленной частоты и в электромагнитном поле СВЧ (диэлектрическое размораживание).

Размораживание в воде — наиболее распространенный метод. Рыбу при помощи транспортирующего устройства перемещают в ванне с водой (температура не выше 20°С), под душирующим устройством или при последовательном орошении и погружении. Методом орошения лучше размораживать мелкую рыбу. Интенсификация процесса размораживания рыбы в воде достигается подачей пара под давлением, циркуляцией воды, использование смеси воды и воздуха в виде пульсирующей струи. К преимуществам данного метода относится высокий коэффициент теплоотдачи от воды к продукту, что способствует сокращению продолжительности размораживания по сравнению с дефростацией на воздухе; в производственных условиях размораживание в жидкой среде удобнее, чем на воздухе, так как одновременно рыба промывается от слизи и загрязнений; процесс дефростации в воде легче механизировать.

К недостатку метода относится большой расход воды, расход тепловой энергии, дополнительные затраты на очистку воды, потеря части органических и минеральных веществ.

Размораживание на воздухе — рыбу раскладывают на стеллажах в помещении или под навесом при температуре 10 — 15°С и выдерживают до полного размораживания. Интенсификация процесса размораживания на воздухе достигается путем его увлажнения и циркуляции. Преимущества метода — простота и дешевизна (не требуется подвода тепла), отсутствие дорогостоящего оборудования; к размораживанию в воздушной среде прибегают в случаях, когда другие методы неприемлемы: при помощи этого метода осуществляют размораживание филе, икры, молок, мороженого фарша и т.п. Недостатки — в большинстве случаев невозможность поточного процесса, повышенные затраты ручного труда, высокая продолжительность процесса, уменьшение массы за счет подсыхания верхнего слоя и вытекания тканевого сока, неравномерность размораживания на поверхности и в центре продукта, обсеменение размораживаемого продукта микроорганизмами, потеря части азотистых веществ.

Размораживание конденсирующим паром под вакуумом — основано на использовании теплоты, выделяющейся при конденсации насыщенных паров на холодной поверхности мороженой рыбы. Чтобы исключить отрицательное воздействие на продукт высоких температур (при атмосферном давлении водяной пар конденсируется при 100°С), конденсацию пара осуществляет при низком давлении (под вакуумом), при этом температура пара снижается до 20°С. К достоинствам этого способа относится отсутствие перегрева продукта, потерь массы, бактериального загрязнения, небольшой расход воды, сохранение вкусовых качеств; скорость размораживания увеличивается в 2 раза по сравнению с размораживанием в воде и в 3 раза — по сравнению с размораживанием на воздухе. Недостатки — обесцвечивание некоторых видов рыб, особенно тунца, в вакуум-камере; сложности технического оформления метода; так как для поддержания стабильности процесса из рабочего объема камеры необходимо непрерывно отсасывать паровоздушную смесь.

Размораживание кристаллизирующейся водой — способ основан на использовании теплоты, выделяющейся при льдообразовании на поверхности замороженной рыбы. Рыбу погружают в воду температурой плюс 0,5 – 1,0°С, близкой температуре льдообразования. За счет аккумулированного тканями рыбы холода происходит размораживание вследствие намерзания на её поверхности льда. Преимущества метода — применяется при дефростации крупных ценных видов рыб, замороженных поштучно, например осетровых, снижает набухание и общую обсемененность рыбы. Недостатки — способ неприменим для размораживания блоков рыбы.

Размораживание контактом с греющей поверхностью — способ дает положительные результаты, главный образом, для блоков рыбы, имеющих ровную поверхность, используется, например, при выбивке блоков из блок-форм при их разгрузке, при этом в качестве теплоагента используется водяной пар. Преимущества метода — процесс контактного размораживания идёт быстрее, чем при размораживании на воздухе, не требуется большого расхода воды и её очистки от чешуи и пены. Недостатки — использование контактного подвода тепла интенсифицирует только процесс размораживания поверхности блока; возникают трудности в обеспечении постоянства контакта блока с греющей поверхностью; возможен перегрев рыбы и  нарушение кожного покрова.

Размораживание в паровоздушной смеси — метод размораживания, при котором водяные пары, конденсируясь на поверхности замороженной рыбы, отдают теплоту конденсации. Замороженную рыбу помещают в камеру, в которой создается насыщенная водяными парами среда с температурой 18°С и пониженное давление, что необходимо для лучшей теплоотдачи. Продолжительность размораживания в паровоздушной смеси почти равна продолжительности размораживания в воде. Данный метод применим для дефростации рыбы, замороженной поштучно, особенно крупных, аккумулировавших большое количество холода. Метод непригоден для размораживания блоков рыбы.

Размораживание инфракрасным излучением — основано на том, что в процессе нагревания между излучателем и облучаемые телом происходит лучистый теплообмен. Поверхностная плотность потока излучения в десятки раз превышает плотность теплового потока при конвективной и контактном размораживании, что позволяет достигать высоких скоростей нагрева. Преимущества — высокая скорость размораживания. Недостатки — в результате мощного теплового потока происходит первоначально быстрое нагревание не всего тела, а лишь его поверхности на глубину 1-2 мм; температура поверхностного слоя быстро повышается, что может приводить к быстрому испарений влаги и образованию вздутий под кожей рыбы. Данный способ размораживания может применяться только в комбинации с другими.

Все выше рассмотренные способы относятся к способам поверхностного размораживания, т.е. когда тепловой поток подводится к поверхности продукта, при этом поверхностные слои блоков или брикетов претерпевают более заметные качественные изменения, чем внутренние; кроме того, часть теплоты тратится на нагрев транспортных средств, рассеивается в окружающую среду. Этих недостатков лишены методы объемного размораживания (электрофизические методы нагрева).

Размораживание токами промышленной частоты — способ заключается в том, что через блок мороженой рыбы, обладающий определенной электропроводностью, пропускает переменный электрический ток, который вызывает его нагревание. Блок погружают в медленно циркулирующую воду, в результате чего его температура повышается, а электрическое сопротивление уменьшается. С двух сторон к блоку подводят два электрода и пропускают через них переменный ток. Преимущества метода — высокая скорость размораживания, хорошее качество размороженного продукта, отсутствие усушки, равномерность прогрева по всей толщине блока, возможности установки аппарата для размораживания в поточные линии по переработке рыбы. Недостатки — большой расход электроэнергии и воды, опасность поражения обслуживающего персонала электротоком, сложности конструкции аппарата.

Размораживание в электромагнитном поле высокой (ВЧ) и сверхвысокой частоты СВЧ (диэлектрическое размораживание) — метод основан на пропускании рыбы через интенсивное электрическое поле переменного тока высокой или сверхвысокой частоты, энергия которого расходуется на дефростацию рыбы. Во время размораживания теплота генерируется одновременно по всему объему рыбы, блоки прогреваются быстро и равномерно по всей толщине. Усушки или набухания рыбы при таком размораживании не происходит. Достоинства метода — высокая скорость размораживания, сокращение потерь белковых и азотистых экстрактивных веществ, предотвращение развития микрофлоры, возможность регулирования конечной температуры рыбы, небольшая потребность в площадях под оборудование, удобство включения дефростационных установок в механизированные линии. Недостатки — повышенный расход электроэнергии, не всегда равномерное распределение температурного поля в продукте (рекомендуется прерывистый СВЧ нагрев), высокая стоимость данного способа, сложность конструкции установки.

Теплофизические процессы размораживания

Отепление мороженой рыбы приводит к повышению её температуру до желаемой, однако, не следует допускать конденсации паров влаги из воздуха на поверхности продукта из-за развития микрофлоры и ухудшения качества рыбы, или его следует проводить так, чтобы не достигалась точка росы вместе с тем, чрезмерно сухой воздух вызывает значительную усушку продукта. Поэтому требуется регулировать состояние и движение воздуха, омывающего продукт, в соответствии с постепенным повышением температуры поверхности объекта так, чтобы обеспечить достаточно интенсивный теплообмен и чтобы при температуре поверхности продукта воздух был близок к состоянию насыщения парами влаги. Отепление считается законченным, когда температура продукта становится такой, что при перенесении его в новые условия будет исключена поверхностная конденсация влаги.

Перспективные направления в технологии размораживания

Основные продукты, подвергаемые промышленному размораживанию — это мясо и рыба. Поверхность таких продуктов увлажнена, к тому же перед дальнейшим использованием их моют, поэтому при размораживании сухость поверхности не обязательна и даже вредна. До конца первой четверти 20-го столетия считалось, что медленное размораживание в воздухе приводит к полному восстановлению свойств продукта. Позже было установлено, что скорость размораживания рыбы не влияет существенно на её пищевкусовые достоинства. Далее, было учтено общее для техники стремление к ускорению производственных процессов, кроме того, медленно размораживаемый продукт, не будучи стерильным, становится средой, благоприятной для развития микрофлоры и активации ферментов, что не способствует его доброкачественности. Появились предложения о форсировании размораживания путем повышения температуры теплоотводящей среды и коэффициента теплоотдачи на поверхности продукта. Последнее достигалось применением быстродвижущегося теплого воздуха, жидкости, пара. Однако, при большой толщине рыбы и при ограниченной их температуропроводности интенсивный подвод тепла к поверхности приводит к значительному перегреву поверхностных слоев рыбы в то время, как внутренняя масса остается не размороженной, что неблагоприятно для качества продукции. Для устранения этого недостатка размораживание выполняли в вакуумированном пространстве, обеспечивающем кипение воды при температуре 20°С. Вводимая извне теплая вода, находящаяся в этом сосуде, превращается в пар, который, конденсируясь на холодной поверхности размораживаемого тела, обладает высоким коэффициентом теплопередачи, но поверхность объекта не может нагреться более чем до температуры конденсации +20°С. Так интенсифицируется внешний теплообмен, пока происходит конденсация пара, однако внутренний теплообмен в размораживаемом теле не ускоряется. Возникли предложения о размораживании продуктов посредством электрического поля высокой и промышленной частоты и с помощью ультразвука. Размораживание электротоком позволяет прогреть толщу продукта и устранить неудобства неравномерности прогрева периферийных и внутренних слоев. Однако у этого способа размораживания имеются 2 слабые стороны.

Во-первых, продукты неоднородны по строению и электрическим свойствам составных частей, неравномерно прогреваются. Так, мясо на костях прогревается быстрее, чем вдали от них. Во-вторых, велики энергетические потери. Доля тепла, используемого для размораживания рыбы по отношению к теплу, затраченному на выработку электроэнергии, составляет 5…6%, что существенно влияет на себестоимость готовой продукции.

Большинство пищевых продуктов относится к полупроводникам и состоят из смеси веществ, по-разному реагирующих на воздействие электромагнитного поля. Микрочастицы этих веществ электрически заряжены. В продукте заряды находятся в виде 2 различных групп. Заряды 1-й группы легко перемещаются под воздействием внешнего электрического поля и называются свободными. Заряды 2-й группы ограничены в перемещении и называются связанными. Перемещение свободных зарядов под воздействием внешнего электрического поля в межэлектродном пространстве создает ток проводимости. Связанные заряды под действием поля смещаются в ограниченных пределах. Смещение зарядов под действием электрического поля зависит от величины приложенного поля и называется поляризацией. Величина смещения связанных зарядов зависит от прочности связей между ними, определяемых строением вещества. Известно, что в цепях переменного тока проводимость участков, не имеющих свободных зарядов, определяется токами смещения и их сопротивление уменьшается с повышением частоты колебаний электромагнитного поля. При высоких частотах электромагнитного поля  сопротивление воздушного промежутка мало и поэтому возможна обработка продуктов при наличии зазора между ним и электродом. При прохождении тока высокой частоты (ТВЧ) через рыбу электрическая энергия превращается в тепловую. В этом случае тепло выделяется по всей толще продукта и происходит нагрев блока рыбы с большой скоростью. Брикет мороженой кильки размораживается в воздухе 10-12 ч, в воде 50-60 мин, ТВЧ — 4 мин. (при напряжении питания 380 В). Затраты энергии на размораживание 1 брикета (массой 12…13 кг) составляют 0,8…1,2 кВт/ч.

Размораживание  мяса и рыбы является заключительным звеном холодильной цепи, и осуществление этого процесса во многом определяет показатели качества мяса после холодильной обработки. Существующие способы характеризуются наличием значительных производственных площадей, продолжительностью процесса, что приводит к интенсивному развитию микрофлоры и увеличению потерь массы продукта.

Использование электротехнологии при размораживании мяса в условиях электроконвективного теплообмена осуществляется путём воздействия на продукт электронного потока. Результаты опытов  по размораживанию говяжьего фарша показали значительное улучшение теплофизических характеристик процесса по сравнению с размораживанием в среде влажного воздуха, продолжительность процесса сократилась в 1,2…1,4 раза, а потери массы — на 8…10%, при этом отпадает необходимость в дополнительном применении бактерицидной обработки мяса.

1.4.4. Изменение качества мороженой рыбы при размораживании

Качество размороженной рыбы зависит от вида и качества сырья перед замораживанием, а также условий холодильной обработки и размораживания объектов. При размораживании невозможно восстановить свойства рыбы, утраченные ею в процессе обработки до размораживания. Протекание денатурационных процессов в мышечной ткани при размораживании проявляется, прежде всего, в снижении растворимости белковых  веществ, изменении их фракционного состава и уменьшении влагоудерживающей способности, вместе с тем при размораживании происходят гидролитические и ферментативные процессы, приводящие к накоплению продуктов расщепления белков и липидов. Для пищевых продуктов с тканевой структурой наиболее достоверным показателем обратимости свойств при размораживании является величина потерь сока. Потери массы при размораживании рыбы значительно больше, чем у животных пищевых продуктов и могут достичь 20%, поэтому наиболее высокие потери при размораживании характерны для рыбы медленно замороженной или долго хранившейся до замораживания в охлажденном виде, а также для мороженой рыбы длительного холодильного хранения. При этом величина среднемесячного увеличения потерь при размораживании для гидробионтов замороженных  медленно, в 1,5 рам выше, чем для быстрозамороженной. Кроме того, на величину потерь при размораживании оказывает влияние механохимическое состояние рыбы в момент проведения данной операции, т.к. рыба, находившаяся в состоянии максимума окоченения, будет иметь наибольшие потери, чем рыба, находившаяся в состоянии предокоченения или расслабления. Химический состав также имеет свое влияние на потери сока рыбы при размораживании. Так, у тощей рыбы потери сока больше, чем у жирной. Потери сока возрастают с увеличением срока хранения и повышением температуры хранения. При выдержке трескового филе перед замораживанием в течение 8 ч потери увеличиваются от 4 до 7%. При хранении в течение 3 месяцев при — 22°С потери сока увеличиваются до 7,5%. Величина потерь сока зависит от вида рыбы, состояния её свежести и биологической зрелости. Для свежезамороженного сырья потери сока составляют при размораживании до 5%, у рыбы, замороженной после нереста, возрастают до 8%, данные потери возрастают с увеличением содержания воды и уменьшением содержания белка и жира в мышечной ткани гидробионтов. Кроме этого, потери сока при размораживании зависят от реакции среды (минимальная гидратация наблюдается при изоэлектрической точке белков), а также от формы рыбы — отношения площади к объему. Ряд ученых-технологов рекомендуют для уменьшения потерь сока при размораживании производить кратковременную выдержку рыбного филе перед замораживанием в 20% -ном растворе NаСl, или же посоле филе до конечной концентрации поваренной соли — 2%. Матен и Пиллач (Индия) предлагают использовать фосфаты для снижения потерь сока, а соответственно, и качества рыбы при её размораживании. Они установили, что оптимальная концентрация растворов составляет 12%, а время выдержки рыбы в этих растворах от 30 до 60 с. Причем по эффективности воздействия на снижение потерь сока при размораживании полифосфаты располагаются следующим образом (по снижающейся эффективности воздействия): триполифосфат натрия (Nа₅P₃О₁₀)→пирофосфат натрия (Na₄P₂O₇)→ортофосфат натрия (Na₃PO₄)→вторичный ортофосфат натрия (Na₂HPO₄). При обработке фосфатами выход продуктов после размораживания колеблется от 103,2 до 97,9% массы продукта по сравнению с 90% в контрольных партиях. Сохранность пищевых продуктов после размораживания является сложной проблемой. В размороженных продуктах неоднократно обнаруживали случаи увеличения и снижения ферментативной активности по сравнению со свежими продуктами. В растворах тканевых жидкостей концентрацией ниже 1% преобладают процессы дезагрегации, обуславливающие увеличение активности ферментов. При концентрациях выше 1,5% преобладает агрегация, обуславливающая снижение ферментативной деятельности после размораживания. В целом, чем медленнее заморожена мышечная ткань рыбы, тем больше структурные изменения и тем в большей степени качественное состояние и стойкость размороженного рыбного продукта отличается от охлажденного. Микробиальные процессы в быстро размороженной рыбе протекают после размораживания приблизительно с той же скоростью, что в охлажденной рыбе при тех же условиях хранения. Микробиальные изменения в медленно  замороженной рыбе протекают после размораживания быстрее вследствие большей ферментативной активности мышечной ткани. В целом считают, что сохранность размороженных продуктов животного происхождения меньше сохранности тех же продуктов в охлажденном состоянии, хранившихся при тех же температурных условиях.

Мороженую рыбу подразделяют на I и II сорт, по органолептическим показателям она должна соответствовать требованиям соответствующих стандартов. Поверхность рыбы первого сорта должна быть чистой естественной окраски, свойственной данному виду. В зависимости от вида рыбы регламентируются повреждения и изменения цвета поверхности. Изменение цвета, главным образом, пожелтение, не должно быть связано с окислительными процессами. Требования к внешнему виду рыбы второго сорта остаются в основном теми же, что и для первого сорта, но с различными допусками.

После размораживания консистенция рыбы первого сорта должна быть среднеупругой, плотной, присущей данному виду рыбы. Запах рыбы первого сорта после размораживания должен быть свойственный свежей рыбе без порочащих признаков. Для рыбы второго сорта консистенция может быть ослабевшей, но не дряблой, допускается кисловатый запах в жабрах, для отдельных видов — незначительный запах окислившегося жира, не проникший в толщу мяса. Мелкая мороженая рыба, рыба специальной разделки, филе по сортам не подразделяется. Органолептические показатели данных групп рыб регламентируются соответствующими стандартами.

Размороженная рыба портится так же быстро, как и продукты, хранящиеся в свежем виде в условиях обычного охлаждения. Микроорганизмы, которые не погибли при замораживании, начинают развиваться, как только температура продукта станет положительной. Применяемый способ размораживания должен быть кратким по времени и обеспечивать поддержание возможно более низкой положительной температуры.

1.4.5. Влияние условий размораживания на качество размороженной рыбы

Качество размороженной рыбы в значительной степени определяет пищевую ценность готового продукта, его товарный вид и стойкость при хранении и зависит от жирности рыбы, степени её свежести, целостности отдельных органов и тканей, способа разделки, способа размораживания и т.п. Жирная рыба имеет лучший вкус и более высокую питательную ценность. Степень свежести рыбы зависит от условий её добычи и хранения до технологической обработки. Контролируемыми параметрами при организации добычи рыбы являются длительность траления, степень наполнения трала (кутка), наличие прилова, уровень травматизма рыбы, длительность и температура хранения рыбы на палубе или в бункерах-накопителях до обработки. Любая задержка рыбы в орудиях лова при обработке приводит к снижению её качества. Целостность отдельных органов и тканей размороженной рыбы является обязательным условием при выработке пищевых продуктов. Разделанная на тушку или филе с кожей рыба хранится дольше, чем неразделанная, особенно этого касается рыб небольшого размера.

Важным требованием к технологии размораживания рыбы является стабильность температуры размораживающей среды. Даже непродолжительное повышение температуры (например, выше 20°С при размораживании в воде или на воздухе) отрицательно влияет на качество продукта, которое не может быть восстановлено путем последующего снижения температуры до оптимальной. Это объясняется тем, что при длительном размораживании активизируется деятельность тканевых ферментов, ферментов внутренних органов, микроорганизмов, которая не прекращается и при дальнейшем понижении температуры. При повышении температуры скорость размораживания возрастает, однако качество рыбы резко ухудшается. Таким образом, контролируемое размораживание приводит к снижению качества рыбы и преимущества, которые дает замораживание, при размораживании рыбы могут быть утрачены.

В процессе размораживания и обработки рыбы иногда обнаруживается бесструктурность (желеобразность) мяса. Этот порок чаще встречается у морских и океанических рыб (камбала, палтус стрелозубый и некоторые другие). Желеобразность мяса наблюдается только у половозрелых рыб и связана с определенным физиологическим состоянием рыбы в отдельные сезоны, а также с жизнедеятельностью паразитов.

При выборе способа размораживания необходимо учитывать вид рыбы, её размер, глубину разделки и другие факторы. Например, для рыб среднего размера, таких как скумбрия, ставрида, окунь (неразделанных или разделанных на тушку) наиболее приемлемым является размораживание погружением в проточную воду, для более мелких рыб (салака, сардина, килька) — размораживание путем орошения водой, для филе и рыбного фарша — размораживание на воздухе.

При размораживании цвет многих рыб изменяется. В результате контакта с пресной водой таких рыб, как скумбрия, макрель, а также каракатицы, их кожа приобретает бледный или соломенный цвет. Если размораживание производится в слабосоленой воде, естественный цвет и блеск поверхности рыбы сохраняются. Цвет мышечной ткани полосатого тунца лучше сохраняется после размораживания на воздухе или под вакуумом, чем в воде.