При замораживании мяса в нем происходят сложные физико-химиче­ские, гистологические, коллоидно-биохимиче­ские и микробиологические изменения, кото­рые приводят к изменениям исходных свойств.

Гистологические изменения. Образование кристаллов льда, наличие у них острых граней вызывают необратимые изменения в есте­ственной структуре тканей мяса.

Распределение кристаллов льда в структу­ре мяса, их размер и форма зависят как от условий замораживания, так и свойств сырья.

При медленном замораживании с образованием крупных кристаллов вне клеток может быть повреждена исходная структура клеток вследствие нару­шения полупроницаемости мембран и механического разрушения клеточ­ных оболочек кристаллами льда.

Быстрое замораживание значительно предотвращает диффузионное пе­рераспределение влаги и растворенных веществ и способствует образованию мелких, равномерно распределенных кристаллов льда.

Существует прямая зависимость между размерами кристаллов и степе­нью повреждения тканевых структур. Наибольшие структурные изменения отмечают при медленном замораживании вследствие образования крупных кристаллов льда. В то же время возможно значительное механическое пов­реждение материала при сверхбыстром замораживании. Появление трещин и разрывов при замораживании продуктов в жидком азоте объясняется воз­никновением в системе значительных механических повреждений, приводя­щих к разрушению периферийных слоев продукта из-за утраты его пласти­ческих свойств.

Помимо внешних условий замораживания существенное влияние на структурные изменения мяса оказывают состав и свойства сырья. Состоя­ние мембран и клеточных оболочек, их проницаемость, молярная концентра­ция растворенных веществ, степень гидратации белков предопределяют осо­бенности распределения льда в системе, размер и форму кристаллов.

Например, высокая степень гидратации белков парного мяса, низкая проницаемость сарколеммы на этой стадии автолиза препятствуют переме­щению влаги из мышечного волокна при замораживании. Поэтому кристал­лы льда сосредоточены внутри мышечного волокна. В ходе развития по­смертных изменений мяса, когда уменьшается гидратация мышечных белков и увеличивается проницаемость мембран и клеточных оболочек, заморажи­вание сопровождается значительной миграцией влаги в межволоконное про­странство и образованием в нем крупных кристаллов льда. Таким образом, максимальное сохранение качества мяса обеспечивает проведение холодиль­ной обработки на ранних стадиях автолиза.

Коллоидно-биохимические изменения. Изменения нативного состояния мышечных белков при замораживании имеют существенные практические последствия, так как влияют на потери мясного сока при размораживании. Снижение этих потерь является важной технологической задачей.

Ведущая роль в биохимических изменениях тканей мяса отводится де­натурации белков с их последующей агрегацией.

Наибольшим превращениям при холодильной обработке подвержены миофибриллярные белки — миозин, актин, тропомиозин. Что касается сар­коплазматической фракции белков, то она является более стойкой к низко­температурному воздействию.

Увеличение концентрации тканевого сока при замораживании способ­ствует ослаблению водородных связей, определяющих исходное строение белков. Это вызывает денатурационные изменения белков. Процесс являет­ся необратимым, так как денатурация белков сопровождается их коагуля­ционными превращениями.

К повышению концентрации солей особенно чувствительны липопро­теиды мембран клеток, которые быстро разрушаются при замораживании. В результате этого создаются условия для вторичного взаимодействия белков и липидов. Образующиеся продукты гидролиза и окисления липидов при­соединяются к белковым молекулам, блокируя их функциональные группы. Соответственно белки, особенно актомиозин, теряют растворимость.

Внешним признаком указанных процессов является выделение мясного сока при размораживании, обусловленное снижением влагоудерживающей способности.

Происходящие в белковой системе мяса процессы могут несколько сни­зить пищевую ценность и вкусовые достоинства мяса из-за потерь белковых и экстрактивных веществ после размораживания.

Повреждающее действие замораживания зависит в значительной мере от гидратации белков к моменту замораживания мяса.

Повышенная гидратация мышечных белков мяса с высоким значением pH (парное, DFD-мясо) понижает возможность их денатурации и агрегати­рования.

Интенсивность и глубина денатурации белков находятся в зависимости от температуры. Поскольку дегидратация белков в большей степени проис­ходит при температурах -1-5 °С, то и наиболее существенные изменения белков происходят при тех же температурах. Поэтому для ослабления необратимой денатурации белков необходимо при замораживании как мож­но быстрее проходить «опасную» зону -1-5 °С. Следует отметить, что де­натурационные изменения в белковых структурах практически прекращают­ся при температуре -25 °С и ниже.

Степень денатурации белков можно снизить применением специальных веществ — криопротекторов: полисахаридов, сорбитола, сахарозы, глюкозы, глицерина и других добавок. Существенный положительный эффект дости­гается при использовании в качестве криопротекторов фосфатов как отдель­но взятых, так и совместно с сахарами.

Влияние замораживания на автолитические процессы в тканях мяса за­висит от темпа снижения температуры и размеров объекта, а во время хра­нения — от температуры.

Чем быстрее замораживание, тем на более ранней стадии затормажива­ются автолитические процессы. Однако при замораживании мяса в крупных отрубах автолитические процессы не приостанавливаются вследствие суще­ствования незамерзшего центрального слоя. Скорость начальной фазы автолиза в глубоких слоях тканей существенно возрастает из-за увеличения концентрации тканевой жидкости и к моменту их замораживания гликодитические процессы близки к завершению.

Резкое торможение автолитических процессов быстрым замораживани­ем животных тканей в небольших кусках имеет первостепенное значение при консервировании тех видов эндокринно-ферментного сырья, действую­щее начало которых неустойчиво к тканевым ферментам.

Так, при медленном замораживании поджелудочной железы активность вырабатываемого из нее инсулина в несколько раз меньше, чем при быстром.

В период хранения автолитические процессы существенно замедляются, но не приостанавливаются.

Тепло- и влагообмен. Замораживание сопровождается тепло- и влагообменом с внешней средой. Интенсивность теплообмена влияет на количество влаги, теряемой продуктом во время замораживания. Чем ниже температура и больше скорость замораживания, тем меньше потери массы. Так, снижение температуры замораживания с — 12 до — 23 °С уменьшает усушку при за­мораживании говядины и свинины на 20-25 %, птицы — на 25-50 %. В свя­зи со сложностью механизма тепловлагообмена нормы усушки устанавлива­ют на основе практических наблюдений.

Потери массы при однофазном замораживании в зависимости от катего­рий упитанности 1,58   2,1 %, при двухфазном они увеличиваются на 30-40 %.

Микробиологические изменения. В температурном интервале -10-12°С размножение микроорганизмов в основном подавляется. При заморажива­нии обычно погибают вегетативные формы микроорганизмов, споры выжи­вают, впадая в анабиотическое состояние.

Гибель микрофлоры при низких температурах происходит вследствие пов­реждения структуры клеточной протоплазмы и нарушения обмена веществ.

При медленном замораживании количество выживших клеток больше, чем при быстром, однако многие из выживших микроорганизмов оказыва­ются поврежденными и в процессе хранения погибают.

При температуре -20 -25 °С полностью прекращаются ферментативные процессы в клетках и замедляется денатурация клеточных коллоидов. Ско­рость гибели микрофлоры по этой причине меньше, чем при -10 -12 °С.

В связи с этим в процессе производства быстрозамороженных продуктов исключительно важно поддерживать высокий уровень личной и производ­ственной гигиены.

Помимо живых микроорганизмов, опасность представляет действие фер­ментов, синтезированных микроорганизмами до их гибели. Так, вследствие активности липазы гидролиз жиров может продолжаться даже при -20 °С. При снижении температуры активность ферментов уменьшается, но после размораживания снова восстанавливается.