Хлеб может замораживаться различными способами, отличающимися параметрами процесса. Условно их разделяют на медленный, быстрый и сверхбыстрый, или глубокий, методы. Медленное замораживание проводится при температуре до минус 24 °С и при естественной циркуляции воздуха, быстрое – при температуре ниже минус 24 °С и с усиленной циркуляцией воздуха; сверхбыстрое, или глубокое, замораживание хлеба проводится в среде азота при температуре около минус 195 °С.
На практике замораживание осуществляется обычно двумя первыми способами.
Медленное и быстрое замораживание различаются по скорости превращения влаги в лед, сопровождаемой тепловыделением, и по структуре кристаллов, образующихся в продукте.
При медленном замораживании в воздушной среде внутренний слой изделия при криоскопической температуре продолжительное время остаётся незамерзшим. На рис. 1 этот период (кривая а) характеризуется горизонтальным участком прямой, который отсутствует при быстром замораживании (кривая б).
Рис. 1. Понижение температуры изделий при замораживании:
а – медленном; б – быстром
Скорость снижения температуры хлебных изделий обусловлена скоростью изменения концентрации замерзающего раствора, превращением воды в лед, сопровождаемым тепловыделением и изменением основных теплофизических свойств продукта. Таким образом, динамика изменения соотношений между количеством льда и воды в продукте при замораживании определяет в основном тепловую характеристику этого процесса.
В хлебобулочных изделиях, так же как в любом пищевом продукте, содержится влага, представляющая собой водные растворы различных минеральных солей, сахаров, растворимых в воде органических кислот и других соединений. Поэтому, чем меньше влаги в продукте и больше растворимых веществ, тем ниже начальная криоскопическая температура.
Переохлаждение жидкости при отводе от неё тепла предшествует образованию твердокристаллической фазы. Однако в процессе производственного замораживания переохлаждение жидкости в пищевых продуктах практически не наблюдается. Это обусловлено тем, что температура их поверхностного слоя быстро понижается и, следовательно, нарушаются условия переохлаждения, и также тем, что дальнейший отвод тепла от продукта сопровождается ростом кристаллов внутри замораживаемого тела.
Как известно, величина кристаллов зависит от скорости, с которой теплота отводится от затвердевающего раствора.
При медленном замораживании продукта происходит перераспределение влаги, и в межклеточных пространствах образуются крупные кристаллы льда, повреждающие ткани. При оттаивании такого продукта влага полностью не впитывается внутренними тканями, и ее первоначальное распределение в массе продукта не восстанавливается. При быстром замораживании в условиях интенсивного отвода тепла кристаллы льда образуются в местах естественного распределения влаги, в результате чего получается мелкокристаллическая структура с большим количеством очень мелких кристаллов льда, которые размещены в продукте достаточно равномерно (рис. 2). При оттаивании такого продукта первоначальные качества его хорошо восстанавливаются.
Рис. 2. Распределение кристаллов в продуктах в зависимости от скорости замораживания:
а – медленном; б – быстром
Таким образом, чем быстрее происходит замораживание, тем мельче образующиеся кристаллы льда и тем меньше нарушается структура изделий. В последнее время было установлено, что мелкие кристаллы льда способствуют также и более быстрому размораживанию изделия.