Чим більше в продукті вільної вологи, тим вища активність води, тим інтенсивніше відбуваються фізичні, хімічні, біохімічні і мікробіологічні процеси. Активність води є одним з важливих показників, особливо під час заморожування.
Вуглеводи у плодах і овочах становлять 70-80% сухих речовин. Переважають моносахариди – глюкоза, фруктоза, манноза, арабіноза, ксилоза, рибоза, рамноза; дисахариди – цукроза, трисахариди; полісахариди – крохмаль, інулін, клітковина, геміцелюлоза.
Клітковина (целюлоза) як і геміцелюлоза та лігнін входить до складу клітинних стінок, покривних і механічних тканин фруктів та овочів, зумовлюючи їхню міцність, проникність для газів, води, стійкість проти механічних, мікробіологічних пошкоджень.
Крохмаль як запасна речовина накопичується тільки в картоплі, зеленому горошку, цукровій кукурудзі. В інших плодах і овочах він міститься в незначних кількостях. При досягненні споживчої стиглості, заморожуванні (зокрема картоплі), він гідролізується, перетворюючись на глюкозу, і плоди солодшають.
Пектинові речовини знаходяться у вигляді нерозчинного протопектину, розчинного пектину, пектинової і пектової кислот.
Протопектин входить до складу стінок клітин і з’єднує їх між собою. Гідроліз протопектину призводить до потоншання і навіть зникнення оболонок стінок клітин, розчинення міжклітинних пластинок. Зв’язок між клітинами слабшає і вони руйнуються; м’якоть стає розсипчастою, маслянистою, обмін речовин між клітинами припиняється
Збільшення кількості розчинного пектину в клітинному соку, куди він надходить після гідролізу протопектину, посилює його в’язкість. Желеутворююча здатність пектину окремих видів фруктів залежить від його кількості, наявності метоксильних груп і молекулярної маси.
Пектинова і пектова кислоти не здатні утворювати желе, вони накопичуються при гідролізі пектину під дією ферменту пектинметилестерази, який зумовлює відщеплення метилового спирту.
В овочах і фруктах азотисті речовини перебувають у вигляді білків, амінокислот, нуклеїнових кислот, амінів, азотмістких глікозидів, нітратів, нітритів та ін.
У складі азотистих речовин овочів і фруктів переважають білки і амінокислоти.
Більшість фруктів містить 0,2...1% білків, за винятком горіхоплідних, у яких білків 12...18%. Білки відіграють певну роль у процесі життєдіяльності овочів і фруктів. Під час їхнього росту відбувається синтез білків із амінокислот. При їх зберіганні й переробленні, зокрема заморожуванні, відбувається гідроліз білків, що призводить до зміни консистенції і харчової цінності продукту.
Вільні амінокислоти беруть участь у різних реакціях. У процесі перероблення овочів і фруктів амінокислоти можуть реагувати з цукрами і утворювати темнозабарвлені речовини – які зумовлюють потемніння продуктів перероблення. Так амінокислота картоплі - тирозин, окислюючись утворює меланін, тому м’якоть картоплі при зберіганні й заморожуванні може темнішати.
До складу ліпідів входять жири і жироподібні речовини (віск і кутин). У фруктах і овочах міститься від 0,1 до 0,6% жирів. Вони суттєво не впливають на зміну якості рослинних продуктів під час замороження та зберігання.
Віск складається з жирних кислот і одноатомних спиртів. Він буває твердий і рідкий. Кутикула, до складу якої входить віск і кутин, завдяки інертності, стійкості проти окислення, дії ферментів, мікробів, виконує захисну роль: віск поліпшує зовнішній вид фруктів і овочів, тому пошкоджувати і видаляти віск небажано.
Органічні кислоти водорозчинні і добре засвоюються. Вони беруть участь у біосинтезі амінокислот, ліпідів, складних ефірів, етилену, летких речовин, в окісно-відновних процесах. Під час заморожування плодів і овочів та їхнього низькотемпературного зберігання вміст органічних кислот піддається незначним змінам.
Також на якість заморожених плодів і овочів впливає вміст вітамінів, мінеральних речовин, фенольних сполук, барвних речовин, ароматичних сполук і фітонцидів [34,49,50].
Окрім хімічного складу сировини, на якість замороженої плодоовочевої продукції впливають: терміни та швидкість збору врожаю, зберігання зібраного врожаю, умови та тривалість транспортування, холодильне обладнання і способи заморожування, умови зберігання, транспортування готової продукції.
Таким чином, хімічний склад плодоовочевої продукції, співвідношення основних інгредієнтів є визначальним чинником придатності плодів та овочів до заморожування.
Суттєве значення для формування якості швидкозаморожених плодоовочів має спосіб заморожування. Залежно від виду теплоносія та способу відведення теплоти від об’єкта, який підлягає заморожуванню, розрізняють такі способи заморожування:
- конвективний;
- контактний;
- кріогенний;
- комбінований;
- заморожування у глибокому вакуумі.
Конвективний спосіб заморожування (в інтенсивному потоці холодного повітря) є найдавнішим, найпоширенішим, найдоступнішим. Як холодоносій використовується атмосферне повітря, яке не викликає корозії холодильного обладнання і його отримання не вимагає додаткових затрат. Для забезпечення високої якості швидкозамороженої плодоовочевої продукції застосування цього способу стало можливим лише завдяки виявленню залежності швидкості заморожування від розміру продукту, температури повітря і швидкості його циркуляції. Конвективний спосіб заморожування використовується при заморожуванні продукції у морозильних камерах та морозильних установах, які можна класифікувати як: плиточні, тунельні, гравітаційні, люлечці, спіральні, флюїдизаційні. При даному способі заморожування не змінюється форма (упакованих та не упакованих) харчових продуктів, та при інтенсифікації процесу шляхом зміни температури потоку повітря досягається висока якість продукції.
Контактний спосіб заморожування здійснюється шляхом безпосереднього контакту продукту з охолоджувальним середовищем (розчин кухонної солі, спирту, цукру тощо) або непрямого контакту через металеву пластину. Заморожування у розчині забезпечує підвищення швидкості процесу льодоутворення, що сприяє збереженню харчової цінності, але супроводжується зміною органолептичних показників замороженого продукту, також більші втрати аскорбінової кислоти, які пов’язані з її водорозчинністю. Заморожування шляхом непрямого контакту через металеву пластину має також низку переваг: висока швидкість процесу, можливість надання продукту певного розміру і форми, що дозволяє регулювати швидкість заморожування. Недоліками є періодичність процесу заморожування, наявність шару повітря між продуктом та пластинами, також цей спосіб не придатний для заморожування продуктів об’ємної форми і супроводжується злипанням замороженої продукції [49].
Кріогенний спосіб заморожування відбувається із застосуванням кріогенних холодоагентів з низькою температурою кипіння (скрапленого азоту, вуглекислого газу, фреону). Даний спосіб сприяє збереженню структури, вмісту вітамінів, ароматичних речовин, смакових та харчових властивостей продукту. Перевагами також є висока швидкість заморожування, висока якість продукції, можливість заморожування клейких продуктів, заморожування широкого асортименту продуктів, у тому числі і непридатних до заморожування іншими способами, незначні втрати енергії. Значними недоліками даного способу є: висока вартість скраплених газів, забруднення навколишнього середовища фреоном, вуглекислим газом, розтріскування поверхні продукту у зв’язку з різким збільшенням внутрішнього об’єму та фазовими перетвореннями вологи.
Комбінований спосіб заморожування поєднує в собі особливості конвективного, контактного та кріогенного способів заморожування. На першій стадії, при використанні цього способу, відбувається охолодження і підморожування продукції, на другій - заморожування із подальшим вирівнюванням температури по всій товщині продукту. При використанні комбінованого способу заморожування повністю відсутня деформація рослинної сировини.
Заморожування в глибокому вакуумі є, головним чином, попередньою операцією перед сублімаційним сушінням. Однак, не можна виключати того, що в майбутньому даний спосіб буде використовуватись для заморожування окремих продуктів, призначених для тривалого зберігання в замороженому вигляді. Швидке заморожування в вакуумі дуже важливе для продуктів, у яких механічне пошкодження тканин призводить до погіршення їхньої якості, а також і для таких, які небажано піддавати тепловій обробці.
Постійне зростання виробництва заморожених продуктів харчування зумовлене вдосконаленням як холодильного обладнання так і способів заморожування. Незалежно від виду теплоносія, призначення, конструкції швидкоморозильних апаратів, всі способи заморожування повинні відповідати загальним вимогам:
а) мати велику швидкість заморожування за умови рівномірної тепловіддачі по всій поверхні продукту;
б) холодоносій, який безпосередньо контактує з харчовим продуктом, повинен бути нешкідливим для продукту;
в) холодильне обладнання повинно бути універсальним, що дало б можливість заморожувати продукти різних видів та різної форми;
г) забезпечувати дотримання нормативних санітарно-гігієнічних умов;
д) можливість застосування обладнання в безперервній поточній лінії.
Під час заморожування та тривалого зберігання плодоовочевої сировини відбуваються зміни її фізико-хімічного складу, які обумовлюють втрати маси і зниження харчової цінності. Зміни які відбуваються під час заморожування пов’язані не тільки з процесом кристалоутворення в тканинах рослин, а й з діяльністю ферментів. Завдяки їх активності відбуваються втрати біологічно активних речовин, а з цим і зміни консистенції, кольору, аромату та смаку розмороженої рослинної сировини. Залежно від виду рослинної сировини, яка підлягає заморожуванню, активність пектолітичних ферментів по-різному впливає на якість продукції. Так у тканинах перцю, сливи, зелених овочах даний фермент при заморожуванні втрачає свою активність, завдяки чому заморожена продукція відрізняється пружною консистенцією у розмороженому стані. Зростання активності ферменту в яблуках, баклажанах, капусті супроводжується розм’якшенням тканин. Також після заморожування і низькотемпературного зберігання обов’язково відбувається втрата аскорбінової кислоти. Окислюючись під дією ферменту, вона перетворюється на дегідроаскорбінову кислоту, яка дуже нестійка і без участі каталізаторів швидко втрачає вітамінну активність. Швидкість окиснення вітаміну С та активність аскорбінатоксидази під час заморожування залежить від швидкості, кінцевої температури заморожування, способу заморожування і видових особливостей сировини. Так, наприклад, заморожування перцю у флюїдизаційних апаратах супроводжується втратою 5...7% аскорбінової кислоти, а при заморожуванні в швидкоморозильних апаратах втрати складають 30...40% [34,36].