Frysning af frysere er et alvorligt problem:Forebyggelse af iskrystallisation kan afhjælpe det

Åbn fryserdøren og der, langt i ryggen, kan være en gammel karton is, der vokser pigge af is. Eller en glemt frossen lasagne dækket af iskolde krystaller. Eller tørring af kødoverflader, hvis det ikke er godt dækket.

Folk kalder nogle gange dette fænomen "frysebrænding, " og det sker, når bittesmå iskrystaller på fødevarens overflade fordamper direkte til damp uden først at gå gennem den flydende vandfase - en proces, der videnskabeligt kaldes sublimering. Dette fugttab kan efterlade madens overfladelag udtørrede og misfarvede.

Som fødevareforsker, Jeg kalder den indledende overfladeisdannelse "isrekrystallisering" og studerer måder at bremse den på.

Isrekrystallisation beskadiger og ødelægger organiske celler - de mindste levende enheder, der findes i dyr og planter. Det er lige så meget et problem, når man opbevarer høstede madafgrøder eller biomedicinske forskningsmaterialer – som cellekulturer – som det er til opbevaring af frossen pizza eller ærter, og kan føre til meget spild.

Der er kunstige stoffer, der forhindrer denne form for isskader, men få af dem er sikre at spise. Så sammen med andre University of Tennessee og Oak Ridge National Laboratory-forskere, Jeg arbejder de næste tre år under $550, 000 tilskud fra National Science Foundation til at identificere sikre "biobaserede" muligheder - materialer, der allerede findes i naturen, herunder stoffer, der stammer fra den naturlige menneskelige fordøjelsesproces, når der indtages mad.

Hvordan sker isrekrystallisation?

Fødevareindustrien bruger "blast freezing" for at undgå dannelse af store iskrystaller i frosne fødevarer. Denne proces involverer at udsætte fødevarer meget hurtigt for en lav temperatur og en høj hastighed af luftbevægelse, hvilket får maden til at fryse til en masse af mange små krystaller. Små krystaller er meget mindre skadelige for frosne stoffer end store.

Problemet starter efter at disse fødevarer er flyttet til almindelige frysere til opbevaring, herunder hjemmefrysere. Den automatiske afrimningsfunktion i sådanne enheder involverer at tænde og slukke for kompressoren flere gange om dagen, sænke og hæve temperaturen for at forhindre isdannelse. Denne udsving smelter delvist isen i maden og fryser den derefter igen, en proces, der kan skabe større og mere skadelige iskrystaller.

Disse ændringer kan i bedste fald gøre maden usmagelig - hvem har ikke holdt ud at spise frysebrændte grøntsager eller en vandig, optøede jordbær? – og i værste fald ubrugelig.

Ifølge en nylig undersøgelse fra College of William &Marys fødevaresystemforsker Zach Conrad, samlede udgifter til mad i USA per person per dag, mellem 2001 og 2016, var $13,27, og 3,62 USD af disse udgifter, eller 27 %, var spildt mad.

Conrad fandt ud af, at kun 1,4% af dette affald involverede frosne fødevarer, svarende til omkring 5 cents pr. person pr. dag, eller $ 18,25 årligt. Men disse nikkel beløber sig til mere end 5,89 milliarder dollar i frossen mad spildt hvert år.

Så som markedet for frosne fødevarer fortsætter med at vokse, vigtigheden af ​​at minimere eller forhindre isskader bliver indlysende.

Forebyggelse af isvækst med kunstige stoffer

De syntetiske kemikalier, der forhindrer is-rekrystallisering, har tendens til at være giftige for levende organismer, så deres anvendelighed til at beskytte fødevarer er meget begrænset. Gennem sin lange og stringente gennemgangsproces, den amerikanske Food and Drug Administration har godkendt en kunstig polymer kaldet polyvinylalkohol, eller PVA, som sikkert at bruge i fødevareemballagematerialer, men ikke som fødevaretilsætning.

PVA bruges industrielt til at forhindre isrekrystallisering i stoffer som cement og beton, såvel som ved frysning af menneskelige celler, væv og organer for at bevare dem til transplantation og bioteknologiske anvendelser.

Der er også "halvsyntetiske" forbindelser-så mærket, fordi de er fremstillet ved at ændre naturligt forekommende materialer-som lover at dæmpe isskader. De omfatter stoffer, der kaldes glycopolymerer og polyamfolytter, som er blevet rapporteret at hæmme isrekrystallisation, bevare celler og øge cellernes levedygtighed. Mange af disse forbindelser er i tidlige stadier af forskning og udvikling, og endnu ikke brugt kommercielt. Deres sikkerhed til brug i fødevarer er endnu ikke blevet påvist eller godkendt.

Et mere sikkert alternativ:Biobaserede løsninger

Jeg forsker i alternativer til både syntetiske og semisyntetiske materialer, der er biobaserede – dvs. baseret på stoffer, der allerede findes i mennesker, dyr og planter, og gennem naturlige biologiske processer. Jeg mener, at disse biobaserede løsninger er særligt lovende muligheder, fordi de ikke involverer unaturlig manipulation.

For eksempel, til ægforarbejdningsindustrien, Jeg opdagede, hvordan man bruger naturlige peptider afledt af æg – korte aminosyrestrenge, der også findes i vores tarme – for at forhindre frostskader på æggeblommer, i stedet for at tilsætte salt eller sukker til blommen før frysning.

Under vores National Science Foundation-bevilling, mit team forsker i stoffer, der efterligner funktionerne af de frostvæskeproteiner, der findes i koldtvandsfisk eller kuldetolerante planter, som hæmmer isrekrystallisation og forhindrer isvækst i deres indre væv.

En udfordring er, at disse frostvæskeproteinmolekyler er til stede i meget lave koncentrationer i naturen. Det gør dem meget dyre at udvinde fra organismer og producere dem i industriel skala.

Vi forsker i peptider afledt af både almindelige og unikke fødevareproteiner, såsom sojabønner, mejeri, fisk, kød og insekter. Takket være forskning af Srinivasan Damodaran fra University of Wisconsin, vi ved allerede, at små peptider fra fiskegelatine og kvægkollagenproteiner er effektive til at forhindre isrekrystallisering i is. Denne kraft af peptider varierer meget afhængigt af kildeproteinet, imidlertid, så vi undersøger årsagerne til disse forskelle.

Efterhånden som vi lærer mere om disse peptider og hvordan man producerer dem i kommerciel skala, Jeg tror, ​​de kan være nyttige på tværs af flere brancher, fra at forbedre kvaliteten af ​​frosne fødevarer, at øge landbrugsafgrøders modstandsdygtighed over for frostgrader, for bedre at bevare celler og væv, og endda til brug som afisning af veje og fly.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.