العلاقة بين مكونات المخلوط والتجميد

العلاقة بين مكونات المخلوط وعملية التجميد

اى مخلوط من مخاليط الايس كريم يحتوى على ثلاث حالات (حالة الذوبان والحالة الغروية وحالة الاستحلاب)
وكل حالة من الحالات لسابقة تتأثر بعملية التجميد ولكن بدرجات متباينة وهذا ما سيتم ايضاحة فيما يلى:-
اولا:- حالة الذوبان والتي يمثلها السكريات والأملاح التي تذوب في الماء
ثانيا:- حالة الاستحلاب والتي يمثلها دهن اللبن او اى دهون أخرى مستخدمة في التصنيع
ثالثا: الحالة الغروية والتي يمثلها الكازين وبعض البروتينات الأخرى التي تتواجد في المخلوط

تأثير حالة الاستحلاب على عملية التجميد:-

تستخدم عادة بعض أنواع مواد الاستحلاب لجعل الدهن في صورة مستحلبة في المخلوط وتلك المواد تحتوى على طرفين طرف يرتبط بالوسط المائي بينما الطرف الآخر يرتبط بالوسط الدهنى اى أن المواد المستحلبة لها المقدرة على ربط بالماء ولكن الكمية التى ترتبط بها قليلة وبالتالي نجد أن تأثيرها على عملية التجميد محدود للغاية اى انة مهما زادت كمية المواد المستحلبة فلن يؤثر ذلك على درجة التجميد بالخفض او الرفع لان كمية الماء التي تربطها المادة المستحلبة كمية قليلة

إذا يمكن القول بأن المواد المستحلبة ليس لها تأثير يذكر على عملية التجميد

تأثير الحالة الغروية على عملية التجميد:

الحالة الغروية تختلف عن حالة الاستحلاب حيث نلاحظ أن الحالة الغروية لها المقدرة على الارتباط بالماء بدرجة اكبر من حالة الاستحلاب وبناء على ذلك فتجميد كمية من الماء المرتبط بالمواد الغروية يحتاج إلى سحب طاقة بدرجة اكبر من حالة الاستحلاب

تأثير حالة الذوبان على عملية التجميد

المواد الذائبة المكونة للمحاليل الحقيقية True solution والتى يمثلها بشكل اساسى كلا من السكر والأملاح تؤثر بشكل كبير على عملية التجميد حيث نجد أن حجم الجزيئات في حالة الذوبان صغير بالمقارنة بالمواد المعلقة (البروتينات) وبالتالي نجد أن المواد الذائبة لها مقدرة كبيرة جدا على الارتباط بالماء (يستخدم معها كمية كبيرة جدا من الماء لأذابتها) فكلما انخفض حجم أو وزن جزىء المادة الذائبة كلما زاد الارتباط بالماء فعلى سبيل المثال لو فرضنا ان لدينا 1 مللى جرام من احد السكريات الأحادية (سكر الجلوكوز كمثال) فإننا نلاحظ انة يرتبط ب 9 جزيئات من الماء وبالتالي فكلما وجد في مخاليط المثلجات اللبنية مواد ذات وزن جزىء صغير بكميات كبيرة فإننا نتوقع أن تنخفض درجة تجميد تلك المخاليط بشكل كبير



بينما في حالة السكريات الثنائية (سكر السكروز عبارة عن ارتباط الجلوكوز مع الفركتوز) يختلف الوضع قليلا حيث نجد ان كل 2 مللى جرام (1 مللي جرام لسكر الجلوكوز و 1 مللي جرام لسكر الفركتوز) يرتبطان ب 9 جزيئات من الماء


فلو فرضنا استخدام 15% سكروز (سكر ثنائي) في احد المخاليط واستخدمنا 15% جلوكوز (سكر أحادى) في مخلوط آخر فلو ارتبط السكروز ب 1000 جزىء ماء فان الجلوكوز سوف يرتبط ب 2000 جزىء ماء حيث أن المجموعات الفعالة في حالة السكريات الأحادية ضعف المجموعات الفعالة الموجودة في السكريات الثنائية وهذا ما يفسر كيف أنة عند استخدام وحدة واحدة من السكروز والجلوكوز نجد أن ارتباط الماء بالجلوكوز ضعف ارتباط السكروز بالماء اى انة يمكن القول بأن استخدام سكريات أحادية في مخلوط الايس كريم يؤدى إلى خفض درجة التجمد عنة في حالة استخدام السكريات الثنائية

كذلك يمكن القول بأن :-
1- العامل الاساسى المؤثر في تحديد درجة تجمد المخلوط هو المواد الذائبة
2- كلما صغر الوزن الجزيء للمواد الذائبة كلما انخفضت درجة تجمد المخلوط
3- كلما زادت نسبة المواد الذائبة في المخلوط كلما انخفضت درجة تجمد المخلوط

بمعنى آخر انة لو كان لدينا في احد المخاليط مادة ما ذائبة وحدثت لها عملية تجزئة في المخلوط إلى درجة اقل (على سبيل المثال إذا حدثت لة عملية تكسير بفعل النشاط البكتيرى لبكتريا حمض اللاكتيك حيث يعطى جزيء سكر اللاكتوز الواحد أربعة أجزاء من حمض اللاكتيك اى زاد الارتباط بالماء) فان ذلك سوف يؤدى إلى خفض درجة تجمد المخلوط (اى أن ارتفاع حموضة مخلوط المثلجات اللبنية سوف يؤدى إلى خفض درجة التجمد

عملية التجميد ما هي إلا عملية يتم فيها سحب الطاقة من الجزيئات مما يؤدى إلى تقارب الجزيئات وتحول المادة السائلة إلى صورة صلبة اى صورة بللورية والشكل البللورى الناتج أما أن يكون:
1- في صورة بلورية Crystals phase
2- في صورة زجاجية Amorphus phase

والفرق بين الحالتين السابقتين هو شكل الوحدات الناتجة حيث تظهر الصورة البللورية في حالة التجميد البطيء للمخلوط اى ان معدل سحب الطاقة من الجزيئات يتم بصورة بطيئة بينما تظهر الصورة الزجاجية في حالة التجميد السريع اى السحب السريع للطاقة من الجزيئات

تفسير عملية تكوين الشكل البللورى عند تجميد مخاليط المثلوجات:-
البللورة يمكن تعريفها على أنها عملية ترتيب تحدث لمجموعة من الجزيئات للمادة في شكل فراغي هندسي معين ومحدد وثابت لكل مادة




بالنسبة للماء:-
لكي يتجمد الماء في المخلوط فأن ذلك يستلزم تقليل المسافات البينية وتقاربها لكى تتحول من الصورة السائلة إلى الصورة الصلبة وهذا التحول يصاحبة ترتيب الجزيئات بشكل معين وهى الحالة البللورية والتي يمكن تفسير حدوثها كما يلى:-
1- كل جزىء يفقد جزء من الطاقة العامة الموجودة علية ويقترب من جزىء آخر مشابة لة وتقل مستويات الطاقة على تلك الجزيئات وتبدأ في الثبات النسبي مشكلة ما يعرف بمحور البللورة تبعا لمستوى الطاقة على الجزيء والتركيب الفراغي للجزيء
2- مع استمرار عملية التجميد يفقد كل جزىء من الجزيئات كم آخر من الطاقة ويتجة نحو محور البللورة التي تكونت ويثبت في مكان معين بشكل هندسي
3- مع استمرار عملية التجميد تتكون البللورة بشكل معين تبعا لمعدل الانخفاض في درجات الحرارة ففى حالة الانخفاض البطيء (التجميد البطيء) نجد أن الجزيئات تفقد الطاقة ببطة ويكون لدى الجزيئات الفرصة إلى الاتجاة والتحرك في المخلوط إلى أن تصل إلى محور البللورة وتتجمد علية اى أن حجم البللورة يزيد باستمرار بينما في حالة الانخفاض السريع (التجميد السريع) نجد أن مستويات الطاقة تقل بشكل سريع وبالتالي نجد كم كبير من الجزيئات تنخفض فية مستويات الطاقة بشكل كبير اى أنها لا تستطيع الحركة والاتجاة الى محاور البللورة التي تكونت في البداية وتلجأ إلى تكوين محاور جديدة اى أنها تتبلور في مكانها (نحصل على عدد كبير من البللورات صغيرة الحجم بعكس التجميد البطيء)

اى أن المثلج اللبنى إذا احتوى على قطع من الثلج فان ذلك يعنى أن عملية التجميد تمت بشكل بطيء ويظهر عيب التبلور بعكس ما إذا تمت عملية التجميد بشكل سريع حيث تتكون الحالة الزجاجية والتي تعتبر أفضل حيث أنها:-
1- تعطى قوام ناعم وليس بة تكتلات
2- بللورات صغيرة وعددها كبير جدا

مما سبق يتضح لنا أهمية إجراء عملية التجميد لمخاليط المثلجات اللبنية بشكل سريع للتغلب على عيب البللورات الثلجية كبيرة الحجم

العوامل التي تساعد في الحصول على بللورات ثلجية صغيرة الحجم:-

1- التجميد السريع
2- التقليب المستمر حيث أن التقليب يؤدى إلى توزيع أماكن التبلور في كل كتلة المخلوط وبالتالي ينشأ لدينا كم كبير جدا من محاور البللورات والتي تعنى بللورات صغيرة الحجم
3- زرع نويات البللورات وهى عملية يقصد بها إضافة بعض النويات التي تؤدى إلى المساعدة على بدء تكوين البللورات في المخلوط حيث تعمل تلك النويات كمراكز متعددة للبلورات وعملية الزرع تلك أما أن تكون:-
أ‌- من الخارج اى تضاف بعض نويات البللورات إلى المخلوط لتشجيع باديات تكوين البللورات
ب‌- من داخل المخلوط حيث تتم تلك العملية تلقائيا في أجهزة التجميد نتيجة لدوران المقاشط والتي تعمل على كشط الأجزاء المتجمدة بمجرد تكوينها على السطح الداخلي لأجهزة التجميد حيث تعمل تلك العملية كأنها عملية زرع تلقائي لانوية البللورات

عملية التجميد تلعب دورا هاما في ثبات البروتينات والمستحلبات ففي حالة التجميد الشديد والتي تعنى سحب كمية كبيرة من الماء وتحويلة إلى صورة صلبة فن ذلك يؤدى إلى ترسيب البروتين كما انة لا يحدث كسر لحالة الاستحلاب إلا في حالة التجميد الشديد كذلك

الأجهزة المستخدمة في التجميد:-
1- أجهزة تجميد مستمرة حيث يتم تزويد وحدة التجميد بالمخلوط باستمرار ويؤخذ كذلك منها المنتج المتجمد بصورة مستمرة
2- أجهزة تجميد على دفعات الجهاز فيها عبارة عن وحدة يوضع بها المخلوط بكمية محددة ثم تدار الوحدة إلى أن يتم التجميد ثم يعبأ المنتج في العبوات المناسبة (اشهر مثال لها أجهزة الايس كريم الطري Soft ice cream) وهى مجموعة من الأجهزة يتم التجميد فيها إما باستخدام مخلوط من الملح والثلج والتي تدار إما يدويا أو كهربيا أو أجهزة يستخدم فيها غاز الفريون او الامونيوم

الفرق بين النظامين السابقين من أنظمة التجميد في قوة التجميد حيث نجد أن أجهزة التجميد المستمرة تكون قوة التجميد فيها كبيرة بعكس الحال في أجهزة التجميد على دفعات وهذا يرجع إلى انة في حالة الايس كريم الطري لا يتم التجميد إلا إلى نسبة 25-30% فقط من الماء الموجود في المخلوط أما أجهزة التجميد المستمرة فيتم التجميد إلى نسبة اكبر تصل إلى حوالي 50% من ماء المخلوط
الحمد لله

معلومات هامة سلمت يداك