‘Pembakaran freezer’ adalah masalah serius  – Buka pintu freezer dan di sana, jauh di belakang, mungkin ada sekotak es krim tua yang menumbuhkan paku-paku es. Atau lasagna beku yang terlupakan yang diselimuti kristal es. Atau pengeringan permukaan daging jika tidak tertutup dengan baik.

Orang kadang-kadang menyebut fenomena ini “pembakaran freezer,” dan itu terjadi ketika kristal es kecil di permukaan makanan menguap langsung menjadi uap tanpa terlebih dahulu melalui fase air cair – proses yang secara ilmiah disebut sublimasi. Hilangnya kelembapan ini dapat membuat lapisan permukaan makanan mengering dan berubah warna. hari88

Sebagai ilmuwan makanan, saya menyebut pembentukan es permukaan awal “rekristalisasi es” dan mempelajari cara untuk memperlambatnya.

Rekristalisasi es merusak dan menghancurkan sel-sel organic unit hidup terkecil yang ditemukan pada hewan dan tumbuhan. Masalah yang sama terjadi ketika menyimpan tanaman pangan yang dipanen atau bahan penelitian biomedis, seperti kultur sel seperti halnya menyimpan pizza atau kacang polong beku, dan dapat menyebabkan banyak limbah.

Ada zat buatan yang mencegah kerusakan es semacam ini, tetapi hanya sedikit yang aman untuk dimakan. Jadi bersama dengan sesama ilmuwan Universitas Tennessee dan Laboratorium Nasional Oak Ridge, saya bekerja selama tiga tahun ke depan di bawah hibah $ 550.000 dari National Science Foundation untuk mengidentifikasi opsi “berbasis bio” yang aman – bahan yang sudah ditemukan di alam, termasuk zat berasal dari proses pencernaan alami manusia saat makanan dikonsumsi.

Bagaimana rekristalisasi es terjadi?

Industri makanan menggunakan “pembekuan ledakan” untuk menghindari pembentukan kristal es besar dalam makanan beku. Proses ini melibatkan pemaparan makanan dengan sangat cepat ke suhu rendah dan laju pergerakan udara yang tinggi, yang menyebabkan makanan membeku menjadi massa yang terdiri dari banyak kristal kecil. Kristal kecil jauh lebih sedikit merusak materi beku daripada yang besar.

Masalahnya dimulai setelah makanan ini dipindahkan ke freezer biasa untuk penyimpanan, termasuk freezer rumah. Fungsi pencairan es otomatis di unit tersebut melibatkan menghidupkan dan mematikan kompresor beberapa kali sehari, menurunkan dan menaikkan suhu untuk mencegah penumpukan es.

Fluktuasi ini sebagian melelehkan es dalam makanan dan kemudian membekukannya kembali, sebuah proses yang dapat menciptakan kristal es yang lebih besar dan lebih merusak.

Perubahan ini dapat membuat makanan menjadi tidak enak, siapa yang tidak tahan makan sayuran yang dibakar di freezer atau stroberi cair yang dicairkan? dan paling buruk tidak dapat digunakan.

Menurut sebuah studi baru-baru ini oleh peneliti sistem pangan College of William & Mary Zach Conrad, total pengeluaran untuk makanan di Amerika Serikat per orang per hari, antara 2001 dan 2016, adalah $13,27, dan pengeluaran itu senilai $3,62, atau 27%, adalah makanan yang terbuang.

Conrad menemukan bahwa hanya 1,4% dari limbah yang melibatkan makanan beku, berjumlah sekitar 5 sen per orang per hari, atau $18,25 per tahun. Tapi uang receh itu menambah lebih dari $5,89 miliar makanan beku yang terbuang setiap tahun.

Sehingga pasar makanan beku terus tumbuh, pentingnya meminimalkan atau mencegah kerusakan es menjadi jelas.

Mencegah pertumbuhan es dengan zat buatan

Bahan kimia sintetis yang mencegah rekristalisasi es cenderung bersifat racun bagi organisme hidup, sehingga kegunaannya untuk melindungi makanan sangat terbatas. Melalui proses peninjauan yang panjang dan ketat, Badan Pengawas Obat dan Makanan AS telah menyetujui polimer buatan yang disebut polivinil alkohol, atau PVA, sebagai bahan yang aman untuk digunakan dalam bahan kemasan makanan, tetapi tidak sebagai bahan tambahan makanan.

PVA digunakan secara industri untuk mencegah rekristalisasi es pada zat seperti semen dan beton, serta saat membekukan sel, jaringan, dan organ manusia untuk mengawetkannya untuk transplantasi dan penggunaan bioteknologi.

Ada juga senyawa “semi-sintetik” diberi label demikian karena dibuat dengan mengubah bahan alami – yang menjanjikan untuk membatasi kerusakan es. Mereka termasuk zat yang disebut glikopolimer dan poliamfolit, yang telah dilaporkan menghambat rekristalisasi es, melestarikan sel dan meningkatkan viabilitas sel. Banyak dari senyawa ini dalam tahap awal penelitian dan pengembangan, dan belum digunakan secara komersial. Keamanannya untuk digunakan dalam makanan belum dibuktikan atau disetujui.

Alternatif yang lebih aman: Solusi berbasis bio

Saya meneliti alternatif untuk bahan sintetis dan semi-sintetis yang berbasis bio yaitu, berdasarkan zat yang telah ditemukan pada manusia, hewan dan tumbuhan, dan melalui proses biologis alami. Saya percaya bahwa solusi berbasis bio ini adalah pilihan yang sangat menjanjikan karena tidak melibatkan manipulasi yang tidak wajar.

Misalnya, untuk industri pengolahan telur, saya menemukan cara menggunakan peptida alami yang berasal dari telur rangkaian pendek asam amino yang juga ditemukan di usus kita untuk mencegah kerusakan kuning telur akibat pembekuan , daripada menambahkan garam atau gula ke kuning telur sebelum pembekuan.

Di bawah hibah National Science Foundation kami, tim saya sedang meneliti zat yang meniru fungsi protein antibeku yang ditemukan pada ikan air dingin atau tanaman tahan dingin, yang menghambat rekristalisasi es dan mencegah pertumbuhan es di jaringan internal mereka.

Salah satu tantangannya adalah bahwa molekul protein antibeku ini hadir dalam konsentrasi yang sangat rendah di alam. Hal ini membuat mereka sangat mahal untuk mengekstrak dari organisme dan memproduksinya pada skala industri.

Kami sedang melakukan penelitian tentang peptida yang berasal dari protein makanan umum dan unik, seperti kedelai, susu, ikan, daging, dan serangga. Berkat penelitian oleh Srinivasan Damodaran dari University of Wisconsin, kita telah mengetahui bahwa peptida kecil dari gelatin ikan dan protein kolagen sapi efektif dalam mencegah rekristalisasi es dalam es krim.

Namun, kekuatan peptida ini sangat bervariasi tergantung pada sumber proteinnya, jadi kami sedang menyelidiki alasan perbedaan ini.

Saat kita mempelajari lebih lanjut tentang peptida ini dan cara memproduksinya dalam skala komersial, saya yakin mereka mungkin berguna di beberapa industri, mulai dari meningkatkan kualitas makanan beku, hingga meningkatkan ketahanan tanaman pertanian terhadap suhu beku, hingga melestarikan sel dengan lebih baik. dan jaringan, dan bahkan dalam penggunaan seperti jalan dan pesawat yang menghilangkan lapisan es.