Wybrane zagadnienia z zakresu technologii chłodniczej dla

POLITECHNIKA GDAŃSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
Seminarium z przedmiotu
Współczesne techniki zamraŜania
TEMAT:
Wybrane zagadnienia z zakresu technologii chłodniczej dla
mechaników
Sławomir Bartosik – semestr 9
SiUChKl
Gdańsk 2010
SPIS TREŚCI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Cel konserwacji Ŝywności
Metody konserwacji Ŝywności
Przyczyny i objawy psucia się Ŝywności
Schładzanie i zamraŜanie Ŝywności
Przechowywanie Ŝywności w chłodniach
RozmraŜanie produktów spoŜywczych
Łańcuch chłodniczy
Wnioski
Literatura
2
1.
Cel konserwacji Ŝywności
Celem konserwacji Ŝywności jest zapewnienie produktom spoŜywczym warunków nie
powodujących obniŜenia ich jakości oraz ochrona przed ich całkowitym zepsuciem. Konserwacja
daje moŜliwość transportu produktów Ŝywnościowych z odległych miejsc zbioru do klienta
końcowego. Z szeregu korzyści płynących z róŜnych metod konserwacji najwaŜniejsze jest to, Ŝe
umoŜliwiają one osiągalność rynkową produktów sezonowych przez cały rok, a więc zapewnia
człowiekowi równomierne i racjonalne odŜywianie się. Technologia chłodnicza Ŝywności jest
bardzo rozległym i złoŜonym działem chłodnictwa Ŝywnościowego. Wynika to z duŜego
zróŜnicowania własności biochemicznych i fizyko-chemicznych poszczególnych surowców.
Istnieją produkty spoŜywcze, które dają się przechowywać w warunkach obniŜonych temperatur
zaledwie przez tydzień. Inne znowu mogą być przechowywane w okresie wielu miesięcy, a w
stanie zamroŜonym – nawet lat. Często zdarza się, Ŝe szczególna grupa produktów Ŝywnościowych
jakimi są np. owoce tropikalne, pochodzące z innej strefy klimatycznej, stawiają odmienne
wymagania co do temperatury, wilgotności względnej i czasu przechowywania.
2.
Metody konserwacji Ŝywności
Do najbardziej rozpowszechnionych metod konserwacji Ŝywności zaliczamy:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Obróbkę cieplną
Suszenie
Chłodzenie lub mroŜenie
Liofilizację
Zakwaszanie
Solenie
Pasteryzację
Wędzenie
Hermetyczne zamknięcie
Chłodzenie i mroŜenie, które jest szczególnym przedmiotem naszych zainteresowań jest
skuteczną i najbardziej uniwersalną metodą utrwalania Ŝywności. Obróbka cieplna powoduje
zabicie mikroorganizmów, z wyjątkiem tych tworzących przetrwalniki. Suszenie uniemoŜliwia,
dzięki brakowi wody, rozwój drobnoustrojów (nie zabija ich). Chłodzenie lub mroŜenie
zahamowuje czynności Ŝyciowe bakterii w temperaturze ok. 0 st. C, jednakŜe chłodzenie zabija
tylko niewielką liczbę drobnoustrojów, te które przeŜyją mogą rozwijać się po ogrzaniu. Znane są
równieŜ drobnoustroje zimnolubne (np. Listeria monocytogenes), które Ŝyją i rozmnaŜają się w
niskich temperaturach.
,
3.
Przyczyny i objawy psucia się Ŝywności
Czynnikiem powodującym psucie się Ŝywności są mikroorganizmy, zabiegi konserwacyjne
mają na celu uniemoŜliwienie im wzrostu i rozwoju. Psucie się Ŝywności wynika z praw
przyrody. KaŜdy organizm Ŝywy po śmierci ulega rozkładowi wskutek działania enzymów i
drobnoustrojów. Enzymy to substancje chemiczne o bardzo złoŜonej budowie. Wszystkie
produkty spoŜywcze pochodzenia roślinnego i zwierzęcego zawierają enzymy. Po pozyskaniu
surowca procesy Ŝyciowe nadal w nim trwają właśnie wskutek działania enzymów. Zachodzą
enzymatyczne reakcje egzotermiczne (wydzielanie ciepła) oraz utleniające – powodujące psucie się
Ŝywności. Procesy dojrzewania pozbiorowego owoców i warzyw moŜna wydatnie zwolnić przez
obniŜenie i trwałe utrzymanie ich temperatury w pomieszczeniu chłodniczym. Produkty
pochodzenia zwierzęcego zachowują się nieco inaczej, pomimo Ŝe dojrzewając równieŜ wydzielają
ciepło.
Bakterie występują w całej objętości produktu – dlatego Ŝywność pod ich wpływem teŜ
rozkłada się w całej objętości. Pleśń powoduje skaŜenie produktu tylko na powierzchni oraz w
cienkiej warstewce podpowierzchniowej. Istnieje kilka metod i ośrodków bakteriobójczych.
Metody te, z wyjątkiem chłodzenia i zamraŜania, niekorzystnie zmieniają naturalne właściwości
produktu, jego konsystencję, smak, zapach, zawartość witamin, itp. Podczas schładzania
3
produktu aktywność enzymów i mikroorganizmów ulega w nim obniŜeniu, natomiast podczas
zamraŜania następuje niemal całkowite jej zahamowanie.
Warunki sprzyjające
Zabiegi hamujące
Enzymy
- optymalna temp. 20 do 40 st. C
- obecność wilgoci
- dostęp powietrza
Bakterie
-
optymalna temp. 20 do 40 st. C
obecność wilgoci
oŜywiona działalność enzymów
słaba zasadowość
Pleśnie
-
optymalna temp. 20 do 40 st. C
wysoka wilgotność
bezruch powietrza
brak dostępu światła
słaba kwasowość
- chłodzenie i zamraŜanie
(-1 do 13 st. C) i (-18 do -35 st. C)
- blanszowanie przy temp. 100 st. C
- kwaszenie, suszenie i wędzenie
- chłodzenie i zamraŜanie
(-1 do 13 st. C) i (-18 do -35 st. C)
- pasteryzacja i sterylizacja 62 do 140 st. C
- kwaszenie, suszenie, solenie, słodzenie,
- naświetlanie promieniami UV
- dodawanie antyseptyków
- chłodzenie i zamraŜanie
(-1 do 13 st. C) i (-18 do -35 st. C)
- podgrzewanie (80 do 100 st. C)
- kwaszenie, suszenie,
- naświetlanie promieniami UV
Tab. 1. Warunki sprzyjające rozwojowi aktywności enzymów, bakterii i pleśni oraz zabiegi
technologiczne hamujące ten rozwój w produktach spoŜywczych.
4.
Schładzanie i zamraŜanie Ŝywności
Chłodzenie i zamraŜanie pozwala zahamować wszystkie trzy mechanizmy psucia
Ŝywności. ZamraŜanie w procesie technologicznym często jest połączone z naświetlaniem
promieniami UV oraz z zabiegami mającymi np. chronić przed ususzką, dlatego teŜ ryby luzem
poddaje się często glazurowaniu, czyli wstępnemu zanurzeniu w wodzie w celu wytworzenia
cienkiej warstwy na jej powierzchni.
Zostało wykazane naukowo (reguła Van’t Hoffa), Ŝe przy obniŜeniu temperatury produktu
spoŜywczego o kaŜde 10 st. C, następuje w nim (średnio) 2,5 krotne zwolnienie reakcji
biochemicznych i fizyko-chemicznych. Przykładowo – przy ochładzaniu produktu od temp. 20 st.
C do 0 st. C wspomniana szybkość reakcji ulegnie 5-krotnemu zwolnieniu. Dolny zakres
schładzania produktów ograniczony jest temperaturą początku ich zamarzania (-1,5 st. C / -0,5
st. C), górny zaś stanowią temperatury od 10 st. C do 13 st. C – stosowane najczęściej dla
owoców i warzyw tropikalnych. Schładzanie powinno odbywać się moŜliwe najszybciej po ich
pozyskaniu. Wymóg ten dotyczy produktów schładzanych jak i mroŜonych. W warunkach
przemysłowych Ŝywność wychładza się najczęściej w wychładzalniach owiewowych typu
tunelowego. Doładowywanie produktów nie wychłodzonych do pomieszczeń zawierających
produkty schłodzone prowadzi do wykraplania wilgoci na powierzchni tych ostatnich oraz
uaktywnienia rozwoju na nich bakterii i pleśni. Produkty w ten sposób zawilgocone moŜna
osuszyć przez zintensyfikowanie przepływu powietrza. Dodatkowo moŜna zastosować
naświetlanie promiennikami ultrafioletowymi. Podczas schładzania mięsa przeznaczonego do
zamraŜania, zachodzi w nim proces dojrzewania, bez tego procesu mięso straciłoby na jakości.
WyŜszość konserwacyjna zamraŜania nad schładzaniem polega, z jednej strony na
sprowadzeniu produktu do niŜszej temperatury, przez co – jak wzmiankowano poprzednio –
szybkość reakcji chemicznych ulega w tym produkcie zwolnieniu, a z drugiej strony – na
zamroŜeniu w produkcie wody, przez co produkt ten zostaje niejako odwodniony, a więc
pozbawiony środowiska niezbędnego dla rozwoju i aktywności enzymów oraz drobnoustrojów.
Wielkość kryształków lodu i sposób tworzenia się ich w zamraŜanym produkcie decyduje o tym, w
jakim stopniu własności produktu zamroŜonego ulegną pogorszeniu w stosunku do tego samego
produktu w stanie przed zamroŜeniem. Im produkt zamraŜany jest szybciej, tym kryształki lodu
są mniejsze i liczniejsze, a otoczka tkanki produktu jest wtedy w mniejszym stopniu naraŜona na
uszkodzenie powodujące wyciek soków komórkowych. Produkt schłodzony nadaje się
bezpośrednio do spoŜycia, zaś produkt mroŜony musi być najpierw rozmroŜony. Jakość produktu
po rozmroŜeniu zaleŜy od stopnia restytucji i jakości samego surowca.
4
5
5.
Przechowywanie Ŝywności w chłodniach
Warunki przechowywania większości produktów spoŜywczych w stanie schłodzonym i
zamroŜonym zestawiono w tablicy powyŜej. Do najwaŜniejszych parametrów przechowalniczych naleŜą :
temperatura, wilgotność względna powietrza oraz czas przechowywania. Zasadą ogólną jest odwrotna
proporcjonalność czasu i temperatury przechowywania. Oznacza to, Ŝe im czas przechowywania jest
produktu ma być dłuŜszy, tym jego temperatura powinna być niŜsza. Zalecane wilgotności najczęściej
zawierają się w granicach 80 – 90 %. Wysoka wilgotność sprzyja rozwojowi bakterii i pleśni, zaś zbyt
niska zwiększa ususzkę (czyli ubytek wagowy) produktu. W praktyce wilgotność powietrza jest
kompromisem pomiędzy zachodzącą ususzką a rozwojem mikroflory. Oprócz temperatury i wilgotności,
waŜną rolę odgrywa równieŜ obieg powietrza w pomieszczeniu chłodniczym. Najczęściej prędkość
przepływu powietrza równa 0,3 m/s jest wystarczająca.
Produkty schładzane moŜna podzielić w zaleŜności od zakresu optymalnych temperatur
ich przechowywania, na trzy następujące grupy :
- produkty wymagające temperatur w okolicy 0 st. C (najczęściej 1 st. C do 4 st. C)
(mięso, przetwory mięsne, podroby, drób, dziczyzna, tłuszcze zwierzęce, ryby w
lodzie, mleko surowe, masło i margaryna)
- produkty wymagające temperatur od 4 st. C do 8 st. C)
(konserwy, marynaty, ryby solone, suszone i wędzone, sery, słonina solona, boczek
wędzony, wszelkie napoje, a takŜe owoce i warzywa)
- produkty wymagające temperatur od 10 st. C do 13 st. C)
(owoce ze stref tropikalnych, banany, avocado, mango, melony, cytryny, itp.)
W przypadku, gdy produkty stawiają wymagania do utrzymywania wysokiej wilgotności,
stosuje się wspomaganie w postaci naświetlania promiennikami ultrafioletowymi – skutecznie
niszczącymi bakterie i pleśnie. Dodatkowo do ochrony przed wysychaniem stosuje się opakowania
chroniące. W długotrwałym przechowalnictwie, zwłaszcza produktów mroŜonych, waŜną rolę odgrywa
utrzymanie stałej temperatury. W przypadku wahania temperatury produktów mroŜonych, opakowanie
w pełni chroni je przed wysychaniem.
jabłka w atm.
kontrolowanej
jaja
jabłka
wołowina
chude
ryby
drób
pomarańcze
banany
Rys. 1. Czas składowania wybranych produktów spoŜywczych w chłodni w funkcji ich temperatury.
6
6.
RozmraŜanie produktów spoŜywczych
RozmraŜanie to równieŜ proces wymagający szczególnej uwagi. Prawidłowo
przeprowadzony pozwoli on w jak największym stopniu przywrócić dany produkt do stanu
początkowego. Szybko zamroŜony surowiec o wysokiej jakości wyjściowej, który przeszedł przez
wymaganą obróbkę wstępną nie wydziela przy rozmraŜaniu duŜych ilości cennych soków komórkowych.
Ten ubytek stanowi nieodwracalną stratę ilościową i jakościową produktu. Strata ta w duŜym stopniu
zaleŜy takŜe od sposobu jego rozmraŜania – zwłaszcza w warunkach restauracyjnych i domowych. Mięso
i drób najlepiej jest rozmraŜać – w warunkach restauracyjnych i domowych – w chłodziarce, do której
przenosi się Ŝywność z zamraŜarek lub mroźni. RozmraŜanie takie trwa długo (nawet do 2 dni), ale dzięki
niemu rozmroŜony w przestrzeniach międzykomórkowych sok jest lepiej wchłaniany ponownie przez
tkanki produktu. Produkty opakowane moŜna rozmraŜać w pod bieŜącą wodą. Owoce, pomidory,
paprykę najlepiej rozmraŜać w temperaturze pokojowej. Warzywa podlegające gotowaniu moŜna
bezpośrednio wkładać do gotującej się wody. NaleŜy pamiętać, Ŝe niewskazane jest ponowne zamraŜanie
produktów rozmroŜonych, a w kaŜdym razie praktykę taką naleŜy traktować jako zło konieczne.
7.
Łańcuch chłodniczy
Funkcjonalne powiązanie wszystkich ośrodków produkcji i konsumpcji Ŝywności poprzez
transport chłodniczy – nazywamy łańcuchem chłodniczym, a obiekty chłodnicze w nim występujące –
ogniwami łańcucha chłodniczego. Dlatego teŜ jest rzeczą niezwykle waŜną, aby łańcuch chłodniczy nie
miał przerw, aby produkt spoŜywczy znajdował się pod stałą naleŜytą osłoną zimna – we wszystkich jego
ogniwach. KaŜde ogniwo łańcucha chłodniczego wymaga odrębnej chłodni, zarówno co do wielkości,
typu, temperatury, wilgotności, czasu przechowywania, jak i organizacji funkcjonowania. Ośrodki
produkcji dysponują chłodniami technologicznymi zlokalizowanymi przy róŜnych zakładach wytwórczych
i przetwórczych artykułów spoŜywczych oraz chłodniami składowymi. Z kolei ośrodki konsumpcji
dysponują chłodniami zbiorczo – rozdzielczymi (hurtowymi) oraz całą siecią małych chłodni szafowych,
lad chłodniczych, gablot wystawowych oraz komór zainstalowanych na zapleczach sklepów, restauracji,
hoteli, barów, szpitali, itp., a takŜe sprzętem chłodniczym domowym.
Chłodnie przyzakładowe zlokalizowane są bezpośrednio przy przetwórniach Ŝywności. Pod
względem budowy i eksploatacji nie róŜnią się one od chłodni składowych. WyposaŜone są we własne
wychładzalnie i zamraŜalnie oraz komory chłodnicze i mroźnicze. Ich punktem węzłowym jest zazwyczaj
pakownia, przez którą przebiega trasa transportowo – przelotowa, jest to w kolejności: pakownia, tunel
zamraŜalniczy (lub wychładzalnia), mroźnia (lub komora chłodnicza), oraz ekspedycja. Funkcje chłodni
przyzakładowej moŜe spełniać równieŜ wielobranŜowa chłodnia składowa, zlokalizowana w niezbyt duŜej
odległości od przetwórni. Zgodnie z trendami światowymi, rozwiązania takie są szeroko stosowane w
Polsce.
Chłodnie składowe stanowią ogniwo węzłowe łańcucha chłodniczego, wiąŜące produkcję z
dystrybucją. Pod względem konstrukcyjnym chłodnie składowe mogą być wielopiętrowe i parterowe. Te
ostatnie sprzyjają pełnej mechanizacji prac przeładunkowych. W chłodniach takich konieczny jest stały
dostęp do kaŜdej palety lub paletowego aŜurowego kontenera. W chłodniach składowych istnieją ponadto
moŜliwości grupowania produktów spoŜywczych i ich przechowywania w oddzielnych pomieszczeniach
chłodniczych. Dzieje się tak dlatego, róŜne produkty mają swoje własne specyficzne wymagania co do
temperatury, wilgotności i czasu przechowywania. Ponadto, niektóre produkty takie, jak np. ryby,
owoce, warzywa, itp. odznaczają się wydzielaniem ostrych zapachów. Inne znowu, jak np. mleko, masło,
chętnie chłoną zapachy. WyŜszość produktów mroŜonych nad chłodzonymi jest taka, Ŝe nie wymagają
one grupowania, przez co mogą być przechowywane w komorach wieloasortymentowych – o zbliŜonej
temperaturze i czasie przechowywania.
Transport chłodniczy dzielimy na:
• lądowy – samochodami i wagonami przystosowanymi do przewoŜenia produktów
luzem oraz/lub na paletach, w paletowych kontenerach przeładunkowych, jak
równieŜ pojazdami platformowymi przewoŜącymi wielkie kontenery wyposaŜone we
własne agregaty chłodnicze,
• morski – statkami o chłodzonych ładowniach (chłodniowce) oraz statkami
transportującymi wielkie kontenery chłodnicze (kontenerowce),
• powietrzny – samolotami przewoŜącymi kontenery.
Chłodnie w sieciach handlowych obejmują bardzo szeroki asortyment sprzętu
chłodniczego – począwszy od małych szaf chłodniczych i mroźniczych o mocy poniŜej 1 kW, przez całe
ciągi lad i gablot wystawowych, do duŜych i rozległych instalacji chłodniczych wielkich współczesnych
supermarketów. Chłodnie w sieci handlowej stanowią to ogniwo łańcucha chłodniczego, w którym
przechowywanie Ŝywności jest krótkotrwałe.
7
Chłodnictwo domowe – ostatnie ogniwo łańcucha chłodniczego – opiera się na
chłodziarkach domowych, popularnie zwanych lodówkami, o temperaturze około 0 st. C do 2 st. C (pod
parownikiem) i od 4 st. C do 6 st. C (w dolnych szufladach owocowo – warzywnych). ZamraŜarki zaś
utrzymują zazwyczaj temperaturę około -18 st. C do -20 st. C. Koszt zamroŜenia i przechowywania 1kg
Ŝywności w zamraŜarce domowej jest około 200 razy wyŜszy, niŜ w duŜej chłodni składowej –
wyposaŜonej w wychładzalnie, zamraŜalnie i mroźnie.
8.
Wnioski
9.
•
Ze względu na lepszą restytucję lepiej korzystać z produktów schłodzonych niŜ
mroŜonych.
•
MroŜenie i chłodzenie jest bardzo uniwersalną metodą zapobiegania psuciu się produktów
spoŜywczych przez rozwój bakterii, pleśni i enzymów.
•
Prawidłowe rozmraŜanie danego typu produktów pozwala zachować odpowiednie walory
smakowe i właściwości fizyko-chemiczne,
•
Dzięki chłodzeniu i mroŜeniu Ŝywności moŜliwe jest utrzymanie zbilansowanej diety
człowieka przez cały rok.
Literatura
Paliwoda A.: Technologia chłodnicza dla mechaników – w zarysie. „Technika Chłodnicza i
Klimatyzacyjna”, nr 4/1998
Polska Norma PN-83/H-07005 „Towary Ŝywnościowe. Warunki klimatyczne i okresy
przechowywania w chłodniach”
Postolski J., Gruda Z.: ZamraŜanie Ŝywności. WNT Warszawa 1985
Grudowa L.: MroŜonkowe ABC. „Kobieta i śycie”, 1987
Paliwoda A.: Chłodzenie owoców, warzyw i kwiatów w strumieniu wilgotnego powietrza.
„Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna”, nr 6/1996
8