Ocena cech jakościowych przechowywania owoców i warzyw w

Przedmiot: WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA
Temat:
Ocena cech jakościowych przechowywania owoców
i warzyw w atmosferze kontrolowanej typu ULO
w porównaniu do przechowywania w tradycyjnej
komorze chłodniczej.
Opracował:
Mateusz Radka
SiUChiKl
Semestr IX
Rok: 2010/2011
SPIS TREŚCI:
1. Wstęp.
2. Technologie przechowywania warzyw i owoców.
3. Technologia ULO.
4. Porównanie cech jakościowych w zależności od czasu i
miejsca przechowywania.
5. Wnioski.
6. Bibliografia.
1. Wstęp.
Owoce jak również i warzywa należą do produktów, na które popyt przypada na
znacznie dłuższy okres niż podaż wynikająca z okresu ich dojrzewania. Konieczne jest zatem
utrzymanie tego typu produktów w stanie świeżym przez jak najdłuższy czas po zbiorze.
Długość okresu przechowywania zależy przede wszystkim od gatunku, odmiany, terminu
zbioru i warunków przechowywania. Dla większości gatunków owoców strefy umiarkowanej
optymalna temperatura przechowywania jest bliska 0oC. Obniżenie temperatury ogranicza
tempo oddychania owoców, przez co spowolnione zostaje ich dojrzewanie.
Podstawowymi czynnikami wpływającymi na przechowanie się warzyw są:
temperatura, wilgotność i skład gazowy atmosfery oraz higiena przechowywania.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
TEMPERATURA
obniżanie temperatury przechowywania warzyw i owoców ogranicza tempo
oddychania
optymalna temp. dla większości warzyw i owoców to 0°C
obniżenie temperatury poniżej 0°C może doprowadzić do przemarznięcia, a tym
samym obniżenia jakości i trwałości warzyw
warzywa cebulowe mogą jednak być przechowywane w temperaturze ujemnej
(cebula i czosnek od –2°C do –3°C, por do –1,5°C)
Temperatura powinna być utrzymywana przez cały okres przechowywania, gdyż
kilkakrotne zamarzanie i odmarzanie prowadzi do uszkodzenia tkanek
Wyższa temperatura (pomidor, papryka, ogórek…) objawami przechłodzenia są np.:
brązowienie miąższu i nasion u papryki, wodniste plamy i płytkie zagłębienia na
owocach ogórka
WILGOTNOŚĆ
decyduje ona o intensywności transpiracji, prowadzącej do więdnięcia warzyw
efektem nadmiernej utraty wody podczas przechowywania warzyw zielonych jest ich
żółknięcie na skutek utraty chlorofilu (przyspieszenie starzenia)
Zbyt wysoka wilgotność powoduje natomiast wyrastanie korzeni i ciemnienie łusek
okrywających
Cebula, czosnek 60 – 75 % wilgotności
Kapusta głowiasta biała i czerwona 90 – 95 % wilgotności
Warzywa korzeniowe 95 – 98 %
SKŁAD GAZOWY POWIETRZA
N2 – główny składnik powietrza (78%); nie wchodzi w żadne reakcje z produktami
spożywczymi (obojętny); duża zawartość azotu ogranicza kontakt produktów spożywczych z
tlenem, chroniąc je przed utlenianiem. W praktyce wykorzystujemy azot jako wypełniacz
opakowań spożywczych.
O2 – najbardziej aktywny składnik powietrza, sprzyjający wzrostowi bakterii tlenowych
powodujących m.in. procesy gnilne. Zmniejszenie zawartości tlenu spowalnia procesy
chemiczne z udziałem tlenu (oddychanie, dojrzewanie, utlenianie).
CO2 – obojętny wobec produktów suchych a w kontakcie z produktami wilgotnymi łatwo
rozpuszcza się i reaguje częściowo do H2CO3, co nieznacznie obniża pH i wywiera niewielkie
działanie bakteriostatyczne. Stosowanie CO2 spowalnia szybkość wzrostu zarodków.
2. Technologie przechowywania warzyw i owoców.
1. chłodnia z normalną atmosferą (NA)
2. chłodnia z modyfikowaną atmosferą (MA)
3. chłodnia z kontrolowaną atmosferą (KA)
Każda z wymienionych technologii przechowywania posiada zarówno zalety jak i wady, a
jej wybór zależy od gatunku owoców, odmiany i planowanej długości okresu
przechowywania.
Potencjalnie najkrótszy okres przechowywania „oferuje" nam NA. Tempo dojrzewania
owoców hamowane jest jedynie przez obniżenie temperatury. Do obniżenia temperatury
wykorzystywany jest układ chłodniczy, składający się zazwyczaj z parownika, sprężarki,
skraplacza i zaworu rozprężnego (układ bezpośredniego odparowania). Konieczna do
schłodzenia moc chłodnicza musi być wyliczona na podstawie bilansu cieplnego, który
zostanie omówiony w dalszej części artykułu. W komorze NA owoce pozostają w atmosferze
zawierającej 21% tlenu i praktycznie 0% dwutlenku węgla.
W przypadku szczelnej komory chłodniczej w wyniku procesu oddychania owoce
zużywają tlen i wydychają dwutlenek węgla. Przy niezakłóconym procesie można założyć, że
suma tych dwóch gazów zawsze wynosić będzie 21%. W przeszłości dość powszechnie
przechowywano jabłka w atmosferze zawierającej około 16% tlenu i 5% dwutlenku.
Regulacja składu gazowego atmosfery odbywała się poprzez dopuszczenie świeżego
powietrza zawierającego 21% tlenu. Stosując tę technologię dla wielu odmian jabłek
uzyskiwano wydłużenie okresu przechowywania w porównaniu do NA.
Kolejnym etapem rozwoju technologii przechowywania była chłodnia KA. W tego typu
obiektach obniża się stężenie tlenu do około 3%, a stężenie dwutlenku węgla nie przekracza
5%. Do usuwania nadmiaru CO2 stosuje się płuczki. W zależności od substancji pochłaniającej
dwutlenek węgla mogą to być płuczki węglowe lub wapno hydratyzowane. W przypadku
pojawienia się deficytu tlenu, dopuszcza się powietrze atmosferyczne. Niekiedy stężenie
tlenu świadomie obniża się do około 1,5% i wtedy mówimy o przechowywaniu owoców w
warunkach niskotlenowych (ULO). Zastosowanie kontrolowanej atmosfery pozwala na
znaczne wydłużenie okresu przechowywania, przy zachowaniu przez owoce wyższej
jędrności i kwasowości.
3. Technologia ULO (kontrolowana atmosfera).
ULO - ultra low oxygen — bardzo niskie stężenie tlenu
Wszystkie parametry atmosfery są tu pod ścisłą kontrolą. W porównaniu ze zwykłą
chłodnią, ULO pozwala przedłużyć okres przechowywania jabłek nawet o połowę. Dla
odmian zimowych oznacza to wejście na rynek w maju-czerwcu.
Skład atmosfery w technologii KA to stężenie tlenu (O2) obniżone do 3% objętościowo
lub mniej — do około 1% w technologii ULO, stężenie dwutlenku węgla (CO2) w zakresie od
0,5% do około 5% objętościowo (najczęstsze w ULO to 1–2%), reszta do 100% objętości to
azot (N2).
ZASADA DZIAŁANIA
owoce są wstępnie schładzane w tej samej komorze, gdzie będą przechowywane
za pomocą generatora azotu obniża się zawartość O2, ale tylko do poziomu 5-6%
(dalsze obniżanie poniżej 2% przez oddychanie owoców)
rura z zaworem podciśnieniowym doprowadza tlen ze świeżym powietrzem w razie
zbyt niskiego poziomu O2
utrzymywanie właściwego stężenia CO2 zapewnia płuczka z węglem aktywnym
analizatory umożliwiają stałą kontrolę stężenia CO2 i O2
utrzymanie ciśnienia w komorze na poziomie zewnętrznego, by przez ewentualne
nieszczelności nie przedostawało się powietrze atmosferyczne – zadanie „płuca”
komory
dodatkowym zabezpieczeniem przed zmianami ciśnienia są zawory bezpieczeństwa
SCHEMAT UKŁADU CHŁODNICZEGO Z ZASTOSOWANIEM SYSTEMU ULO
CZĘŚCI SKŁADOWE SYSTEMU
1. Membranowy separator azotu.
Technologia KA wymaga obniżenia stężenia tlenu w komorze zaraz po wychłodzeniu
produktów ogrodniczych do temperatury przechowywania. Stężenie tlenu w komorze z KA
na początku sezonu przechowalniczego można obniżyć montując separatory azotu z
powietrza atmosferycznego. Dostępne są różne typy tych urządzeń, na przykład separator
membranowy typu HFM (hollow fiber membrane), lub oparte na sitach molekularnych typu
PSA (pressure swing adsorption), typu VSA (vacuum swing adsorption) lub VPSA (vacuum
pressure swing adsorption). Można również stosować czysty azot, sprężony lub ciekły,
dostarczany do chłodni w butlach stalowych lub izolowanych termicznie cysternach. Ostatnie
z wymienionych źródeł (ciekły azot) staje się coraz bardziej popularne w Polsce w małych
obiektach przechowalniczych, z uwagi na łatwość stosowania i stosunkowo niską cenę. W
większych obiektach można wykorzystywać stacjonarną instalację ciekłego azotu. Dla
średnich i dużych obiektów przechowalniczych poleca się wykorzystanie separatorów azotu.
Przyjmuje się stosowanie strumienia azotu z separatorów o czystości około 97% N2 (3% O2) i
obniżenie stężenia tlenu w komorach do poziomu co najmniej 6–7% objętościowo lub
niższej. W obiektach wielokomorowych separator najczęściej pracuje ze wspólnym
kolektorem, łączącym obsługiwane komory szczelnymi rurociągami z tworzywa sztucznego.
Są to z reguły rury PCV o średnicy do 100 mm, z trójnikami i zaworami ręcznymi lub
pneumatycznymi.
Separator azotu w miejscu pracy wymaga bezpośredniego połączenia z powietrzem
atmosferycznym dwiema rurami, ssącą powietrze do separacji i zwrotną dla strumienia gazu
wzbogaconego w tlen. Może pracować w systemie recyrkulacji gazu z komory z KA oraz
sterowania automatycznego po połączeniu z komputerem nadzorującym pracę obiektu.
2. Płuczka CO2
Do obniżenia stężenia dwutlenku węgla wydzielanego przez owoce w procesie
oddychania najczęściej stosuje się płuczki z węglem aktywowanym jako substancją czynną.
Można stosować indywidualne płuczki dla każdej komory lub zbiorcze, obsługujące kilka
komór. Płuczki mogą być sterowane ręcznie lub pracować w cyklu automatycznym,
sterowane komputerowo. Można również stosować wapno hydratyzowane w workach
papierowych umieszczonych bezpośrednio w komorze z KA. Zaleca się stosowanie płuczek z
węglem aktywowanym indywidualnie dla każdej komory lub ewentualnie jedną płuczkę dla
dwóch albo trzech komór, pracujących w cyklu automatycznym. W zależności od wybranej
konfiguracji, moc zainstalowanych płuczek wynosi od 8 kW do 10 kW. Płuczki połączone są
z komorami dwoma rurociągami z PCV o średnicy około 50 mm (ssanie-tłoczenie), przy
długości całkowitej nieprzekraczającej 50 metrów. Przy większych odległościach zaleca się
zwiększenie średnicy rurociągów do 75 mm lub 100 mm. Rurociągi ssący i tłoczący płuczki
najlepiej wprowadzić w przeciwległych (po przekątnej) narożnikach komory KA, przy czym
rurę ssącą najlepiej umieścić pod chłodnicą sprowadzając rurociąg na odległość 1–2 m nad
posadzkę. Wylot rury tłoczącej należy pozostawić w pobliżu sufitu. Rurociągi należy
prowadzić ze spadkiem w kierunku komory, unikając tworzenia syfonów, w których może
gromadzić się woda. Konieczne jest bezpośrednie połączenie płuczki z powietrzem dwoma
rurociągami. Wykorzystywane są w czasie cyklu desorpcji węgla aktywnego powietrzem
atmosferycznym. Temperatura otoczenia płuczki nie powinna być niższa niż temperatura w
komorze. Zabezpiecza to płuczkę przed kondensacją wilgoci na złożu i, w konsekwencji,
zmniejszeniem wydajności pracy. Większość płuczek wymaga zastosowania małego
kompresora powietrza (zbiorczego) do napędu zaworów pneumatycznych sterujących pracą
płuczki i komór. Płuczki mogą pracować w cyklu całkowicie automatycznym po połączeniu z
komputerem sterującym. Umożliwiają również automatyczne uzupełnianie naturalnych
ubytków tlenu w komorze. Możliwe jest opcjonalne wykorzystanie tych samych rurociągów
dla płuczek dwutlenku węgla i generatora azotu.
3. Zawory bezpieczeństwa.
Niezależnie od źródła azotu, komora chłodnicza z KA musi być wyposażona w
ciśnieniowy zawór bezpieczeństwa, tak zwany syfon, oraz zawór umożliwiający
doprowadzenie azotu do wnętrza komory. Ważne, aby wlot azotu (z reguły zawór w
drzwiach) i wylot gazu z komory (najczęściej jest nim syfon) nie były umieszczone zbyt
blisko siebie. Może to doprowadzić do skróconego obiegu azotu w komorze na drodze wlotwylot i w konsekwencji do braku efektywności obniżania stężenia tlenu. Wlot azotu do
komory powinien być skierowany lub wyprowadzony bezpośrednio na stronę ssącą chłodnicy
powietrza. Umożliwia to dokładne wymieszanie azotu z powietrzem w komorze i szybkie
wypieranie tlenu z całej objętości komory. Jest to szczególnie ważne przy stosowaniu
ciekłego azotu, który może mieć jeszcze bardzo niską temperaturę po odparowaniu i stanowić
zagrożenie dla przechowywanych produktów. Przy "wydmuchiwaniu" tlenu z komory ciekłym azotem należy wyłączyć sprężarkę chłodniczą pozostawiając pracujące wentylatory
chłodnicy i bardzo uważnie śledzić temperaturę gazu w komorze, aby nie dopuścić do
przemrożenia produktów. Nie można stosować zbyt silnego strumienia azotu, bowiem może
to doprowadzić do nadmiernego wzrostu ciśnienia w komorze, i w rezultacie, do uszkodzenia
lub zniszczenia struktury budynku.
Zawory bezpieczeństwa w komorze z KA pracują przy ciśnieniu otwarcia około 200 Pa, co
odpowiada ciśnieniu około 20 mm słupa wody. Stosowane są zawory cieczowe i
pneumatyczne, pracujące w obu kierunkach, to znaczy nad- i podciśnienia. Zabezpieczają
konstrukcję komory przed niekorzystnymi skutkami, jakie może wywrzeć duża różnica
ciśnień między wnętrzem komory i powietrzem atmosferycznym. Dla wyrównania różnicy
ciśnień dopuszczają wymianę gazu między komorą i powietrzem atmosferycznym
ograniczoną do momentu wyrównania (zbliżenia) się obu ciśnień. Wymagają połączenia z
wnętrzem komory rurą o średnicy nie mniejszej niż 100 mm. Praktycznym rozwiązaniem
może być stosowanie zaworów wyposażonych w U-rurki do przeprowadzania testu
gazoszczelności komory.
4. Worki kompensacyjne (tzw. „płuca komory”).
Niwelują niewielkie różnice ciśnień pomiędzy wnętrzem komory z KA a zewnętrznym
powietrzem atmosferycznym, bez zmiany składu kontrolowanej atmosfery. Niewielkie
zmiany ciśnienia w komorze mogą być skutkiem usuwania dwutlenku węgla z atmosfery,
załączania i wyłączania urządzenia chłodniczego, procesu odszraniania chłodnicy czy też
wpływu wiatru i zmian ciśnienia atmosferycznego. Zadaniem worka kompensacyjnego jest
niedopuszczenie do zassania bogatego w tlen powietrza atmosferycznego z zewnątrz i
wzrostu stężenia tlenu w atmosferze komory, co jest szczególnie niekorzystne w technologii
ULO. Aby worek poprawnie i szybko kompensował zmiany ciśnienia, musi być podłączony
do komory rurą o odpowiednio dużej średnicy (100-150 mm), wyprowadzoną w miejscu o
stosunkowo stabilnym ciśnieniu w polu komory. Takim miejscem jest sufit przy narożniku
ściany przeciwległej do chłodnicy powietrza. Pojemność worka wynosi około od 0,5 do 1%
objętości pustej komory z KA. Może być zblokowany na jednym rurociągu z pneumatycznym
zaworem bezpieczeństwa.
5. Analizatory składu gazowego.
Analizatory stężenia tlenu i dwutlenku węgla kontrolowanych atmosfer powinny
charakteryzować się rozdzielczością 0,1%. Możliwa jest praca w cyklu automatycznym
(polecana) z rejestracją wyników i sterowaniem pracą komór lub opcjonalnie w cyklu
ręcznym (niepolecana). Sprzężenie z automatyką sterującą utrzymaniem właściwych stężeń
O2 i CO2 (odchylenia nieprzekraczające 0,2%) jest szczególnie istotne w technologii ULO.
Zaleca się zastosowanie analizatora tlenu z czujnikiem paramagnetycznym i analizatora
dwutlenku węgla z detektorem promieniowania podczerwonego.
6. Porównanie cech jakościowych w zależności od czasu i
miejsca przechowywania.
Porównanie cech sensorycznych oraz zmian fizycznych jakie zachodzą w jabłkach, w
zależności od czasu i miejsca przechowywania.
Badania prowadzone były po zbiorze i w okresie czteromiesięcznego przechowywania,
w cyklu miesięcznym. Wykonywano pomiary pobierając z jabłek kostki sześcienne o boku
10 mm, które suszono w temperaturze 70°C do momentu, kiedy zawartość wody uzyskała
wartość równowagi. Oceny właściwości sensorycznych jabłek dokonano wykorzystując
pięcioosobową grupę, która w skali od 1 do 5 przypisywała wartość za smak, zapach, wygląd
zewnętrzny (barwę i wygląd skórki). Ocena 1 oznacza wartość najgorszą, ocena 5 wartość
najlepszą.
7. Wnioski
WNIOSKI NA PODSTAWIE DOŚWIADCZENIA
1. Spośród trzech badanych obiektów najwyższe zmiany zawartości wody odnotowano
dla jabłek przechowywanych w piwnicy. Po długotrwałym przechowywaniu obniżyła
się znacząco przydatność jabłek do spożycia.
2. Nowoczesne przechowalnie z kontrolowaną atmosferą pozwalają na zachowanie
pierwotnego zabarwienia skórki. Odnotowano również mniejsze ubytki wody, a
jabłka charakteryzowały się wysoką jakością przez długi okres ich przechowywania.
3. Jedyną wadą jabłek przechowywanych w nowoczesnych obiektach było pogorszenie
walorów smakowo-zapachowych.
Zalety technologii ULO:
• ograniczenie intensywności oddychania warzyw,
• zahamowanie procesu dojrzewania i starzenia się,
• zmniejszenie tempa przemian biochemicznych (degradacja chlorofilu, zmiany w
zawartości substancji odżywczych),
• zmniejszenie wrażliwości warzyw na uszkodzenia chłodowe,
• zmniejszenie wrażliwości na działanie etylenu,
• ograniczenie występowania chorób przechowalniczych.
Wady:
pogorszenie smaku i zapachu warzyw na skutek procesu zachodzącego oddychania
beztlenowego warzyw, spowodowanego zbyt niską koncentracją O2,
CENA - sam układ chłodniczy dla obiektu na 100 ton kosztuje ponad 30 tys. zł, a cena
najmniejszej płuczki węglowej przekracza 60 tys. zł.
8. Bibliografia.
1. Inżynieria Rolnicza 2(100)/2008 – „WPŁYW SPOSOBÓW I CZASU
PRZECHOWYWANIA NA WYBRANE CECHY SENSORYCZNE JABŁEK” B.
Krzysztofik, B. Łapczyńska-Kordon
2. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 5/2006.
3. www.agrobudownictwo.pl
4. www.ho.haslo.pl