Fizyczne metody utrwalania żywności. Schładzanie i zamrażanie

64
informator technologa
Fizyczne metody utrwalania
żywności. Schładzanie
i zamrażanie mięsa
Zwiększające się możliwości techniki i nauki
pozwalają nam coraz lepiej zrozumieć problem
psucia się żywności, dogłębnie poznać czynniki wpływające na te złożone procesy. Ukierunkowanie badań na nowe, skuteczniejsze metody konserwacji żywności, ma na celu z jednej
strony przedłużenie okresu przydatności do
spożycia, z drugiej zaś skutecznie ograniczyć
straty i utrzymać wysoką wartość odżywczą
w trakcie przechowywania. Należy jednak pamiętać, iż wprowadzenie nowych technik konserwacji do produkcji wymaga jednak dokładnej kontroli i badań pod kątem bezpieczeństwa
zdrowotnego.
W pogoni za wydłużaniem terminu przydatności do spożycia należy pamiętać również
o wysokiej jakości wyrobów finalnych. Zdobycie zaufania konsumentów przez producenta żywności gwarantuje stały i wysoki, rozłożony w latach efekt ekonomiczny.
Wzrost świadomości społeczeństwa powoduje,
że oczekiwania konsumentów wobec żywności,
w tym wyrobów mięsnych ciągle rosną i jednocześnie ulegają ciągłym zmianom. Obecnie
w branży przetwórstwa mięsnego mamy do
czynienia z trendem i pewnego rodzaju modą
na produkty ekologiczne, wyroby minimalnie
przetworzone wyprodukowane zgodnie z starymi recepturami i sposobami. Jednocześnie
w zderzeniu z rzeczywistością, przy obecnym
trybie życia poszukiwana jest żywności wygodna, naturalna i mało przetworzona, posiadająca właściwości prozdrowotne. Otrzymanie
wszystkich tych cech w jednym produkcie spożywczym jest niezmiernie trudne i sprawia czę-
sto wiele problemów producentom żywności.
Ogólna charakterystyka wybranych metod utrwalania żywności
Utrwalanie żywności ma za zadanie powstrzymanie wielu złożonych procesów biochemicznych (np. ciemnienia enzymatycznego), niedopuszczenie do rozwoju i działalności
drobnoustrojów (przez ich dezaktywację i usunięcie), wstrzymanie zmian chemicznych przejawiających się przykładowo utlenianiem witamin. Ponadto wstrzymanie zmian fizycznych
(np. zmian dotyczących konsystencji i struktury), zabezpieczenie przed inwazją i rozwojem szkodników, zabezpieczenie przed różnego
typu zanieczyszczeniami, głównie chemicznymi i fizycznymi. Bardzo ważne jest też zabezpieczenie przed zakażeniem drobnoustrojami chorobotwórczymi. Utrwalanie żywności
prowadzone może być poprzez wykorzystanie trzech zasadniczych metod tj. fizycznych,
chemicznych i biologicznych. Należy dodać,
ze utrwalanie żywności ma bardzo duże znaczenie praktyczne, gdyż dzięki niemu żywność w stanie prawie nie zmienionym może być
przechowywana przez dłuższy czas i transportowana na większe odległości, niż żywność nie
utrwalona. Pozwala łagodzić zjawisko sezonowości produkcji żywności w rolnictwie oraz
daje możliwości zaopatrywać w żywność duże
ośrodki miejskie, leżące z dala od rejonów produkcji żywności. Pośrednio wpływa na rozwój
handlu zagranicznego żywnością oraz pozwala lepiej wykorzystywać żywność w gospodarstwach domowych, turystyce, żegludze, wojsku itd.
informator technologa
Fizyczne metody utrwalania żywności, surowców i produktów mięsnych
Utrwalanie i konserwacja produktów tą grupą
metod następuje dzięki zjawiskom fizycznym,
z których najczęściej wykorzystywana jest wysoka i niska temperatura, odwodnienie, jak
również stosowanie substancji podnoszących
ciśnienie osmotyczne (rys. 1.) [7,9]. Technologia chłodniczego utrwalania żywności obejmuje szereg procesów polegających na przystosowaniu żywności do chłodniczego składowania
oraz zapewnieniu warunków składowania
i transportu chłodniczego. Chłodnicze utrwalanie żywności, zależnie od jej rodzaju oraz
właściwości fizykochemicznych odbywa się
poprzez trwałe, łagodne lub szybkie obniżenie
temperatury do poziomu kilku stopni powyżej
zera (schładzanie).
Kolejny zakres wykorzystania niskich temperatur obejmuje utrzymywanie umiarko-
wanych warunków chłodniczych w zakresie
temperatur ujemnych do -10°C (zamrażanie).
Natomiast trzeci zakres dotyczy tzw. głębokiego zamrożenia żywności w temperaturach od
-15 do -25°C.
W procesach przemian poubojowych mięsa (bezpośrednio po uboju, w okresie stężenia poubojowego i jego ustępowania, dojrzewania), zmiany zachodzące w poszczególnych
jego składnikach (głównie białkach, tłuszczach
i frakcji węglowodanowej) prowadzą do wykształcenia pożądanych cech sensorycznych
i żywieniowych. Jeżeli w tym okresie mięso nie
zostanie spożyte lub przetworzone, to przemiany te mogą doprowadzić do zbyt zaawansowanych zmian w składzie podstawowych składników i utraty przydatności do spożycia. Proces
ten, potocznie określany jako psucie się mięsa,
jest spowodowany:
• działaniem drobnoustrojów,
• działaniem enzymów własnych (tkanko-
Rys. 1. Ogólny podział procesów stosowanych w fizycznych metodach utrwalania żywności.
65
66
informator technologa
wych),
• nieenzymatycznymi reakcjami chemicznymi.
Zadania nie ułatwia wysoka nietrwałość surowców roślinnych i zwierzęcych, która związana jest z dużą zawartością wody, skażeniem
drobnoustrojów i zachowaniem procesów fizjologicznych. By sprostać temu zadaniu potrzeby jest dobór odpowiedniej metody i technologii, który zależy od wielu czynników,
wśród których wymienić należy: rodzaj produktu, zmiany jakościowe zachodzące podczas
przetwarzania i przechowywania, rodzaj opakowania, sposób przygotowania do konsumpcji, koszty.
W związku z tym, że zmiany chemiczne i enzymatyczne przebiegają wolniej niż mikrobiologiczne, utrwalanie mięsa ma na celu głównie ograniczenie rozwoju drobnoustrojów,
a zwłaszcza bakterii, oraz zachowanie jego cech
sensorycznych i technologicznych. Utrwalanie
żywności polega na stosowaniu różnych czynników zapobiegających psuciu się produktów
spożywczych, które mają na celu między innymi zahamowanie rozwoju bądź zniszczenie drobnoustrojów patogennych i saprofitycznych.
Metody utrwalania mięsa i przetworów można
podzielić ogólnie na: fizyczne (stosowanie niskich i wysokich temperatur oraz metod niekonwencjonalnych), fizykochemiczne (solenie
i wędzenie) oraz chemiczne (peklowanie). Podział głównych metod utrwalania produktów
spożywczych przedstawia rysunek 2.
Współczesne metody utrwalania mięsa i pozostałych środków spożywczych, wynikają ze
sposobu i rodzaju zjawisk fizycznych, chemicznych, biochemicznych oraz biologicznych zachodzących w żywności. Szczegółowe cele tych
procesów obejmują:
• wstrzymanie tkankowych procesów bioche-
Metody utrwalania mięsa
Fizyczne
Fizykochemiczne
Niskie
temperatury
Wysokie
temperatury
• Solenie
• Wędzenie
Chemiczne
• Peklowanie
Niekonwencjonalne
• Chłodzenie
• Zamrażanie
• Promieniowanie
jonizujące
• Promieniowanie
niejonizujące
• Paskalizacja
• Pulsacyjne pole
elektryczne
• Pulsujący
strumień światła
• Suszenie
• Parzenie
• Gotowanie
• Smażenie
• Duszenie
• Pieczenie
• Pasteryzacjia
• Tyndalizacjia
• Sterylizacja
Rys. 2. Najczęściej stosowane metody utrwalania mięsa i jego przetworów.
cd. str. 68
68
informator technologa
•
•
•
•
•
•
micznych (oddychanie, autoliza, brunatnienie enzymatyczne),
wstrzymanie zmian fizycznych (zmiany
konsystencji),
wstrzymanie zmian chemicznych (nieenzymatycznych, np. utlenianie, rozkład barwników, brunatnienie nieenzymatyczne),
zahamowanie rozwoju i niszczenie drobnoustrojów,
zabezpieczenie przed rozwojem różnego rodzaju szkodników,
zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami
mechanicznymi, skażeniami chemicznymi
i biologicznymi, np. kurzem, różnymi substancjami zapachowymi i barwnymi, sierścią itp.,
konserwacja żywności metodą chłodzenia
i zamrażania.
Proces schładzania i zamrażania polega na
kontrolowanym odprowadzaniu ciepła z produktów do ośrodka chłodzącego, co powoduję stopniowe obniżanie ich temperatury wewnętrznej odpowiednio nieco powyżej punktu
zamrażania, dla którego przyjmuje się przedział temperaturowy w granicach od 10 do 0°C
(schładzanie) lub znacznie poniżej tego punktu
najczęściej do -18ºC (zamrażanie) i poniżej -24
do -26°C dla wybranych grup surowców i artykułów spożywczych. Są to zwykle jednocześnie
temperatury przechowywania większości pro-
duktów schłodzonych lub zamrożonych. Obniżenie temperatury powoduje wstrzymanie
rozwoju i działania drobnoustrojów powodujących psucie żywności, a tym samym utrzymanie wysokiej jej jakości i trwałości [5]. Zależy ona od:
• jakości mikrobiologicznej surowca;
• technologii i higieny przetwórstwa;
• temperatury i czasu zamrażania;
• składu chemicznego, stężenia substancji
rozpuszczalnych i wartości pH żywności;
• temperatury i czasu składowania;
• temperatury i czasu rozmrażania;
• stanu mikrobiologicznego surowca zamrażanego [7].
Do osiągnięcia celu, którym jest wysoka jakość produktu mrożonego ważnym aspektem
jest dobór odpowiedniej metody produkcyjnej.
Biorąc pod uwagę rodzaj czynnika odbierającego ciepło od produktu można je podzielić następująco:
• w powietrzu (zamrażanie owiewowe),
• w cieczach (imersja),
• w kontakcie z ciałem stałym (metalem),
• we wrzącym czynniku chłodzącym (kriogeniczne).
W praktyce przemysłowej w około 90% chłodni stosuje się urządzenia wykorzystujące zamrażanie owiewowe, 9% to urządzenia i aparaty kontaktowe, zaś zastosowanie pozostałych
Rys. 3. Schemat tunelu do zamrażania owiewowego: 1 - stół rolkowy ruchomy, 2 - przenośnik, 3 - wentylator
z chłodnicami powietrza, 4 - obudowa izolowana, 5 - pojemnik z surowcem, 6 - napęd przenośnika, 7 - podgrzewanie gruntu [6].
cd. str. 70
70
informator technologa
metod stanowi tylko 1% [1,5,10]. W procesie
zamrażania owiewowego produkt zamrażany
jest za pośrednictwem oziębionego powietrza,
które jest przenośnikiem ciepła od produktu
do parownika (rys. 3). Długi czas zamrażania
spowodowany jest niskim współczynnikiem
przewodzenia ciepła. Ten typ konstrukcji stosowany jest przeważnie do zamrażania ćwierć
i półtusz zwierząt po uboju, czy o dużych wymiarach ryb itp.
W przypadku zamrażania tunelowego mają zastosowanie głównie tunele stacjonarne, przepychowe, przenośnikowe lub tacowo-ślizgowe. Podział ten i nazwa uzależniona jest od
techniki przemieszczania się wyrobu, który umieszczony jest na tacach, półkach, wózkach lub zawieszony na stojakach czy hakach.
Cykl zamrażania wynosi od 2 godzin dla porcji jednostkowych do 12- 18 godzin w przypadku mrożenia mięsa w półtuszach i 20-48 godzin w przypadku drobiu i mięsa w kartonach.
W zamrażalniach typu taśmowego proces zamrażania odbywa się w trakcie przemieszczania się ułożonego na przenośniku mięsa. Zależnie od ilości i typu przenośników zamrażanie
może się odbywać w zamrażalnikach jednotaśmowych, wielotaśmowych lub karuzelowych.
W przypadku zamrażarek fluidyzacyjnych wykorzystuje się przedmuch warstwy produktu
leżącego na sieci lub taśmie transportera w kierunku z dołu do góry strumieniem powietrza
o temperaturze -40ºC, który jednocześnie wytwarza stan fluidalny (rys. 4). Czas zamrażania zwłaszcza rozdrobnionego surowca może
wynosić tylko kilka minut, a dodatkową zaletą tego sposobu jest sypki charakter mrożonek, ułatwiający ich późniejsze przechowywanie i konfekcjonowanie.
Zamrażanie immersyjne odbywa się w cieczach nie wrzących i jest uważane za najstarszą metodę zamrażania żywności. Polega na
zanurzeniu produktu w opakowaniu hermetycznym (lub bez), w roztworze soli lub innych
mediach chłodzących. Dzięki dużym współczynnikom wnikania ciepła czas zamrażania jest krótki, dzięki wysokim temperaturom
wrzenia czynnika chłodzącego. Obecnie wiele
rozwiązań opartych na immersji znajduje zastosowanie do zamrażania substancji płynnych
i półpłynnych, zamrażania powierzchni delikatnych produktów lub jako wstępna faza mrożenia zasadniczego realizowanego inną metodą. Do głównych wad tej metody zaliczamy
przede wszystkim utratę barwy na skutek ab-
Rys. 4. Zamrażarka fluidyzacyjna: 1 - rynna, 2 - przenośnik siatkowy, 3 - wentylatory osiowe, 4 - wentylatory promieniowe, 5 - chłodnica dodatkowa, 6 - chłodnice, 7 - wibrator, 8 - obudowa izolowana [6 ].
72
informator technologa
sorpcji soli, trudności w utrzymaniu wysokich
standardów sanitarno-higienicznych, związanych z ryzykiem wtórnego skażenia. Trudnością natury technicznej jest duży i intensywny
stopień korozji urządzeń.
Innym nowoczesnym sposobem utrwalania
żywności i mięsa jest zamrażanie kriogeniczne, które ma szeroką rzeszę zwolenników, ze
względu na dużą liczbę zalet tej metody (rys. 6).
Do nich należą miedzy innymi krótki czas zamrażania (3-10 min.), powstawanie małych
kryształów lodu wewnątrz surowca, duży przepływ ciepła w procesie, ograniczenie wycieku
rozmrażalniczego oraz stosunkowo małe zmiany struktury po rozmrożeniu. Zasadniczym
kontrargumentem jest duży kosz eksploatacji
związany z napełnianiem krioczynnika (zużycie ok.1,5 kg na 1 kg zamrażanych produktów)
[2,8,11 ].
Zamrażanie kriogeniczne opiera się na wykorzystaniu skroplonych gazów, jako czynnika chłodzącego. W praktyce najczęściej stosuje się ciekły azot (LIN) o temperaturze wrzenia
-195,8°C oraz ciekły ditlenek węgla (LIC)
o temperaturze wrzenia -78,5°C. Inne ciecze
nie są stosowane z uwagi na cenę, bezpieczeństwo pracy lub szkodliwy wpływ na zamrażane produkty. Proces jest realizowany poprzez
zanurzenie lub natrysk obrabianego surowca
[4,7,9].
Podsumowanie
Utrwalanie mięsa i jego przetworów z wykorzystaniem fizycznych metod utrwalania
(schładzanie, utrwalanie), umożliwia dłuższe
ich przechowywanie (nawet w postaci rezerw)
oraz realizację transportu (z zachowaniem tzw.
łańcucha chłodniczego), na dalsze odległości.
Daje też możliwość normalnego zaopatrzenia
i wyżywienia ludności, niezależnie od rejonizacji i sezonowości podaży żywca. Wraz z rozwojem przemysłu i wyraźnym oddzieleniem
miasta od wsi, a także z funkcjonowaniem dużych zakładów przetwórstwa mięsnego wyraźnie wzrosła rola utrwalania mięsa i żywności.
Utrwalając mięso zatrzymujemy lub wyraźnie spowolniamy zmiany zachodzące w mię-
Rys. 5. Schemat zamrażarki immersyjnej do drobiu:
1 - urządzenie zraszające, 2 - izolowana pokrywa wanny, 3 - przenośnik wyładowczy, 4 - przenośnik ociekowy,
5 - bęben ociekowy, 6 - ruszt ociekowy z natryskiem, 7 - wanna zbiorcza, 8 - powrót cieczy do chłodnicy,
9 - odpływ zimnej cieczy [3].
74
informator technologa
Zbiornik
ciekłego
azotu
Urządzenie
kriogeniczne
Wejście produktu
Przestrzeń
chłodzona
kriocieczą
Rys. 6. Schemat ideowy zamrażania kriogenicznego [2]
sie i jego przetworach oraz innych produktach
żywnościowych. Należy jednak pamiętać, że
wszelkie metody utrwalania mięsa i jego przetworów powodują w większym lub mniejszym
zakresie zmiany w strukturze mięsa. Pewną
alternatywą tych metod jest utrwalanie mięsa
przy wykorzystaniu metod chemicznych. W tej
sytuacji zmiany zachodzące w trakcie utrwalania za pomocą metod fizycznych należało
by odnieść i porównać z ewentualnymi niekorzystnymi zjawiskami, w tym zdrowotnymi
produktu, wynikającymi między innymi z oddziaływania niskich temperatur na strukturę
mięsa i jego wyrobów, czy zestawienia tych metod z innymi w odniesieniu do nakładów energetycznych.
Prof. dr hab. inż. Marian Panasiewicz
Owiewowy tunel
lub komora chłodnicza
Przestrzeń
chłodzona
powietrzem
8
Sprężarkowe
urządzenie
chłodnicze
Wyjście produktu