Chemiczne metody utrwalania żywności

Transkrypt

Metody utrwalania żywności
dr hab. inż. Krzysztof Tereszkiewicz
Cele utrwalania żywności
Celem utrwalania żywności jest ochrona jej przed zepsuciem. Aby ten
postulat został spełniony, współczesne metody utrwalania powinny
zapewnić:
•
wstrzymanie tkankowych procesów biochemicznych, tj. komórkowego
oddychania tkanek, brunatnienia enzymatycznego, zjawiska
wewnętrznego rozpadu, autolizy czyli samotrawienia;
•
wstrzymanie zmian chemicznych (nieenzymatycznych) wywołanych
utlenianiem się (np. samoutlenianie tłuszczów, witamin, rozkład
barwników naturalnych i tzw. brunatnienie nieenzymatyczne) lub
reakcją kondensacji, polegającą na przejściu cukrów prostych w
skrobię, np. w jabłkach wskutek długotrwałego ich przechowywania
lub w zielonym groszku wskutek zbyt późno dokonanego zbioru albo
wyczekiwania na obróbkę technologiczną;
•
wstrzymanie zmian fizycznych, np. zmian konsystencji wywołanych
m.in. ususzką
•
skuteczne zahamowanie zmian wywołanych działalnością
drobnoustrojów (np. gnicie, pleśnienie, niepożądane fermentacje) oraz
niedopuszczenie do przedostawania się do żywności drobnoustrojów
chorobotwórczych (np. pałeczek duru, Salmonelli, gronkowców i
innych beztlenowców);
•
ochronę przed szkodnikami zwierzęcymi żywności (np. wołkiem
zbożowym, rozkruszkami, larwami różnych owadów, gryzoniami);
•
zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami mechanicznymi i
skażeniami chemicznymi (m.in. środkami owadobójczymi, skażeniami
radiologicznymi, kurzem i spalinami).
Cele metod utrwalania
żywności

wstrzymanie procesów biochemicznych zachodzących
podczas przechowywania

wstrzymanie zmian chemicznych

Wstrzymanie zmian fizycznych

wstrzymanie zmian mikrobiologicznych

zabezpieczenie przed szkodnikami

zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami

zabezpieczenie przed skażeniami
1.
2.
3.
4.
5.
Metody fizyczne
Metody chemiczne
Metody biologiczne
Metody niekonwencjonalne
Techniki skojarzone
Konwencjonalne metody
• termiczne,
• fizyczne,
• biologiczne,
• chemiczne,
• inne.
Niekonwencjonalne metody
• zmiana składników otoczenia,
• mechaniczne (ultrafiltracja, wysokie ciśnienia)
• mikrofale,
• radiacja.
Techniki skojarzone
Skojarzone metody utrwalania
żywności
Pod pojęciem skojarzonych metod utrwalania żywności
rozumie się metody, w których wykorzystuje się nie jeden, ale
więcej czynników konserwujących, przy czym czynniki te mogą
być stosowane jednocześnie, bądź mogą następować po sobie.
W praktyce trudno jest znaleźć produkt spożywczy całkowicie
trwały, tj. zupełnie zabezpieczony przed ujemnym
oddziaływaniem różnych czynników destrukcyjnych, jak
drobnoustroje, enzymy, szkodniki zewnętrzne, różne skażenia,
reakcje chemiczne itd.
Trudno jest także znaleźć produkt spożywczy, który swą
względną trwałość zawdzięczałby tylko jednemu z czynników
zabezpieczających go przed psuciem.
Nowe kierunki utrwalania
Jaki jest cel opracowywania i
stosowania nowych kierunków
utrwalania?
•
•
•
•
Oczekiwania konsumentów
względy bezpieczeństwa,
zachowanie wartości odżywczej,
obniżenie kosztów.
Pomimo intensywnego rozwoju technologii utrwalania produktów
żywnościowych proces ten jest mało efektywny i powoduje znaczne
straty o charakterze ilościowo – jakościowym, szacowane na około
30% wartości;
• Ubytki masy
• Straty jakościowe składników wrażliwych na czynniki utrwalające,
• Obniżenie wartości odżywczej
• Obniżenie cech sensorycznych
• Obecność w żywności składników utrwalających niechętnie
akceptowanych przez konsumentów
CHŁODNICTWO
Chłodnictwo jest działem techniki
zajmującym się odprowadzaniem ciepła ze
środowiska chłodzonego w celu uzyskania
i utrzymania temperatur niższych od
temperatury otoczenia.
Utrwalanie żywności metodą chłodzenia lub
zamrażania
Utrwalanie produktów żywnościowych za pomocą niskich temperatur ma
w przemyśle spożywczym największe zastosowanie co jest
związane z :

Szeroki zakres stosowania,

Niskie koszty w skali przemysłowej,

Maksymalne przedłużenie trwałości,




Minimalnymi zamianami organoleptycznymi produktów,
Minimalnym wpływem na cechy strukturalne surowca,
Minimalnym wpływem na wartość odżywczą,
Możliwością przechowywania surowców w stanie surowym.
zamrażania
Dlaczego niskie temperatury mają zastosowani w
utrwalaniu?
Procesy zachodzące w produktach zależą przede wszystkim od
temperatury (szybkość reakcji zależy od temperatury)
Reguła van't Hoffa – przy obniżeniu temperatury ciała o 10°C,
intensywność zachodzących w nim reakcji maleje 2-3 krotnie i w
przybliżeniu w tym samym stosunku rośnie jego trwałość.
2.
Zmiana stanu skupienia wody
1.
zamrażania
W metodach utrwalania żywności wykorzystujących niskie
temperatury, ze względu na stosowany zakres temperatur,
wyróżnia się dwie grupy:

Chłodnictwo (podmrażanie)

Zamrażalnictwo
Punkt krioskopowy - temperatura krzepnięcia wody wraz z substancjami
w niej rozpuszczonymi.
Procesy schładzania i zamrażania polegają na kontrolowanym
odprowadzeniu ciepła z produktu do ośrodka chłodzącego
(medium) co powoduje stopniowe obniżanie ich temperatury
wewnętrznej.
Temperatura krioskopowa wybranych
produktów żywnościowych
PRODUKT
ZAWARTOŚĆ
WODY
TEMP.
KRIOSKOPOWA
AGREST
CZEREŚNIE
FIGI
CIELĘCINA
DRÓB
NABIAŁ
88,9
83,0
78,0
75,0
70,0
59 – 88
-1,2
-1,8
-2,5
-2,0
-2,5
-3,7
CHŁODNICTWO
Chłodnictwo (schładzanie), metoda w której się stosuje temperatury w
granicach od 10°C do 0°C, (13 - 16°C) do punktu zamarzania
żywności, tj. ok. -2°C
Ze względu na zakres stosowanych temperatur w chłodnictwie
wyróżnia się trzy grupy:
1.
Od -1 do 1°C (świeże ryby, mięso, wyroby cukiernicze),
2.
Od 0 do 5°C (mleko, śmietana, masło),
3.
Od 0 do 8°C (gotowane mięso, sery twarde).
ZALECANE TEMPERATURY CHŁODNICZEGO
PRZECHOWYWANIA ŻYWNOŚCI
Grupa asortymentowa
Zalecana temperatura chłodnicza
Produkty nabiałowe
od 0 do 4,4
Mięso kulinarne (drób, owoce
morza, ryby)
od -1,1 do1,1
Warzywa (brokuły, kapusta, sałata, 0
marchew, sałata
Warzywa (fasola, ogórki,
pomidory)
od 7,2 do 10
Owoce cytrusowe
Od 3,3 do 15,6
Owoce (jabłka czereśnie,
jagodowe)
Od -1,1 do 0
CHŁODNICTWO
Chłodnictwo odgrywa bardzo ważną rolę w produkcji żywności
minimalnie przetworzonej, czyli zbliżonej pod względem świeżości i
naturalności do surowca wyjściowego, poprzez wydłużenie okresu
trwałości zapewniającego bezpieczeństwo dystrybucji sprzedaży i
użytkowania. Zazwyczaj w połączeniu z innymi metodami utrwalania
( tzw. metody skojarzone)
Zalety:
- Zachowanie cech sensorycznych,
- Zabezpieczenie przed rozwojem mikroflory,
- Zachowanie wrażliwych składników,
- Wydłużenie okresy trwałości.
CHŁODNICTWO
Nie każde produkty mogą być poddawane chłodzeniu
dotyczy to produktów wrażliwych na uszkodzenia
chłodnicze – zmiany fizjologiczne wewnętrzne lub
zewnętrzne (zmiany barwy, zahamowanie dojrzewania,
zmiany strukturalne).
Szczególnie wrażliwe na warunki chłodnicze są niektóre
gatunki warzyw i owoców np. banany, ogórki, pomidory.
ZASADA ZACHOWANIA ŁAŃCUCHA CHŁODNICZEGO
Nowoczesna logistyka żywności wymaga zachowania ciągłości standardu
chłodniczego od producenta do konsumenta. Głównymi ogniwami tego systemu
są chłodnie produkcyjne, chłodnie składowe i dystrybucyjne, punkty sprzedaży
Detalicznej, gospodarstwo domowe
Przerwanie tej zasady powoduje krótszy czas przydatności, szybsze zmiany
właściwości i cech produktu, a nawet jego niezdatność do wykorzystania.
GŁÓWNE OGNIWA ŁAŃCUCHA
CHŁODNICZEGO ŻYWNOŚCI
Zasada od pola do stołu
 Chłodnictwo i zamrażalnictwo na etapie produkcji (mleko, owoce),
 Chłodnictwo i zamrażalnictwo technologiczno - produkcyjne
(produkcja mrożonek),
 Chłodnictwo i zamrażalnictwo składowe (zbiorczo - składowe,
rozdzielczo – składowe, jedno- wielobranżowe),
 Chłodnictwo i zamrażalnictwo w handlu i żywieniu zbiorowym,
 Chłodnictwo i zamrażalnictwo w gospodarstwach domowych,
 Transport chłodniczy i zamrażalniczy.
ZAMRAŻALNICTWO
Zamrażanie żywności jest procesem obniżania temperatury
wewnętrznej produktu poniżej punktu krioskopowego.
Efekt zamrożenia osiąga się poprzez wymrożenie wody zawartej w
produkcie (powyżej 80% jej zawartości) i utrzymanie go w tym stanie
celem ograniczenia zmian fizycznych biochemicznych i
mikrobiologicznych
ZAMRAŻALNICTWO
Zamrażalnictwo obejmuje cały cykl utrwalania produktów za pomocą
niskich temperatur z uwzględnieniem wszystkich niezbędnych
operacji technologicznych. Produkt utrzymuje się w tym stanie
celem ograniczenia zmian jakości.
Zamrażanie przeprowadza się w temperaturze od – 20 do -35oC lub
niższej i przechowuje w temperaturze od -18 do -28oC. Obniżenie
temperatury do -18o C znacząco zwalnia a nawet hamuje
większość procesów biochemicznych i mikrobiologicznych.
Zamrażanie oparte jest na wykorzystaniu:
• biozy
• anabiozy
• abiozy
Temperatura przechowywania determinuje czas przechowywania
• Bioza - odwracalne zahamowanie naturalnych procesów życiowych
w produkcie.
• Anabioza - podtrzymanie niektórych procesów życiowych w postaci
utajonej o zróżnicowanym stopniu odwracalności.
• Abioza – nieodwracalne przerwanie całokształtu procesów
życiowych w produkcie.
WPŁYW TEMPERATURY PRZECHOWYWANIA NA
TRWAŁOŚĆ PRODUKTU
• Procesy zachodzące w produktach zależą od temperatury, co ma
związek z stopniem ruchliwości cząstek elementarnych (stopień
ruchliwości determinuje intensywność procesów fizykochemicznych)
oraz stanem skupienia.
• Szybkość reakcji zależna jest wyłącznie od temperatury
(współczynnik temperaturowy Q10 określa stosunek szybkości
reakcji w danej temperaturze i temperaturze o 10K wyższej. Dla
większości produktów spożywczych Q10 wynosi 2 -3.
• Stan skupienia w wyniku przemiany wody w lód obniżają się
możliwości reagowania. Faza przemiany wody z
charakterystycznym wzrostem objętości narusza strukturę produktu.
CZAS [MIESIĄCE] PRZECHOWYWANIA ŻYWNOŚCI
MROŻONEJ W ZALEŻNOŚCI OD TEMPERATURY
PRODUKT
-12
-18
-24
OWOCE
3 -5
18 -24
24
WARZYWA
3-10
8 -24
15 -24
JAJA
-
12
24
RYBY
2-4
5 -9
9-12
LODY
1
6
24
Tabela: Czas przechowywania mięsa zamrożonego.
Nazwa
Temperatura (oC)
Czas przechowywania (m –cy)
Wieprzowina - półtusze
-22,1 do -30
-18,1 do -22
-14,1 do -18
-10 do -14
12
10
8
6
Wołowina - ćwierćtusze
-22,1 do -30
-18,1 do -22
-14,1 do -18
-10 do -14
18
15
9
6
Mięso drobne wieprzowe i wołowe
-22,1 do -30
-18,1 do -22
-14,1 do -18
15
12
10
Podroby w opakowaniu
22,1 do -30
-18,1 do -22
-14,1 do -18
8
6
4
PRZEBIEG PROCESU ZAMRAŻANIA
Czas całkowitego procesu zamrażania produktu licząc od temperatury
wyjściowej do założonej temperatury technologii przechowywania,
mierzonej w centrum termicznym ciała jest podzielony na okresy
- Wstępnego schładzania,
- Właściwego zamrażania,
- domrażania
Szybkość zamrażania żywności
• Terminem szybkość zamrażania określa się front przesuwania
granicy podziału między zamrożoną i nie zamrożoną w
produkcie wodą.
• Prędkość ta, nawet przy utrzymywaniu stałej temperatury
środowiska otaczającego i stałego współczynnika oddawania
ciepła na powierzchni produktu, nie jest stała. Ma ona
największą wartość na początku zamrażania i na powierzchni
produktu, a maleje w miarę postępującego procesu i
przesuwania się granicy podziału w kierunku głębszych warstw
produktu.
• Na podstawie tak definiowanej prędkości zamrażanie dzieli się
na:
powolne do 1 cm/h
średnie - 1 - 5 cm/h
szybkie - powyżej 5 cm/h
CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA CZAS
ZAMRAŻANIA
• WYMIARY I KSZTAŁT ZAMROŻONEGO OBIEKTU
• CZYNNEJ RÓŻNICY TEMPERATUR
• WSPÓŁCZYNNIKA WNIKANIA CIEPŁA MIEDZY
PRODUKTEM A MEDIUM
• WSPÓŁCZYNNIKA PRZEWODZENIA CIEPŁA
PRODUKTU
• OPAKOWANIA
WYMIARY I KSZTAŁT ZAMROŻONEGO OBIEKTU
• Najważniejsze znaczenie ma grubość produktu inne wymiary są
mniej istotne
• Kształt - przy tych samych grubościach najkorzystniejszy jest kształt
kulisty, walcowaty, prostopadłościanu. Najmniej korzystny jest
kształt płyty.
CZYNNA RÓŻNICA TEMPERATUR
Czas zamrażania jest odwrotnie proporcjonalny do różnicy temperatur
między zamrażanym obiektem a czynnikiem chłodzącym.
Szczególne znaczenie parametr ten odgrywa w metodach owiewowych
mrożenia, które charakteryzują się niskimi współczynnikami
wnikania ciepła, stąd skrócenie czasu zamrażania jest możliwe do
osiągnięcia tylko prze obniżenie temperatury powietrza od -35 do 45oC.
W innych metodach gdzie współczynniki przejmowania ciepła są
wyższe różnica temperatur nie jest tak istotna (względy
ekonomiczne).
WSPÓŁCZYNNIK WNIKANIA I PRZEWODZENIA CIEPŁA
PRODUKTU
Współczynnik przewodzenia ciepła jest zdeterminowany
właściwościami fizycznymi i chemicznymi produktu. Jego wpływ
można modyfikować jedynie poprzez zmniejszanie grubości
produktu, co nie zawsze jest możliwe lub wskazane.
W celu skrócenia czasu zamrażania dąży się do uzyskania jak
najwyższej wartości współczynnika wnikania ciepła, co jednak łączy
się ze znacznym wzrostem zużycia energii.
OPAKOWANIA
Opakowanie utrudnia warunki przepływu ciepła do powierzchni
produktu stąd przyczynia się do pogorszenia współczynnika
przewodzenia. Czas zamrażania wydłużają głównie opakowania
wielowarstwowe, przy czym największy opór cieplny jest związany z
warstwą powietrza między produktem a opakowaniem (docisk)
CHŁODNICTWO ŻYWNOŚCI
ZASTOSOWANIE:
1.Bezpośrednio w procesach produkcyjnych
2.Do gotowych produktów w celu ich zabezpieczenie
CELE I ZADANIA:
1. Badanie składu i właściwości produktów oraz zachodzących w nich
przemian w celu określenia optymalnych parametrów i warunków
procesu chłodniczego (każdy produkt jest inny),
2.Opracowanie optymalnych parametrów przechowywania i
zabezpieczenia chłodniczego produktów (wyznaczanie czasu i
temperatury przechowywania),
3.Tworzenie technicznych środków i infrastruktury chłodniczej.
ZAMRAŻALNICTWO
ZMIANY W PRODUKTACH
•
•
•
•
ZMIANY FIZYCZNE,
ZMIANY CHEMICZNE,
ZMIANY BIOCHEMICZNE
ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE
ZAMRAŻALNICTWO
ZMIANY FIZYCZNE
Najważniejszą zmianą jest przejście wody ze stanu płynnego w
lód, co wiąże się z zestaleniem produktu i zasadniczą zmianą
szeregu cech fizycznych żywności.
Krystalizacja wody zawartej w żywności przebiega w inny
sposób niż samej chemicznie czystej wody. Temperatura
żywności przed rozpoczęciem zamarzania zawsze jest niższa
od 0°C.
ZMIANY FIZYCZNE
•
•
•
•
Mechaniczne uszkodzenie komórek, lub nieodwracalne zmiany właściwości
błon komórkowych
Zmiany strukturalne powodują istotne zmiany pochodne (utrata turgoru,
spadek jędrności, zanik kształtu, ograniczenie zdolności utrzymania wody,
wzrost wycieku rozmrażalniczego.
Najbardziej istotne dla procesu zamrażania jest wielkość i rozmieszczenie
powstających kryształków lodu. Szybszy spadek temperatury, zwiększa
liczbę kryształków i zmniejsza ich wymiary. Taki przebieg zamrażania jest
korzystny gdyż ogranicza uszkodzenia struktury produktu.
W praktyce dąży się do realizacji zamrażania przy maksymalnej liczbie
„zarodków” kryształków lodu i minimalnej szybkości ich wzrostu.
Działanie destrukcyjne procesu zamrażania jest tym
silniejsze im powolniejszy był proces zamrażania
ZMIANY FIZYCZNE
Najbardziej widocznym i negatywnym efektem zamrażania jest zmiana
właściwości błony komórkowej (utrata półprzepuszczalności), co
skutkuje wzrostem wycieku soku komórkowego, będącego głównym
miernikiem jakości przebiegu procesu zamrażania.
Wielkość wycieku świadczy o rozmiarach nieodwracalnych zmian w
strukturze histologicznej produktu.
 Sposób zamrażania,
 Warunki przechowywania,
 Sposób rozmrażania,
 Zabiegi technologiczne.
Wraz z wyciekiem produkty tracą wiele cennych składników
odżywczych (białka rozpuszczalne, zw. azotowe niebiałkowe,
peptydy, cukry i ich pochodne witaminy rozp. w wodzie, zw.
mineralne).
ZMIANY FIZYCZNE
Ubytki masy – zjawisko występujące podczas zamrażania metodą
owiewową produktów nieopakowanych (wymuszony obieg
powietrza przejmuje ciepło i wilgoć z powierzchni produktów).
Dla ograniczenia zjawiska należy zamrażanie przeprowadzać przy
możliwie najniższej temp. powietrza i najbardziej intensywnej
wymianie ciepła
Wielkość ubytków 1 – 3% od czego zależy
ZMIANY FIZYCZNE
Ususzka – powstaje na skutek sublimacji lodu i oziębiania się pary na
ścianach chłodni, przy braku migracji wilgoci z wnętrza produktu, co
przyczynia się do odwodnienia jego wierzchniej warstwy. W efekcie
następuje zmiana struktury produktu na porowatą z głębokimi
bruzdami, podatną na procesy utleniania i chłoniecie obcych
zapachów.
Wpływ:
• Cechy przechowywanych produktów,
• Stopień załadowania komory chłodniczej,
• Długość okresu przechowywania,
Ususzka wewnętrzna – powstaje w opakowaniach paroszczelnych
Ususzka
ZMIANY FIZYCZNE
Zjawisko rekrystalizacji - wzrost większych kryształków (łączenie się) w
czasie przechowywania zamrażalniczego.
Przyczyny:
 Przebieg i zakłócenia w szybkości zamrażania
 Wahania temperatur w czasie przechowywania
 Zmiany strukturalne w obrębie produktu
Całkowite zahamowanie procesu rekrystalizacji jest możliwe jedynie w
temperaturze poniżej punktu eutektycznego który dla roztworów
biologicznych wynosi – 56°C.
ZJAWISKO REKRYSTALIZACJI
ZJAWISKO REKRYSTALIZACJI
ZMIANY FIZYCZNE
Oparzelina mrozowa – zjawisko silnego odwodnienia części
powierzchniowych produktu, połączone ze zmianami barwy.
Zjawisku towarzyszy nasilone procesy utleniania tłuszczów
denaturacji białek i niepożądane zmiany sensoryczne
Warunkiem ograniczenia oparzeliny jest możliwie stała i niska temp.
przechowywania i izolacja produktu od otoczenia
• Na wielkość oparzeliny wpływ mają takie czynniki jak:
• · stan powierzchni produktu;
• · rodzaj i stopień wypełnienia opakowań;
• · prędkość zamrażania;
• · warunki przechowywania;
• · skład chemiczny, wiek i cechy strukturalne tkanki.
Oparzelina poza zmianami barwy produktu, może prowadzić do
niekorzystnych zmian smaku, zapachu i konsystencji. Obszar
występowania oparzeliny traci zdolność do wchłaniania wody
podczas rozmrażania w wyniku wzmożonej denaturacji białek.
Wolne przestrzenie powstałe w wyniku oparzeliny wypełniają się
tlenem atmosferycznym, co prowadzi do wzmożonego jełczenia
tłuszczów.
Zjawisko oparzeliny można ograniczać stosując możliwie niską i stałą
temperaturę przechowywania, a także wykorzystując izolacje
produktu od otoczenia.
ZMIANY CHEMICZNE I BIOCHEMICZNE
Najważniejsze znaczenie w tej grupie mają
- Utlenianie
- Hydroliza
Zmiany ujawniają się w procesie przechowywania, szczególnie
intensywnie w produktach zwierających duże ilości tłuszczów.
Intensywność utleniania (autooksydacji) tłuszczów zależy od jego
rodzaju i właściwości ( temp. krzepnięcia, podatność na łączenie z
tlenem, stopień nasycenia, czasu mrożenia, zastosowanych
procesów technologicznych.
W warzywach może zachodzić intensywny proces utleniania witaminy
C zwłaszcza we wczesnych okresach przechowywania
Procesy utleniania można ograniczyć stosując; techniki pakowania,
naturalne przeciwutleniacze,
Hydroliza – prowadzi do rozkładu triglicerydów i powstawania wolnych
kwasów tłuszczowych zazwyczaj poprzedzony fazą utleniania
tłuszczów. Bardzo negatywny wpływ na przydatność konsumpcyjną
(obniżenie cech sensorycznych)
Szczególnie niekorzystne zmiany obserwuje się we frakcjach
białkowych, które należą do labilnych składników żywności,
podatnych na działanie licznych czynników zewnętrznych
Proces denaturacji białek (rozpad wiązań stabilizujących)
Efektem denaturacji jest
- Zmniejszenie zdolności wiązania wody,
- Zwiększenie wycieku
- Pogorszenie konsystencji,
- Spadek rozpuszczalności,
- Powstanie pośrednich produktów rozkładu
Najistotniejszy wpływ ma rodzaj i skład produktu oraz temperatura
przechowywania, zalecana temp. – 30°C
Zmiany enzymatyczne, przebiegają w ścisłym związku ze zmianami
chemicznymi.
Temperatury ujemne nie powodują trwałej inaktywacji enzymów jedynie
przejściowe zahamowanie aktywności na skutek zmian środowiska
reakcji, niektóre enzymy wykazują jednak dużą aktywność w temp.
zamrażalniczych
- Ograniczenie fazy płynnej
- Zmiany pH
- Zmiany stanu enzymu
Szczególnie aktywne w niskich temperaturach są katalaza,
peroksydaza, proteazy, pepsyna, trypsyna.
Przystosowanie do zmiennych warunków środowiska jest decydującym
czynnikiem przetrwania gatunku. Odporność drobnoustrojów na
niskie temp. jest znacznie większa niż na wysokie
Trwałość żywności zależy od początkowej ilości i rodzaju
drobnoustrojów, skażenie zazwyczaj ma charakter egzogenny.
Zamrażanie nawet do b. niskich temperatur nie wyjaławia całkowicie
żywności. Szczególnie dużo drobnoustrojów ulega redukcji w temp.
-2 do -5°C
Najniższa temperatura, w której notowano jeszcze wzrost bakterii
wynosiła -10°C, drożdży -12°C, a pleśni nawet -18°C. Wymagana w
zamrażalnictwie temperatura co najmniej -18°C skutecznie chroni
żywność przed niebezpieczeństwem rozwoju drobnoustrojów.
Przeżywalność w niskich temperaturach zależy od;
• Rodzaju drobnoustrojów (psychrofilne – zimnolubne,
psychrotrofowe – zimnotolerancyjne) (mezofilne, termofilne)
• Stany fizjologicznego (faza przetrwalnikowa, faza wzrostu)
• pH środowiska
• Szybkości spadku temperatury
• Składu chemicznego produktu
Przetrwanie i rozwój drobnoustrojów w niskich temperaturach jest
wynikiem adaptacji lub zmian mutacyjnych
Adaptacja:
• Wydzielanie śluzu
• Wzrost zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych
• Wzrost grubości ścian komórkowych
• Tworzenie białek szoku zimna
Jakość mikrobiologiczna produktów mrożonych zależy od:
- Wyjściowego stanu skażenia,
- efektów letalnych obróbki chłodniczej,
- Rozwoju drobnoustrojów skrajnie odpornych na niskie temp,
- Rozwoju drobnoustrojów w okresie rozmrażania
- Stanu sanitarnego procesu
Zmiany jakości mrożonej żywności
Zachodzące procesy w czasie przechowywania niezależnie od ich
charakteru przyczyniają się do obniżenia jakości. Dla oceny zmian
jakościowych i ich zasięgu wykorzystuje się dwa wskaźniki
Okres zachowania dobrej jakości - HQL
Praktyczny okres przechowywania - PSL
Straty jakości są procesami nieodwracalnymi. Dla każdego produktu
można jednak określić czas zachowania dobrej jakości z
uwzględnieniem temperatury przechowywania
średni dobowy spadek jakości
Temperatura
Wskaźnik dobowego spadku
jakości [%]
-8,5
0,025
-11
0,020
-14
0,015
-18
0,010
-14
0,005
-30
0,0012
Jakość produktu w czasie przechowywania zależy nie tylko od
temperatury przechowywania, ale również od jej stałości w czasie.
Wahania temperatur w czasie przechowywania są praktycznie
nieuniknione.
Istotny wpływ ma również stan wyjściowy produktu przeznaczonego do
przechowywania.
WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA
TECHNIKI ZAMRAŻANIA
•
•
•
•
zamrażanie w powietrzu
• zamrażanie owiewowe;
• zamrażanie fluidyzacyjne;
zamrażanie kontaktowe,
• zamrażaniem kontaktowym bezpośrednim;
• zamrażaniem kontaktowym pośrednim;
zamrażanie w cieczach niewrzących (zamrażanie immersyjne);
zamrażanie w cieczach wrzących (zamrażanie kriogeniczne):
• zamrażanie w ciekłym azocie (LIN);
• zamrażanie ciekłym CO2 (LIC);
Obecnie w przemyśle 90% stosowanych metod zamrażania opiera się
na zamrażaniu w powietrzu, 9% na zamrażaniu kontaktowym, zaś w
pozostałym 1% stosowane są inne.
ZAMRAŻANIE W POWIETRZU
POWIETRZE JEST BARDZO ZŁYM MEDIUM CHŁODZĄCYM
WSKUTEK MAŁEJ WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA
PRZEWODZENIA CIEPŁA, KTÓREGO POPRAWA JEST
MOŻLIWA TYLKO NA DRODZE INTENSYFIKACJI RUCHU
POWIETRZA
ZALETY:
- UNIWESALNOŚĆ APARATÓW
- PROSTOTA KONSTRUKCJI
- MAŁA PRACOCHŁONNOŚĆ
- WYSOKIE STANDARDY HIGIENY
- MAŁE KOSZTY EKSPOLATACJI
systemy zamrażania w powietrzu:
1. Zamrażanie tunelowe - produkt umieszczony na tacach, półkach,
wózkach lub zawieszony na stojakach, hakach kolejki jest mrożony w
tunelach. Przesuwanie w tunelach odbywa się w wolnym tempie. Przy
silnym krzyżowym owiewie powietrza o temp. od -30°C do -35°C, trwa
2 - 5 h.
2. Zamrażanie taśmowe - żywność jest zamrażana w sposób ciągły na
przenośniku przesuwającym się w izolowanej obudowie.
3. Zamrażanie fluidyzacyjne – stosowane do zamrażania jednostek
drobnych, o wyrównanych kształtach i masie, np. groszku, jagód,
truskawek, odpowiednio ciętych warzyw lub mięsa. Cząstki materiału
mrożonego pod wpływem ruchu powietrza, o temp. ok. -40°C tworzą
rodzaj gęstej zawiesiny.
METODA KONTAKTOWA
Zamrażania żywności przez jej kontakt z oziębionymi od wewnątrz
płytami;
 Zamrażanie kontaktowe jednostronne polegające np. na
układaniu zawiniętych produktów na płaskich przewodach z
wewnętrznym przepływem solanki chłodniczej.
 Zamrażanie kontaktowe dwustronne - najważniejsze i
najpowszechniej stosowane w postępowym zamrażalnictwie.
Produkty wkłada się między dwie płyty i po wzajemnym
dociśnięciu produktu, dzięki dwustronnemu kontaktowi, ulegają
zamrożeniu w ciągu 1/2 - 2 h.
ZAMRAŻANIE IMMERSYJNE
Najstarsza forma, wykorzystuje roztwory soli kuchennej i
inne roztwory wodne (etanol, glicerol)
Wady:
1. produkty mrożone luzem absorbują sól
2. Silna korozja urządzeń,
3. Rozcieńczanie roztworu
4. Trudne standardy higieniczne
METODY KRIOGENICZNE
-
Zamrażanie w ciekłym azocie
-
Zamrażanie w ciekłym dwutlenku węgla
-
Zamrażanie w ciekłym powietrzu
Najniższe temperatury można np. uzyskać stosując ciekły azot, jego
temperatura wrzenia wynosi (-195,8°C).
W praktyce mrożeniem kriogenicznym nazywa się również mrożenie przy
użyciu gazów o temperaturach wyższych od -153°C, jak i skroplony lub
zestalony dwutlenek węgla, którego temperatura sublimacji wynosi (-78,5°C).
ZALETY MROŻENIA KRIOGENICZNEGO
•
•
•
•
•
•
•
•
•
MNIEJSZE STRATY MASY PRODUKTU (PONIŻEJ 1%)
TWORZENIE MNIEJSZYCH KRYSZTAŁKÓW LODU,
OGRANICZENIE WYCIEKU PODCZAS ROZMRAŻANIA
METODA NISKIEGO RYZYKA MIKROBIOLOGICZNEGO
MNIEJSZY ZASIEG USUSZKI
KRÓTKI CZAS PROCESU ZAMRAŻANIA
MOŻLIWOŚĆ ZASTOSOWANIA W WARUNKACH POLOWYCH
ZWIĘKSZENIE MOCY PRZEROBOWEJ
OGRANICZENIE ZMIAN JAKOŚCIOWYCH PRODUKTU
ROZMRAŻANIE ŻYWNOŚCI
Rozmrażanie stanowi końcowy etap cyklu obróbki zamrażalniczej,
powinien zapewnić doprowadzenie produktu do stanu
maksymalnie zbliżonego do wyjściowego.
Rozmrażanie jest procesem odwrotnym do mrożenia i polega na
doprowadzeniu ciepła do produktu
Zasady rozmrażania:
1.
Ograniczenie wycieku i strat
2.
Ograniczenie zmian sensorycznych
3.
Ograniczenie zmian fizycznych
4.
Ograniczenie zmian mikrobiologicznych
CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA PRZEBIEG PROCESU
ROZMRAŻANIA
•
•
•
•
•
•
•
WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA POWIETRZA,
TEMPERATURA ŚRODOWISKA ROZMRAŻAJĄCEGO,
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE PRODUKTU,
UTAJONE CIEPŁO TOPNIENIA,
PRZEWODNICTWO,
POJEMNOŚĆ CIEPLNA,
WIELKOŚĆ PRODUKTU,
ETAPY ROZMRAŻANIA
1.
PODGRZANIE OD TEMPERATURY SKŁADOWANIA DO -5 C
2.
ROZMRAZANIE WŁAŚCIWE (TOPNIENIE WYMROŻONEJ WODY)
3.
OGRZANIE PRODUKTU DO TEMPERATURY KOŃCOWEJ.
METODY ROZMRAŻANIA
•
•
ROZMRAŻANIE SZYBKIE - osiągane na drodze podwyższenia
temperatury lub przez zastosowanie metod fizykochemicznych
ROZMRAŻANIE POWOLNE - przeprowadza się w powietrzu w zakresie
temperatur od 0 do 20oC
Rozmrażanie żywności
Metody rozmrażania:





Rozmrażanie w powietrzu
Rozmrażanie immersyjne
Rozmrażanie próżniowe
Rozmrażanie kontaktowe
Rozmrażanie w polu elektromagnetycznym
Schemat komory do kontrolowanego rozmrażania mięsa w tuszach:
1 - agregat do rozpylania mgły wodnej,
2 - wymiennik ciepła,
3 - wentylator,
4 - promiennik U V
Truskawki rozmrożone metodami:
A) mikrofalową
B) próżniowo-parową
UTRWALANIE ŻYWNOŚCI METODĄ SUSZENIA
Suszenie jest jedną z najstarszych metod utrwalania żywności,
polegającą na usunięciu wilgoci z produktu. Obniżenie zawartości wody
zapobiega rozwojowi drobnoustrojów jednocześnie powoduje szereg
zmian w właściwościach produktu.
Suszenie polega na usuwaniu wody lub innego rozpuszczalnika z ciał
stałych, cieczy lub gazów za pomocą energii cieplnej lub przy pomocy
odpowiednich substancji suszących.
Suszeniem nazywa się zespół operacji technologicznych, mających na celu
zredukowanie zawartości wody w produkcie przez jej wyparowanie i
zmniejszenie przez to aktywności wody do wartości uniemożliwiającej
rozwój drobnoustrojów, jak również ograniczenie do minimum przemian
enzymatycznych i nieenzymatycznych, jednocześnie powoduje szereg
zmian w właściwościach produktu.
Surowce suszymy do pewnej określonej zawartości wilgoci określonej w %.
Jednak nawet w tak silnie odwodnionej żywności zachodzą niekorzystne
zmiany, jak np. utlenianie (zwłaszcza witaminy C, autooksydacja
tłuszczu), stopniowa denaturacja białka, krystalizacja błonnika i pektyn,
retrogradacja skrobi, ulatnianie się substancji zapachowych, zmiana
barwy (np. pociemnienie lub rozjaśnienie).
Cel suszenia:
• wytworzenie produktu lub półproduktu o odpowiednich właściwościach
użytkowych,
• zwiększenie trwałości materiałów,
• zmniejszenie kosztów transportu materiałów.
Wilgotność względna – stosunek wilgoci rzeczywistej do maksymalnej
wyrażony w %
Wilgotność bezwzględna – zawartość cieczy w materiale wilgotnym wyrażona
jednostkach masy na jednostkę masy absolutnie suchego materiału.
Wilgotność równowagowa – taka zawartość wilgoci w ciele, która znajduje się
w stanie równowagi z ilością pary o danej prężności i temperaturze znajdującej
się w powietrzu. Jest to minimalna wilgotność, do której można teoretycznie
wysuszyć materiał w danych warunkach
Szybkość suszenia określa masę wody odparowaną z jednostki produktu w
jednostce czasu
Materiały suszone dzielą się na grupy:
• ciała typowo koloidalne (elastyczne żele) – w czasie suszenia zmieniają swoje
wymiar liniowe (kurczą się), zachowując jednocześnie właściwości ciała
elastycznego np. żelatyna.
• ciała kapilarno-porowate – podczas suszenia stają się kruche, przekształcają
się często w proszek np. warzywa, owoce, pieczywo.
• ciała kapilarno-koloidalno-porowate – ścianki kapilar podczas pochłaniania
wilgoci pęcznieją, zachowując jednocześnie elastyczność np. drewno, torf.
Rys. Krzywa suszenia
Czynnik wpływające na jakość suszów
1. Obróbka wstępna – zespół zabiegów powodujących intensyfikację suszenia
2. Rozdrobnienie – nadanie określonego kształtu (płatki wióra, kulki…)
3. Blanszowanie – powoduje rozluźnienie tkanek oraz usuniecie gazów
zawartych w produkcie w efekcie wzrost współczynników przewodzenia
ciepła. Blanszowanie w roztworach cukru, miodu, wpływa na poprawę
barwy oraz rehydratację,
4. Zabiegi dyfuzyjne – wstępne odwodnienie metodami osmotycznymi e efekcie
zmiana stosunku cukrów do kwasów w produkcie i lepszą jakość
sensoryczną
5. Obróbka enzymatyczna – w proszku jajecznym i makaronie (oksydaza
glukozowa z katalazą) brak przebarwień, lepsza, elastyczność
Parametry fizyczne suszenia – podczas suszenia należy uwzględniać
specyficzną reakcję poszczególnych produktów na zabieg odparowania
wody. Zastosowanie niewłaściwych parametrów, wilgotności,
temperatury, szybkości przepływu powietrza może powodować zmiany
strukturalne, barwy, aromatu, składu.
Zakłócenia suszenia:
1.
Nierównomierny przepływ powietrza
2.
Zbyt wysoka temperatura,
3.
Nierównomierne rozdrobnienie surowca
4.
Zróżnicowany kształt
Kryteria podziału suszarek
• ciśnienie panujące w suszarce – suszarki atmosferyczne i próżniowe
• charakter pracy aparatu – suszarki o działaniu okresowym i ciągłym
• sposób doprowadzania ciepła
• rozwiązania konstrukcyjne
Podział suszarek ze względu na sposób dostarczania ciepła i rozwiązania
konstrukcyjne:
Systemy suszenia:
Suszenie naturalne
Suszenie naturalne wykorzystuje bezpośrednio ciepło promieniowania
słonecznego i ciepło zawarte w powietrzu
 Suszenie słoneczno-powietrzne - stosowane na dużą skalę w rejonach
ciepłych, odznaczających się suchą i słoneczną pogodą jak np:
owoce, np. morele, śliwki, winogrona czy daktyle lub figi.
 Suszenie wietrzno-powietrzne - prowadzone w wiatach lekkiej
konstrukcji lub na przestrzeniach tylko osłoniętych dachem
Suszenie sztuczne wykorzystuje najbardziej typowe metody
suszenia za pomocą ciepła uzyskiwanego z urządzeń
grzejnych.
Ze względu na sposób dostarczania ciepła rozróżnia się:
 Suszenie kondukcyjne - przez przewodzenie, w wyniku
kontaktu wilgotnego materiału z ogrzewanymi wewnętrznie
metalowymi półkami, podłogą lub walcem;
 Suszenie konwekcyjne - metodą owiewu gorącym powietrzem
lub innym gazem
 Suszenie radiacyjne – z zastosowaniem promieniowania
cieplnego - podczerwonym, za pomocą grzejników lub lamp
elektrycznych promiennikami podczerwieni
 Suszenie dielektryczne - przez umieszczenie wilgotnego
materiału między okładkami kondensatora włączonego do
obwodu drgań elektromagnetycznych wielkiej częstotliwości (1
- 5 MHz).
Suszarki
Urządzenia do suszenia materiałów nazywają się suszarkami, przy
czym spośród licznych, znanych typów wymienia się:
 Suszarki otwarte - w postaci np. zespołu sit zestawianych słupowo
(pionowo) nad powierzchnią ogrzewaną
 Suszarki komorowe lub szafowe - z sitami rozmieszczonymi
wewnątrz sposobem słupowym i zrealizowanym w różnorodny sposób
ogrzewaniem i przepływem powietrza.
 Suszarki tunelowe (także: szybowe, słupowe) - przyjęły się np. w
przemysłowych suszarniach grzybów, owoców lub warzyw. Do
równolegle zestawianych tuneli są wprowadzane na szynach wagoniki
z poziomo umieszczonymi tacami, z materiałem poddawanym
suszeniu.
Suszarka tunelowa (Pijanowski E., Mrożewski S., Horubała A.: Technologia
produktów owocowych i warzywnych. T. 1. Wyd. 2. Warszawa, PWRiL 1964)
1 - wózek z sitami, 2 - przewód odlotowy powietrza zużytego, 3 - ekshaustor, 4 - silnik,
5 - ogrzewnica powietrza, 6 - strona tunelu służąca zwykle do wstawiania wózków z surowcem,
7 - odprowadzanie wózków z suszem
 Suszarki taśmowe są budowane w różny sposób, przykładem może
być tzw. płótniarka
Suszarka taśmowa, tzw. płótniarka (wg Brąjniesa, Pijanowski E., Mrożewski S., Ho-rubała A.:
Technologia produktów owocowych i warzywnych. T. 1. Wyd. 2. Warszawa. PWRiL 1964)
1 - zasilacz (doprowadzenie materiału wilgotnego), 2 - miejsce doprowadzenia powietrza,
3 - grzejnik, 4 - odprowadzenie powietrza zużytego, 5 - korytko odbioru i odprowadzenia suszu
 Suszarki bębnowe nadają się do suszenia materiałów mało
wrażliwych na uszkodzenia mechaniczne ( dosuszania ziarna lub
nasion oleistych) znoszących bezpośrednie ogrzewanie za pomocą
silnie ogrzanego powietrza lub nawet gazów spalinowych.
Suszarka bębnowa: a) obrys zewnętrzny podłużny
1- bęben, 2 - przekładnia zębata, 3 - grzejnik, 4 - doprowadzenie powietrza, 5 - wentylator,
6 - lej zasilający, 7 - komora rozdzielcza, # - ślimak wyładowczy
b) rozmieszczenie półek w suszarkach bębnowych
1 - bęben, 2 - półki
 Suszarki walcowe umożliwiają suszenie ciekłych ośrodków na
nierdzewnej powierzchni metalowej walców ogrzewanych od wewnątrz
parą pod niewielkim nadciśnieniem. Ośrodek ciekły, np. mleko,
doprowadzany od góry zwilża cienką warstwą powierzchnie walca (ów) i po dokonaniu 2/3 obrotu jest z nich ścinany już jako wyschnięta
błonka za pomocą noża równolegle przylegającego do osi.
Suszarka dwuwalcowa systemu Just-Hatmakera, stosowana zwykle do mleka: a) przekrój podłużny,
b) przekrój poprzeczny; 1 - dopływ mleka zagęszczonego, 2 - walce suszące, 3 - noże,
4, 5 - przesuwacze ślimakowe, 6 - młynek, 7 - okap, 8 - przewód odprowadzający skropliny,
9 - garnek kondensacyjny
 Suszarki rozpyłowe dokonują suszenia materiału ciekłego w stanie
daleko posuniętego rozdrobnienia (kropelki o średnicy 0,02 - 0,1 mm),
osiąganego za pomocą dyszy lub częściej szybko wirującej tarczy
rozpyłowej. Rozpylony materiał jest porywany przez wir suchego
gorącego (120-250°C) powietrza i w ciągu kilku lub kilkunastu sekund
przechodzi do urządzeń separacyjnych (obecnie cyklonowych, dawniej
rękawowych) już jako proszek o zawartości np. 3% wilgoci.
LIOFILIZACJA
Najczęściej stosowanym sposobem usuwania wody jest suszenie.
Wysokie temperatury w tradycyjnych metodach suszenia powodują
obniżenie jakości, polegające na dużych zmianach w strukturze,
oraz składzie chemicznym produktu.
Od powyższych zastrzeżeń wolne jest suszenie sublimacyjne
(liofilizacja).
LIOFILIZACJA suszenie produktów w stanie zamrożonym. Woda
przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego w gazowy z pominięciem
fazy ciekłej → sublimacja. Warunki: temp. ↓ 0°C i ↓ ciśnienie (13-60
Pa). Odbywa się poniżej punktu potrójnego wody.
LIOFILIZACJA
LIOFILIZACJA
Etapy liofilizacji:
1. zamrożenie produktu
2. sublimacja pary z kryształków lodu
3. końcowe dosuszanie
Jakość produktów liofilizowanych zależy od:
• stanu surowca
• warunków suszenia
• przechowywania
• opakowań (próżniowe, w zmodyfikowanej atmosferze)
LIOFILIZACJA
Zalety procesu:
• wilgoć usuwana w niskich temperaturach wyklucza inaktywację
termiczną produktu,
• zachowana jest struktura materiału suszonego,
• zachowana wartość odżywcza,
• praktycznie wyeliminowane jest usuwanie lotnych składników
suszonego materiału, lub naruszenie jego składu chemicznego,
• ułatwiona możliwość otrzymywania sterylnego produktu,
• bardzo długi termin przydatności do spożycia,
LIOFILIZACJA
Właściwości liofilizatów:
• atrakcyjny, naturalny smak i aromat
• niezmieniona wartość odżywcza i biochemiczna w stosunku do
surowca
• naturalny wygląd, kolor, kształt i struktura wewnętrzna
• bardzo mała zawartość wody (1-2%), co pozwala uchronić produkt
przed zepsuciem
• zapakowany w szczelne opakowanie pozwala na wieloletnie
przechowywanie w każdych warunkach klimatycznych
• mikroskopowo – porowata struktura o dużej powierzchni
wewnętrznej pozwala osiągnąć stan pierwotny już po kilku minutach
od nasączenia go wodą
Wędzenie
Wędzeniem nazywamy proces obróbki mięsa, ryb serów, owoców oraz
przetworów za pomocą ciepła oraz związków zawartych w dymie
uzyskanym ze spalania drewna. Dym wędzarniczy zawiera liczne
substancje (około 1100) o działaniu smakotwórczym i konserwującym.
Dym wędzarniczy powstaje w wyniku wymieszania z powietrzem gazowych,
ciekłych i stałych produktów spalania drewna.
Wędzenie ma na celu:

Nadanie produktom charakterystycznego i pożądanego smaku oraz
aromatu, pochodzących głównie ze związków fenolowych,

Powierzchniowe obsuszanie oraz zwiększenie trwałości produktów,

Impregnację produktów różnorodnymi składnikami (krezole, fenol, kwas
octowy) o działaniu bakteriostatycznym
Wędzenie
Tabela: Działanie podstawowych składników dymu na produkty.
Grupa (składnik/związek)
działanie
Aldehydy, kwasy octowy, mrówkowy
Konserwowanie mikrobiologiczne
Fenole i ich związki
Działanie przeciwutleniające
Fenole, zw. karbonylowe
Działanie aromatyzujące
Związki karbonylowe
Działanie barwotwórcze
aldehydy
Utwardzanie powierzchniowe
Wędzenie
Tabela: Właściwości dymu różnych gatunków drewna.
gatunek
barwa
Zapach/smak
dąb
ciemnożółta
delikatny
orzech
Ciemnożółta do brązowej
przyjemny
Brzoza
Żółta do brązowej
średni
jałowiec
ciemnobrązowa
Specyficzny, korzenny
rozmaryn
mierna
Doskonały, specyficzny
Wędzenie
Metody wędzenia:

Metoda owiewowa,

Metoda elektrostatyczna i podczerwieni,

Metoda preparatów dymowych.
1.
Metoda owiewowa działanie na produkt dymem znajdującym się w stanie
aerozolu. Ze względu na temperaturę rozróżnia się wędzenie: zimne, ciepłe,
gorące, połączone z pieczeniem.
a)
wędzenie dymem zimnym w temp. 16 – 22oC w powietrzu o wilgotności 90
– 95% w czasie 1 – 14 dni.
b)
Wędzenie dymem ciepłym (23 – 40oC) w powietrzu o wilgotności 70 – 90%
w czasie 4 – 48 godzin.
c)
Wędzenie dymem gorącym przebiega w trzech etapach suszenie,
wędzenie zasadnicze (temp 45 – 60oC w czasie 30 – 100min.), wędzenie
powierzchniowe (temp 70 - 80oC w czasie 10 – 20min.),
Wędzenie – nowe, unijne przepisy
2 mikrogramy
na kilogram
najwyższy dopuszczalny poziom
benzo(α)pirenu
w mięsie wędzonym
i produktach mięsnych wędzonych
Prawidłowe prowadzenie procesu wędzenia zapewnia spełnienie unijnych wymagań.
Z dotychczas przeprowadzonych badań wynika,
że w zdecydowanej większości
polskie wędzonki spełniają nowe, unijne normy.
Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi
Utrwalanie żywności przez zakwaszanie
Zakwaszanie należy do najstarszych metod utrwalania.
Obecnie zaznacza się tendencja do powrotu do tej metody
Utrwalające działanie środowiska kwaśnego:
• Środowisko kwaśne działa antymikrobiologicznie
• pH środowiska o wartości 4,2 – 4,5 jest wystarczające do
zahamowania wzrostu bakterii gnilnych, patogennych,
• Zmiana pH powoduje zahamowanie procesów enzymatycznych
• Ograniczenie procesów oddychania, stabilizuje warunki
beztlenowe
utrwalanie przez zakwaszanie obejmuje dwa warianty:
1.
Wykorzystanie procesów fermentacyjnych
2.
Wykorzystanie kwasów organicznych
W wyniku zastosowania metod uzyskuje się produkty o różnych
cechach sensorycznych i różnej wartości odżywczej.
• Fermentacja żywności
Produkty spożywczych uzyskiwane na drodze fermentacji mlekowej.
Fermentacja ta jest typowym zjawiskiem metabiozy, czyli rozwoju jednej
grupy drobnoustrojów po drugiej. W pierwszym etapie fermentacji
rozwijają się bakterie niewłaściwej fermentacji mlekowej, które
zakwaszają środowisko i stwarzają z kolei lepsze warunki do rozwoju
bakterii właściwej fermentacji mlekowej.
• Fermentacja żywności
Końcowym produktem fermentacji jest zazwyczaj kwas
mlekowy, a także inne związki lub ich mieszaniny, których skład
zależy od przebiegu i warunków procesu.
Głównym warunkiem przydatności produktów do zakwaszania na
drodze fermentacji jest zawartość węglowodanów
Fermentacje można prowadzić wykorzystując mikroflorę rodzimą
produktu (fermentacja spontaniczna) lub z wykorzystaniem
szczepionki uzyskiwane w procesach biotechnologicznych
(startery i zakwasy)
cechy produktów utrwalanych fermentacją mlekową
•
•
•
•
•
•
•
Oryginalne walory smakowo – zapachowe,
Wysoka wartość odżywcza o składzie zbliżonym do surowca,
Stabilna zawartość witaminy C i A,
Poprawa perystaltyki jelit i obniżenie ciśnienia krwi,
Regulacja składu mikroflory przewodu pokarmowego,
Naturalność procesu,
Niskie koszty produkcji.
• Konserwowanie żywności przez dodawanie kwasów
organicznych - marynaty
Marynaty są drugą grupa produktów utrwalanych przez
zakwaszanie. Ich wytwarzanie polega na dodawaniu roztworów
kwasów organicznych, bez przeprowadzania procesu
fermentacji.
Marynaty charakteryzują się ograniczoną trwałością dlatego
należy je przechowywać w warunkach chłodniczych, poddawać
pasteryzacji lub innych substancji konserwujacych.
• Konserwowanie żywności przez dodawanie kwasów
organicznych - marynaty
Do konserwowania żywności mogą być stosowane spożywcze
kwasy, jak octowy, mlekowy, cytrynowy, jabłkowy lub winowy.
Spośród wymienionych wyżej kwasów organicznych do
utrwalania żywności stosuje się głównie kwas octowy
Do utrwalania żywności stosuje się kwas octowy otrzymany
tylko metodą fermentacyjną w postaci octu spożywczego o
stężeniu 4 - 10% z dodatkiem wody, a często także soli, cukru i
przypraw korzennych.
Rozróżnia się marynaty łagodne o zawartości 0,4 - 0,8% kwasu
octowego, średnio kwaśne 1 - 1,5% i ostre o dawce do 3%
kwasu octowego.
Chemiczne metody utrwalania żywności
Chemiczne metody konserwowania mają charakter pomocniczy
czy alternatywny w stosunku do podstawowych metod
konserwowania. Ważnym warunkiem jest tu z jednej strony
skuteczność, a więc niezawodność działania konserwującego,
z drugiej zaś obojętność środka konserwującego, a więc brak
szkodliwości w stosunku do człowieka.
Do chemicznych środków konserwujących zalicza się takie
związki, które wywołują efektywne utrwalenie żywności już przy
stosunkowo małych dawkach, nie przekraczających na ogół 0,1
- 0,2%, a niekiedy jeszcze znacznie niższych.
W terminologii środków konserwujących, działających
przeciw drobnoustrojom spotyka się nazwy:
 germicydy – substancji działających zabójczo na wszystkie
mikroorganizmy,
 bakteriocydy – środki niszczące bakterie,
 antyseptyki – środki przeciw gnilne działające hamująco lub
zabójczo na drobnoustroje,
 środki dezynfekujące – substancje wyjaławiające
środowisko,
 wirusocydy – środki niszczące wirusy,
 fungicydy – środki niszczące grzyby itp.
Dopuszczalne dzienne spożycie dodawanych do żywności
substancji chemicznych (ADI - Acceptable Daily Intake) jest
wyrażane w mg/kg masy ciała człowieka na dzień.
Obejmuje ono ogólną ilość substancji, która może wnikać do
ustroju z pożywienia i ze wszystkich innych źródeł, zgodnie z
obecnym stanem wiedzy, prawdopodobnie bez szkody dla
zdrowia.
Takim substancjom dodatkowym dopuszczonym do stosowania
w żywności nadano symbol E.
Peklowanie
Peklowanie polega na działaniu na mięso mieszanki peklującej na sucho lub
wodnym roztworem czyli solanką. W skład solanki wchodzą: sól, azotany (KNO3.
lub NaNO3), azotyny (KNO2. lub NaNO2), cukier, woda, wielofosforany.
W mieszance każdy składnik pełni określoną rolę: mikrobiologiczną, wiązanie
wody, tworzenie barwy, tworzenie aromatu, działanie przeciwutleniające, poprawa
Soczystości, kruchości, smakowitości produktu.
Do peklowania używa się mieszanek gotowych tzw. peklosoli.
Metody peklowania:

Peklowanie suche,

Peklowanie mokre (zalewowe, nastrzykowe),

Peklowanie kombinowane.
Nowe kierunki utrwalania
Jaki jest cel opracowywania i
stosowania nowych kierunków
utrwalania?
•
•
•
względy bezpieczeństwa,
zachowanie wartości odżywczej,
obniżenie kosztów.
Niekonwencjonalne
utrwalanie
 Straty wynikające z aktualnie stosowanych metod utrwalania
wynoszą 30%
 Konwencjonalne metody powodują niekorzystne zmiany
utrwalanych produktów (utrata składników, zmiany w teksturze
barwie i smaku, obniżenie wartości odżywczej)
 Brak akceptacji konsumentów zwłaszcza do metod
chemicznych
 Rosnąca świadomość związku miedzy odżywianiem a jakością
życia i zdrowia
 Rosnące znaczenie żywności naturalnej, minimalnie
przetworzonej, jednocześnie o długim okresie trwałości,
Wymagania konsumentów
• Preferencje dla żywności trwałej, bezpiecznej ale bez
stosowania konserwantów i technik utrwalających,
• Pragnienie żywności o najwyższej jakości ,ale o jak
najniższej cenie,
• Oczekiwanie żywności identycznej z przygotowywaną
w domu,
• Pragnienie żywności całkowicie naturalnej, ale o
nienaturalnych właściwościach.
Ograniczenia rozwoju technologii
utrwalania żywności
•
•
naukowe
techniczne
Uwarunkowania postępu w technologii i higienie
żywności:
• społeczne
• polityczne
• ekonomiczne
Najważniejsze z nich:
•
•
•
rezerwa konsumentów do nowoczesnych technologii
długi okres badań przed wprowadzeniem na rynek nowych
technologii czy produktów,
niskie nakłady finansowe na naukę o żywności.
Niekonwencjonalne
utrwalanie
 PROMIENIOWANIE JONIZUJACE
 WYSOKIE ĆIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE
 PULSUJĄCE POLE ELEKTRYCZNE
Promieniowanie jonizujące
• Możliwości wykorzystania promieniowania jonizującego do
utrwalania żywności datują się od lat trzydziestych, a ich podstawą
była dostrzeżona przez Roentgena zdolność głębokiego przenikania
przez niezbyt gęste ośrodki materialne wykrytych przez niego w
1895 r. promieni X oraz stwierdzane w dalszych licznych badaniach
niszczące działanie tego promieniowania w stosunku do
organizmów żywych.
Niekonwencjonalne utrwalanie
Radiacja
• napromieniowanie żywności
Istota - inaktywacja rozwoju drobnoustrojów przy użyciu
promieniowania elektromagnetycznego
• Dawki promieniowania do 10 kGy (Grey)
• Izotopy
• Lampy elektronowe (promienie X)
• promieniowanie nadfioletowe
Istota - inaktywacja drobnoustrojów promieniami
wytwarzanymi na granicy miedzy promieniami X, a
widmem promieni świetlnych – widzialnych
Metody radiacyjnego utrwalania żywności
• Radapertyzacja
• Radycyzacja
• Raduryzacja
Dawka promieniowania.
• Najbardziej istotnym czynnikiem w technologii
napromieniowania żywności jest ilość zaabsorbowanej energii,
czyli dawka promieniowania jonizującego.
• Do napromieniania żywności wykorzystuje się promieniowanie
jonizujące, wywołujące w obojętnych elektrycznie atomach i
cząsteczkach zmiany w ładunkach elektrycznych, czyli
jonizację.
• Radiacyjna technologia konserwowania żywności pozwala
osiągnąć różne cele w zależności od zastosowanej dawki
promieniowania i warunków w jakich ten proces się odbywa,
m.in. temperatury i dostępu tlenu.
Praktyczne zastosowanie promieniowania jonizującego
• Dawki średnie, tj. od 1 kGy do 10 kGy, są wykorzystywane
przede wszystkim do przedłużenia trwałości w czasie
przechowywania mięsa, ryb, owoców, warzyw i innych
produktów spożywczych.
• Średnie dawki, w poważnym stopniu zmniejszają, a niekiedy
eliminują ryzyko zatrucia pokarmowego, gdyż powodują
redukcję bakterii chorobotwórczych, takich jak Salmonella,
Staphylococcus (Gronkowiec złocisty) i inne oraz przyczyniają
się do ograniczenia produkcji toksyn, np. jadu kiełbasianego.
• Małe dawki, do 1 kGy, są wykorzystywane do zwiększenia
trwałości niektórych płodów rolnych, zapobiegania chorobom
pasożytniczym i zatruciom pokarmowym.
Dawka promieniowania.
CEL
DAWKA (kGy)
PRODUKT
Dawki niskie
Hamowanie kiełkowania
0,05 – 0,15
ziemniaki, cebula, czosnek
Zwalczanie szkodników
0,15 – 0,50
zboża, ryby, suszone owoce
Opóźnienie dojrzewania
0,50 – 1,0
owoce warzywa
Dawki średnie
Przedłużenie trwałości
1,0 – 3,0
ryby, truskawki
Inaktywacja patogenów
1,0 – 7,0
owoce morza, mięso drobiowe
Polepszanie właściwości tech.
winogrona,
Dawki wysokie
Sterylizacja przemysłowa
30 - 50
żywność specjalna
• Spośród drobnoustrojów najbardziej oporne na promieniowanie
jonizujące są wirusy, a następnie bakterie przetrwalnikujące.
Dalsze kolejne miejsca według malejącej oporności zajmują:
drożdże, pleśnie, bakterie Gram-dodatnie i bakterie Gramujemne.
• Znamienna jest zwiększająca się wrażliwość na
napromieniowanie jonizujące w miarę wzrostu poziomu
zorganizowania żywego organizmu, przy czym najwcześniej
(przy najniższych dawkach promieniowania) obserwuje się
uszkodzenie zdolności reprodukcyjnej, co jest następstwem
przede wszystkim oddziaływania na kwas
dezoksyrybonukleinowy DNA.
Wpływ promieniowania jonizującego na niektóre składniki
żywności
•
Ogólnie uważa się, że zastosowanie nawet wysokiej dawki
napromieniowania rzędu 10 - 60 kGy nie powoduje w żywności
tworzenia się substancji toksycznych dla ludzi.
•
Przy tych dawkach napromieniowania występują jednak wyraźne
zmiany organoleptyczne i chemiczne, obniżające wartość
konsumpcyjną i odżywczą żywności.
•
Do substancji bardzo wrażliwych na promieniowanie jonizujące należą
tłuszcze, zwłaszcza zawierające wielonienasycone kwasy tłuszczowe.
Ulegają one dość łatwo autooksydacji z wytworzeniem nadtlenków i
różnych związków karbonylowych.
• Witaminy wykazują bardzo zróżnicowaną oporność na
napromieniowanie, znaczną odpornością odznaczają się
ryboflawina i niacyna, natomiast mało oporne są witaminy
rozpuszczalne w tłuszczach (zwłaszcza witamina E), a z
witamin rozpuszczalnych w wodzie witaminy B1, B12 i C.
• Białka należą do składników średnio wrażliwych na radiację.
Uszkodzenia białek w produktach napromieniowanych
przypominają ich termiczną denaturację. Z aminokwasów
najbardziej wrażliwe na promieniowanie jonizujące są
aminokwasy siarkowe (cysteina, cystyna, metionina) oraz
treonina i alanina.
• Wielocukry mogą ulec podczas radiacji lekkiej hydrolizie, a z
cukrów prostych może powstawać nieco reduktonów (to bardzo
silne przeciwutleniacze), co może wzmagać reakcje kondensacji
między białkiem i związkami karbonylowymi.
• Enzymy charakteryzują się różną opornością, dość wrażliwe na
radiację są enzymy, których grupy prostetyczne (niebiałkowy
składnik białka) zawierają połączenia sulfhydrylowe - SH
(stabilizacja struktury cząsteczek białka przez wytwarzanie tzw.
mostków siarkowych:) lub pewne metale, natomiast bardzo
oporne są np. niektóre enzymy proteolityczne (rozkładają
wiązania peptydowe –amidowe, w białkach, powodując ich
rozpad na wolne aminokwasy oraz dwupeptydy, np. trypsyna;
hydrolazy peptydów).
Perspektywy radiacyjnego utrwalania żywności
• Czynnikiem ograniczającym szanse upowszechnienia się tej
metody jest stosunkowo wysoki koszt, przy braku
zdecydowanej wyższości nad innymi metodami, zwłaszcza
apertyzacją lub mrożeniem.
• Nie ulega wątpliwości, że większe perspektywy mają systemy
oparte na stosowaniu małych (do 1 kGy) lub średnich (1 - 10
kGy).
Wszystkie środki spożywcze napromieniowane
muszą być oznakowane (Dyrektywa 1999/2WE)
Promieniowanie nadfioletowe
Bakteriobójcze właściwości promieniowania nadfioletowego są
znane od dawna. Od niepamiętnych czasów światło słoneczne
(którego część widma, niedostrzegalna dla oka, przypada na te
promienie) jest wykorzystywane do celów dezynfekcyjnych i
leczniczych.
Z uwagi na specyficzne właściwości promieniowania
nadfioletowego wyróżnia się trzy zakresy długości fal:
• zakres bliski 315 - 400 nm, pobudzający ciała do świecenia;
• zakres średni 280 - 315 nm, katalizujący reakcje chemiczne i
biologiczne;
• zakres daleki 150 - 280 nm, charakteryzuje się właściwościami
bakteriobójczymi.
• Promieniowanie nadfioletowe bywa stosowane do
powierzchniowej sterylizacji, a przynajmniej do zniszczenia
większości mikroflory mięsa i ryb, przypraw korzennych, cukru
używanego do konserw owocowych, owoców oraz
przeciwdziała pleśnieniu serów.
• Mleko może być poddane naświetleniu promieniowaniem
nadfioletowym głównie w celu zwiększenia w nim zawartości
witaminy D. Proces ten zachodzi wskutek fotochemicznego
przekształcenia cholesterolu w 7-dehydrocholesterol i w końcu
w kalcyferol witaminę D3.
• W skali przemysłowej stosowano dotychczas naświetlenie
mleka promieniami nadfioletowymi w celach pasteryzacyjnych.
• Promieniowanie nadfioletowe jest również stosowane do
wyjałowienia wody, a szczególnie do odkażenia pomieszczeń
przemysłowych, aparatury i urządzeń technicznych,
pojemników itp.
Niekonwencjonalne utrwalanie
Mechaniczne
Istota – zahamowanie rozwoju drobnoustrojów przez
obróbkę żywności nietypowymi metodami.
• ultradźwięki - drgania o wysokiej częstotliwości –
powyżej 20 kHz,
• wysokie ciśnienia (do 1000 MPa).
Niszczenie drobnoustrojów metodą wysokich ciśnień
• Niszczące działanie wysokich ciśnień na drobnoustroje wykazano
już w 1899 r. gdzie poddawano mleko działaniu ciśnienia rzędu 680
MPa (megapaskal (106 Pa), w temperaturze pokojowej wciągu 10
min i stwierdzono, że liczba żywych drobnoustrojów w mleku
zmniejszyła się z 107 do 101-102.
• Praktyczne wykorzystanie wysokich ciśnień do utrwalania żywności
nastąpiło stosunkowo niedawno. Po raz pierwszy w roku 1990
ukazał się na rynku w Japonii dżem utrwalony technologią wysokich
ciśnień, a w następnym roku dalsze produkty spożywcze, jak jogurty
owocowe, galaretki owocowe, przyprawy majonezowe do sałatek
itp.
Niszczenie drobnoustrojów metodą wysokich ciśnień
• Szczególnie wrażliwe są bakterie gram – ujemne
• Występują istotne różnice nawet w obrębie szczepu
• Skuteczność zależy od konsystencji produktu i pH
• Skuteczność zależy od wielkości ciśnienia temperatury i czasu
• Powoduje tylko nieznaczne odchylenie właściwości produktu
• Zalecane do stosowania jako metoda skojarzona
PULSACYJNE POLA ELEKTRYCZNE
Utrwalanie za pomocą PEF sprowadza się do oddziaływań impulsami
wysokiego napięcia na żywność umieszczoną pomiędzy dwoma elektrodami.
Istotą oddziaływań jest zastosowanie wysokiego napięcia przez bardzo krótki
okres czasu wyrażany najczęściej dla pojedynczego impulsu w nano- i
mikrosekundach.
Głównym czynnikiem utrwalającym jest pole elektryczne
działające destrukcyjnie na mikroflorę.
Pulsujące pole elektryczne PPE
Metoda polega na poddaniu produktu krótkotrwałym impulsom
elektrycznym o wysokiej intensywności powodującym uszkodzenie
błon komórkowych bakterii.
Czynniki letalne PPE:
 Właściwości pola (natężenie, częstotliwość, czas ekspozycji)
 Właściwości drobnoustrojów (gatunek, koncentracja, stadium)
 Właściwości produktu (przewodność, siła jonowa, temperatura)
Schemat oddziaływań PEF na membranę komórki bakteryjnej
Mechanizm inaktywacji drobnoustrojów pod wpływem PEF nie jest do końca wyjaśniony. Istnieją różne teorie
próbujące wyjaśnić to zjawisko. Jedna z nich zakłada, że oddziaływanie na komórkę napięciem wyższym od
jej naturalnego potencjału, wynoszącego ok. 1 V, powoduje jej uszkodzenie, które może być odwracalne lub
nieodwracalne (zależy to m.in. od natężenia pola elektrycznego oraz liczby i czasu trwania impulsów).
Uszkodzona błona komórkowa jest w większym stopniu przepuszczalna dla małych cząsteczek co ułatwia
wyrównywanie ciśnienia osmotycznego pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a zawartością komórki. Może
to powodować jej pęcznienie i ewentualne zniszczenie błony komórkowej, co w konsekwencji prowadzi do
śmierci danej komórki. Mechanizm ten często nazywany jest elektroporacją.
Pulsacyjne pola elektryczne - podsumowanie
1.
Pulsacyjne pola elektryczne w istotny sposób wpływają na redukcję mikroflory w
produktach spożywczych.
2. Główną trudnością przy stosowaniu tej metody jest prawidłowy dobór parametrów
PEF, uwzględniający zarówno rodzaj drobnoustrojów, przeciwko którym
skierowane jest oddziaływanie, jak również właściwości fizykochemiczne samego
produktu.
3. Właściwości funkcjonalne, reologiczne i sensoryczne produktów żywnościowych
utrwalonych pulsacyjnymi polami elektrycznymi są najczęściej lepsze od
właściwości produktów utrwalanych metodami klasycznymi.
4. Nie potwierdzono do tej pory skuteczności metody PEF w odniesieniu do
przetrwalników.
5. W praktyce przemysłowej metoda PEF będzie prawdopodobnie w większości
przypadków wykorzystywana równolegle z innymi metodami utrwalania żywności
zgodnie z „teorią płotkową”.
Pulsujące światło
•
Metoda ta wykorzystuje wrażliwość drobnoustrojów na intensywne
promieniowanie świetlne.
•
Pulsujące światło o długości fali między 170 a 2600 nm (zimne światło
białe) i intensywności 0,01- 50 J/cm2 ma działanie bakteriobójcze.
•
Wykorzystanie kilku krótkotrwałych impulsów światła istotnie
zmniejsza powierzchniowe skażenie produktu, np. przyczynia się do
wydłużenia trwałości mięsa, owoców morza czy pieczywa.

Chemiczne metody utrwalania żywności

Transkrypt

Podobne dokumenty

Tunel do zamrażania Freshline® QS – prosty i bezpieczny system

blizzard pdf