WYKA
AD 1 03.10.11
DZIAA
ANIE WYSOKIMI CIŚNIENIAMI
High Pressure Procesing of Food
- cisnienie 50-1000 MPa
HP- high-pressure processing = HHP- high hydrostatic pressure
UHP- ultra high pressure processing
-do żywności ciekłej lub stałej, opakowanej lub nieopakowanej,
- nietermiczne utrwalanie,
- korzyści: inaktywuje i niszczy drobnoustroje,
destrukcyjnie wpływa na enzymy,
wpływa na zmiany funkcjonalne białek- zmiany strukturalne, co może być pożądane,
- cele producentów żywności:
�� Zmniejsza zmiany niepożądane,
�� Zwiększa zmiany pożądane,
�� Szczególnie korzystne dla żywności minimalnie przetworzonej/alternatywa dla termicznego
utrwalania
�� Nie obniża jakości żywności
�� Działanie ciśnienia rozkłada się równomiernie w całym produkcie/materiale, rozprowadzane
jest w całej masie momentalnie i jednakowo.
HP- do żywności świeżej o przedłużonym okresie ważności
Już w 1914 odkryto, że drożdże i bakterie są mniej odporne na działanie HP niż spory.
Bert Hite- próbował przy użyciu HP spasteryzować mleko.
Instytut Wysokich Ciśnień w Warszawie
Opis procesu:
- produkt miesza się w odpornym na wysokie ciśnienia pojemniku,
- następnie zanurzany jest w cieczy/medium (np. olej, woda, etanol, glikol itp.)- wybór medium zależy od
temp. I lepkości w jakiej chce się proces prowadzić,
- woda jak dostanie 600 MPa jest ściśliwa (ściśnienie o 15%)  ogólnie gazy są ściśliwe a płyny nie.
- zamykanie, poddawanie wysokiemu ciśnieniu (wprowadzanie tłoka->ściśnienie, zmniejszenie objętości
lub wprowadzenie/ wpompowanie medium pod wysokim cisnieniem),
1
-zamykanie zaworów wprowadzających medium lub zatrzymywanie tłoka i utrzymanie ciśnienia przez
pewien okres czasu,
- po zamknięciu zaworów nie dostarczamy energii- oszczędność,
-otwarcie zaworów i wyprowadzenie produktu (doprowadzenie do ciśnienia atmosferycznego),
- załadowanie następną partią produktu,
- jest to urządzenie okresowe  batch system.
Dąży się do wprowadzenia półciągłych urządzeń na szerszą skalę oraz urządzeń ciągłych.
Czas jednego cyklu to całkowity czas ciśnieniowania.
Przepustowość systemu zależy od czasu cyklu i od tego jaka część pojemnika jest załadowana
produktem utrwalanym (w %).
Produkty stałe i te o dużych cząstkach mogą być utrwalane tylko w urządzeniach okresowych!
Płynne produkty mogą być utrwalane w systemie półciągłym, ale obecnie jest on wykorzystywany
sporadycznie (semi-continuous)
Półciągły system- 600l/h płynnej żywności i max 400 MPa, jest uzywany na szeroką skale w Japonii do
utrwalania soku grejpfrutowego.
Utrzymywanie ciśnienia przez dłuższy czas na danym poziomie nie wymaga nakładu energii!!!
Praca podczas ciśnieniowania wiąże się ze wzrostem temperatury- adiabatyczne ogrzewanie
Wzrost ciśnienia o 100 MPa powoduje wzrost temperatury o 3oC.
Wyższe temperatury są stosowane gdy produkt ma wyższą zawartość tłuszczu.
Żywność podczas dekompresji, czyli zmniejszania ciśnienia, zmniejsza swoją temperaturę.
Zasady:
1) Reguła Przekory (Le Chatelier s Principle)
Kiedy system jest wytrącony z równowagi to odpowiada w ten sposób, żeby ten efekt
zminimalizować  na przekór,
Ciśnieniowanie sprzyja tym procesom, których efektem jest zwiększanie objętości żywności.
2
2) Reguła The isostatic Rule
Ciśnienie bezpośrednio, natychmiastowo i jednorodnie rozprowadzane jest w całej masie
produktu,
Czas potrzebny do cisnieniowania jest niezależny od rozmiaru próbki  tym różni się od procesów
termicznych !!!!!
Pakowanie:
- można utrwalać produkty w opakowaniach jednostkowych (odpowiednie da tego procesu), nie trzeba
sterylnie pakować produktów,
- zadziałanie wysokim ciśnieniem może zmniejszyć barierowość opakowania!
- wymaga się opakowań bez powietrza!, czyli takie które tego powietrza nie przepuszczają,
- muszą być poddatne na zmniejszanie objętości (rozciągliwe),
-stosuje się opakowania z tworzyw sztucznych,
- nie mogą to być puszki metalowe i opakowania szklane (chyba, że produkt jest pakowany po
ciśnieniowaniu w sterylnych warunkach).
Ciśnieniowanie a drobnoustroje
- Cisneniowanie niszczy patogeny powodujące psucie się zywności.
- różna jest odporność bakterii na HP.
- ważne jest też środowisko w jakim produkt przebywa, jak również stan wzrostu (te w stacjonarnej fazie
wzrostu są bardziej odporne).
- G(-) są słabsze- bardziej poddatne na HP niż G(+),
- spory są najbardziej odporne na HP, tylko ciśnienia > 800 MPa mogą je zniszczyć w temperaturze
pokojowej,
- C.botulinum jest najbardziej odporne na HP,
Efekt synergiczny lub efekt płotków(?), czyli łączenie metod:
-inaktywacja spor w temp. 50-70-90oC lub 0oC (odchodzi się od temperatur pokojowych)
- aby osiągnąc efekt letalny spor indukuje się ich kiełkowanie do życia (formy wegetatywne) i niszczy
się wytworzone formy wegetatywne przez HP: 50-300MPa pobudzi spory do kiełkowania a niszczenie
nastapi przy uzyciu umiarkowanego ogrzewania i HHP,
-grzyby : nie ma z nimi tak duzych problemów jak ze sporami,
- ciśnienie ok. 400 MPa przez kilka minut, tak niszczone jest większość drożdży
- przy ok.100 MPa- niszczenie struktury membranowej drożdży
3
-400-600 MPa- niszczenie mitochondriów
-300-600MPa niszczy pleśnie.
Zastosowanie:
-owocowo warzywny przemysł (soki, dżemy),
- zagęszczanie zup (koncentraty),
- przemysł mięsny (np. szynka, przetworzone produkty mięsne),
Poprawianie bezpieczeństwa i stabilności żywności
Efektywność  oceniana na podstawie zdolności do niszczenia drobnoustrojów patogennych i tych
powodujących psucie żywności.
Wysokie ciśnienie-> niszczenie membran komórki drobnoustroju->samo zatruwanie,
Wysokie ciśnienie-> uszkadzanie struktur komórkowych/organelli
Wysokie ciśnienie-> denaturacja białek, materiału genetycznego, enzymów, degradacja rybosomów
(procesy prokreacyjne)
Wymagane cisnienia do zniszczenia drobnoustrojów o 5 cykli logarytmicznych (o 5 zer)
Salmonella typhimurium 350 MPa/15 min
Listeria monocytogenes 375 MPa/15 min
E.coli O157:H7 680 MPa/15 min
Staphylococcus aureus 700 MPa/15 min
Listeria jest odporna na przechowywanie w temperaturach lodówkowych.
WYKA
AD 2, dn. 10.10.11r
Wirusy:
- są bardzo różnorodne
- w komórce kw. Nukleinowy, przekazuje materiał genetyczny
- otoczka białkowa (chroni materiał genetyczny)
- enzymy ą� są wykorzystywane, gdy wirus atakuje człowieka
- różnorodność strukturalna  różna odporność na wysokie ciśnienia
4
Inaktywacja:
Kalcywirus 5 min 175 MPa
Adenowirus 15 min 400 MPa
Hepatitis A 5 min 450 MPa
Poliowirus Duża odporność
Mechanizm INAKTYWACJI wirusów przez HP (wysokie ciśnienia; ciśnieniowanie)
a) ZABURZENIE ZNISZCZENIE STRUKTURY
- ciśnienie > 300 MPa niszczą HIV, a u CMV wysokie ciśnienie zapobiega możliwości łączenia się
wirusa z komórką
b) ROZKA
AD (dysocjacja) wirusa na członki.  tworzą się nieinfekcyjne cząstki, niszczy się aktywność
chorobotwórcza, rotawirusy, wirusy HIV.
PRIONY
�� choroba BSE u bydła
�� choroba Creutzfeldta  Jakoba u ludzi
�� są trudniejsze do niszczenia niż spory, przetrwalniki. Mogą przetrwać autoklawowanie w 134�C
�� 690-1200 MP , 121-137C �� tylko te parametry REDUKUJ
aktywność prionów.
Czynniki decydujące o aktywności drobnoustrojów (ę! temperatura; ę! ciśnienie)
a) szczep
b) faza wzrostu
c) środowisko
Czynniki wpływające na przetrwanie mikroorganizmów to: pH, aktywność wody, temperatura, czas,
ciśnienie.
1. pH
Spory w pH obojętnym są bardziej odporne na działanie HP niż w warunkach ekstremalnych (kwas,
zasada). W środowisku kwaśnym zakres inaktywacji wywołany HP jest większy.
* samo działanie ciśnieniem może zmienić pH !
5
2. aktywność wody
�! aktywność wody chroni przed HP  funkcja ochronna, ale jeśli komórki mikroorganizmów są
uszkodzone, aktywność wody zmniejsza zdolność powrotu do życia  z
le działa.
3.temperatura i czas działania HP
ę! temperatura i ę! czas inaktywuje drobnoustroje
> 45-50C - ę! szybkość inaktywacji patogennych i psujących żywność drobnoustrojów, dlatego
uzasadnione jest ciśnieniowanie żywności w temperaturze 45-50C, bo nie zmienia konsystencji i cech
sensorycznych produktu.
Ciśnienie krytyczne - poniżej którego mikroorganizmy mogą żyć nieograniczony czas ą�  ręka człowieka
pod ciepłą wodą .
4. aktywność enzymatyczna
Przy tzw obiciu owocu lub warzywa następuje enzymatyczne brunatnienie. W produktach ciętych tkanka
ulega zniszczeniu.
enzymy + substraty ą� niekorzystne zmiany
Przykład: brunatnienie grzybów
Przykłady enzymów:
- pektynometyloesteraza (wiązanie metylowe)
- poligalakturonaza
- peroksydaza
- oksydaza polifenolowa
- lipooksygenaza
Mechanizm ciśnieniowania enzymów:
Najsłabsze wiązanie (hydrofobowe) utrzymuje III rz. Strukturę białka. Wpływa na konformację białka,
czyli decyduje o zdolności żelowania i emulgowania.
HP wywołuje zmiany konformacyjne i zmiany aktywności enzymów, ale czasem może wywołać
aktywację enzymu. Dlatego najlepiej stosować ciśnieniowanie z ogrzewaniem!
Poligalakturonaza  ulega inaktywacji pod wpływem HP.
Esteraza pektynometylowa  jest nieczuła na HP
W ekstrakcie z ziemniaka 200-800 MPa przez 10 min . (Cały ziemniak jest odporniejszy niż ekstrakt).
Polifenolooksydaza  podobna redukcja do zastosowania blanszowania, zielony groszek 900MPa przez
10 min.
6
WPA
YW HP na SKA
ADNIKI ODŻYWCZE W ŻYWNOŚCI
- HP ma bardzo mały (mniejszy niż ogrzewanie) wpływ na substancje niskocząsteczkowe (barwniki,
aromaty, witaminy). Jest to ważne w przypadków ciśnieniowania sałatek, w których jest dużo
antyoksydantów.
�� Po ciśnieniowaniu brokułów (600 MPa, 45 min, 75C), nie zanotowano żadnych strat chlorofilu A
i B.
�� Po ciśnieniowaniu pomidorów (600 MPa, 60 min, 25C) nie zanotowanu żadnych zmian likopenu.
�� Po ciśnieniowaniu merchwi (500-800 MPa, 5 min)  bardzo małe zmiany antyoksydacyjne
�� Po ciśnieniowaniu zielonego groszku (900 MPa, 5-10min, 20C)  zanoowano straty kw.
Askorbinowego wynoszące (18%) ??
�� W mieszaninie modelowej (sztucznej) po ciśnieniowaniu (200-600MPa, 30 min) straty witamy C
sięgnęły 12%, a w  normalnym produkcie te same straty były tak niewielkie, że nieistotne.
�� Tiamina i pirydoksyna są bardzo odporne na HP.
POSTRZEGANIE CIŚNIENIOWANIA W RÓZNYCH KRAJACH:
W UE rozważanie pod kątem legistracyjnym, poza UE nie ma legistracji, w USA obowiązują tradycyjne
przepisy pod kątem bezpieczeństwa żywności. Tam produkty ciśnieniowane nie wymagają regulacji
prawnych.
W UE 258/97/EC  od 1997r.
Ciśnieniowanie pozwala uzyskać  novel ford czyli produkt prawie nieprzetworzony .
Od 2001 istnieje zasada, że jeżeli dany produkt ciśnieniowany, jest podobny do produktów
konwencjonalnych istniejących już na rynku, to traktuje się go jako produkt bezpieczny i nie trzeba
regulacji prawnych w związku z jego wprowadzeniem.
Urządzenia  wysokociśnieniowe muszą spełniać  Dyrektywę Urządzeń Ciśnieniowych z 2002 roku.
WPA
YW HP NA JAKOŚĆ ŻYWNOŚCI:
a) ę! bezpieczeństwa żywności
b) Jakość pozostaje bez zmian
c) Przy zastosowaniu ciśnienia o  średniej wielkości (nie najwyższe) ą� zapach  ok., barwniki 
ok., smak  ok.
7
d) Zbyt ę! ciśnienie = ę! v inaktywacji drobnoustrojów = ę! t inaktywacji
e) Zbyt ę! ciśnienie może denaturować białka, prowadzi do zmiany wyglądu i tekstury, poza tym jest
zbyt kosztowne.
WPA
YW HP na BARW
MI
SA
�� Świeże mięso  czas, wysokość ciśnienia i inne parametry, bo barwa mięsa zależy od stopnia
denaturacji mioglobiny. Może następować oksydacji Fe (II) do Fe (III).
Po ciśnieniowaniu mięso świeże może wyglądać jakby było podgotowane, o strukturze jak guma/.
�� Mięso peklowane i białe  ciśnieniowanie nie stwarza problemów,
WPA
YW HP na TEKSTUR

�� Produkty wilgotne  HP nie ma wpływu na teksturę
�� Produkty zawierające GAZY  zachodzą przemiany o charakterze strukturalnym (kurczenie się
produktów, zapadanie się przestrzeni z powietrzem) oraz zmiana barwy. Problemem jest
występowanie sił ścinających (tam, gdzie jest gaz).
�� Czasem HP jest wykorzystywane do modyfikowania struktury np.
ą� sera mozzarella  potem na pizzy ma lepszą topliwość
ą� surimi i kamaboko  zmienia mechanizmy żelowania żelów rybnych, utrzymuje strukturę
białka. Ciśnieniowane żele są błyszczące, jednorodne, bardziej gładkie niż po zastosowaniu
wysokiej temperatury. HP może wywołać żelowanie białek sarkoplazmatycznych, dlatego nie
trzeba ich usuwać z surimi i kamaboko.
WPA
YW HP na CECHY SENSORYCZNE
�� Zachowuje cechy sensoryczne świeżych produktów i utrwala soki owocowe 500 MPa 5
min.  wydłużony okres trwałości
�� Działanie HP mięso i ryby  problem  mogą się uwolnić jony metali do tkanki
��
WPA
YW HP na WYDAJNOŚĆ:
�� Zależy od rodzaju produktu
�� Zależy od parametrów
�� Może �! straty termiczne kiełbasy w porównaniu z tą która jest obrabiana termicznie (ale
uwalnia metal dl tkanki i denaturuje białko)
�� HP lepiej zachowuje świeżość (sok wyciśnięty z owoców)
�� Mimo wszystko jest więcej KORZYŚCI niż strat.
8
INNE ZASTOSOWANIA HP
�� Nie pozwala na zwiększenie objętości w lodzie (lód I).
�� Można przechowywać w temp. Niższej niż 0�C aby produkt nie zamarzł
�� Zamrażanie a HP: pod ciśnieniem atmosferycznym, zwiększa objętość 9%, formuje się lód
I. Przy szybkim zamrażaniu nie zachodzą procesy dyfuzyjne.
WYKA
AD 3
9 faz wody
lód pierwszy lód powst. pod cis. Atmosferycznego
Gdy dojdzie do 1-go kontaktu pord. Zamrożonego i czynnika zamrażającego dochodzi do nukleacji czyli
powstawania pierwszych kryształów. Nukleacja z biegiem czasu sięga w głębsze partie produktu.
Szybkość zamrażania zależy od stopnia przechłodzenia. Jeżeli chcemy uzyskać małe kryształki musimy
osiągnąć wzrost stopień przechłodzenia. Każdy stopień przechłodzenia daje nam 10-krotny wzrost
nukleacji. Szybkość zamrażania dużych produktów zmniejsza się przesuwając się do środka, centrum
produktu.
Działanie HP może potencjalnie pomóc w zamrażaniu żywności, z zachowaniem jakości. Stosujemy
zamrożenie z przesuniętym ciśnieniem (wspomagane ciś.) Pressure Shift Frezing PSE.
Między lodem, a śniegiem tworzy się ciśnienie dlatego dobrze jez
dzi się na łyżwach a na szkle z
le
Pod zwiększonym ciśnieniem dochodzi do topnienia w niskich temp.
Rysunek
[0C]
40
30
20
10
ciecz
0
-10 Lód VI
Lód V
Lód I
-20
Lód II I
-30
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 [MPa]
Woda może istnieć w stanie ciekłym w temp. Ujemnych
-22oC , 207, 5 MPa -minimum w której woda jest ciekła poniżej szybko następuje nukleacja
PSE na czym polega
spadek temp. Produktu do temp. Bliskiej 0C, umieszczamy w pojemniku gdzie panuje wzrost ciśnienia,
dalej obniżamy temp. (H2O pozostaje ciekłe) odbieramy ciepło.
Pojemnik z ochłodzoną wodą poddajemy depresuryzacji, otwieramy zawór, dochodzi do podniesienia
9
ciśnienia oraz do wytworzenia kryształków, wzrasta temp. Dlatego niecałe H2O jest wymrażane. Przy
czystej H2O stosunek H2O o lodu 1:0,36; tworzy się szereg drobnych kryształków. Tylko część H2O
ulega krystalizacji. Stąd dalej musimy odprowadzić ciepło w sposób tradycyjny w normalnym ciśnieniu
domrażać do temp. -23C.
ZALETY:
" lód tworzy się równomiernie w całej masie produktu ( to duże przechłodzenie osiągnięte w całej
objętości)
" uszkodzenie komórek jest małe gdyż kryształy są małej objętości co minimalizuje szkody
Przewodnictwo cieplne lodu jest dużo większe niż przewodnictwo cieplne wody  jeżeli zostają te same
parametry tylko odwrotnie to rozmrażanie będzie szło wolniej.
ROZMRAŻANIE  wykorzystanie HP
Podczas wzrostu ciśnienia możemy spowodować przejście lodu produkcie do obszaru gdzie nie
występują kryształki lodu, przy wzroście ciśnienia możemy wprowadzić utajone ciepło rozmrażania co
pozwala nam na praktycznie całkowite rozmrożenie.
Produkt o temp.  30oC, ocieplamy do -20, -18oC pod normalnym ciśnieniem, podnosimy ciśnienie,
dodajemy ciepła, póz
niej obniżamy ciśnienie do ciśnienia ????? Uzyskujemy produkt całkowicie
rozmrożony
Uzyskujemy produkt dobry jakościowo oraz skracamy czas trwania procesu. Możemy regulować czas
rozmrażania, pozwala nam regulować dynamikę frontu rozmrażania.
PRZECHOWYWANIE pod wpływem HP
Możliwe jest przechowywanie produktu w temp -?20C stosując podwyższone ciśnienie, nie tworzą się
kryształy lodu.
Zalety:
" unikamy uszkodzeń produktu tworzeniem kryształów lodu oraz podczas rozmrażania
" nie ma tak dużych strat energii
Liczebność drobnoustrojów:
W mięsie przechowywanym w temp. - 20 oC 200MPa drobnoustroje wymierają szybciej niż w temp 
20C zamrożony w normalnych warunkach cis.
Odnośnie enzymów  przy stosowaniu przechowywania produktów w podwyższonym ciśnieniu nie
10
mamy takiej efektywnej inaktywacji.
Modelowanie procesów ciśnieniowych:
Z inżynieryjnego punktu widzenia można przewidzieć wiele informacji na temat przepływu ciepła i masy.
Jest to niezbędne do modelowania. Musimy znać czynniki wyjściowe
" temp. (produktu wzrastająca temp. wspomaga proces)
" jednolitość temp. w całym produkcie
" stosunek ciśnienia osiągniętego do wyjściowego
" jaki czas presuryzacji zakładany
Nie jest to proste:
" pod zwiększonym ciśnieniem wiedza na temat procesów jest ograniczona
" istnieje związek między ciśnieniem a temp. Podczas wzrostu lub spadku ciśnienia dochodzi do
zmian temp. Wiedząc, ze proces zachodzi w warunkach adiabatycznych
" spadek ciśnienia powoduje spadek temperatury
Podsumowanie
" ciśnieniowa-nie nie narusza wiązań kowalencyjnych, w cząsteczkach pozostają nie naruszone
związki nisko-cząsteczkowe (aromaty, zw. Smakowo-zapachowe)
" może uszkadzać na wiązania niżej wodorowe niżej energetyczne, wpływa na makromolekuły np.
wpływa na aktywność enzymatyczną - & .... strukturę enzymu
" ciśnieniowanie może zmieniać właściwości teksturalne [żelowanie białek mięsa, mleka, jaj 
wpływa na wiązania wodorowe
" wykorzystanie cisnieniowania na skalę przemysłową musi być oparte na badaniach
WADY
" koszty urządzenia od 0,5 do 4 milionów euro [koszt wysoki, jakość  produkt wygląda jak świeży,
" ciśnieniowanie gwarantuje bezpieczeństwo jakie daje pasteryzacja ale nie zmienia cech produktu,
pozostaje praktycznie nie zmieniony do surowca
" metoda bezodpadowa  waste free przyjazna dla środowiska
" inaktywuje enzymy, niszczy drobnoustroje
" wpływa na funkcjonowanie białek i makromolekuł węglowodanów
" przedłuża trwałość żywności, nie zmieniając produktu sensorycznie
ZASTOSOWANIE PULSUJ
ACEGO POLA ELEKTRYCZNEGO
(PEF Porse Electire fielda)
" technika nietermiczna
11
" metoda, która utrwala żywność przy nisk. Temp i w krótkim czasie
" metoda, która pozwala przekroczyć barierę transmembranową w komórkach roślinnych,
zwierzęcych i bakteryjnych (technika efektywna w usuwaniu drobnoustrojów, jednocześnie
dokonując dużych zmian pod względem jakości.
WPROWADZENIE
" jest odpowiednia na wzrastające wymagania konsumentów
" PEF wywołuje lokalne zmiany struktury oraz zniszczenie membran komórkowych
(elektroporacja) w kilka mikrosekund tworzą się pory w membranie.
" PEF daje możliwość otwierania komórek pory można wprowadzać obce DNA, dokonujemy
kombinacji genetycznych, pory te mogą ulec zasklepieniu. Komórka funkcjonuje z obcym DNA
" przy wyższych intensywnościach PFE możemy wykorzystać do inaktywowania drobnoustrojów.
Rozbijamy ich ściany komórkowe, tak iż nie mogą ich odbudować. PFE jest substytutem
naturalnych metod takich jak mielenie, enzymatyczne działanie
" destrukcja komórek w celu wydobycia poszczególnych składników z zew. Produktu  efekt
technologicznych
Historia:
" zwiększenia częstotliwości prądu wzrost temp. niekorzystny wpływ na mikroorganizmy
WYKA
AD 4 24.10.11
PULSUJ
CE POLE ELEKTRYCZNE/PULSED ELECTRIC FIELD (PEF)for food
Elektroporacja- trwa mikrosekundy, otwierają się drogi do wnętrza komórki, tworzą się pory w
membranach komórkowych w wyniku działania pola elektrycznego. Jeżeli stosowane są niskie dawki PEf
to zmiany są odwracalne i wykorzystywane w genetyce, do wprowadzania zmian w komórkach.
Nieodwracalne zmiany natomiast mogą pojawić się przy wysokich dawkach PEF, tworzą się wieksze pory
w membranach i uszkadzają komórki, niszczą organy, następuje dezintegracja ścian komórkowych
komórek- wykorzystuje się to w technologii żywności do utrwalania żywności, niszczenia
drobnoustrojów i do ułatwiania wytłaczania soku. W wyniku utraty półprzepuszczalności membran
następuje liza komórek.
System Elcrack  w badaniach dowiedziono, że zwiększa wydajność soku o 10-12%, a sok jest jaśniejszy
(mniejsza skala zjawiska ćiemniania w wyniku utlenienia)
Istotne dla PEF jest:
- natężenie pola elektrycznego [Volt/m]
- czas i szerokość pulsu (czas trwania pulsu, ile pulsów zostało zaaplikowanych)
Mechanizm działania:
12
- gł. efektem działania na komórki biologiczne jest uszkodzenie membran komórkowych- powstawanie
porów (co zmniejsza syntezę niezbędnych białek komórkowych) uszkodzenie organelli komorkowych.
- czas w którym powstają te uszkodzenia jest liczony w submikrosekundach, dlatego bardzo ciężko jest
zbadać dokładny wpływ PEF na komórki. Można stwierdzić, że ubytki w postaci porów stanowia ok. 0,1%
powierzchni komórki.
Konieczne jest:
- utworzenie się por przez działanie PEF
- trwałość zmian, aby był czas na interakcję środowiska wewnętrznego i zewnętrznego.
1 Volt po obu stronach membrany powoduje lokalną porację  na długości 5 nm musi wystąpić różnica
potencjałów 2000 V/cm.
Uszkodzenia te mogą być odwracalne o ile są małe w stosunku do powierzchni. Stają się nieodwracalne
gdy pory się powiększają.
EIntact cell/
nienaruszona kom
Reversible/
E>Ecell
odwracalny
Irreversible/
E>>Ecell
nieodwracalny
E
Aby zaszkodzić komórce trzeba osiągnąć natężenie krytyczne, które zależy od:
- rozmiarów i geometrii komórki (kształtu)!!!
1-2 kV/cm-> niszczy komórki roślinne
10-14 kV/cm -> niszczy komórki bakteryjne np. E.coli
Układ do PEF składa się z :
1. Generatora impulsów  element wytwarzający impulsy.
2. Miejsca gdzie te impulsy spotykają się z produktem np. komora, rurociąg  element
wykorzystujący impulsy.
Ze względów ekonomicznych ważne jest:
13
- aby system pracował w sposób ciągły i z dużą wydajnością/przepustowością.
- Stosuje się wymienniki ciepła (na wejściu i na wyjściu):
-Podgrzanie na wejściu jest korzystne ze względu na synergistyczne działanie temperatury i PEF, co
co zwiększa efektywność,
- część impulsów zamieniana jest na energię cieplną, dlatego produkt trzeba ochłodzić na wyjściu,
- stosuje się aseptyczne pakowanie, żeby nie doprowadzić do wtórnego zakażenia produktu.
Zalety:
- ciągłe działanie (proste di zbudowania i zaprojektowania urządzenia),
- b.krótki czas działania/ kontakt produktu z polem elektrycznym,
- system może być łatwo wprowadzony do istniejącej linii produkcyjnej.
Jak generuje się PEF?
-generator musi być zdolny do transformacji pola o niskim napięciu w to o napięcie i natężeniu wyższym.
- trzeba osiągnąć odpowiednie natężenie pola- przy dużym  d musi być duże  U
E=U/d (U- napięcie, kV, d- odstęp pomiędzy elektrodami, m)
W technologii żywności stosuje się napięcia z zakresu 10-60 kV.
Wysokie napięcie uzyskiwane jest dzięki połączonym równolegle lub szeregowo kondensatorom.
Kondensatory muszą być rozładowywane. Do tego celu wykorzystywane są przełączniki:
- tyratrony (lampy elektronowe),
- iskrowniki,
- urządzenia półprzewodnikowe
Kształt pulsów zależy od:
- typu przełącznika,
- konfiguracji obwodu rozładowania.
Wyróżniamy 2 kształty impulsów
1. Prostokątny (napięcie jest na odpowiednim poziomie cały czas, szybko rośnie i szybko zanika)
2. Zanikający eksponentalnie (szybki wzrost napięcia do dużej wartości i eksponentalny spadek)
2 1
Czas Czas
14
Napięcie
Napięcie
1
2
Zasilacz HV
A
adowanie rezystora
Akumulator kondensatora/
storage capacitor
Inductors/dławiki
Protective
resistor/ochrona rezystora
Przełącznik HV
Komora obróbki
Układ prostokątny lepiej zachowuje energię, wymaga mniejszego chłodzenia.
Szerokość pulsu zanikającego- czas, w którym uzyskujemy 37% maksymalnej wartości napięcia.
W warunkach przemysłowych gdy chcemy uzyskać duży przepływ musimy zapewnić:
- wysoką częstotliwość pulsowania (up to several kHz),
Ciężkie warunki
- napięcie 40-100kV
operacyjne
- natężenie > 100 A
Czas pracy (lifetime), czyli to ile impulsów może wykonać przełącznik(potem trzeba wymienić na nowy):
- iskrownik: 106
- tyratron: 108
- półprzewodnikowy: 1012
Jeżeli częstotliwość będzie wynosiła 1 kHz, wyłącznik który może wykonywać 109 pulsów, przy ciągłej
całodobowej pracy starczy na 11 dni.
Komora w której dochodzi do kontaktu produktu z PEF:
- produkt jest wyeksponowany na PEF,
- komora musi zawierać 2 elektrody,
- różne geometryczne konfiguracje:
- płytki równoległe
- ??koloksjalny?? układ
- układ kolinearnych rurek
15
Równoległe płytki:
- intensywność pola jest zmniejszona w miejscach granicznych,
- można mieć układ okresowy (batch chambers)- tu nie nastepuje mieszanie produktu, więc znaczna jego
część może być nie utrwalona,
- ciągły proces: stosuje się przeszkody, które zawirowują i mieszają ciecz,
- aby zapewnić wysoką szybkość przepływu pulsy muszą mieć wysoką częstotliwość, ale to prowadzi do
nadmiernego wzrostu temperatury, dlatego stosuje się wymienniki ciepła.
Elektroda musi być obojętna dla żywności i musi być dobrym przewodnikiem, np. złoto, platyna, tlenki
metali. Ze stali nierdzewnej mogą przechodzić do zywności składniki stopu np. chrom.
Czasami utrwala się w PEF produkty opakowane.
Główne parametry:
- natężenie pola elektrycznego (~1V)-> poracja
- krytyczna wartość natężenia pola elektrycznego =f (cell size, cell orientation- zależy od rozmiaru i
ułożenia Komorek względem elektrod)
- wraz ze spadkiem rozmiaru komórek wzrasta potrzebne natężenie pola elektrycznego (łatwiej jest
zniszczyć komórki duże),
- ważny jest kształt komórek i jak się ustawią komórki w polu:
S.cerevisiae 2-4 kV/cm
Listeria innocua 15 kV/cm
Laseczki ułożone w poprzek pola 35 kV/cm
E
1. S.cerevisiae: A1=4; A2=3, A3=2
2. E.coli: A1=2,0; A2=0,7, A3=0,55
A2
A3
3. L.innocua: A1=0,625, A2=0,255, A3=0,255
A1
1
Przy ok. 3 kV/cm już wszytkie kom.
S.cerevisiae ulegaja destrukcji, ale w
tym czasie z pozostałymi badanymi
drobnoustrojami nic się nie dzieje.
3
0,1 1 2
Dopiero przy ok. 9kV/cm destrukcji
zaczynaja ulegać kom. E.coli
0,01
1 10 Natężenie pola [kV/cm] 100
16
Kom. nienaruszone
 Pola elektrycznego => wydajności
Ale nie można zwiększać pola w nieskończoność i dowolnie, bo:
- może nastapić pojawienie się łuku,
- przepływ prądu może ograniczać się do wąskich kanałów,
- może dochodzić do erozji elektrod,
- mogą powstawać bańki gazu i zmiany i reakcje chemiczne.
Czas:
Im dłuższy czas (więcej impulsów) tym większa inaktywacja drobnoustrojów
Ta zależność jest prawdziwa dopiero od (albo do- nie dosłyszałam jak mówił) wartości.
W niektórych przypadkach efektywność jest już na stałym poziomie mimo wzrostu PEF  EFEKT PLATO
Temperatura:
-na początku może zwiększyć wydajność PEF  wymiennik ciepła na wejściu,
- im wyższa temperatura tym składniki membran kom. Są b.rozluz
nione i impulsowi łatwiej uszkodzić
taką komórkę,
- w niskich temperaturach fosfolipidy jako gł. składnik błon komórkowych ma postać żelu, a wraz ze
wzrostem temp. Tworzy struktury ciekłokrystaliczne, a to powoduje zmniejszenie stabilności membran.
pH:
- niższe pH powoduje, że PEF ma większą efektywność działania na drobnoustroje  synergistyczne
działanie pomiedzy zakwaszaniem i PEF.
WYKA
AD 5
Rodzaj produktu
Ma istotny wpływ na rodzaj drobnoustroju rosnącego w produkcie. Podobnie jak przy działaniu
temperatur. Silny efekt rodzaju żywności na podatność na działanie PEF.
Przewodnictwo elektryczne  kluczowy element. Zależy on od temperatury. Jednostka [s/m] = f(T)
Produkty spożywcze bogate w jony (sól) stwarzają problemy przy uzyskiwaniu gradientu napięcia
(sok pomidorowy). Powstają przebicia i spadek efektywności metody PEF.
Co zrobić by produkty o wysokim przewodnictwie można było poddawać metodzie PEF?
- zmiana konstrukcji elektrod
Efekt spieniania/banieczki  (powietrze, CO2, inny gaz) i cząstek stałych jest wynikiem problemów z
działaniem PEF na skutek którego pojawiają się reakcje elektrochemiczne i wydzielają się w ich wyniku
gazy. Produkty gazowane  gdy wzrasta temperatura, zmniejsza się rozpuszczalność.
17
Bańki z gazem zakłócają procesy z polem pulsacyjnym, znacznie obniżają natężenie pola elektrycznego,
co zmniejsza efektywność procesu.
Skupiska drobnoustrojów (pozlepiane ze sobą komórki) i skupiska kuleczek tłuszczu. Problem widoczny
głównie w produktach stałych np. chleb (puste przesterzenie powietrza)
PEF nie nadaje się do utrwalania żywności spienionej. A tam gdzie występują cząstki stałe bądz
gazy to
powinny być one usunięte ( wirowanie, filtracja).
Materiał winien być jednolity.
Charakterystyka bakterii:
�� Gram (+) są mniej podatne, są bardziej oporne względem PEF.
�� PEF nie inaktywuje przetrwalników.
�� Działanie ciśnieniowania często powoduje kiełkowanie form przetrwalnikowych, w PEF tak się
nie dzieje. PEF nie daje efektu kiełkowania spor.
�� Aby zniszczyć drobnoustroje PEF należy łączyć z innymi procesami utrwalania.
�� Listeria jest podatna na ciepło, oporna na PEF.
�� PEF nie zawsze oddziałuje tak samo na drobnoustroje w różnych fazach wzrostu, ilość
drobnoustrojów jest największa w fazie logarytmicznej.
�� PEF prędzej można porównać z pasteryzacją niż ze sterylizacją
�� PEF można łączyć z wysoką temperaturą i osiągniemy efekt sterylizacji
W logarytmicznej fazie
drobnoustroje są
najbardziej poddane
na działanie PEF
Lag Log stacjonarna
PEF małe natężenie 36 kV/cm
18
Liczzba przeżytych kom
Możliwości zastosowania PEF:
Jeśli chcemy zniszczyć drobnoustroje - PEF o ę! natężeniu
Jeśli chcemy uzyskać efekt technologiczny  PEF o �! natężeniu
1. Indukowanie stresu
PEF o niskich natężeniach nie wywołuje pełnej destrukcji lecz odwracalne.
Na tkankę ziemniaczaną podziałamy polem o 0,7 �s (krótkie pulsy) i potencjał trans membranowy
1,7 V to są pory ale zasklepiają się w ciągu kilku sekund, a aktywność metaboliczna jest
przywracana. Stres powstały w komórkach jest więc przyczyną zmiany aktywności metabolicznej, co
wykorzystuje człowiek celem:
a) łatwiejszej ekstrakcji składników pokarmowych przez organelle komórkowe, np. z kiełek
kukurydzianych łatwiej otrzymać olej i większą ilość fitosteroli; soja i oliwki dają łatwiej olej
bogaty w izoflawonoidy.
b) Komórki drobnoustrojów poddane stresowi mogą być bioreaktorami do produkcji substancji o
wysokiej koncentracji
2. Dezintegracja biologicznego materiału  nanoszenie struktury obrabianych materiałów
(homogenizacja, rozdrabnianie, denaturacja termiczna, zamrażanie i odmrażanie , przeciekanie,
działanie niewielkiej temperatury przez dłuższy czas, enzymatyczna maceracja) Procesy te
prowadzą do pewnych strat.
Działanie PEF jest szybkie, powstają duże i trwałe pory co ułatwia transport masy w temp.
otoczenia przy utrzymaniu jakości i charakterystyki typowej dla produktu  surowego .
Przykłady:
- marchew na sok  wzrost wydajności o 6%;
- sok z winogron  87% o wydajności. W tym soku jest większa zawartość antocyjanów i zw.
fenolowych;
- zwiększona ekstrakcyjność z krajanki buraczanej;
- ekstrakcja wodą mięty i liści herbaty  zwiększone wymywanie z tego surowca
PEF powoduje dezintegracje komórek co nie jest obojętne względem tekstury, np. 0,5 kV/cm ,
10ms na jabłka powoduje ich zmiękczenie, zalecane tam gdzie chcemy suszyć produkt,
rozdrabniać bądz
też wyciskać.
Papryka poddana PEF łatwiej się suszy fluidalnie (30% zmniejszenie czasu suszenia)
19
3. KONSERWACJA/utrwalanie produktów ciekłych
Niszczące działanie PEF wymaga znacznego zwiększenia energii natężenia pola.
Poddatne są komórki drożdży
Natężenie pola ( 20- 40 kV/cm) i dawka energii ( 100 kJ/kg) są zalecane celem zniszczenia
drobnoustrojów (dla porównania do dezintegracji jabłka potrzeba 0,5 kV/cm).
Natężenie to niszczy drobnoustroje i strukturę produktów stałych (nie stosuje się PEF).
PEF ma ograniczone zastosowanie do produktów ciekłych.
Koszt inwestycyjny urządzeń do PEF to 2 mld Euro, wydajność 5t/h.
A
ączenie PEF i podwyższona temperatura:
- zastąpienie technik typu HTST,
- zadziałanie PEF osiągniemy szybciej niż przy HTST i w niższej temperaturze,
- produkt ma lepsze parametry przy tym samym zniszczeniu drobnoustrojów,
- połączenie to może być korzystne przy inaktywacji niektórych enzymów,, np. lizozym nie jest
niszczony przez PEF poniżej 38 kV/cm, ale to PEF niszczy pepsynę.
- wysoka odporność niektórych enzymów może sprawić, że nie będą one niszczone przez PEF
Problemy/Wyzwania PEF
- sytuacja legislacyjno prawna nie jest jednoznaczna sprecyzowana,
- nowe technologie wymagają potwierdzenia zgodności z procesami konwencjonalnymi,
- problem stanowią reakcje elektrochemiczne na powierzchni elektrod i w utrwalonym medium; elektrody
stosuje się pokryte złotem, węglem; często stosuje się mniejsze pulsy
Reakcje na elektrodach:
H2O H+ + OH 
2H+ + 2e H2 (y)
20
PEF
zamrażanie
ogrzewanie
enzymatyczne
mechaniczne
4OH- O2 + 2H2O +4e
2Cl- (aq) Cl2Cg + 2e
Fe (s) Fe2+ (aq) + 2e
PODSUMOWANIE/Zalety:
- niskie zużycie energii i niskich natężeń pola elektrycznego (do wywołania stresu 1-2kJ/kg) (do
wywołania elektroporacji 5-10 kJ/kg) ;
- technika ciągła (działanie pola jest krótkie);
- bardzo krótkie pulsy (źm);
- technika bez odpadów;
- nadaje się do przemysłu spożywczego/ biotechnologii, tec.; doskonale nadaje się do wmontowania w
linię technologiczną
- dla konserwacji potrzeba ę! energii (100kJ/kg), ale uzyskuje się wysoką dość produkcję. Wysoka
wartość odżywcza, wysoka trwałość.
HIPLT (Wysoka Intensywna Technologia Pulsującego Światła ,
High Intensity Pulsed Light Technology)
(Pulsujace światło  PLT  Pulsed Light Technology)
- działanie intensywnym światłem,
- innowacyjna metoda oczyszczania, ograniczania liczebności drobnoustrojów w żywności poprzez
wykorzystanie światła emitowanego przez lampy błyskowe wypełnione gazem obojętnym;
- oczyszczanie i sterylizacja żywnosci;
- technika znana od 1980r.;
- zaaprobowana przez FDA;
- metoda szybka, wykorzystuje niską energię; jest nie termiczna, nie szkodzi produktowi, powoduje
inaktywację
- jest ograniczona:
a) do produktów przezroczystych (klarownych);
b) do niszczenia drobnoustrojów na powierzchni opakowań lub produktów;
PLT jest podobna do PEF. Przy PEF bezpośrednio wprowadzamy energię, a przy PLT przez lampy.
Pulsed Light Technology
Elementem emitującym światło są lampy które wytwarzają krótkotrwałe impulsy świetlne o wysokiej
mocy. Światło to skalda się z 3 podstawowych zakresów:
21
 UV
IR Podczerwień
Widzialne vis
Bakteriobójczy efekt UV znany jest od 1928r. Do dziś jest to stosowane do sterylizacji.
Produkty spożywcze nie mogą być długo naświetlane UV, bo wytwarza to niekorzystne zmiany: -
zwiększa rodniki, dlatego stosuje się pulsujące światło, które te zmiany eliminuje.
PLT stosujemy :
- do sterylizowania, zmniejszania liczby drobnoustrojów w żywności: na powierzchni urządzeń, w
powietrzu, w wodzie, na powierzchni opakowań
- inne:
�� Przy produkcji półprzewodników
�� Technika DVD
�� Kosmetyka
�� Medycyna  czyszczenie instrumentów medycznych
Czyszczenie atmosfery powietrza w laboratoriach
Promieniowanie jest opisane jako fala i opisane: (długość, częstotliwość, energia)
Promieniowanie zachowuje się czasem jak fala czasem jak pole. Zakres 180 do 1100 nm.
Najdłuższe fale od (IR 700  1100nm)
(VIS 400  700nm;
UV 180  400 nm;
UVA 315  400nm;
UVB 280  315 nm,
UVC 180  280nm)
Im większa częstotliwość, tym krótsza długość fali.
� = c/,
Im większe  tym większa częstotliwość
E = h * � , gdzie:
H  stała
  stała Plancka
22
y
ródła światła i sposoby emisji:
Światło emitowane jest z różnych z
ródeł, co wiąże się ze spontanicznym przejściem atomów na inne
poziomy energetyczne.
Duży przeskok  duża fala
- spontaniczne przejście niektórych atomów do stanu wzbudzonego, spadek elektronów z wyższych
warstw na niższe -> emisja światła
- część emisji świetlnej może być odbita od powierzchni , część zadsorbowana, a część przepuszczona
przez materiał
- największa energia jest na powierzchni
Energia światła, które dojdzie na głębokość X materiału:
E(X)= (1- r) Eoe-[ą]x
ą  współczynnik ekstynkcji (absorpcja właściwa), miara przezroczystości, zmętnienie materiału dla
danej długości fali. W większości przypadków produktów spożywczych (tu tylko na powieżchni)
ą-> " -> e -> 0 (stałe)
r  współczynnik odbicia
dla gazów ą-> " -> e -> 0 (stałe) (nie ma absorbcji energii)
dla cieczy pośrednie, jest częściowa absorbcja
Energia absorbowana przez powierzchnię (d) na odległość X od powierzchni (w głąb)
Ed = E(X) (1- e-[ą]d)
rEo
Eo
Ex x
Ed d
23
Energia Ed zadsorbowana w dalszej warstwie ulega rozproszeniu do ciepła:
"T = Ed/�cpAd �  gęstość
cp - ciepło właściwe
A  powierzchnia
d - grubość
Ten przyrost temperatury "T ą� gradient między zewnętrzną a wewnętrznymi warstwami materiału ą�
przewodzenie ciepła w głąb materiału
Szybkość tego transferu cieplnego zależy od intensywności i długości naświetlania (termicznych
właściwości materiału)
Dostarczanie światła może być w sposób ciągły lub krótkich pulsów;
- trzeba określić ile pulsów ma być (n)
- każdy puls ma czas (t)
- i gęstość energetyczną (F) Fluencja, całkowity czas działania świetlnego Ftotal= n * t
Fluencja całkowita Ftotal= n * F
Gęstość Ff = F/t [kW/m2] (przydtna do okrelenia efektu)
Światło - nośnik efektu utrwalającego. Dostosowane do produktu w sposób ciągły lub pulsowy.
n  liczna pulsów
t- czas działania to całkowity czas naświetlania: t= n " t
F  gęstość
Całkowita anergia Ftot= n " f
Gęstość mocy Fr = F /t [ kW/m2]
Prawo Lamberta Beera (z
ródło: Wikipedia)
Prawo Lamberta-Beera (prawo Beera-Lamberta-Bouguera)  opisuje pochłanianie promieniowania
elektromagnetycznego przy przechodzeniu przez częściowo absorbujący i rozpraszający ośrodek.
24
Prawo to głosi, że stopień atenuacji (uwzględniającej absorpcję oraz rozpraszanie) światła jest
proporcjonalny do grubości warstwy i jej własności optycznych, np. w przypadku roztworów należy
uwzględnić stężenie molowe czynnika powodującego pochłanianie. Ogólnie mówiąc, prawo to jest
spełnione dla wiązki światła: a) monochromatycznej, b) skolimowanej, chociaż jest często używane także
dla sytuacji wąskich przedziałów pasmowych, zwłaszcza jeżeli zależność spektralna atenuacji nie jest
silna w tym paśmie. Rejestrowane natężenie I0 jest również natężeniem światła monochromatycznego i
skolimowanego. Wartość końcowa natężenia promieniowania I1 jest mniejsza od I0 o wartość natężenia
promieniowania pochłoniętego (zaabsorbowanego). Prawo może być matematycznie sformułowane na
kilka sposobów:
Absorpcja promienia światła przechodzącego przez kuwetę o na odcinku o długości l.
gdzie:
�� A  absorbancja
�� I0  natężenie światła padającego na ciało
�� I1  natężenie światła po przejściu przez ciało
�� �  molowy współczynnik ekstynkcji
�� l  droga jaką pokonuje światło w ciele
�� c  stężenie molowe substancji absorbującej w roztworze
�� ą  molowy współczynnik absorpcji zwany poprawnie absorbancją molową
Prawo Lamberta-Beera jest wynikiem połączenia dwóch prostszych praw optyki, prawa Bouguera i prawa
Beera. Historycznie jako pierwszy łączne prawo podał Pierre Bouguer w 1729 r. Było ono jednak podane
w postaci opisowej i nie zostało dostrzeżone przez innych uczonych. Johann Heinrich Lambert podał w
1760 r. prostą zależność między absorbancją i grubością ciała pochłaniającego światło, natomiast August
25
Beer podał w roku 1852 prostą zależność między absorbancją i stężeniem a następnie połączył swoje
prawo z prawem Bouguera do obecnie znanej postaci prawa Lamberta-Beera. O ile jednak prawo
Bouguera jest spełnione ściśle, o tyle prawo Lamberta-Beera ma charakter przybliżony, ponieważ
molowy współczynnik pochłaniania może zmieniać się wraz ze zmianą stężenia roztworu.
W ogólniejszym przypadku szerokich pasm (np. pochłaniania światła widzialnego przez roztwory)
możemy zawsze zdefiniować transmitancję jako:
a następnie rozłożyć transmitancję na sumę eksponentów
i zredukować problem do układu kilku niezależnych równań Lamberta-Beera.
Jeżeli w roztworze znajduje się więcej niż jedna substancja absorbująca promieniowanie, to absorbancja
tego wieloskładnikowego roztworu równa jest sumie absorbancji jego poszczególnych składników (tzw.
prawo addytywności absorpcji).
WYKA
AD 6
Pulsy świetlne mają lepszą zdolność wnikania w materię niż światło ciągłe bo moc piku jest większa niż
w ciągłym naświetlaniu, mimo że sumarycznie energia jest taka sama.
Rys1
[Moc -MW]
1,0
0,5
0,001
1 2 1000 [czas  ms]
W PL systemie: energia elektryczna jest akumulowana i przechowywana przez krótki czas i uwalniana w
postaci pulsu światła o wysokiej energii.
26
Efekt PL na produkty żywnościowe:
 MIKROORGANIZM:
 fotochemiczny charakter efekt letalny komórek mikroorganizmów (głównie związany z
działaniem UV na DNA komórek drobnoustrojów) (UV absorbuję się w DNA w wiązaniach carbon to
carbon -double bounds, DNA ulega destrukcji, produkcja substancji hamujących DNA np. pirinidina
 fototermiczny charakter wzrost temperatury
 bardzo ważne jest spectrum światła i gęstość energetyczna
 niska energia gęstości ok 10-30kJ/m2 80-90% efektu fotochemicznego UVC
 jak wyeliminuje się UVC i zastosuje wyższą gęstość ok. 50-60 kJ/m2 daje niższy efekt (50-60%)
 inaktywacja mikroorganizmów zachodzi dzięki spektrum IR i VIS i UVC
PL inaktywuje drobnoustroje, zachodzi przez 2 efekty:
" fotochemiczny (UV  gł. UVC)
" fototermiczny (gł. IR i VIS)
Jak optymalizować efekt PL?
" Należy poddawać żywność tylko z taką intensywnością PL aby osiągnąć zamierzony efekt 
minimum konieczne do osiągnięcia korzyści technologicznej\dawka energii musi zniszczyć drobnoustroje
ale nie powinna być za wysoka
" Parametru związane ze z
ródłem światła:
ć% gł. spektrum (dł. fali)
ć% gęstość energetyczna (fluencja)
ć% czas trwania i i ilość pulsów
ć% okres trwania między pulsami
" Parametry związane z produktem
ć% przezroczystość/ klarowność
ć% kolor produktu
ć% rozmiar produktu
ć% gładkość powierzchni
" niekorzystne reakcje fotochemiczne komórek produktu  przy z
le dobranych parametrach
" wzrost średniej temp. Produktu jest znacznie mniejszy i zlokalizowany w cieńszej warstwie niż
przy działaniu światła ciągłego, ale przy z
le dobranych parametrach PL efekt ten może być podobny
" można działać całym spectrum albo wybrać poszczególne spectra UV, VIS, lub IR
" bogate w UV pulsy światła dają lepszy efekt inaktywacji drobnoustrojów przy minimalnym
efekcie wzrostu temperatury (UVPL)
27
FAD rekomenduje: całkowita gęstość energetyczna / fluencja przy działaniu PL nie powinna przekraczać
120 kJ/m2 co jest zdecydowanie wystarczającą energią do inaktywacji nawet przetrwalników
Df1  10-krotna redukcja drobnoustrojów
im większe Df1 większą fluencję trzeba zastosować, żeby zmniejszyć liczebność drobnoustrojów o 1
cykl logarytmiczny
G(+) b. oporne na UV (ciągłe i pulsacyjne) niż G(-)
zarodniki pleśni b.oporne niż spory bakterii
mniejsze organizmy b. oporne niż większe (przy mniejszych org. A
atwiej dochodzi do pozbycia się ciepła
generowanego przez PL  stosunek powierzchni do objętości jest mniejszy)
Z-różnica temperatur potrzebna do zmiany Df o 1 cykl logarytmiczny
Zf  redukcja Df o 1 log.
Pożądany efekt na drobnoustroje można zwiększyć przez:
" większa liczba pulsów o niższej energii
" mniejsza liczba pulsów o wyższej energii
" nie ma zależności pomiędzy dwoma wyżej punktami
nie ma zależności między ilością pulsów a energią sprzeczne wyniki doświadczeń
zazwyczaj parametry wynoszą:
" czas działania pulsu od 1 �s do 0,1�s (FAD rekomenduje, żeby ten czas był mniejszy niż 2ms)
" częstotliwość od 1 do 20 pulsów/s
głównym ograniczeniem działania lamp pulsujących jest przegrzewanie się lamp system chłodzenia
się lamp. Stosuje się lampy w układzie sekwencyjnym po kolei dające puls i chłodzące się
Parametry produktu poddawanego działaniu PL:
 przezroczystość (im wyższa przezroczystość tym głębiej efekt in-aktywacyjny zachodzi)
 zazwyczaj im większe stężenie roztworu tym mniejsza przezroczystość i mniej efektywne PL
 przy produktach stałych działanie PL ogranicza się do powierzchni dlatego ważne, żeby na
powierzchni w jak najmniejszym stopniu odbijała światło a raczej ważne, żeby je pochłaniała
 można pociąć produkt na cieńsze kawałki lub wylać na cienkie warstwy, wtedy może zostać
naświetlona na wskroś
 szkło, polistyren i PET nie są przezroczyste dla UV ale są przezroczyste dla VIS  dlatego też
28
produkty w takich opakowaniach nie nadają się do PL, bo efekt fotochemiczny jest głównie napędzany
przez UV
 problem może być z etykietami, nadrukowaniami na opakowaniach  powinno się unikać tego
typu rzeczy zastosowaniem PL
 powierzchnia produktu powinna być gładka, bo nierówności mogą prowadzić do cieniowania 
obszary gdzie światło nie dociera lub jest mniejsze
 produkty o zróżnicowanym i skomplikowanym kształcie  jest utrudnione
Efekt PL na enzymy and food propertives
 PL może znacznie zredukować aktywność różnorodnych enzymów, obecnie w żywności na
głębokość 0,1 mm; np. oksydorekuktaza, hydrolazy
 np. ograniczenie ciemnienia (enzymatycznego) ziemniaków w miejscach naświetlanych (oksydaza
polifenolowa)
 nawet mocne PL nie wpływa na koncentrację ryboflawiny w wołowinie, kurczaku i rybach
 nawet dawka 300kJ/m2 nie powoduje różnic w próbkach PL i bez PL
 właściwości sensoryczne
Lampy zbudowane są z:
" rur kwarcowych (kuliste, spiralne itd.)
" lub rur ze szkła pyreks (ograniczają UV)
" z elektrody wolframu
" wypełnione gazem szlachetnym [inertgases] (ksenon, krypton lub mieszaniny)
" lampy mogą błyskać równocześnie lub sekwencyjnie  zależą od sytemu chłodzenia
" trwałość lamp od 6 miesięcy do 12 w zależności od intensywności eksploatacji
" światło musi być odpowiednio skierowane na produkt (zwierciadło, reflektory odbijające)
" specjalny system chodzenia (powietrzne, wodne)
Przykłady zastosowań PL:
 do celów nie żywnościowych np. przemysł opakowaniowy, elektroniczny)
 przemysł spożywczy: na dużą skalę urządzeń do PL się nie stosuje
PL
" krótki okres działania
" wysoka moc
" inaktywacja mikroorganizmów przez połączenie efektu fotochemicznego i fototermicznego
29
" nie wpływa na właściwości produktu
" wymaga mało czasu i mało energii przy zachowaniu jakości i cech sensorycznych w porównaniu z
konwencjonalnymi metodami
" PL nie generuje wytwarzania toksycznych substancji
" zbyt mała energia kwantowa do jonizacji cząsteczek
" PL przyjazna dla środowiska, nie wytwarza lotnych związków, odpadów ciekłych i stałych
" PL działa krótko ale z dużym pikiem - wysoka inaktywacja drobnoustrojów w porównaniu z
konwencjonalnymi metodami
" można ciągle monitorować proces i sprawdzać efekt PL
" tanie koszty operacyjne
ograniczenie
" koszty inwestycyjne znaczne
" ograniczenie do produktów ciekłych np. mleko (przezroczystość ) i stałych (gładkość
powierzchni)
" PL może być stosowane efektywnie gdy materiały są transparentne
Wykład 7 LIOFILIZACJA -21.11.11
Stosowana obecnie do:
- przemysłowego suszenia żywności,
- przygotowywania preparatów mikrobiologicznych (enzymatycznych),
- teksturyzacji żywności,
- produkcji porowatych katalizatorów,
- stabilizacji wolnych rodników.
Porównanie suszenia konwencjonalnego i liofilizacji
Suszenie konwencjonalne Liofilizacja
-dobre efekty w przypadku owoców, nasion, -dobre efekty dla prawie wszystkich produktów i
warzyw surowców spożywczych
-słabe efekty dla mięsa -nadaje się do suszenia mięsa surowego i
-operacja ciągła gotowanego
-temp 35-95oC -operacja okresowa
-Patm=760 mmHg -temp < ttopnienia lodu
-czas krótki - P < 4 mmHg
30
-parowanie z powierzchni produktu -czas zwykle 12-24h
-duże zmiany kształtu, produkt skurczony -sublimacja lodu z warstwy granicznej
- >gęstość niż surowca - małe zmiany kształtu, produkt porowaty
- często zmienia zapach, smak - < gęstość niż surowca
- barwa ciemniejsza niż surowca - zapach i smak naturalny
-powolna rehydratacja, nie zawsze całkowita - kolor naturalny lub ciemniejszy
-dobra stabilność przechowalnicza + tendencja -szybka, prawie całkowita rehydratacja
do ciemnienia i jełczenia - dobra stabilność przechowalnicza + silna tendencja
-cena nie duża 2-7 Centów/ 1 funt do jełczenia zmiany barwy-pakowanie!
-cena ok. 5x większa niż suszenia konwencjonalnego
Liofilizacja
- stosowana do produktów delikatnych w postaci ciekłej lub stałej które podczas odwadniania innymi
metodami wyczułyby zapach, kolor, teksturę, np.kawa, soki, truskawki, krewetki, mięso i grzyby itd.
Przeznaczenie produktów zliofilizowanych
�� Jako składniki koncentratów, zup, zestawów śniadaniowych i obiadowych oraz napojów i
wyrobów cukierniczych
�� Kompletne dania dla wojska, ekspedycji.
Liofilizacja (freeze dryling)
�� Bardzo duża retencja składników sensorycznych (smak, aromat, 80-100 % retencji) i tekstury i
skł. odżywczych (umiarkowane straty wit. C, B1 i bardzo małe straty innych witamin)
*tekstura bliższa teksturze surowca jest w produktach suszonych konwencjonalnie.
�� Bardzo dobra trwałość produktów ( > 12 miesięcy) o ile były prawidłowo pakowane.
�� Niewielkie zmiany białek i węglowodanów- bdb. rehydratacja  miernik uszkodzeń struktury i
dehydratacji białek.
�� Bardzo małe zmiany NEB tak charakterystyczne dla innych metod suszenia (NEB- duże w
wysokich temp i średniej aktywności wody)
*Tu: niska T i szybkie przejście ze stanu zamrożonego przez średnie aw do suchego
�� Krucha struktura, oxydacyja tłuszczów (głównie wielonienasyconych i barwników, np.
karotenoidy w marchwi -> konieczność odpowiedniego opakowania (gazy obojętne, folia
metabolizowana)
�� Przyczyny oksydacji -> duża powierzchnia parowania i porowatość, bardzo niska zawartość
wilgoci -> tym mniejsza im większe p O2
31
Liofilizacja może zajść gdy jest sublimacja lodu, przejście z fazy stałej do gazowej można osiągnąć jeżeli
zejdziemy z parametrami poniżej punkt potrójnego wody (4,58mmHg 0,0099st).
Punkt potrójny H2O -> 4,58 mmHg 0,0099oC
Lód Woda
4,58 Torr
mmHg
Para wodna
o
0,0099 C
Budowa liofilizatora:
-komora suszenia z systemem ogrzewania materiału,
-kondensator (parownik urządzenia chłodniczego, wężownica z solanką T= od -20 do - 40oC),
- system pomp próżniowych (mechanizmy dwustopniowe, 1 kg lodu w 67 Pa-> ~2m3) ciśnienie 0,1-2
mmHg (tu musi być duża wydajność pomp).
Działanie:
-okresowe (standard- często z naprzemiennie pracującej i odmrażane kondensatory)
-półciągłym ( zamrożony produkt poprzez śluzy okresowo wprowadzony na wózkach do i z tunelu)
-ciągły (w sferze prób technologicznych, patenty)
Schemat blokowy suszarni sublimacyjnej
32
Schemat liofilizatora
Komora suszenia wraz z systemem ogrzewania materiału; kondensator (parownik urządzenia
chłodniczego) w której krąży solanka lub glikol- jego zadaniem jest wyłapywanie par przechodzących z
produktu w stan pary, osiadają na wężownicy w postaci szronu; system pomp próżniowych-
mechanicznych dwustopniowych, wydajnych gdyż 1g lodu zajmuje objętość 2m3 pod stosowanym
ciśnieniem
Grzałka utrzymuje temperaturę liofilizacji na poziomie od -15 oC do -20oC, żeby proces przebiegał w
optymalnym tempie,
Koniec liofilizacji sygnałuje gwałtowny skok temperatury,
Lód jest bardzo dobrym przewodnikiem ciepła. Opary napotykają na wężownice z bardzo niską
temperaturą i woda w postaci szronu osadza się na niej.
33
Ogrzewanie może być przyspieszone gdy produkt nakleimy na tacę z siatką czy ogrzewamy przez
napromieniowanie cieplne. Temp płyty powyżej 112oC potem spadek temp powierzchni produktu do ok.
60oC
Przyspieszenie liofilizacji:
-siatka dogrzewająca z obu stron i & ..
Zmiana wilgotności produktu w czasie liofilizacji dla szparagów: z 90% H2O -> 3% H2O
Wilgotność
100%
Suszenie produktów o dużej zawartości cukrów lub kwasów organicznych, np. soków owocowych
�� Stan szklisty (amorficzny) podczas suszenia na skutek mobilności zagęszczonej fazy
niewymrożonej -> Kalapsacja (T `" dla `" prod)
�� Trudności w usuwaniu wilgoci
�� Rozwiązania:
a) Zamrażanie w postaci piany
b) Zamrażanie z wypełniaczem, np. maltodekstryny
c) Granulowanie po zamrożeniu i liofilizacja
Wpływ szybkości zamrażania na przebieg liofilizacji:
- powolne zamrażanie:
�� duże kryształy lodu, > pory produktu
�� > kurczenie podczas liofilizacji
�� > szybkość suszenia
�� Ciemniejsze zabarwienie liofilizatu
Szybkość liofilizacji zależy od:
�� Grubości warstwy materiału (suchego i zamrożonego)
34
�� Przewodnictwa cieplnego materiału (suchego-małe (często ogranicza szybkość
sublimacji), a zamrożonego  duże),
�� Temp warstwy wysuszonej (uwarunkowana termostabilnością materiału, zwykle 40-75oC
�� Temp frontu sublimacji (najlepiej jak największa, bez topnienia) (zwykle od -15 do -
45oC)
�� Temp kondensatora (najlepiej jak najmniejsza, ale ekonomiczna)
�� Sposób zamrożenia surowca
�� Ciśnienia podczas liofilizacji (0,1-2mm Hg)
Wydajność liofilizacji = temperatura frontu sublimacji / temperatura kondensatora
Liofilizacja kombinowana z suszeniem konwencjonalnym stosowana do suszenia warzyw.
I - suszenie owiewowe do 50% H2O w produkcie
II - dosuszanie w liofilizatorze do 2-3% wilgoci
Zalety: bardzo dobra jakość i mniejsze koszty
Dodatkowo materiały z ćwiczeń od Macury (na następnej stronie)
35
36
37
WYKA
AD 8
PROCESY MEMBRANOWE
PM
1. mikrofiltracja MF
2. Ultrafiltracja UF ciśnieniowe. Siłą napędową jest p
3. odwrócona osmoza RO
4. normalna osmoza
5. elektrodializa nieciśnieniowe. W elektrodializie  różnica potencjałów
Krzyżowa filtracja membranowa  mamy generowane p po stronie zawiesiny. Wymuszamy przepływ
równoległy do S membrany. Zawiesina gromadząca się na membranie jest cały czas usuwana. (ruch
równoległy do membrany daje nam samooczyszczenie)
�� Przesącz (przechodzi przez membranę) (permeate)
�� Koncentrat (retentate)  nie da rady przejść przez membranę
�� Samooczyszczanie powierzchni
38
Techniki ciśnieniowe są przedstawicielami krzyżowej filtracji membranowej.
Mirofiltracja
-membrana przepuszcza wodę, wybrane makrocząsteczki, sole, substancje niskocząsteczkowe,
zatrzymują koloidy, zawiesiny, drobnoustroje.
- służy do klarowania.
Ultrafiltracja
- membrana o przepuszczalności mniejszych cząstek niż MF
-przepuszcza H2O, sole, niektóre makrocząsteczki
-zatrzymuje drobnoustroje i wybrane makrocząsteczki
- oddzielenie kazeiny od białek serwatkowych jest możliwe tą metodą
Przesącz (filtrat, permeat)- to co przechodzi przez membranę
Koncentrat (retentant)  to co zostaje na membranie. Jest on wiele razy kierowany na membranę
Odwrócona osmoza
- przepuszcza tylko wodę, makrocząsteczki
- sole są zatrzymywane, nieliczne składniki są przepuszczane
Mikrofiltracja:
-rozmiary cząstek 0,02-2�m
-masa cząsteczek 300 000 (mikroorganizmy, komórki, cząstki włókniste, substancje mineralne,
pigmenty)
-rozmiary porów 200-20 000 � (100 000�- angsztrem)
-ciśnienie operacyjne d" 170 kPa (d" 1,7 Atm)
-przepływ hydrauliczny f (p,s,c,r,�, t, skład)  zalezy od ciśnienia powierzchni, stężenia, lepkości
membrany i jej temperatury
Ultrafiltracja:
-masa cząstek oddzielonych : 500-300 000 (białka, polipeptydy, polimery organiczne, niektóre koloidy)
-rozmiary porów 10-1 000 �
-ciśnienie operacyjne 70-2 000 kPa
-przepływ hydrauliczny
39
Odwrócona osmoza:
-oddziela sole, cukry, kwasy organiczne, itp.
-przechodzą H2O i drobnocząsteczkowe nieelektrony (C3H7OH , C3H7CHO , C3H7COOH , CO(NH2)2
(mocznik)
-cisnienia operacyjne: 700- 14 000 kPa (wielostopniowe pompy wirowe)
-transport dyfuzyjny = f ( rodzaju membrany, "?, chemicznej natury membrany)
Klasa membran
a) materiały
�� Octan celulozy (CA) T d" 65oC, pH 2-8 (niepalny)
�� Substancje polisulfonowe (PS) t > 100oC , pH 0,5-13
�� Substancje poliamidowe pH 3-12
�� Inne polimery organiczne, materiały ceramiczne, metale
b)membrany do
�� MF- homogeniczne ( w całej masie zbudowane z tego samego materiału), izotropowe (takie same
ze względu na kierunek)
�� UF  homogeniczne, anizotropowe
�� RO  homogeniczne lub heterogeniczne (thin film compasite), anizotropowe (w różnych
kierunkach mają różną budowę)
Konfiguracja membran do MF i UF
a)rurowa (tubular)
�� �= 12,5 lub 25 mm, L = 150-610 cm
�� Koncentraty o dużej � i zaw. zawiesin
�� A
atwe oczyszczanie membran
�� Przewidywanie wydajności w oparciu o prawa dynamiki płynów
�� Mała gęstość upakowania (woda)
�� Duży przepływ strumienia zasilającego (praca pomp)
�� Wysoki koszt modułów (woda)
b)kapilarna (hollow fiber)
�� � 0,5-1 mm, setki kapilarów w module
�� Znaczna gęstość upakowania
�� Max wytrzymałość rurek 170-270 kPa
c)ramowa (plate and frame)
40
�� Płaskie membrany usytuowane między płytami wspierającymi
�� Wysokość szczelin 0,2-2mm
�� Kilkadziesiąt elementów w module
�� A
atwość demontażu i czyszczenia/ wymiary membran
�� Duża liczba łączników i uszczelek
�� Niezbyt duża gęstość upakowania
d)spiralna (spiral wound)
�� 2 rozdzielone płaty materiału membranowego, sklejone z trzech stron i nawinięte spiralnie wokół
kolektora przesączu
�� Wysokość przestrzeni przepływu strumienia zasilającego: 0,75-1,55mm
�� Wysoki stopień upakowania (500 m2/m3)
�� Możliwość stosowania wysokich ciśnień operacyjnych
�� A
atwość reperacji membrany
�� Umiarkowana cena
�� Wada: przy cząstkach > 100�m wymagana prefiltracja
Konfiguracja do odwróconej osmozy
�� Szczególne wymagania wytrzymałościowe
�� Konfiguracja rurowa i ramowa- rzadko stosowane
�� Konfiguracja spiralna - �� Konfiguracja kapilarna (hollow fine finers -> HFF) ł wew: 42�m, ł zew: 85�m
�� Ekstremalnie wysoka gęstość upakowania (kilkuset > niż w konfiguracji spiralnej)
�� Jedyne zastosowanie -> odsalanie wody morskiej (prefiltracja)
�� Uszkodzone moduły nienaprawialne
Przemysłowa instalacja do MF, UF, OO
-zbiornik retencyjny -moduł membranowy (serce)
-instalacja kapilarna -pompa
-pompa -zbiornik retencyjny
-wskaz
niki -wymiennik ciepła
-połączenia rurowe -urządzenie pomiarowe (term., manometr, przepływomierz)
-inne urządzenia -sterowniki automatyczne, ręczne
- połączenia rurowe
-filtry wstępne
-układy czyszczenia i regeneracji CIP
41
Elektrodializa ED
-umożliwia usuwanie lub wymianę jonów w roztworach
I nie jest to proces ciśnieniowy
-Membrany przepuszczające:
�� Kationy
�� Aniony
�� Kationy i aniony
-siła napędowa -> gradient napięcia !!!
Roztwory
-zubażany w jony (odsalany)
-wzbogacany w jony (solanka)
-elektrolit katodowy,
- elektrolit anodowy
Wydajność ED �! w miarę odsalania ę!R
Zastosowanie procesów membranowych
-odwadnianie (UF, RO), wielu produktów spożywczych (80-95%)
�� Tradycyjne odwadnianie:
a) doprowadzenie ciepła, spada wartość biologiczna białek, spada strawność, usuwanie aromatu
b) Przemiana fazowa- wysokie zużycie energii, mechaniczne uszkodzenia struktury,
załamywanie się emulsji, precypitacja składników
-UF i RO -> usuwanie H2O w temp otoczenia lub wybranej z zakresu dopuszczalnego dla membrany
�� Brak przemiany fazowej wody-> niskie zużycie energii, możliwość montażu z daleka od z
ródeł
wody i pary
�� UF -> wraz z H2O usuwa się sole, kwasy itp. -> lepkość koncentratu = const, pH= const (ochrona
białek)
Rozfrakcjonowanie roztworów zawierających substancje drobnocząsteczkowe (UF) (sole, mono i
oligosacharydy) i wysokocząsteczkowe (białka i polisacharydy)
FILTRACJA -> oddzielenie zawiesin, koloidów, emulsji (MF)
42
ED - odsalanie wody morskiej
-otrzymywanie soli jodowanej
-demineralizacja serwatki
-usuwanie winianów i soli innych kwasów z moszczów oraz win i odkwaszanie soków
Przykłady zastosowań technologii membranowych w przemyśle spożywczym
a)serowarstwo
�� Wstępne zagęszczanie mleka (UF)
�� 28% wzrost wydajności
�� Skrzep zatrzymuje > ilość białek serwatkowych, witamin i substancji mineralnych
�� < czas koagulacji -> wzrost przepustowości
�� < zużycie enzymów
b)utylizacja serwatki
�� UF -> rozdział białek serwatkowych od laktozy i soli
�� RO -> zagęszczanie frakcji laktozowo-solnej po usunięciu białek serwatkowych
�� ED -> usuwanie soli -> laktoza
c)klarowanie soków owocowych (MF, UF)
�� 96-98% wydajności
�� Doskonała klarowność
�� Nie jest konieczne wstępne wirowanie i klarowanie
�� Depektynizacja wymaga ź ilości enzymów
�� UF usuwa też drobnoustroje -> eliminacja pasteryzacji ( wzrost T) -> bezpośrednie pakowanie
aseptyczne
�� 10 modułów x 2,23 m2 -> klarowanie 40 000 l soku jabłkowego/dobę
RO -> do 60oBrix
d)winiarstwo
�� UF
�� Znaczne zmniejszenie pracochłonności
�� Oddzielenie niepożądanych mikroorganizmów, niektórych białek, części związków
polifenolowych, oksydazy polifenolowej
�� Możliwość odseparowania części antocyjanów -> wina jaśniejsza
e)usuwanie etanolu z piw i win(RO)
�� Membrany przepuszczają etnol i wodę, zatrzymują skł smaku, aromatu i barwy
�� Uzupełnienie usuniętego etanolu i wody wodą
�� Proces w podciśnieniu, CO2 t=7-8oC
43
�� Wydajność pojedynczego modułu 19 m2
�� 4hl przesączu/ h, instalacja składa się z 6-18 modułów
f)izolowanie naturalnych barwników, środków smakowo-zapachowych (UF)
g)biotechnologia
�� Izolowanie i oczyszczanie enzymów
�� Oddzielanie i zatężanie produktów fermentacji i reakcji enzymatycznych
�� Prowadzenie ciągłych procesów z udziałem enzymów lub drobnoustrojów (hydrolizaty białkowe,
syropy cukrowe)
h)optymalizacja wody pitnej (RO,ED)
�� 1m3 wody z wody morskiej -> 0,14-0,40 USD
�� Wytwórnie napojów
�� Usuwanie Na+ (low sodium, sodium free)
i)odkwaszanie soków owocowych (ED)
�� Neutralizacja, dodatek cukru -> su gar addend
�� Membrany przepuszczające aniony, naprzemiennie płynne sok i ko..??
j)gospodarka ściekami (RO)
�� W zakładach mięsnych -> ciepła woda i białka i tłuszcze, 90% wody oddziela się i wykorzystuje
ponownie, a u 10% (wzrost białka plus tłuszczu) -> na cele paszowe
WYKA
AD 9
ZASTOSOWANIE ZMIENNEJ ATMOSFERY DO PRZEDA
UŻANIA TRWAA
OŚCI PRODUKTÓW
SPOŻYWCZYCH (MAP I CA)
 wydłużenie okresu przydatności do spożycia przez ograniczenie O2 w opakowaniach
 korzystne obniżenie zawartości tlenu w otoczeniu produktu pakowanie w zmienionej
(kształtowanej) atmosferze
 pakowanie w modyfikowanej atmosferze MAP  (modified atmosphere packing) i
 składowanie w kontrolowanej atmosferze  CA, CAP (controlled atmosphere packing)
 w systemie MAP powietrze w opakowaniach zastępuje się mieszanką gazów, której skład jest
określony w trakcie pakowania i nie przeprowadza się już żadnej wymiany atmosfery podczas
przechowywania
 w systemie CAP stała kontrola składu atmosferycznego i konieczność wyrównania zmian
spowodowanych przez oddychanie produktu oraz zawartych w nich mikroorganizmów i
przepuszczalność opakowań (np. stosowanie w atm. Otaczającej produkt absorbentów etylenu)
 przy wyborze techniki opakowania w zmienionej atm. Uwzględnia się:
44
1. rodzaj i stopień przetworzenia produktu
2. warunki przechowywania (temp. I czynniki ograniczające czas składowania
3. & .....................
MAP popularne przy składowaniu chłodzonych dań gotowych
Duże metody modyfikacji atm. Gazowej:
 pakowanie próżniowe
 pakowanie z gazem
Pakowanie próżniowe:
 zapakowane w folie o niskiej przepuszczalności dla tlenu
 usunięcie powietrza
 hermetyczne zamknięcie
MAP pakowanie gazowe w przeciwieństwie do MAP próżniowego może być stosowane również do
produktów delikatnych i kruchych w technice tej usunięte powietrze zastępuje się odpowiednią
mieszaniną gazową i szczelnie się zamyka opakowanie.
Zalety MAP:
 możliwość przedłużenia trwałości produktu o 50 do 400%
 zapewnienie wysokiej jakości
 zmniejszenie strat ekonomicznych (koszt ewentualnego zamrażalniczego przechowywania i
dystrybucji
Niedogodności MAP:
 wymóg różnego składu mieszaniny gazowej do każdego rodzaju produktu
 specjalne wyposażenie do pakowania
 wykształcenie personelu
 dodatkowo MAP w warunkach nieodpowiedniej temperatury może stanowić zagrożenie dla
zdrowia przez możliwy rozwój mikroorganizmów chorobotwórczych
Do modyfikacji atm. Używa się przeważnie:
 azotu, tlenu i CO 2
 możliwe też zastosowanie podtlenku azotu i CO , dwutlenku siarki lub innych gazów
 & ...............................
45
TLEN
 w mieszaninach gazowych zasadniczo unika się obecności tlenu
 stosuje się go w ograniczonych ilościach
 do pakowania mięsa dla utrwalania jasnoczerwonej barwy i zapobiegania rozwojowi
beztlenowców
 dla zabezpieczenia owoców i warzyw
CO2
 najważniejszy składnik mieszaniny gazów
 wykorzystanie właściwości bakteriostatyczne i fungistyczne
 dobrze rozpuszcza się w wodzie, wysoka rozpuszczalność CO2 może powodować & .............
 tworzy kwas węglowy
Mechanizm działania CO2
 modyfikuje funkcje błon komórkowych drobnoustrojów
 przez przenikanie do komórek powoduje wewnątrzkomórkowe zmiany pH oraz zmienia
fizykochemiczne właściwości białek
 wywiera bezpośredni wpływ na hamowanie redukcji............
Antybakteryjne oddziaływanie CO2 w żywności uzależnione jest od:
" ilości i rodzaju obecnych w produkcie mikroorganizmów
" wieku i fazy wzrostu drobnoustrojów
" cząsteczkowego ciśnienia i stężenia CO2
" objętości przestrzeni gazowej
" temperatury
" kwasowości
" aktywności wody
" przepuszczalności opakowania foliowego
dla właściwego efektu antybakteryjnego temperatura przechowywania produktu w modyfikowanej
atmosferze powinna być możliwie najniższa (rozpuszczanie CO2 drastycznie się zmniejsza wraz ze
wzrostem temp.)
46
CO2
 najbardziej efektowny w hamowaniu mikroflory tlenowej ( tj bakterii z rodzaju Pseudomonas,
Moraxella, Acinetobactor, Alteromonias)
 niektóre drobnoustroje mogą tolerować jego wysokie stężenie (np. bakterie fermentacji mlekowej
zdolne są do wzrostu nawet przy stężeniu 100% CO2)
Skład mieszaniny gazowej do pakowania żywności:
 ustalenie wymaga szczegółowych i systematycznych badań wielu zmiennych wpływających na
trwałość produktu
 podstawowe znaczenie w optymalizacji ma jakość mikrobiologiczna, ale ważne również zmiany
chemiczne
 np. tlen jest niezbędny dla zapewnienia jasnoczerwonego zabarwienia mięsa, jednak pobudza
wzrost mikroorganizmów
Pakowanie w zmienionej atmosferze w większości przypadków jest aktywne tylko w połączeniu z
chłodniczym przechowywaniem
 świeże produkty mięsne (0-2C)
 mięso wędzone oraz sery (1-3C)
 jabłka (4-6C)
 pomidory (5-10C)
 pieczywo, pizza, produkty suche mogą być przechowywane w temperaturze pakowania
w przypadku produktów piekarniczych zastosowanie mieszaniny CO2 i azotu w stos. & .......
Formy dostawy gazów:
 czyste gazy i ich mieszaniny
 gotowe mieszanki gazowe
Zaopatrywanie w gazy:
 dostawa gazów w butlach, mini-tankach, i cysternach (skł. W tankach zwykłych i kriogenicznych)
 wytworzenie gazów w zakładzie membrany azotowe, urządzenie absorpcyjne (selektywna
absorpcja i desorpcja), układy kriogeniczne
Wymagania dotyczące opakowań:
 okres trwałości produktów spożywczych w MAP = f(opakowania) folie o dobrych właściwościach
barierowych
47
Prawidłowo dobrany materiał do pakowania mięsa w warunkach próżniowych:
 niski współczynnik przepuszczalności tlenu(np. W 23C = 1cm3/m2/24h)
 a CO2 dopuszczalny 3-4 razy większy a azotu 2-4 razy mniejszy niż dla 0,2.
Gazy z różną szybkością przenikają przez warstwę folii, szczególnie trudno jest utrzymać w opakowaniu
odpowiednie stężenie CO2
przenikanie gazów przez opakowanie związane jest z ich dyfuzją lub rozpuszczeniem się w warstwie
materiału i ulatnianiem się z po.............
Inne czynniki ważne dla przenikania gazów przez opakowanie aw produktów i opakowania
Gazo-szczelność:
 maleje wraz ze wzrostem................................
na zjawisko dyfuzji gazów przez folie oprócz składu i struktury foli mają również wpływ ewentualne ich
reakcje z produktem  mogą one być nawet przyczyną zmian właściwości mechanicznych opakowań.
WYKA
AD 10 09.01.2012
MAP
Mieszanki gazowe zalecane do MAP:
-surowe mięsa czerwone: O2  70-80% i CO2; taka duża ilość tlenu jest po to aby nadać produktowi
odpowiednią barwę, a CO2 ma charakter utrwalający.
-surowe podroby: również duże ilości tlenu i CO2
- drob, wędliny, surowe ryby chude, skorupiaki i małże  mniejszy udział tlenu
- w pozostałych produktach gł. azot i CO2, np. mięsa gotowane i przetworzone, ryby, owoce morza
gotowane.
Pakowanie w zmienionej atmosferze w większości przypadków jest efektywne tylko w połączeniu z
chłodniczym pakowaniem:
-świeże produkty mięsne (0-2oC)
- mięsa wędzone oraz sery (1-3oC)
-jabłka (4-6oC), pomidory (5-10oC)
48
-pieczywo, pizza czy produkty suche w temperaturze pokojowej  pieczywo w warunkach chłodniczych
szybko ulega retrogradacji i czerstwieje
- w przypadku produktów piekarnianych mieszanina CO2 : N2 = 60 : 40 zabezpiecza przed pleśniami i
zwiększa trwałość do 1-3 miesięcy.
MAP-stosuje się do zabezpieczania past, sera, orzeszków ziemnych, sałatek i wielu dań gotowych.
Formy dostawy gazów:
-czyste gazy i ich mieszaniny
-gotowe mieszanki gazowe
Zaopatrywanie w gazy:
- dostarczanie gazów w butlach, mini tankach i cysternach (składowanie w tankach zwykłych lub
kriogenicznych w stanie skroplonym)
-wytwarzanie gazów w zakładzie-membrany azotowe, urządzenie adsorpcyjne, układy kriogeniczne.
Wymagania dotyczące opakowań:
-okres trwałości produktu spożywczego w MAP = f (opakowania)
Folie o dobrych właściwościach barierowych + szczelność opakowania =>zabezpieczone odpowiednie
stężenie gazów
Początkowo podstawowym kryterium doboru była nieprzepuszczalność dla tlenu,a le obecnie również dla
pary wodnej, zapachów i CO2.
Odpowiednio dobrany materiał do pakowania mięsa w warunkach próżniowych-> niski współczynnik
przepuszczalności dla tlenu, np. w 23oC=1cm3/m2/24h, a dla CO2 dopuszczalny 3-4 razy większy niż dla
O2, a dla azotu 2-4 razy mniejszy niż dla tlenu.
Gazy różnią się szybkością przenikania przez folie, szczególnie trudno utrzymać w opakowaniu stężenie
CO2.
Przenikanie gazów związane jest z:
-dyfuzją lub rozpuszczaniem się w warstwie materiału, z utlenianiem się z powierzchni foli.
= f (temperatury, wilgotności i rodzaju foli).
Inne ważne czynniki dla przenikalności gazów przez opakowania -> aktywność wody produktu i
opakowania (gazoszczelność spada wraz ze wzrostem aktywności wody)
Gazoszczelność jest odwrotnie proporcjonalna do różnicy ciśnień wewnątrz i na zewnątrz opakowania.
Większą gęstość mają te gazy, które mają największą masę cząsteczkową, a wiec CO2 ma największą.
Stopień dyfuzji- proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z gęstości gazu.
CO2 szybciej przenika przez folię niż azot, dodatkowo może rozpuszczać się w produkcie.
Tak więc na zjawisko dyfuzji gazów przez folie oprócz składu i struktury folii ma wpływ ewentualne ich
reakcje z produktem.
Mogą one być nawet przyczyną zmian właściwości mechanicznych opakowań.
49
Surowce na folie: poliester (nylon), polipropylen PP, PVDC, EVOH, PE.
W pojedynczych polimerach brak jest wszystkich wymaganych cech tj. wytrzymałość,
nieprzepuszczalność, zgrzewalność => laminowanie.
Dla produktów nieoddychających: nylon-PE, nylon-PVDC, PE i nylon-EVOH-PE
Nylon odpowiada za wytrzymałość, PVDC lub EVOH za nieprzepuszczalność gazu i wilgoci, PE za
dobrą zgrzewalność
Dla produktów oddychających (owoce i warzywa) trudniejszy dobór folii
Dodatkowe zabiegi:
-kontrolowanie szczelności zamknięcia- zastosowanie wskaz
nika redox gdy opakowanie szczelne to
barwa wskaz
nika różowa (stan zredukowany), gdy nieszczelne to niebieska (stan utleniony).
-absorbenty tlenu-konieczne przy całkowitym wyeliminowaniu O2; cel  całkowite powstrzymanie
rozwoju mikroflory tlenowej.
Absorbent O2=>sproszkowane żelazo (zamknięte w woreczku o wysokiej przepuszczalności dla pary
wodnej i tlenu) pochłania tlen z utworzeniem nietoksycznego tlenku żelaza
Absorbenty tlenu:
-ochrona pieczywa przed pleśnieniem
-hamowanie oksydacyjnego jełczenia żywności (zachowanie zapachu, barwy, składników odżywczych)
Zalety: nietoksyczna, tania, bezpiecznie eliminuje konserwanty
Problem-> obecność saszetek z absorbentem wewnątrz opakowania
Zastosowanie generatora pal alkoholu:
-torebki z silikonem, na którym zaadsorbowany jest etanol i maskujące go substancje zapachowe; różna
wielkość w zależności od masy produktu, aktywności wody i pożądanej trwałości. Uwalniane pary
alkoholu konserwują pakowane produkty, np. pieczywo i jabłka, powstrzymują rozwuj niektórych
gatunków bakterii i pleśni.
Tlenek węgla CO:
-trwały, palny, bezbarwny, bezwonny, toksyczny,
-CO w MAP-> przedłużanie trwałości i zachowanie jasnoczerwonej barwy mięsa.
-ogranicza rozwój bakterii patogennych i powodujących psucie się mięsa
- stosowanie CO w MAP dozwolone jest w niektórych krajach, w UE- niedozwolone.
karboksymioglobina
CO2
O2
Deoksymioglobina oksymioglobina
oksydacja
oksydacja
Metmioglobina (szara, zielona, brunatna)
50
Technologia SOUS-VIDE
1. Przygotowanie wysokiej jakości świeżych surowców
2. Wstępne gotowanie
3. Pakowanie próżniowe w termo stabilne i nieprzepuszczalne dla powietrza woreczki
4. Zamykanie opakowań i pasteryzacja
5. Szybkie schłodzenie do temp 2-3oC
6. Schładzanie i dystrybucja w chłodniczych warunkach
Zalety: przedłużenie przydatności do spożycia, uwydatnienie naturalnego smaku żywności, dobra
kruchość mięsa, nie jest wymagane smażenie produktu, co zmniejsza kaloryczność.
Uwaga MAP: produkty niskoprzetworzone:
-potencjalne ryzyko dla zdrowia
-trzeba przestrzegać parametrów: temperatury w czasie produkcji, składowania i dystrybucji,
Podsumowanie:
-pakowanie w MAP-nowoczesna technika uwarunkowująca rozwój nowych produktów, a w
szczególności technologii dań gotowych
-żywność taka wymaga utrzymania stałej temperatury chłodniczej w zakresie od 0 do 3oC
-nieprzestrzeganie tego wymagania i przerwanie łańcuchaa chłodniczego zwiększa ryzyko rozwoju
mikroflory patogennej, nawet w obecności CO2; to samo dotyczy również produktów skladowanych w
warunkach prożkowych
-bardzo istotna jest tu odpowiedzialność producenta,
Aby można było w pełni wykorzystać potencjalne możliwości tej nowoczesnej technologii niezbędne są
badania, a szczególnie: wpływu CO2 na organizmy chorobotwórcze i wytwarzane przez nie toksyny oraz
poszukiwania doskonalszych materiałów opakowaniowych.
-główne ryzyko mikrobiologiczne->wzrost C.botulinum
VACUUM COOKING OF FOODS- chłodzenie żywności ciśnieniem
Schładzanie produktów przez szybkie usunięcie z nich wilgoci.
ZALETY:
�� Szybkie chłodzenie (w porównaniu z innymi metodami)- krótki czas procesu
�� Wydłużenie czasu trwałości
�� Poprawa jakość i bezpieczeństwa produktu
51
Początkowo stosowano VCF do schładzania warzyw liściastych bezpośrednio po zbiorze, a aktualnie
wykorzystuje się do szybkiego schładzania produktów piekarskich po wypieku, chłodzenia ryb, konserw,
sosów, mięsa i dań gotowych.
W obniżonym ciśnieniu woda wrze w temperaturze mniejszej niż 100oC,
Każdy produkt zawierający wodę => woda będzie intensywnie parować w niższej temperaturze, produkt
sam będzie obniżał swoją temperaturę (w zamkniętych pojemnikach, w próżni)
Na skutek obniżonego ciśnienia wydziela się ciepło z produktu, dzięki czemu ulega on schłodzeniu.
W próżni woda może jednocześnie wrzeć i zamarzać
Temperaturę końcową produktu można regulować ciśnieniem.
Chłodzenie próżniowe jest metodą typowo chłodniczą, nadaje się do schłodzenia każdego produktu
spożywczego, ale w praktyce stosuje się do produktów porowatych o dużej powierzchni parowania, np.
sałata i grzyby.
Słabo ochładza się tą metodą produkty kuliste, jak pomarańcze, pomidory i jabłka. Po ich obraniu
uzyskać można lepsze efekty, bo produkt będzie bardziej porowaty i schładzanie będzie skuteczniejsze.
Każdy produkt traci część wody podczas schładzania a więc nie zawsze produkt może być akceptowalny
przez konsumenta, ponieważ może być zwiędnięty po chłodzeniu VCF.
Mechanizm działania przez obniżenie ciśnienia nad produktem:
1. Produkt umieszczamy w pojemniku, w którym możemy generować podciśnienie-> zamykamy->
wytwarzamy próżnię przez obniżenie ciśnienia.
P = 1 atm
T = T1
2. Włączona pompa próżniowa. Ciśnienie spada poniżej 1 atm, ale jeszcze nie poniżej temperatury
wrzenia. Temperatura na stałym poziomie
Air
Psat (Tj) T = T1
52
3. Od tego momentu zaczyna się obniżanie temperatury, w wyniku intensywnego parowania.
Osiągamy ciśnienie, w którym następuje intensywne wrzenie, energia pobierana jest z samego
produktu w postaci ciepła-> następuje szybkie obniżenie temperatury.
Air and vapour
P = Psat (Tj)
Q
T = T1
4. Szybkie obniżanie temperatury
Air and vapour
P = Psat (Tj)
Q
T < T1
5. Na końcu otwieramy zawór, wypuszczamy powietrze. Temperatura finalna obniżona.
Vacum
T = Tf
INSTALACJA:
-komora próżniowa
-system pompowy-usuwanie powietrza
-systemy rurowe i pomiarowe odczytu temperatury i ciśnienia
-zawory regulujące ciśnienie
Pompę stosuje się tylko do początkowego usunięcia powietrza i wstępnego osiągnięcia ciśnienia. Potem
stosuje się skraplacz, który skrapla parę wodną i obniża ciśnienie. Takie postępowanie uwarunkowane
jest wysokim kosztem stosowania pomp próżniowych.
Pompa próżniowa połączona z systemem skraplania oparów-> dobry efekt ekonomiczny.
ZASTOSOWANIE:
-schładzanie owoców i warzyw; chłodzenie owiewowe jest b.powolne, szczeólnie przy warzywach
liściastych=>duże przestrzenie=>duża izolacja powietrza
-wstępne schładzanie grzybów, gł pieczarek wysokiej jakości
WADA: częściowa utrata wilgoci, do 3,6% przy suszeniu grzybów z 21oC do 1oC. Przy chłodzeniu
konwencjonalnym straty wynoszą 1%.
53
WYKA
AD 11
Vacuum cooling cd.
- szybka metoda
- do sałaty, brokuł, bakłażanów, ogórków, marchwi
- szybkość chłodzenia nieliściowych warzyw i owoców jest wolniejsza niż liściowych (wiąże się to z
powierzchnią)
- wykorzystanie w przemyśle piekarskim: pakowanie pieczywa w woreczki foliowe są chłodzone VC
przed pakowaniem konwencjonalnym. Ten proces trwa 1-3h, a metodą próżniową skracamy czas od 30-5
min, także przepustowość piekarni jest większa. Dodatkowo VC nadaje lepszą strukturę pieczonych i
zachowuje kształt.
- schładzanie próżniowe sprzyja uwalnianiu się lotnych substancji, ale badania sensoryczne nie wykazują
znacznych zmian w smakowitości.
- obniżenie temperatury o 10�C ą� utrata 1% masy produktu (dotyczy VC)
VC obniżenie 298�C do 3�C ą� strata 6,8% masy przy owiewowym, 3-5% straty masy
-VC do zup, sosów i produktów zawierających cząstki, gęste produkty często zawieraja tłuszcz ą�
tradycyjne metody suszenia tych produktów są uciążliwe, bo jest utrudniona wymiana ciepła,a VC
prowadzimy przez parowanie, więc jest szybciej
- VC przy mrożonych i chłodzonych daniach gotowych
- sos pomidorowy chłodzony od 93�C do 7�C w 14 min (3500 khy)
- sos mięsny (1100 kg) 285�C do 10�C  30 min suszenia przez VC, a 6h suszenie owiewowe
- do chłodzenia dużych porcji mięsa VC 670-740 4h, a owiewowe ok. 10h
- uznano, że jakość mikrobiologiczna przy VC jest lepsza niż owiewową metodą
- Rola przy daniach gotowych: zminmalizowanie destrukcji witamin i ograniczenie zmian składników
nieodpornych na temperatury. Ta metoda zwiększa przepuszczalność przez:
- zmniejszenie opóz
nienia między transferem produków między poszczególnymu urządzeniami,
bo może być wszystko wykorzystane w jednym urządzeniu
- ogranicza czas chłodzenia
WYKORZYSTANIE ULTRADy
WI
KÓW
ULTRASOUND APPLICATION
Ultradz
więki  zastosowanie:
�� Do inaktywacji mikroorganizmów i zmiany aktywności enzymatycznej przy utrwalaniu żywności
i zmniejszeniu zakażenia.
Same ultradz
więki lub z podwyższonym ciśnieniem i wysoką temeraturą
54
�� W celu technologicznym  aby wytworzyć lub zgasić pianęm spowodować aglomerację, poprawić
proces filtracji i suszenie lub poprawe warunków ekstrakcji.
Dz
więk jako narzędzie diagnostyczne lub jako z
ródło energiim dz
więki o różnej częstotliwości (Hz) w
zależności od zastosowania:
- do zabiegów technologicznych 20kHz-100kHz (rozbijanie czegoś)
lub w zakresie od 20kHz do 1 MHz
- zakres diagnostyczny np. do badania struktury materii, np. 5MHz-10MHz wewnątrz opakowania
- zakres słyszalny 16Hz-18kHz
W technologii żywności ultradz
więki wykorzystuje się jako badania nieinwazyjne, nieniszczące:
W zakresie diagnostycznym gęstośc mocy jest niewielka (<1W/cm2), mimo, że częstotliwośc duża
dlatego są nieinwazyjne
- do lokalizacji ciał w żywności
- do analizowania rozkladu cząstek i ich stopnia dyspersji
- do analizowania stopnia zakresu krystalizacji
Zainteresowanie wykorzystaniem większej mocy > 5W/cm2 i niższej częstotliwości do 40kHz
(POWER ULTRASOUND):
- przy mrożeniu, mieszaniu i homogenizacji, skruszaniu mięsa (tenderyzacji), krystalizacji cukru, tłuszczu
- zmiany aktywności enzymatycznej, wspomagający element przy sterylizacji urządzeń
Fundamenty ultradz
więków:
Mają naturę ultrafalową ą� efekt mechaniczny ą� KAWITACJA
Przy odpowiednio wysokiej mocy ą� tworzenie się wodnych przestrzeni, baniek, równomiernie
rozlożonych w cieczy. W efekcie ich ściskania, rozprężania, dochodzi do modyfikacji ich wielkości.
W systemach, które zawierają wodę przy 20 kHz, każda bańka kawitacyjna może generować się
temperatura miejscowa ok. 4000 K i ciśnienie 1000 atm  to jest wzrost lokalny, nie daje efektu
całościowego podniesienia temperatury produktu.
Ultradz
więki mają istotny wpływ na stwarzanie wyjątkowych warunków w molekułach
55
W materii płynnej o dużej homogeniczności trudno wywołać efekt kawicji, ale w żywności, dużo jest
fragmentów o nieciągłej strukturze, co sprzyja powstawaniu baniek kawitacyjnych. W tych bańkach są
opary cieczy (a nie próżnia) w której się to wszystko odbywa oraz opary lotnych składników ą�
miejscowy ę! temperatury i ę! ciśnienia
- ę! fragmentacji molekularnej (rozrywanie w wodzie wiązań międzu wodorem a tlenem)  tworzenie się
niewielkiej ilości nadtlenków
*mówił coś o zapadaniu baniek
Zastosowanie ultradz
więków na dużą skalę:
1) system okresowy (do czyszczenia wyposażeń w zakładach np. strzemiączka do podwieszania
kurczaków)
2) system przepływowy (umożliwia osiągnięcie zemulgowania produktu przez kawitację; przepływ
przez odpowiednią dyszę pod ciśnieniem)
Inaktywacja mikroorganizmów:
- prawdopodobnie związane z działaniem kawitacji na funkcje życiowe bakterii
- ale udowodniono, że aby zniszczyć drobnoustroje nie jest potrzebna kawitacja
- większe komrki są mniej odporne na ultradz
więki, małe komórki  barddziej wytrzymałe
- formy okrągłe bardziej wytrzymałe niż te wydłużone
- G(+) bardziej wytrzymałe niż G (-)
- aerobowe bardziej oporne niż anaerobowe
- komórki młodsze mniej odporne niż starsze
- spory bardziej odporne niż wegetatywne
- lepszy efekt jest przy niższych temperaturach
Zmniejszenie efektywności ultradz
więków w podwyższonej temperaturze!!!!
ę! temperatura -- ę! ciśnienie cząstkowe pary wodnej -- �! intensywności kolapsocji związanej z kawitacją
ę! ciśnienie medium ą� mano-termo-sonifikacja (MTS) , są po to aby zmniejszyć efekt wysokich
temperatur czyli działanie ultradz
więków w wysokiej temperaturze, ę! ciśnienie  efekt porządany.
Same ultradz
więki: czynniki, które wpływają na odporność mikroorganizmów&
Uszkodzenia spowodowane MTS są nieodwracalne, a przy ę! temperaturach mogą być odwracalne
56
Zniszczenie drobnoustrojów jest możliwe w produktach stałych np. ultradz
więki zmniejszają Salmonelle
w kurczakach, ale zanieczyszczenie można zmniejszyć jeszcze bardzie np. dodając chlor (0,5 ppm)
Bardzo duża różnorodność pod względem odporności na ultradz
więki  MTS bardzo skuteczne na
oksydazę fenolową& .
Jak ultradz
więki wpływają na enzymy (enzymy zachowują się b. różnie względem enzymów)
MTS- mono-thermo-sonification
Ultradz
więki+ podwyższona temp i ciśnienie- technika bardziej efektowna niż samo działanie temp
Inaktywacja:
-lipooksygenaza
-peroksydaza
-pealifenolowa oksydaza
Proteazy i lipazy z bakterii Pseudomonas były w mleku 10x szybciej inaktywowane.
Metyloesteraza jest termo stabilna. MTS ją bardziej inaktywuje niż sama temp.
Enzymy o małych cząsteczkach są bardziej odporne niż te o dużych.
Ultradz
więki jako element potrzebny w przetwórstwie:
Miksowanie i homogenizacja
Ultradz
więki mogą być doprowadzone do produktu:
-w systemie wannowym (Bath)
-w systemie punktowego działania ultradz
więków
-liquid whistle (gwizdek ultradz
)
Działanie gwizdka jest wykorzystywane do homogenizacji żywości (ciecz przepływa przez element 
ultradz
więki ; prędkość przepływu i wielkość szczeliny decyduje o stopniu homogenizacji.
- wytwarza się typowa emulsja bazy np. oleje jadalne, mleko w proszku, mąka
- mieszanie + homogenizacja
-wytwarza się też ketchup, prod na bazie owoców i warzyw ( ma bardzo dobrą lepkość, gładkość i
dyspersje)
Produkcja emulsji owocowo-warzywnych
-mechaniczna agitacja (1000rpm, P=170W) ta sama temperatura
-ultradz
więki moc (20kHz, 130W)
Zaleta:
- mniejsze kropelki- to lepiej
-lepsza emulsja
57
-b. stabilna
-niższa floakulacja
-niższa sedymentacja
-może dodać mniejszą ilość subst powierzchniowo czynnych
Formowanie i gaszenie piany
Piana układ dyspersyjny, gaz oddzielony od siebie cienkim filmem ciekłym w przestrzeni
Wytwarzanie piany:
-napowietrzanie cieczy
- mieszanie/agitacja cieczy
- odparowanie fazy ciekłej
-wykorzystanie czynników mikrobiologicznych lub chemicznych w celu wydzielania gazów
Stabilność piany- b. ważny czynnik
Zależy od:
- pH
-ładunek elektryczny na powierzchni
-lepkość
-napięcie powierzchniowe
-temperatura
Piana jest też czynnikiem niekorzystnym w przemyśle. Utrudnia kontrolowanie i prowadzenie procesów.
Pianę gasi się:
- natrysk wody
-chemiczne środki (antypieniacze)
-mechaniczne ograniczniki niszczące pianę
- energia ultradz
więkowa
Odpylanie powietrza (precypitacja)
-usuwa się cząsteczki stałe i płynne (zanieczyszczenia powietrza)
-ograniczenie emisji pyłów poprzez ich aglomerację a następnie oddzielenie w cyklonach, filtrach
Filtracja
- podczas pracy filtra ulega od zapchaniu
- zastosowanie ultradz
więków:
-dłuższy efekt działania filtra
-aglomeracja drobnych cząstek i niezapychanie filtra
-pozwala utrzymać cząstki postaci zawiesiny (akustyczne fil cząst są w ciągłym ruchu)
58
Suszenie
-Nieodporne na suszenie produkty mogą być suszone przez US (przy niższych temp niż konwencjonalne
metody).
-Trudne do realizacji bo brak dużych generatorów
-np. suszenie drożdży, żelatyny, cukru granulowanego- gwizdek US- (10-33kHz, 145dB)
-suszenie marchwi- US+ stałe ciś +22stC
Osmotyczne odwadnianie
- często stosowane do częściowego usuwania wody z żywności przez zanurzenie w roztworach
hipertonicznych (wysokie ciśnienie)
- wada- powolny, dyfuzyjny proces w materii komórkowej
-przyspieszenie osmozy- 1) mieszanie fazy ciekłej, 2) działanie US
-ultradz
więki + obniżona temp- lepsza jakoś produktu
Ekstrakcja
-US wspomagają penetrację ekstrahenta (rozpuszczalnik) do produktu
-US wspomaga transfer masy od powierzchni i wgłąb produktu- zwiększa dyfuzję
-ekstrakcja w płynach nadkrytycznych (CO2)+ US = wspomaganie
-wydajność oleju z migdałów wzrasta o 20%
-szybsza z US
US a Właściwości Żywności
Ultradz
więkowe naświetlanie koncentruje duże energie w b. małych przestrzeniach- raczej brak wad,
destrukcji produktów:
1) produkty mleczarskie
-homogenizacja kuleczek tłuszczu
-poszczególne frakcje kazeinowe nie są modyfikowane
-cała kazeina (micele)- US działa
-alfa-laktoglobulina i beta-laktoglobulina są częściowo denaturowane w temp, a US wspomaga
-brak wpływu MTS na B1 i B2
-Zmiana brunatnienia mleka przez US
-zmiana częściowo smaku i zpachu mleka w kierunku mleka gotowanego
- wykorzystuje się w przygotowaniu mleka na jogurt
-lepsze wł. Strukturotwórcze
-brak defektów smaku
2)soki
- większa lepkość soków pomidorowych (lepsza gładkość)- MTS- a niewielkie różnice smaku i barwie
59
-nie wywiera wpływu na witaminę C
-zmniejszenie o 10% karotenoidów w soku marchwiowym
3) produkty jajczarskie
-ciekłe jajka- brak zmian we wł. Funkcjonalnych i technologicznych
Wnioski
- efektywność US potwierdzona w skali laboratoryjnej i przemysłowej
-20-40kHz najczęściej
-zmienne parametry:
-moc US w różnych częstotliwościach
-działanie temp
-działanie czasu
-łączy się z ciepłem, ciśnieniem, światłem ultrafioletowym dając lepszy efekt- MTS
60