1. Temperatura jako parametr technologiczny wpływający na jakość i bezpieczeństwo żywności.

Wpływ ogrzewania na jakość żywności

W technologii żywności, chociaż stosuje się źródła ciepła o znacznej rozpiętości temperatur od ok. (zamrażanie w ciekłym azocie) do ok. (temperatura gazów spalinowych), to jednak surowce i produkty spożywcze osiągają temperatury stosunkowo niewysokie, z reguły nie przekraczające i +100-. W niektórych przypadkach temperatura może dochodzić do , ale na bardzo krótki czas, np. 1 s w procesie ciągłej sterylizacji mleka systemem uperyzacji lub nawet do przy prażeniu zbóż, buraków cukrowych i cykorii w produkcji kawy. Wyjątkowo wysokie temperatury można stosować przy obieraniu (czyszczeniu) niektórych surowców, np, .ziemniaków i warzyw, gdy chodzi o nadwęglenie łupin za pomocą gazów spalinowych i usunięcie ich przez spłukanie wodą. W technologii żywności unika się zbyt wysokiego ogrzewania żywności, ponieważ może ono wywołać wiele niekorzystnych zmian w składnikach termolabilnych. obniżając ich wartość biologiczną. Przez wysokość ogrzewania należy rozumieć nie tylko wysokość temperatury do jakiej został ogrzany surowiec lub produkt, ale i czas ogrzewania, a więc sumaryczny wkład ciepła.

Temperatura a bezpieczeństwo żywności

Temperatura jest istotnym czynnikiem, pomagającym wpływać na liczbę i szybkość rozwoju drobnoustrojów w produkcie, a co za tym idzie na jej bezpieczeństwo. Zarówno podniesienie temperatury (np. pasteryzacja, sterylizacja, tyndalizacja) jak i obniżenie jej (chłodzenie i zamrażanie) prowadzi do ograniczenia rozwoju lub śmierci drobnoustrojów. Za pomocą temperatury możemy niejako sterować liczbą drobnoustrojów w produktach żywnościowych, możemy ją ograniczać bądź jak w przypadku fermentacji mlekowej powodować rozwój danego rodzaju mikroflory.

Podczas przeprowadzania ogrzewania należy zwrócić uwagę, czy nie istnieje zagrożenie wytwarzania szkodliwych związków jak WWA i inne związki kancerogenne- np. podczas wędzenia, w podwyższonej temperaturze w obecności pochodnych kwasu azotowego (III) tworzą się szkodliwe nitrozozwiązki (np. nitrozoaminy).

Wpływ temperatury na żywność

Wpływ temperatury i czasu jej utrzymywania można rozpatrywać w odniesieniu do określonych wyrobów żywnościowych lub związków chemicznych. W pierwszym przypadku można mieć na uwadze surowce i wyroby żywnościowe potraktowane obróbką cieplną w warunkach tzw. dobrej praktyki przemysłowej. To jest w warunkach ustalonych doświadczeniem wielu pokoleń technologów i rzemieślników, zwłaszcza w aspekcie zmian jakości żywności. W drugim przypadku należy mieć na uwadze charakter i kierunek zmian chemicznych i fizycznych, jakie następują w określonych warunkach w odniesieniu do indywidualnych związków chemicznych lub ich mieszanin. Umiarkowane ogrzewanie surowców żywnościowych w temperaturze < we wspomnianych warunkach dobrej praktyki przemysłowej lub kulinarnej nie zmniejsza na ogół wartości odżywczej lecz znacznie polepsza jej strawność i trwałość. Termiczna denaturacja białek nie obniża ich wartości biologicznych (wartości odżywczej) lecz ułatwia ich trawienie. Tłuszcze w tych warunkach są termostabilne. Cukry proste w naturalnych roztworach o odczynie kwasowym nie ulegają zmianie, jedynie sacharoza może ulec częściowej hydrolizie, zaś skrobia ulega skleikowaniu, dzięki temu wzrasta jej strawność. Względnie największe straty występują w przypadku witaminy C i B. Ogrzewanie w temperaturach powyżej , np. w wyniku smażenia i pieczenia, podnosi wartość kulinarno-smakową lecz obniża wartość biologiczną białek na skutek zmian w aminokwasach i cukrach, które ulegają reakcji Maillarda. Ponadto część cukrów ulega odwodnieniu, diametryzacji i karmelizacji. Skrobia zaś ulega dekstrynizacji. Tłuszcze po przekroczeniu temperatury około \50°C ulegają częściowej hydrolizie z utworzeniem akroleiny. Witaminy C i część z grupy B ulegają w znacznym stopniu rozkładowi.

Widomym znakiem zachodzących zmian chemicznych jest zmiana barwy, najczęściej zbrunatnienie zwłaszcza powierzchniowych części żywności. Powstałe substancje barwne pochodzą z rozkładu cukrów lub powstają przy ich udziale. Wyróżnia się następujące grupy związków barwnych: melaniny, melanoidyny, substancje karmelowe, w przypadku roztworów zasadowych występują także barwne produkty rozkładu cukrów prostych. Melaninami nazywa się mieszaninę wielkocząsteczkowych związków o barwie brunatnej i czarnej, które powstają wskutek enzymatycznego utleniania pochodnych fenolowych. Typowym substratem jest tyrozyna, która w obecności tlenu pod wpływem enzymu oksydazy o-dwufenolowej tworzy związki typu chinonów z pierścieniem indolowym, które następnie ulegają polimeryzacji z utworzeniem związków barwnych. Związki te tworzą niekiedy kompleksy z jonami żelaza i miedzi. Szybkie ciemnienie niektórych naturalnych roztworów technologicznych, jak soku z buraków i miazgi z roztartych ziemniaków jest powodowane powstawaniem melanin. Zapobieganie tworzenia się melanin polega na działaniu SO₂. Optymalna dawka wynosi około 80 mg S0₂/kg soku. Melanoidyny są to barwne produkty reakcji Maillarda, która przebiega między aminokwasami i związkami karbonylowymi, zwłaszcza cukrami redukującymi w roztworach o różnym odczynie i temperaturze. Spośród aminokwasów najaktywniejszymi substratami reakcji Maillarda są lizyna, kwas glutaminowy i kwas asparaginowy. Ze względu na reaktywność związki karbonylowe można uszeregować w następującej kolejności: aldehyd glicerynowy > kwas galakturonowy > ketozy > aldozy. Skomplikowany mechanizm reakcji Maillarda jest mało zbadany. W temperaturach niższych powstają grupy związków labilnych o charakterze prekursorów, które po ogrzaniu ulegają szybko polimeryzacji z utworzeniem produktów o barwie od jasnożółtej do brunatnej. Charakterystyczna barwa różnego rodzaju wyrobów poddanych smażeniu i pieczeniu jest spowodowana powstaniem produktów reakcji Maillarda. Produkty reakcji Maillarda mają zazwyczaj smak gorzki. Karmelem nazywa się brunatną mieszaninę związków chemicznych o charakterze kwasowym, które powstają podczas prażenia węglowodanów lub ogrzewaniu ich roztworów w podwyższonej temperaturze. W produktach naturalnych poddanych obróbce cieplnej produkty karmelizacji powstają równocześnie z produktami reakcji Maillarda.

Ich wzajemne proporcje wynikają z udziału masowego aminokwasów i cukrów oraz zależą od reaktywności poszczególnych składników mieszaniny. W procesach technologicznych związanych z wyodrębnianiem cukrów krystalicznych z roztworów technologicznych obecność związków barwnych jest niepożądana. Dlatego są one usuwane najczęściej w oparciu o zjawisko adsorpcji na powierzchni węglanu wapniowego, węgla aktywnego oraz żywic jonowymiennych.

2. pH jako parametr technologiczny wpływający na jakość i bezpieczeństwo żywności.

Środowisko kwaśne działa antymikrobiologicznie. Większość drobnous. wykazuje optimum wzrostu przy pH 6,5-7,5. W środ. Kwaśnym mogą rozwijać się drożdże i grzyby strzępkowe. Obecność jonów wodorowych w kom. Hamuje wiele przemian metabol. oraz powoduje zakłócenie proporcji między wytwarzaniem a zużyciem ATP w komórce, działa toksycznie.

Zmiana pH powoduje zahamowanie procesów oddechowych –zmienia tempo procesów enzym. Prowadzących do utlenienia lub brunatn. powierzchni surowca. Zahamowane zostają zmiany hydrolit.. Uzyskuje się prod. trwały przez długi okres, o dobrze zachowanych cechach sensor.i mało zmienionej wartości odżywczej.

CECHY PROD. UTRAWLON. NA SKUTEK FERMENT. MLEKOWEJ:

Wysoka wartość odżyw. skład zbliżony do surowca, stabilizacja wit. Ci prowit. A, powstaje wit. B2,PP i acetylocholina. Produkty utrwal. ferment. zalicza się do żywn. przetworzonej w spos.ob naturalny co ma ogromne znaczenie. Kiszenie jest tanie-nie wymaga kosztownych nakładów energet. i finansow. Wymaga stałej kontroli przebiegu procesu i przechowywania. Proces mikrobiologicznego zepsucia żywności jest m. in. silnie uwarunkowany odczynem pH danego produktu.

Obok temperatury, stężenie jonów wodorowych środowiska, wyrażone wartością pH, należy do najważniejszych czynników warunkujących rozwój drobnoustrojów w żywności (oprócz nich potencjał oksydoredukcyjny i aktywność wody).

Każdy drobnoustrój jest zdolny do wykonywania swoich funkcji życiowych tylko w określonym zakresie pH środowiska. Przedział pH, w którym dany drobnoustrój może się rozwijać wyznaczają wartości minimalna i maksymalna, natomiast wartość pH, przy której szybkość wzrostu jest najwyższa nazywamy optymalną. Zakres pH i wartość pH optymalnego dla wzrostu drobnoustrojów są zróżnicowane.

Większość drobnoustrojów najlepiej rośnie w środowisku o pH bliskim obojętnemu (6,5 – 7,5), są to tzw. neutrofile. Drobnoustroje, których optymalny wzrost obserwujemy przy niskim pH (2-5) to acidofile (kwasolubne), a najlepiej rosnące w pH zasadowym (opt. 8-11) zaliczamy do alkalofili.

• Neutrofile – większość bakterii;

• Acidofile – bakterie fermentacji mlekowej, bakterie octowe, (bakterie siarkowe, np. Thiobacillus thiooxidans – ekstremalnie niskie pH, wzrost nawet przy pH<0,5); liczne drożdże i grzyby strzępkowe (Saccharomyces, Aspergillus, Penicillium);

• Alkalofile – bakterie nitryfikujące: Nitrosomonas, Nitrobacter.

Znajomość granicznych wartości pH, przy których może następować wzrost poszczególnych grup fizjologicznych drobnoustrojów lub wytwarzanie przez nie związków toksycznych jest niezmiernie ważna w zabezpieczaniu żywności przed działalnością niepożądanej mikroflory.

Na ogół na określonym surowcu (materiale) rozwija się określona flora bakteryjna, stosownie do składników żywnościowych, zawartości wody, pH, temperatury, dostępu tlenu itp.

W zależności od pH, dzieli się żywność na trzy grupy (podano wraz typową florą szkodliwą):

Żywność mało kwaśna lub niekwaśna	Mięso, mleko, ryby, groszek, fasola	pH 4,5	Clostridium botulinum
Żywność kwaśna	Pomidory, gruszki	3,7 – 4,5	Bakterie kwasu masłowego
Żywność bardzo kwaśna	Większość owoców, kapusta kwaszona	< 3,7	Bakterie mlekowe, pleśnie

Wartość pH produktów będzie miała wpływ na dobór metody utrwalania:

Żywność mało kwaśna do termicznego utrwalenia wymaga ogrzewania w temperaturze powyżej 100°C, natomiast w przypadku żywności mało kwaśnej ten sam efekt można uzyskać przez ogrzewanie w temperaturach nie przekraczających 100°C. Niektóre rodzaje bardzo kwaśnej żywności do utrwalenia nie wymagają wcale lub też wymagają bardzo delikatnego ogrzewania głównie ze względu na obecność drożdży, pleśni czy enzymów powodujących ich psucie. Bakterie tworzące spory nie rosną przy pH niższym niż 3,7.

3. Znaczenie lepkości dla przebiegu operacji i procesów jednostkowych stosowanych w przetwórstwie spożywczym.

Lepkość – można scharakteryzować jako miarę oddziaływania między cząsteczkami będącymi w ruchu.

Rozróżniamy dwie kategorie płynów

- płyny niutonowskie

-płyny nieniutonowskie

Ciecze których krzywe płynięcia są liniami prostymi, wychodzącymi z początku układu, noszą nazwę niutonowskich. Właściwości cieczy niutonowskich wykazują klarowne soki owocowe i ich koncentraty, oleje, syropy.

Większość surowców, półproduktów i gotowych wyrobów przemysłu spożywczego ma krzywe płynięcia krzywoliniowe, które w wielu przypadkach nie przechodzą przez początek układu współrzędnych. Takie ciecze noszą nazwę nieniutonowskich.

Do cieczy nieniutonowskich należą ciecze reologicznie stabilne charakteryzują się płynięciem nie zależnym od czasu działania sily ścinania, są to ciecze:

- plastyczne Binghama

- plastyczne nie-Binghama

- pseudoplastyczne

- dylatacyjne

Pozostałe ciecze to reologicznie niestabilne ich lepkość pozorna zależy zarówno od gradientu prędkości, jak i od czasu ścinania.

Charakter cieczy plastycznej ma ketchup, niektóre sosy, polewy cukiernicze.

Ciecze pseudoplastyczne (rozrzedzanej ścinaniem) – emulsje, zawiesiny, piany

Ciecze dylatacyjne ( zagęszczane ścinaniem) – rzadko spotykane

Znaczna liczba cieczy wykazuje właściwości pośrednie między cieczą plastyczną a cieczą pseudoplastyczną - pasty, przeciery, marmolada.

5. Utrwalanie żywności za pomocą niskich temperatur.

Chłodzenie i zamrażanie to utrwalanie żywności związane z oddawaniem ciepła i obniżaniem temperatury produktów poniżej temperatury otoczenia.

Podstawą utrwalania żywności przez obniżenie temperatury żywności jest fakt, że wraz ze zmniejszeniem temperatury o 10°C szybkość reakcji chemicznych maleje 2,5 razy, w jeszcze większym stopniu maleje szybkość reakcji enzymatycznych oraz zmniejsza się względna szybkość namnażania drobnoustrojów, a po osiągnięciu odpowiednio niskiej temperatury następuje zahamowanie ich rozwoju.

Przykładowo obniżenie temperatury od 20 °C do 0°C powoduje ok. 6-krotne zwolnienie reakcji chemicznych i ok. 10-krotne zmniejszenie procesu oddychania. Dzięki temu, uwzględniając naturalną trwałość poszczególnych produktów żywnościowych, ich trwałość handlowa (towarowa) zwiększa się blisko dziesięciokrotnie. Niezbędnym warunkiem dostatecznej trwałości produktów przechowywanych w obniżonej temperaturze jest wysoka jakość surowców.

Cele chłodnictwa:

• Zabezpieczenie surowców, półproduktów i gotowych wyrobów przed zepsuciem (ograniczenie rozwoju mikroflory);

• Zapewnienie świeżości artykułów w wyniku ochrony przed zmianami fizykochemicznymi;

• Zachowanie wartości odżywczych;

• Możliwość korzystania przez cały rok z wielu artykułów, których stan jest zbliżony do naturalnego.

W chłodniczych metodach przechowywania i utrwalania żywności wyróżnia się następujące rodzaje składowania w zależności od temperatury:

• chłodnictwo plusowe w zakresie temperatury +10 — 0°C,

• chłodnictwo minusowe w zakresie temperatury 0 — - 20°C,

• zamrażalnictwo właściwe w zakresie temperatury - 20 — - 30°C.

Chłodnictwo plusowe ma zastosowanie w prawidłowym obrocie towarowym mleka, serów, masła, warzyw i owoców, wędlin oraz niektórych konserw mięsnych.

Chłodnictwo minusowe odgrywa największą rolę w składowaniu i obrocie handlowym mięsa i ryb oraz masła.

Zamrażalnictwo właściwe jest sposobem utrwalania żywności, który polega na szybkim zamrożeniu żywności do - 20 - - 30°C i składowaniu w tej temperaturze przez określony czas i odpowiednim rozmrożeniu bezpośrednio przed obróbką kulinarną.

Podstawowe procesy technologii chłodniczej:

1. Chłodzenie

Proces wymiany ciepła między produktem spożywczym i środkiem chłodzącym. Następuje obniżenie temperatury produktu, jednak nie na tyle, by mógł w nim powstać lód. Zwolnieniu ulegają: rozwój mikroflory, aktywność enzymów i istotne przemiany produktu.

Nie powoduje istotnych, zauważalnych zmian organoleptycznych; jest więc – w przypadku produktów szczególnie wrażliwych na działanie niskich temperatur – jedyną metodą utrwalania w stanie naturalnym (owoce, warzywa, jaja kurze mimo schładzania pozostają organizmami żywymi).

Temperatury schładzania i przechowywania produktów: od +2°C (produkty roślinne) do - 2°C (produkty zwierzęce, zawierające duże ilości tłuszczów).

Trwałość produktów uzyskanych z surowców roślinnych - kilka dni, produktów z surowców zwierzęcych - do kilkunastu dni. Żywność w stanie naturalnym- trwałość od kilku miesięcy do roku.

1. Zamrażanie

Gdy istnieje potrzeba utrwalenia produktów na dłuższy czas niż jest to osiągalne przez schładzanie.

Odprowadzenie ciepła z produktu aż do uzyskania temperatury końcowej niższej od temperatury zamarzania soków komórkowych (krioskopowej).

Zamrażaniu towarzyszy powstawanie lodu w tkankach i komórkach, które powoduje nieodwracalne uszkodzenie produktów. Stopień uszkodzeń zależy od cech produktu i technologii procesu. Dla wielu produktów (mięso, ryby) opracowano metody technologiczne zamrażania, umożliwiające zachowanie ich naturalnych własności w sposób zadowalający, inne natomiast (masa jajowa, owoce, warzywa) zamraża się tylko po zastosowaniu specjalnej obróbki wstępnej i mimo to ich jakość ulega dość znacznym zmianom.

Znacznie skuteczniej chroni produkty przed zepsuciem przy długotrwałym przechowywaniu (6÷24 miesięcy).

Efekty zamrażania uzyskuje się dzięki osiągnięciu temperatury od -18 do -30°C wewnątrz produktu oraz odwodnieniu produktu wskutek przemiany wody w lód.

1. Podmrażanie (przechładzanie)

Krótki czas przechowywania produktów w stanie schłodzonym oraz dążenie do uniknięcia uszkodzeń towarzyszących zamrażaniu stały się przyczyną opracowania tego sposobu obróbki chłodniczej.

Polega ono na obniżeniu temperatury produktów do -2°C lub -3°C, czemu towarzyszy częściowe wymrożenie powierzchniowe wody w produkcie.

W podmrożonych produktach podczas ich przechowywania przebiegają takie same procesy wewnętrzne, jak w produktach schłodzonych, jednak znacznie wolniej i dlatego czas przechowywania może być dłuższy.

Ze względu na duże wymagania w zakresie stałości temperatury oraz nie zawsze pozytywne efekty jakościowe metoda ta nie znalazła szerszego praktycznego zastosowania.

1. Przechowywanie produktów

Przechowywanie chłodnicze produktów w stanie schłodzonym, podmrożonym lub zamrożonym ma na celu utrzymanie w niezmienionej postaci wszystkich podstawowych własności produktów na przestrzeni możliwie długiego czasu. Cel ten osiąga się przez dobór racjonalnych warunków przechowywania (temperatura, wilgotność, prędkość przepływu powietrza).

1. Odchładzanie i rozmrażanie

Końcowy etap obróbki chłodniczej produktów.

Cel: doprowadzenie produktów do stanu możliwie zbliżonego do wyjściowego, tzn. przed obróbką chłodniczą.

Odchładzanie jest procesem prostym i sprowadza się do podwyższenia temperatury produktu w takich warunkach, aby uniknąć skraplania pary wodnej z wilgotnego powietrza atmosfery na zimnej powierzchni produktu.

Rozmrażanie jest procesem bardziej złożonym, gdyż musi on uwzględniać również odtworzenie rozmieszczenia cieczy i rozpuszczonych w niej substancji właściwego dla tkanek i komórek produktu naturalnego dobrej jakości.

Należy podkreślić, że chłodnicze przechowywanie żywności nie jest w dosłownym znaczeniu metodą utrwalania, lecz sposobem na przedłużenie dobrej jakości i uniknięcie strat żywności oraz metodę ułatwiającą obrót handlowy masowymi artykułami żywnościowymi o niewielkiej trwałości.

6. Metody zagęszczania żywności, zasady i zastosowanie.

ZAGĘSZCZANIE = KONCENTRACJA, jest to proces usuwania wody z żywności w celu jej utrwalenia oraz skoncentrowania składników suchej substancji (tejże żywności) w mniejszej masie produktu. Dzięki zagęszczeniu możemy zmniejszyć koszty transportu żywności (mniejsza masa), a także koszty magazynowania i dystrybucji.

Zagęszczanie roztworów jest procesem zmiany proporcji pomiędzy zawartością rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej na korzyść zawartości substancji rozpuszczonej. Zagęszczanie roztworów można zrealizować przez dodanie (rozpuszczenie) określonej substancji do roztworu lub wydzielenie części rozpuszczalnika z roztworu metodami termicznymi względnie membranowymi.

Zagęszczanie dzieli się na:

- równowagowe – w którym nastepuje przemiana faz i maksymalny rozdział wody jest uzyskiwany w momencie osiągnięcia równowagi fazowej wszystkich składników znajdujących się w fazie zagęszczonej i zagęszczającej. – odparowanie, kriokoncentracja

- nierównowagowe – zachodzące bez przemiany faz i przy zastosowaniu membran selektywnie przepuszczających wodę – osmoza, odwrócona osmoza, ultrafiltracja.

Zagęszczanie roztworów przez odparowanie rozpuszczalnika możliwe jest dzięki przeprowadzeniu części rozpuszczalnika w temperaturze wrzenia cieczy w stan pary i odprowadzenie tej pary ze środowiska zatężanego roztworu. Proces takiego odparowania odpowiedniej ilości rozpuszczalnika prowadzi do osiągnięcia stężenia roztworu równego

stanowi nasycenia. Przy dalszym odparowaniu rozpuszczalnika z roztworu przesyconego powoduje wydzielenia substancji z roztworu zatężanego w postaci fazy stałej, tj. krystalicznej lub bezpostaciowej. Dalsze zatężenie roztworu w stanie przesycenia odbywa się w układzie dwufazowym. Zatężanie roztworów przez odparowanie w stanie przesycenia, a często również w układzie dwufazowym odbywa się w warnikach.

Podczas projektowania i realizacji procesu zatężania roztworu przez odparowanie rozpuszczalnika (wody) należy zawsze pamiętać o następujących podstawowych zależnościach:

a) temperatura wrzenia roztworu zależy od ciśnienia i rośnie wraz z ciśnieniem,

b) temperatura wrzenia roztworów zależy od stężenia i również wzrasta wraz z ich stężeniem,

c) intensywność odparowywania rozpuszczalnika czyli szybkość zatężania roztworu zależy od różnicy temperatur czynnika grzejnego i temperatury wrzenia, od wielkości powierzchni grzejnej wyparki i powierzchni parowania.

Zastosowanie wyparek w technologii żywności:

• cukrownictwo – zagęszczanie soku dyfuzyjnego

• przemysł owocowo-warzywny – wyrób marmolad, dżemów, koncentratów pomidorowych, koncentratów soków owocowych

• mleczarstwo – zagęszczanie mleka (mleko skondensowane i przed suszeniem)

• cukiernictwo – produkcja masy karmelowej

przemysł ziemniaczany – produkcja syropów ziemniaczanych (dekstryna, maltoza, glukoza 15 – 20 % H₂O

Kriokoncentracja jest to proces zatężania roztworów wodnych dokonywany przez wymrażanie wody, tj. zamianę jej części w stan stały (lód) i mechaniczne oddzielenie lodu od roztworu.

Zastosowanie kriokoncentracji:

• zatężanie wina do osiągnięcia określonego poziomu EtOH przez usunięcie wody

• zatężanie piwa

• zatężanie soków owocowych, ekstraktów herbaty i kawy oraz mleka odtłuszczonego

• zatężanie octu

7. Systemy suszenia i ich wykorzystanie w przemyśle spożywczym

Suszarki (systemy suszenia)

Urządzenia do suszenia materiałów nazywają się suszarkami, przy czym spośród licznych, znanych typów wymienia się:

 Suszarki komorowe lub szafowe – zaopatrzone są w tace lub sita, na których rozłożony jest suszony produkt. Różnią się wielkością, kształtem, sposobem przepływu powietrza (przepływ wymuszony, konwekcja swobodna) oraz jego kierunkiem w stosunku do nieruchomego materiału. Suszarki komorowe lub szafowe najczęściej są stosowane do owoców lub warzyw.

 Suszarki tunelowe (także: szybowe, słupowe) - przyjęły się np. w przemysłowych suszarniach grzybów, owoców lub warzyw, a ponadto sucharów, makaronu, galaretek. Do równolegle zestawianych tuneli są wprowadzane na szynach wagoniki z poziomo umieszczonymi tacami, z materiałem poddawanym suszeniu, a po wyschnięciu materiału są one okresowo odprowadzane w drugim koocu tunelu. Gorące powietrze przepływa tu zwykle w przeciwprądzie. Po opróżnieniu miejsca przez wagonik z wysuszonym materiałem pozostałe wagoniki przesuwa się ku wyjściu o jedno miejsce i wprowadza nowy wózek z materiałem wilgotnym

 Suszarki taśmowe są budowane w różny sposób, przykładem może byd tzw. płótniarka stosowana dawniej powszechnie do suszenia krochmalu (mączki ziemniaczanej). Wykorzystywano w niej przeciwkierunkowe przesuwanie umieszczonych jedna pod drugą płóciennych taśm bez kooca, z przemiennie umieszczonymi elementami grzejnymi (kaloryferami). Suszarki taśmowe wykorzystuj się do suszenia warzyw, owoców, chleba, krochmalu, drobnych wyrobów makaronowych.

 Suszarki bębnowe nadają się do suszenia materiałów mało wrażliwych na uszkodzenia mechaniczne (np. do suszenia wysłodków buraczanych, dosuszania ziarna lub nasion oleistych, suszenia zielonek do celów paszowych, kiełków kukurydzy, a także zboża i cukru) znoszących bezpośrednie ogrzewanie za pomocą silnie ogrzanego powietrza lub nawet gazów spalinowych. Główny element suszarki stanowi bęben wprowadzony w ruch obrotowy za pomocą przekładni kół zębatych (1-15 obr./min). Ustawiony jest poziomo lub lekko pochylony w kierunku ruchu materiału. Wewnątrz bębna zainstalowane są przegrody (półki) ułatwiające przesypywanie produktu i pozwalające na uzyskanie dużej powierzchni kontaktu materiału z czynnikiem suszącym.

 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. Błonkę rozkrusza następnie ślimakowe urządzenie transportowe i przesiewające. Znane są różne systemy jedno- lub dwuwalcowych suszarek tego typu. które od ok. 1900 r. znalazły szerokie zastosowanie, zwłaszcza do suszenia mleka i ziemniaków w produkcji tzw. płatków ziemniaczanych. Suszarki walcowe przeznaczone są do suszenia substancji ciekłych, ciągliwych, lepkich cieczy i materiałów pastowatych. Szczególnie nadają się do produktów wymagających krótkiego czasu suszenia w wysokiej temp. (mleko, drożdże).

 Suszarki rozpyłowe dokonują suszenia materiału ciekłego w stanic 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 urządzeo separacyjnych (obecnie cyklonowych, dawniej rękawowych) już jako proszek o zawartości np. 3% wilgoci. Pomimo wysokiej temperatury powietrza wprowadzanego do wieży suszarniczej, zawarte w nim ciepło prawic momentalnie zużywa się na wyparowywanie wody z rozpylonej cieczy, tak że temperatura materiału suszonego i samego suszu nie przekracza 65-75°C. Ze względów ekonomicznych oraz technologicznych suszony rozpyłowo ciekły materiał jest uprzednio poddawany parokrotnemu zagęszczaniu w wyparce. Suszarki rozpyłowe mogą pracowad przy współprądowym i przeciwprądowym przepływie czynnika suszącego. Jakośd produktów suszonych metodą rozpyłową jest wyższa zarówno pod względem cech fizycznych oraz sensorycznych (rozpuszczalnośd, smak, zapach), jak i biologicznych (wartośd odżywcza) od uzyskanych metodą walcową.

 Suszarki fluidyzacyjne nadają się zwłaszcza do suszenia materiałów stałych o dośd wyrównanych kształtach i wielkości cząstek, np. ziarna zbóż, rzepaku, łuszczonego groszku, niektórych owoców. Gorący czynnik suszący przepływa przez złoże rozdrobnionego materiału poddawanego suszeniu i spoczywającego na przegrodzie o określonej perforacji. Po osiągnięciu odpowiedniej prędkości przepływu powietrza warstwa ciała stałego ulega rozluźnieniu, a jego cząstki poruszają się w obrębie złoża. Układ zawieszony cząsteczek ciała stałego w gazie nazywany jest stanem fluidalnym. Nad złożem znajduje się przestrzeo swobodna, która umożliwia opadanie lżejszych cząstek unoszonych ze złoża. Gaz odlotowy jest kierowany do układu odpylającego (cyklonu), w którym następuje oddzielenie najdrobniejszych cząsteczek wysuszonego materiału. Dzięki rozwiniętej powierzchni kontaktu między ciałem stałym, a czynnikiem suszącym następuje bardzo szybkie odparowanie wilgoci, a efektywne mieszanie cząstek ciała stałego zapewnia wysoki stopieo równomierności suszenia.

 Suszarki próżniowe reprezentują różnorodne systemy suszenia pod silnie zredukowanym ciśnieniem, najczęściej systemy szafowe. Wykorzystuje się tu ułatwioną zdolnośd odparowywania wody przy obniżonym ciśnieniu, podobnie jak w wyparce próżniowej. W suszarce jednak, w mniejszym stopniu niż w wyparce, osiąga się nasycenie parą przestrzeni w komorze suszenia, a od różnicy ciśnieo (prężności) w komorze suszenia i w skraplaczu zależy szybkośd odprowadzania wilgoci z odwadnianego materiału. Suszarki próżniowe umożliwiają prowadzenie procesu suszenia w sposób łagodniejszy, mniej zmieniający cechy produktu w porównaniu z podobnymi systemami pracującymi pod normalnym ciśnieniem. Suszarka próżniowa składa się z komory suszarniczej zaopatrzonej w półki ogrzewane parą wodną, skraplacza i pompy próżniowej. Inne typy mogą byd ogrzewane przez grzejniki rozmieszczone wewnętrznie.

 Suszarki sublimacyjne, zwane również liofilizacyjnymi. Suszenie sublimacyjne to proces usuwania wilgoci z materiału stałego w temp. i pod ciśnieniem powyżej punktu potrójnego wody (punkt, w którym istnieją wszystkie 3 fazy jednocześnie, co odpowiada T=0,0098oC, p= 4,58mm Hg). Ma ona wiele zalet przeciwdziała denaturacji białka, umożliwia zachowanie właściwości biologicznych, fizjologicznych, terapeutycznych, a w wielu przypadkach również smakowych substancji. Po nawodnieniu substancje odzyskują swoje pierwotne cechy. Liofilizacja znalazła zastosowanie w przemyśle spożywczym do produkcji soków mleka w proszku, ekstraktów kawy, herbaty itp. Środki spożywcze wysuszone tą metodą mogą byd przechowywane długi czas bez chłodzenia (do 2 lat przy zawartości wilgoci 2%), ale wymagają specjalnych opakowao. Wziąwszy pod uwagę ich jakośd, a także fakt, że materiały liofilizowane można stosunkowo łatwo magazynowad, staje się ona coraz powszechniej stosowaną metodą ich utrwalania W procesie suszenia sublimacyjnego materiał poddaje się zamrażaniu, a następnie sublimacji pod zmniejszonym ciśnieniem rzędu 0,1-0,3 mm Hg (13,3-39,9Pa) w temperaturach od -10 do -40oC. Proces suszenia sublimacyjnego obejmuje następujące etapy: 1) zamrażanie produktu 2) ogrzewanie pod obniżonym ciśnieniem, podczas którego kryształy lodu intensywnie sublimują; ilośd dostarczanego w tym czasie ciepła musi byd tak dobrana, aby nie spowodowad rozmrożenia produktu; w tym stadium usuwane jest 70-90% wilgoci; pod koniec procesu temperatura procesu podnosi się 3) dosuszanie materiału pod wysoką próżnią, w czasie którego usuwana jest reszta wilgoci pozostała po wysublimowaniu lodu.

8. Charakterystyka wstępnych czynności technologicznych typowych dla przetwórstwa żywności.

Cel i zadania obróbki wstępnej surowcaObróbka wstępna surowca składa się z czynności wykonywanych na surowcu przed jego magazynowaniem, transportem, skupem i przerobem.

Do czynności tych można zaliczyć: czyszczenie, segregację, sortowanie, podsuszanie, oziębianie, kondycjonowanie, termizację, usuwanie części niejadalnych itd.

Celem obróbki wstępnej surowca jest:

• zwiększenie jego wartości użytkowej i trwałości,

• obniżenie kosztów transportu i magazynowania,

• ułatwienie procesu technologicznego,

• uzyskanie bogatszego i o wyższej jakości asortymentu gotowego produktu.

Z wielu czynności, stosowanych w obróbce wstępnej surowca, na szczególną uwagę zasługują: czyszczenie, sortowanie i usuwanie części niejadalnych, zaliczane w większości do grupy operacji jednostkowych mechanicznych; polegają one przede wszystkim na rozdzielaniu.

Czyszczenie surowców żywnościowych

Rodzaje zanieczyszczeń:

• Mineralne – ziemia, piasek, kamienie,

• Roślinne – plewy, słoma, nasiona chwastów,

• Zwierzęce – sierść, pierze, szkodniki zwierzęce,

• Chemiczne – metale ciężkie, pozostałości środków chemicznych używanych do zwalczania chwastów, szkodników, chorób,

• Mikrobiologiczne – spowodowane zakażeniem drobnoustrojami,

• Biologiczne – pierwotniaki, roztocze, pajęczaki.

Skuteczne czyszczenie powinno:

• Efektywnie oddzielać możliwie jak najwięcej zanieczyszczeń, przy jak najmniejszych stratach dobrego materiału;

• Usuwać całkowicie oddzielone zanieczyszczenia poza oczyszczony surowiec;

• Pozostawiać oczyszczony surowiec w dobrym stanie, bez zbytecznych uszkodzeń;

• Ograniczać rekonatminację (zakażenia wtórne);

• Dążyć do otrzymania jak najmniejszej objętości i stężenia ścieków.

Uzyskanie absolutnie czystego surowca jest nieosiągalne. W praktyce występuje kompromis między kosztami czyszczenia (wynikającymi ze strat materiału, nakłady pracy i środków), a koniecznością produkcji żywności dobrej jakości. Do czyszczenia stosuje się wiele metod, które generalnie można podzielić na dwie grupy:

• Metody czyszczenia na sucho - jak przesiewanie, szczotkowanie, ocieranie, aspiracja, magnetyczne rozdzielanie;

• Metody czyszczenia na mokro – np. mycie, flotacja, czyszczenie ultrasoniczne, filtracja.

Sortowanie surowcaSortowaniem nazywa się rozdzielenie surowca na grupy, różniące się cechami fizycznymi, przede wszystkim wielkością, kształtem i masą jednostkową.

Sortowanie, powodujące ujednolicenie surowca w grupie, odgrywa ważną rolę, gdyż:

• Pozwala na racjonalniejsze wykorzystanie surowca, np. ziemniaki drobne zawierają więcej białka i lepiej nadają się do żywienia inwentarza, niż ziemniaki duże, które są bogatsze w skrobię i do tego o większych ziarenkach, co czyni je bardziej przydatnymi dla przemysłu skrobiowego;

• Ułatwia przeprowadzenie dalszych operacji i procesów jednostkowych, jak np. mechaniczne obieranie i odpestczanie, równomierne ogrzewanie, zamrażanie, suszenie, napełnianie opakowań;

• Poprawia wygląd surowca, czyni go bardziej atrakcyjnym dla nabywcy; również ocena wzrokowa gotowego produktu w dużym stopniu zależy od równomierności wielkości, kształtu i innych cech surowca.

Usuwanie części niejadalnych:

Cel:

• odseparowanie integralnych części surowca, nie nadających się do spożycia

• otrzymanie surowca bardziej jednolitego (łatwiejszego w obróbce i pakowaniu),

np. łuszczenie, obieranie, drylowanie, obcinanie końców (fasola), obrywanie szypułek, usuwanie opierzenia, szczeciny, MDM (Mechanical De-boned Meat – mechanicznie odkostnione mięso).

Przykłady:

• Obieranie termiczne - Polega na zanurzaniu owoców (ze skórką łątwo oddzielającą się na gorąco) we wrzącej wodzie lub traktowaniu wodą surowca (np. pomidorów), przesuwającego się na taśmie.

• Obieranie termiczno – chemiczne - Zanurzenie niektórych owoców (np. śliwek, brzoskwiń) w prawie wrzącym 1-2% r – rze NaOH – hydroliza pektyn i oddzielanie się skórki.

• Odszypułczanie - Obrywanie szypułek wiśni, czereśni, porzeczek, truskawek itp. Do mechanicznego obrywania służą maszyny – obrywarki lub odszypułczarki.

• Drylowanie - Usuwanie pestek z wiśni, czereśni, śliwek i innych owoców pestkowych. Stosuje się drylownice lub odpestczarki.

• Łuszczenie – w przemyśle zbożowym polega na obróbce powierzchniowej ziarna na sucho, prowadzącej do usunięcia zanieczyszczeń mineralnych oraz oddzielenia zewnętrznej warstwt łuski, bródki i zarodka.

9. Operacje mechaniczne w technologii żywności, podział, znaczenie i zastosowanie.

Operacje mechaniczne

rozdrabnianie mieszanie rozdzielanie mieszanin

a) łamanie, a) sedymentacja,

b) krajanie, b) wirowanie,

c) szarpanie c) filtracja,

d) przesiewanie

Rozdrabnianie jest takim rodzajem oddziaływania na materiały, które prowadzi do zmniejszenia cząstek tego materiału. Polega ono na wywołaniu w materiale naprężeń przekraczających jego wytrzymałość i spójność, dzięki czemu materiał rozpada się na cząstki mniejsze od wyjściowych. Przez rozdrabnianie uzyskuje się zwiększenie powierzchni właściwej materiału, co sprzyja intensyfikacji wielu procesów fizykochemicznych.

Prowadzone jest głównie w celu przygotowania materiału do dalszej obróbki przez ujednolicenie wielkości cząstek, zapewnienie właściwego przebiegu procesów dyfuzyjnych

wymiany masy i ciepła.

a). łamanie - (kruszenie lub śrutowanie) jest procesem, który stosuje się zwykle do rozdrabniania dużych brył materiałów kruchych na cząstki o wymiarach liniowych kilku centymetrów. Służą do lego celu łamacze szczękowe, stożkowe i walcowe,

łamacze służą między innymi do rozdrabniania węgla, kamienia wapiennego itp.

b). krajanie - bywa najczęściej stosowane jako rozdrabnianie formujące krajankę warzyw i owoców kierowanych następnie do dalszej obróbki celem wymiany masy i ciepła.

Przykładem zastosowania procesu krajania w wielkiej skali, jest otrzymywanie specjalnej krajanki korzeni buraczanych celem poddania jej dyfuzji dla wydobycia z niej cukru.

Do krojenia służą krajalnice.

c). szarpanie — to proces, który stosuje się głównie do rozdrabniania materiałów miękkich i elastycznych. W szczególności szarpaki stosuje się do rozdrabniania na miazgę warzyw, owoców i mięsa.

Mieszanie jest operacją odwrotną do rozdzielania i ma na celu uzyskanie możliwie jednorodnej mieszaniny różnych składników.

W technologii żywności stosuje się je w celu:

• Zapewnienia jednolitego składu produktów ciekłych lub stałych,

• Zabezpieczenia przed rozdzielaniem się komponentów,

• Przeciwdziałania przegrzewaniu się, a w konsekwencji przypalania produktów,

• Zintensyfikowania procesów przenoszenia ciepła i masy,

• Rozwinięcia powierzchni ciał reagujących ze sobą

Bardzo daleko posunięty proces mieszania z jednoczesnym rozdrabnianiem nosi nazwę homogenizacji.

Mieszanie cieczy odbywa się w mieszalnikach, mieszanie materiałów sypkich w mieszarkach, a ciał plastycznych – w zagniatarkach, wygniatarkach, ugniatarkach.

Proces mieszania może przebiegać w następujących środowiskach:

- ciecz - gaz (wytwarzanie piany),

- ciecz - ciecz (wytwarzanie roztworów lub emulsji),

- ciecz - ciało stałe (wytwarzanie roztworów lub zawiesin),

- gaz - ciecz (wytwarzanie mgieł, nawilżanie),

- gaz - ciało stałe (wytwarzanie pyłów i dymów),

- ciało stałe - ciało stałe (wytwarzanie mieszanin sypkich).

Rozdzielanie mieszanin jest pojęciem złożonym dającym się interpretować niejednoznacznie, zwłaszcza w odniesieniu do mieszanin wielofazowych. Niejednoznaczność pojęcia „rozdzielanie mieszanin" w odniesieniu do takich mieszanin wielofazowych (dwufazowych), jak:

- zawiesiny cząstek ciała stałego w cieczy,

- zawiesiny cząstek ciała stałego w gazie,

- zawiesiny kropelek cieczy w cieczy lub w gazie,

polega na tym, że można je rozumieć jako rozdzielanie fazy rozproszonej od fazy ciągłej, względnie jako rozdzielanie różnych cząstek fazy rozproszonej.

a). Sedymentacja – dwie nierozpuszczalne w sobie ciecze lub ciecz i ciało stałe ulegają rozdzieleniu na skutek siły ciężkości.

Sedymentacja może być procesem swobodnym, polegającym na opadaniu cząstek zawiesiny na dno naczynia dzięki działaniu sił grawitacji. Proces ten ze względu na swą powolność ma ograniczone zastosowanie i jest wykorzystywany w przemyśle, raczej w ubocznych

(pomocniczych) procesach technologicznych w postaci różnego rodzaju odstojników względnie komór odpylających.

b). powolny proces sedymentacji bywa przyspieszany przez zastosowanie siły odśrodkowej i wówczas nazywany jest wirowaniem

Proces wirowania znalazł zastosowanie w przemyśle mleczarskim do oddzielania tłuszczu z mleka, w przemyśle krochmalniczym, w przemyśle drożdżowym, w przemyśle owocowym do klarowania pitnych soków, w cukrownictwie do oddzielania wykrystalizowania cukru od melasy.

c). Filtracja – to proces polegający na rozdzielaniu cząstek fazy rozproszonej od fazy rozpraszającej, którą może być ciecz lub gaz. Elementy filtrujące mogą być wykonane z tkanin, metalu, porcelany, szkła, celulozy.

d). Przesiewanie – (rozdzielanie materiałów sypkich) procesy przesiewania służące do rozdzielania zawiesin, których cząstki różnią się wymiarami, można rozpatrywać w pierwszym przybliżeniu przez analogię do procesów filtracji. Jedyną różnicą między filtracją a przesiewaniem jest to, że przesiewanie odbywa się przy użyciu przesiewaczy zaopatrzonych w sita bez udziału warstwy filtracyjnej

i przy ciągłym niszczeniu warstwy osadu. Dzięki niedopuszczaniu do wytworzenia warstwy filtracyjnej (warstwy osadu) w procesie przesiewania istnieje możliwość przenikania przez sitową przegrodę nie tylko klarownej fazy rozpraszającej (cieczy lub gazu) ale również cząstek zawiesiny o wymiarach mniejszych od wielkości oczek sita.

10. Operacje dyfuzyjne w technologii żywności, podział, znaczenie i zastosowania.

Operacje dyfuzyjne: dyfuzja ekstrakcja destylacja

dyfuzja: a) cząsteczkowa - zjawisko wymiany masy spowodowane różnicą potencjałów chemicznych danego składnika w różnych miejscach układu. Potencjał chemiczny jest funkcją zależna od p, T i c. Ponieważ zwykle p,T = const, więc potencjał chem. zależny od c, a więc dyfuzja cząsteczkowa spowodowana jest bezładnym, cieplnym ruchem cząstek prowadzonym do wyrównania stężeń(ruchy cieplne molekuł)

Siłą napędową dyfuzji jest wzrost entropii(s)

Im temperatura większa tym szybkość dyfuzji większa(związek operacji dyfuzyjnych z cieplnymi)

Dyfuzję cząsteczkową opisuje równanie Ficka

G = -DF δ_c/δ_x d_τ ilość substancji dyfundującej w czasie

d_τ przez powierzchnię F

δ_c/δ_x gradient stężeń

D kinematyczny współczynnik dyfuzji

b)konwekcyjna - zjawisko przemieszczania się cząstek składnika czynnego spowodowane ruchem samego nośnika, efekt - szybkie wyrównanie stężeń w całej objętości fazy nośnika(konwekcja naturalna i wymuszona)

Przy dyfuzji międzyfazowej - na granicy faz dyfuzja cząsteczkowa, która ustępuje konwekcyjnej, im bliżej jądra fazy(analogia do przewodnictwa i konwekcji cieplnej)

W 2 fazach dyfuzyjnie nieczynnych(nośnych) jest rozmieszczony trzeci składnik dyfuzyjnie czynny(migrujący).

W w/w operacjach - wymiana masy:

- przemieszczanie się substancji migrującej do granicy faz

- przenikanie przez powierzchnie międzyfazowe

Przenoszenie dyfuzyjne masy w następujących układach(TŻ):

- między cieczą i gazem

- między 2 niemieszającymi się cieczami

- między cieczą i ciałem stałym

- między gazem i ciałem stałym

W T.Ż. wymiana masy :

a) do wstępnego oczyszczania surowca lub wydzielenia z niego składnika

b) do końcowego oddzielenia produktów i półproduktów powstałych w procesie technologicznym

Zwykle interesujące nas składniki występują w małych stężeniach np. zacier gorzelniczy - 8 do 9% EtOH + 40 innych różnych składników, chcemy otrzymać EtOH 95-96%.Im większy stosunek stężenia żądanego do tego jakie jest i im większy wymagany stopień oczyszczania, tym bardziej złożone, uciążliwe i droższe jest przeprowadzenie właściwego procesu wymiany masy

Dyfuzja - podstawa wielu operacji w T.Ż.:

- suszenie - usuwanie wilgoci z materiału przez odparowanie jej do fazy gazowej

- ekstrakcja - wydobywanie ze stałej lub ciekłej mieszaniny jednego lub kilku jej składników za pomocą rozpuszczalnika o wybiórczej zdolności rozpuszczania. Składnik przenika z fazy stałej lub ciekłej do ciekłej ,z której następnie jest wydzielony przez destylację lub krystalizację

- krystalizacja - tworzenie się i rozrost kryształów przy przejściu substancji ze stanu ciekłego w stały

- adsorpcja - wybiórcze pochłanianie gazów lub rozpuszczanie w cieczy substancji(adsorbat) na rozwiniętej powierzchni ciał stałych(adsorbent)

- absorpcja - pochłanianie gazów w całej objętości cieczy lub ciała stałego(saturacja dwutlenku węgla, siarkowanie)

- destylacja - przeprowadzenie w stan pary i ponowne skroplenie jednego lub kilku składników mieszaniny ciekłej w celu ich rozdzielenia lub oczyszczenia

- rektyfikacja - rozdzielenie mieszanin cieczy lub par oparte na przeciwprądowym zetknięciu się cieczy i pary przy równoczesnej wymianie ciepła i masy(przemysł spirytusowy, olejki eteryczne)

12. Techniki membranowe jako przykład nowoczesnej metody zagęszczania i rozdrabniania w układach ciekłych.

Do ciśnieniowych procesów membranowych zaliczamy mikrofiltrację, ultrafiltrację, i odwróconą osmozę. Elektrodializa swoją naturą różni się od wymienionych powyżej procesów, lecz zaliczana jest także do technologii membranowych.

• Mikrofiltracja – stosuje się do oddzielenia zawiesin i substancji koloidalnych o rozmiarach cząstek od 0,02 do 2,0 μm lub masie cząsteczkowej większej niż 300 000Da (daltonów).

• Ultrafiltracja – pozwala na odseparowanie substancji o masach cząsteczkowych od 500 do 300 000Da są to najczęściej białka, polipeptydy, polisacharydy. Rozmiary porów przy ultrafiltracji to 0,001-0,1 μm.

• Odwrócona osmoza – zwykle stosowana jest do oddzielenia od wody niskocząsteczkowych substancji np. sole, cukry, kwasy organiczne. Transport molekuł przez membrany odbywa się na zasadzie dyfuzji, a nie przepływu, jak ma to miejsce przy ultrafiltracji i mikrofiltracji.

• Elektrodializa – to operacja jednostkowa, w której poprzez zastosowanie półprzepuszczalnych membran następuje oddzielanie lub wymiana jonów w roztworach.

Membranowe zatężanie jest możliwe dzięki wykorzystaniu procesu odwróconej osmozy z użyciem specjalnych błon półprzepuszczalnych i wielkiego ciśnienia zapewniającego przenikanie cząsteczek wody przez mikropory tych błon. Odwrócona osmoza jest szczególnym przypadkiem ultrafiltracji przez membrany przepuszczające wyłącznie małe

cząsteczki rozpuszczalnika a zatrzymujące wszystkie substancje o cząsteczkach większych. Technika ta z łatwością daje się zastosować do zatężania wodnych roztworów substancji wielkocząsteczkowych. Odwrócona osmoza jest metodą bardzo energooszczędną, zachowującą w stanie niezmienionym substancje lotne i termolabilne.

Odwróconą osmozę i ultrafiltrację stosuje się najczęściej do odwadniania. Pozwalają one na wyeliminowaniu wielu niekorzystnych zjawisk, które towarzyszą procesowi odwadniania opartym na odparowywaniu. Umożliwiają usunięcie znacznej części wody w temp. otoczenia lub wybranej z zakresu dopuszczalnego dla danego typu membrany.

Podczas odwróconej osmozy i ultrafiltracji nie zachodzi przemiana fazowa, co zmniejsza wydatki związane z dostarczaniem energii.

Proces ultrafiltracji jako metoda zagęszczania ma jeszcze jedną zaletę. Jednocześnie z odwodnieniem następuje usuwanie substancji niskocząsteczkowych, w tym soli, kwasów i zasad. Ich stężenie w koncentracie pozostaje w związku z tym na tym samym poziomie w trakcie całego procesu. Sprawia to, że siła jonowa i pH nie zmieniają się, a wiadomo, ze ich zmiany towarzyszące innym metodom odwadniania często prowadzą do denaturacji białek i precypitacji składników.

Najbardziej efektywny jest proces ultrafiltracji stosowany do świeżej podpuszczkowej serwatki. Dzięki procesowi ultrafiltracji z tego odpadowego roztworu powstającego przy produkcji serów uzyskuje się preparat wartościowego koncentratu białkowego, wykorzystywanego m.in. także do produkcji serów dojrzewających oraz przesącz zawierający

laktozę wraz z solami. Przesącz pozbawiony białek jest dogodnym surowcem do otrzymywania krystalicznej laktozy.

Zatężanie mleka metodą ultrafiltracji wiąże się z nieuniknioną zmianą składu suchej substancji, która jest korzystna tylko w tym przypadku, gdy celem tego procesu jest otrzymanie mleka o zmniejszonej zawartości soli, a zwłaszcza jonów sodowych. Mleko takie jest produkowane dla otrzymania określonych produktów dietetycznych,

które należą do kategorii żywności specjalnej. W toku ultrafiltracji większość soli rozpuszczalnych przechodzi do odcieku, zaś sole związane z białkiem, zwłaszcza sole wapniowe, zagęszczają się w takiej samej proporcji jak białko.

Odwrócona osmoza znalazła zastosowanie do częściowego usuwania alkoholu z piwa i otrzymywania produktu o obniżonej jego zawartości.

Elektrodializę powszechnie stosuje się do odsalania wody morskiej, a także do otrzymywania z niej soli jadalnej. Inne jej zastosowania to demineralizacja serwatki, usuwanie winianów i soli innych kwasów organicznych z moszczów oraz win oraz do odkwaszania soków.

13. Mikrofale i podczerwień – mechanizm działania oraz zastosowanie w gastronomi i przemyśle spożywczym.

Mikrofale i podczerwień są formami energii elektromagnetycznej. Rozchodzą się one w postaci fal, które w zetknięciu z żywnością wykazują zdolność jej ogrzewania. Główne różnice między mikrofalami i podczerwienią są następujące:

• Dla celów przemysłu spożywczego generuje się mikrofale tylko o określonych częstotliwościach (najczęściej 2450 i 915 MHz), aby wyeliminować możliwość zakłócania innych urządzeń pracujących w tym zakresie widma elektromagnetycznego (np. urządzenia radiolokacyjne, diatermia mikrofalowa). Promieniowanie podczerwone natomiast wytwarza się bez żadnych ograniczeń dotyczących częstotliwości.

• Głębokość penetrowania żywności przez mikrofale ściśle wiąże się z częstotliwością- im niższa częstotliwość, tym głębsza penetracja. Podczerwień natomiast jest pochłaniana na powierzchni produktu.

• Mikrofale wywołują rotacje cząsteczek wody i tarcie molekularne miedzy nimi, na skutek czego wydziela się ciepło, natomiast podczerwień jest bezpośrednio absorbowana i przetwarzana na ciepło.

• Efekt ogrzewania mikrofalowego jest uzależniony od zawartości wilgoci, a w przypadku podgrzewania przez promieniowanie podczerwone zależy od charakteru jej powierzchni i koloru.

• Powierzchniowe pochłanianie promieniowania podczerwonego sprawia, że przy tej metodzie ogrzewania termiczne powinowactwo żywności jest czynnikiem dużo bardziej istotnym niż przy ogrzewaniu mikrofalowym. Podczerwień nagrzewa tylko powierzchnię produktu, a głębiej ciepło przekazywane jest przez przewodnictwo i/lub konwekcję, podczas gdy mikrofale wnikają znacznie głębiej i tam ogrzewają produkt.

• Mikrofale stosuje się m.in. do przedłużania trwałości żywności (np. suszenie, blanszowanie, pasteryzacja), a podczerwień zwykle do zmiany właściwości organoleptycznych, takich jak kolor powierzchni, smak, aromat.

O zachowaniu się produktu w polu elektromagnetycznym decyduje jego przenikalność elektryczna, zwana też stałą dielektryczną i ściśle związany współczynnik strat dielektrycznych, które zależne są od składu. Po wniknięciu mikrofal do produktu oddziaływają one z dipolami wody, co powoduje ich reorientacje, rozrywanie wiązań wodorowych między sąsiednimi cząsteczkami i generowanie ciepła poprzez tarcie molekularne. Jony zawarte w żywności też migrują w polu mikrofalowym i przez to dodatkowo przyczyniają się do wytwarzania ciepła. Także i niektóre inne niewodne składniki żywności o budowie polarnej mogą absorbować mikrofale, ale znacznie słabiej od wody i dlatego ich efekt ogrzewający w produktach o dużej zawartości wody jest pomijalny.

Reasumując, szybkość i równomierność ogrzewania produktu zależy od jego składu, temperatury, kształtu, struktury, rozmiarów oraz mocy i częstotliwości padających mikrofal.

Zasadą grzejnictwa mikrofalowego jest bezpośrednie napromienianie falami elektromagnetycznymi o częstotliwości większej niż w grzejnictwie indukcyjnym lub dielektrycznym- falami o częstotliwości setek lub tysięcy megahertzów, które powodują, przy pochłanianiu ich przez napromieniany ośrodek, jego szybkie nagrzewanie się, w sposób dość równomierny całej masie. Podobnie jak w grzejnictwie dielektrycznym, mikrofale przekazują swoją energię przez drganie cząstek- dipoli. Do wytwarzania mikrofal służą różne urządzenia zwane magnetronami, klistronami oraz oscylatorami z fala wędrującą.

Promieniowanie podczerwone jest formą energii elektromagnetycznej emitowanej przez obiekty gorące. Podczas absorpcji na powierzchni materiału ogrzewanego traci ono swoją energię. Szybkość ogrzewania ta metodą zależy od temperatury ciała emitującego i absorbującego podczerwień oraz od kształtu i właściwości powierzchni obu tych ciał.

Promieniowanie, które nie zostaje zaabsorbowane, ulega odbiciu. Ilość energii zaabsorbowanej, a więc i stopień ogrzania, zależy od składu żywności, bowiem różne jej składniki absorbują podczerwień w różnym stopniu, oraz od długości fali padającego promieniowania. Długość fali z kolei zależna jest od temperatury źródła- im jest ona wyższa, tym maksimum emitowanej energii przesuwa się w kierunku fal krótszych.

Podczerwień występuje między widmem promieni świetlnych a najkrótszymi falami Hertza i obejmuje obszar długości fal od ok. 800 nm aż do ok. , przy czym rozróżnia się tu zakresy:

- bliskiej podczerwieni 0,8·10^-4 do 1,0·10^-4cm, znajdującej zastosowanie w fotografii, analityce, pośrednio w grzejnictwie

- pośredniej podczerwieni od 10^-4do ok. 3·10^-4cm, gdzie zakres do 2·10^-4cm może być wykorzystywany do celów suszarniczych, zaś zakres 2·10^-4do3·10^-4cm w hutniczych generatorach gazowych ciepła; pośrednia podczerwień znajduje ostatnio szerokie zastosowanie w spektrofotometrii do badania właściwości substancji chemicznych, zwłaszcza organicznych

- dalekiej podczerwieni od 3·10^-4aż do ok.4·10^-4cm wykorzystywanej w spektrofotometrii.

Im wyższa temperatura, tym wypromieniowywane fale podczerwone są krótsze i maja większą częstotliwość drgań.

Zastosowanie mikrofal w technologii żywności

W ostatnich latach stosowanie urządzeń mikrofalowych w przemyśle staję się bardziej opłacalne, gdyż koszty kapitałowe ulegają zmniejszeniu dzięki rosnącej produkcji magnetronów o budowie modułowej i wysokiej niezawodności. Postępy w konstruowaniu wyposażenia mikrofalowego, trendy w kształtowaniu się cen energii elektrycznej w stosunku do innych jej form oraz coraz lepsza znajomość właściwości dielektrycznych żywności pozwalają na takie modelowanie procesów mikrofalowych, aby mogły być one zastosowane w przemyśle spożywczym w coraz większym zakresie. Roczny przyrost mocy urządzeń mikrofalowych w świecie wynosi ok. 3 MW, z czego większość przypada na temperyzację mięsa i ryb, suszenie produktów o niskiej zawartości wilgoci oraz podgotowywanie i gotowanie mięsa. Inne operacje z udziałem mikrofal, takie jak suszenie próżniowe, liofilizacja, pasteryzacja, sterylizacja, pieczenie, blanszowanie, wytapianie tłuszczu, są coraz częściej wdrażane albo też opracowywane jeszcze na poziomie pilotażowym. Wiele z powyższych procesów łączy ogrzewanie mikrofalowe z tradycyjnym. W takich przypadkach konwencjonalne źródło ciepła służy do wytwarzania pożądanego czasem zbrązowienia oraz chrupkości powierzchni, a także do szybszego zniszczenia obecnych na niej drobnoustrojów.

Instalacje mikrofalowe z reguły wykorzystują częstotliwość 2450 lub 915 MHz i mają moc od 30 do 120 kW. Przy niższej z tych częstotliwości penetracja mikrofal sięga do głębokości ok. 10-, podczas gdy przy wyższej tylko do ok. . W zależności od charakteru surowca poddawanego obróbce i jego ilości stosuje się odpowiednia częstotliwość i moc. Ogrzewanie omawianą tu metoda jest szybkie i nie powoduje przegrzewania się powierzchni, co mogłoby prowadzić do jej uszkodzeń. Instalacje są małe, zwarte i łatwe do montażu, a produkt przez cały czas przebywa w warunkach higienicznych.

Najważniejsze aspekty zastosowania mikrofal w niektórych procesach technologicznych:

- Temperyzacja mrożonej żywności stosowana jest często w warunkach przemysłowych zamiast całkowitego rozmrażania. W urządzeniu mikrofalowym przystosowanym do tego celu może być wykonana w czasie od kilku do kilkudziesięciu minut w porównaniu z wieloma godzinami, jakie wymagane są do rozmrażania dużych elementów w tradycyjnej rozmrażalni. Z tego względu oraz z uwagi na to, że temperyzację mikrofalową prowadzić można bez usuwania opakowań, znacznie mniejsze są możliwości powierzchniowego rozwoju mikroorganizmów. Do zalet należy zaliczyć także ograniczenie strat wagowych, dużą retencję soków komórkowych, utrzymywanie pH mięsa na właściwym poziomie i większą elastyczność procesu produkcyjnego, co oznacza dziesięciokrotne zmniejszenie potrzebnej powierzchni produkcyjnej oraz umożliwienie dalszego przerobu głęboko zamrożonych produktów w ciągu bardzo krótkiego czasu. Wadą wykorzystania mikrofal do temperyzacji jest to, że w temperaturach bliskich warstwa zewnętrzna absorbuje znaczną ilość energii i produktu na powierzchni może ulec przegrzaniu. Aby ograniczyć to zjawisko, mikrofalową temperyzację przeprowadza się czasami stosując dodatkowo owiew zimnego powietrza. Najczęściej stosuje się ją do mięsa, jego przetworów, masła oraz innych tłuszczów jadalnych.

- Suszenie

Najlepsze efekty osiąga się przy suszeniu produktów o zawartości wilgoci mniejszej niż 20%. Mechanizm suszenia z użyciem mikrofal istotnie różni się od konwencjonalnego, ponieważ z łatwością przechodzą one przez warstwy wysuszone, docierając do nie odparowanej wilgoci, i tam generują ciepło. Ponadto obserwuje się kilkakrotne zmniejszenie czasu trwania procesu i ok. 30-procentowe zmniejszenie zużycia energii m.in. dlatego, że ogrzewaniu ulegają jedynie mokre części produktu, natomiast części suche, powietrze w suszarni i jej wnętrze nie są ogrzewane. Wysuszony produkt charakteryzuje się mniej twardą powierzchnią, gdyż nie styka się ona z otaczającym gorącym środowiskiem, jak ma to miejsce przy metodach tradycyjnych. Najczęściej suszone mikrofalowo asortymenty to makaron, przyprawy, koncentrat pomidorowy, ryż, bekon i żywność przekąskowa (snack foods). W niektórych przypadkach stosuje się razem z mikrofalami konwencjonalne źródła ciepła, aby osiągnąć zamierzony cel technologiczny.

- Gotowanie

Mikrofale stosuje się z dobrym skutkiem do wstępnego gotowania bekonu, mięsa i części drobiu z przeznaczeniem na rynek detaliczny i dla żywienia zbiorowego. Zaletami tej operacji jest duża wydajność, krótki okres przygotowywania, mała pracochłonność oraz wysoka jakość produktów. Moc i czas gotowania mikrofalowego należy dobierać stosownie do asortymentu. Większe i grubsze elementy wymagają więcej energii niż małe i cienkie. Podobnie jak w przypadku mikrofalowego suszenia, czasem dodatkowo stosuje się jednocześnie ogrzewanie konwencjonalne.

-Wypiek pieczywa

Wypiek pieczywa przeprowadza się najczęściej tradycyjnymi metodami, niemniej jednak istnieją linie technologiczne wykorzystujące do tego celu ogrzewanie mikrofalowe. Już sam etap rośnięcia ciasta można przyspieszyć dzięki zastosowaniu mikrofal. W trakcie wypieku natomiast mikrofale mogą działać równocześnie z ogrzewaniem konwencjonalnym lub poprzedzać je. Pozwala to na skrócenie czasu wypieku nawet o 60% i istotne zaoszczędzenie energii. Pieczywo takie jest bardziej wyrośnięte, a jego wartość odżywcza jest większa niż produkowanego tradycyjnie ze względu na ograniczenie zachodzenia reakcji Maillarda i strat lizyny. Dobre efekty osiąga się przy ciągłej produkcji pieczywa cukierniczego typu biskwitów. Mikrofale, które wykorzystuje się tu dopiero w ostatniej fazie wypieku, powodują dopieczenie i usunięcie nadmiaru wilgoci bez dalszych zmian koloru powierzchni.

Obok opisanych powyżej procesów, także blanszowanie, liofilizacja, wytapianie tłuszczów, prażenie, pasteryzacja; i sterylizacja mogą przebiegać z udziałem mikrofal. Niektóre z tych procesów zaczyna się już wprowadzać do przemysłu, a pozostałe nie wyszły jeszcze poza obszar badań pilotowych

Blanszowanie mikrofalowe znalazło zastosowanie w ograniczonym stopniu, gdyż nie uzyskuje się tą metodą lepszych jakościowo produktów niż przy blanszowaniu tradycyjnym. Spodziewany jest natomiast rozwój liofilizatorów z ogrzewaniem mikrofalowym, konstrukcja taka bowiem pozwala na szybszy i bardziej ekonomiczny przebieg suszenia, co w dobie coraz większego zapotrzebowania na produkty liofilizowane stwarza duże możliwości rozwoju. Obserwacja kilku instalacji mikrofalowych do pasteryzacji pieczywa i soków owocowych, które pracują w przemyśle, pozwala na prognozowanie szerszego ich zastosowania w przyszłości. Wysokiej jakości smalec i łój wytapia się w prototypowym urządzeniu zainstalowanym w jednym z zakładów mięsnych w USA. Na skalę półtechniczną praży się kawę i kakao uzyskując po 5-10 minutach produkt z większą wydajnością i wyższej jakości niż przy prażeniu tradycyjnym. Na podstawie pozytywnie zakończonych prób technicznych przewiduje się w ciągu najbliższych kilku lat wzrost wykorzystania mikrofal do sterylizacji mleka i różnych półstałych produktów bezpośrednio w opakowaniach z tworzywa sztucznego. W przemyśle mięsnym z powodzeniem stosuje się prototypowe mikrofalowe urządzenia do produkcji parówek bezosłonkowych, uzyskując znaczne skrócenie czasu i oszczędność energii.

Promienniki podczerwieni, znane powszechnie i wykorzystywane na dużą skalę do różnorodnych celów grzejnych, jak podgrzewanie pomieszczeń, termostatów, do suszenia żywności. Ponad połowa zużywanej energii elektrycznej jest tu przekształcana w energię promieniowania podczerwonego (ciepło).

W urządzeniach grzejnych stosowanych do suszenia żywności jako źródła promieniowania podczerwonego używa się oprócz promienników lampowych także promienników metalowych i ceramicznych. Efekt suszenia promiennikowego zwiększa się przez stosowanie naświetlania przerywanego.

Bezpośrednie stosowane promienniki podczerwieni przedstawiają pewne zalety i są wykorzystywane do obsuszania materiałów (np. skór, butelek), do suszenia materiałów w warstwach cienkich (np. owoców, warzyw, zboża, grzybów, makaronu), w piekarstwie (np. pieczenie, obżarzanie), w suszeniu mięsa i innych produktów.

15. Technologia żywności jako zespół operacji i procesów jednostkowych decydujących o jakości i bezpieczeństwie produktów spożywczych.

Procesy jednostkowe dotyczą przemian chemicznych i biochemicznych, w wyniku których powstają nowe substancje, np. neutralizacja, sulfonowanie, uwodornianie, reakcje enzymatyczne itp.

Natomiast w operacjach jednostkowych substraty ulegają jedynie przemianom fizycznym, np. rozdrobnieniu, rozdzieleniu, zagęszczeniu itp.

W innych źródłach procesy jednostkowe są nazywane operacjami jednostkowymi, które mają na celu:

· transport ciał na odległość

· zmianę temperatury i stanu skupienia substancji

· zmianę kształtu ciała stałego

· rozdzielenie mieszanin i roztworów ciał stałych, ciekłych i gazowych

· mieszanie ciał stałych i gazowych.

W procesach technologii żywności wyróżnia się następujące procesy jednostkowe:

a) mechaniczne, których podstawą jest mechaniczne oddziaływanie siły na materiały:

rozdrabnianie, prasowanie itp.,

b) hydrodynamiczne, których podstawą jest działanie ciśnienia na płyny: filtracja,

sedymentacja, przepływ płynów,

c) cieplne, w których podstawowym zjawiskiem jest zmiana stanu cieplnego substancji, a siłą

napędową jest różnica temperatur: ogrzewanie, chłodzenie, odparowanie,

d) wymiany masy, w których podstawowym zjawiskiem jest ruch masy między fazami, a siłą

napędową różnica stężeń: adsorpcja, suszenie, ekstrakcja,

e) termodynamiczne, które są określane prawami termodynamiki,

f) chemiczne, których podstawą są przemiany chemiczne: hydroliza, neutralizacja, utlenianie,

g) biochemiczne, których podstawą są procesy mikrobiologiczne i enzymatyczne:

fermentacja, enzymatyczne utlenianie,

h) fizykochemiczne, których podstawą są procesy fizykochemiczne, powstawanie i rozpad

emulsji, krystalizacja,

i) utrwalające lub konserwujące, które są różne pod względem natury występujących

zjawisk, a cechą wspólną jest utrzymanie żywności w

stanie możliwie nie zmienionym pod względem

fizycznym, odżywczym i higienicznym.

W technologii żywności wymienione procesy jednostkowe występują w różnym nasileniu w zależności od swoistych cech surowców i stopnia ich przetworzenia w określony produkt gotowy.

Właściwie przeprowadzone gwarantują jakość i bezpieczeństwo produktów spożywczych.

16. Wytwarzanie żywności przy zastosowaniu procesów biotechnologicznych - tradycja i nowoczesnośd.

Proces biotechnologiczny w znaczeniu najogólniejszym oznacza zastąpienie systemów biologicznych do celów produkcyjnych i usługowych. Systemem biologicznym mogą byd żywe organizmy, organa, tkanki, komórki, części komórek, enzymy, a ostatnio i geny.

Przemyśl spożywczy stosuje procesy biotechnologiczne, w których wykorzystuje się żywe drobnoustroje, enzymy oraz utajone formy życia roślin, np. w ziarnach zbóż zdolnych do kiełkowania przy otrzymywaniu słodu.

Procesy biotechnologiczne stosowane w przemyśle spożywczym można podzielid na trzy grupy ze względu na wykorzystywanie w nich:

- biosyntezy masy komórkowej;

- fermentacji i innych szlaków metabolicznych;

- enzymów.

Pierwsze dwie grupy procesów wymagają żywych komórek, trzecia grupa katalizatorów biologicznych działających z reguły poza komórką, która je wytwarza.

Do ważniejszych zalet procesów biotechnologicznych wykorzystujących mikroorganizmy można zaliczyd:

- duże możliwości wytwarzania, przetwarzania i modyfikacji żywności, otrzymywania atrakcyjnych produktów spożywczych, jak również dodatków funkcjonalnych;

-możliwośd wykorzystania produktów ubocznych, odpadów i materiałów zatruwających środowisko do celów spożywczych, paszowych, przemysłowych, energetycznych i innych;

- dużą wydajnośd procesu, gdyż reakcje biochemiczne przebiegają w komórce z dużą szybkością i dużą precyzją, co jest uwarunkowane działaniem katalitycznym enzymów;

- procesy biotechnologiczne przebiegają w stosunkowo niskich temperaturach pod normalnym ciśnieniem, są mniej energochłonne, nie wymagają stosowania chemicznych katalizatorów, wykorzystują na ogół surowce odnawialne, pozostawiają mało zanieczyszczeo.

Do wad stosowania procesów biologicznych należą:

- podatnośd drobnoustrojów na mutacje i koniecznośd stosowania drobnoustrojów o ściśle określonych cechach użytkowych, co wymaga użycia szczepów czy ras w postaci czystych kultur;

- wrażliwośd drobnoustrojów na czynniki zewnętrzne, w tym na zakażenie środowiska innymi drobnoustrojami i fagami a w związku z tym koniecznośd zachowania aseptycznych warunków w produkcji.

Niektóre składniki spożywcze produkowane przez mikroorganizmy.

Kwas octowy (regulator kwasowości) Acetobacter ssp.

Beta-karoten (barwnik) Rhodotorula ssp.

Diacetyl (aromat maślany) Leuconostoc cremoris

Kwas cytrynowy (regulator kwasowości) Aspergillus niger

Estry kwasów tłuszczowych (aromaty owocowe) Pseudomonas ssp.

Glicerol (czynnik higroskopijny) Bacillus licheniformis

Mannitol (cukier) Torulopsis mannitpfaciens

Witamina B12 (witamina) Propionibacterium

BIOSYNTEZA MASY KOMÓRKOWEJ

 Produkcja biomasy pleśniowej w celu stosowania jej jako paszę lub pożywienie dla ludzi, głównie jako źródła białka i witamin.

 Produkcja biomasy drożdżowej jako paszę lub pożywienie dla ludzi, głównie jako źródła białek i witamin z grupy B.

 Produkcja biomasy glonowej – produkcja gatunku Chlorella pyrenoidosa oraz niektórych gatunków z rodzaju Scenedesmus, wskazują na znaczne możliwości syntezy tanim kosztem masy glonowej, bogatej w białko, tłuszcze i ważne składniki dopełniające.

PROCESY FERMENTACYJNE

 Fermentacja alkoholowa

 Fermentacja kwasu mlekowego

 Fermantacja octanowa

 Fermaentacja propionianowa

 Fermentacja metanowa

 Fermantacja kwasu mlekowego

 Fermanetacja cytrynianowa

ZASTOSOWANIE ENZYMÓW

Szacuje się, ze około polowa światowej produkcji enzymów jest zużywana przez przemysł spożywczy.

Zastosowanie preparatów enzymatycznych w technologii żywności przynosi wiele korzyści. Pozwala ono min. na przyspieszenie wielu procesów technologicznych, na uzyskanie produktów o korzystnie zmienionych cechach jakościowych lub zupełnie nowych produktów, na lepsze wykorzystanie surowców tradycyjnych i niespotykanych dotąd w przemyśle spożywczym, w tym również różnych odpadów przemysłowych Stosunkowo wysoki koszt preparatów enzymatycznych jest przeszkodą w stosowaniu enzymów w przemyśle na dużą skalę.

Enzymy wykorzystywane w technologu żywności zwykle charakter degradacyjny-kataboliczny, polegający przeważnie na hydrolitycznym rozpadzie substratu (wielocukru, białka, tłuszczu, niekiedy innych substancji).

Pomimo egzoergicznego charakteru tych przemian, wymagają one pewnej wstępnej energii aktywacji do ich zainicjowania i przyspieszenia. Energię aktywacji można bardzo zmniejszyd przez zastosowanie odpowiedniego katalizatora oraz przez podwyższenie temperatury, przy czym w przemyśle spożywczym zbytnie podnoszenie temperatury odbija się szkodliwie na wartości odżywczej produktów. Katalizatorem reakcji hydrolizy są jony wodorowe. O wiele silniej przyspieszają te reakcje odpowiednie enzymy (z klasy hydrolaz). W podobny sposób działają enzymy również w innych typach przemian wykorzystywanych także w technologii żywności (np specyficznej oksydacji, dekarboksylacji lub dezaminacji).

W technologii żywności wykorzystuje się amylazy, celulazy, hemicelulozy, pentozanazy, enzymy pektynolityczne i sacharolityczne, proteolityczne oraz enzymy lipazy.

17 Apertyzacja i aseptyczne pakowanie, zasady, podobieństwa i różnice.

Apertyzacja to jedna z metod sterylizacji cieplnej. To sterylizacja w opakowaniach hermetycznych. Wynaleziona przez Apperta w 1810r.

Jako opakowania do konserw mogą służyć: puszki metalowe, naczynia szklane i zgrzewane opakowania z tworzyw sztucznych.

Produkty zawierające antocyjany pakowane są w puszki powlekane od wewnątrz emaliami i lakierami – unikamy korozji i zmiany barwy.

Przed puszkowaniem owoców, mięsa i innych surowców – blanszowanie. (podane są cele blanszowania, korzyści, ale myślę ze tego nie trzeba i każdy zna)

Bardzo istotną operacją w procesie apertyzacji jest odpowietrzenie napełnionych opakowań.

Cele odpowietrzenia:

- ograniczenie szkodliwych procesów oksydacyjnych

- zachowanie większej wartości odżywczej

- ograniczenie procesów korozyjnych

- zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia bombażu technicznego

Odpowietrzenie: immersyjne, mechaniczne i za pomocą pary.

Najważniejszym etapem jest sterylizacja w sterylizatorach do pracy ciągłej i wsadowe (autoklawy). Autoklawy poziome i pionowe, z przystosowaniem do sterylizacji w wodzie, parze lub homogennej mieszaninie powietrza i pary wodnej.

Czas sterylizacji to: czas ogrzewania konserwy do temperatury sterylizacji, czas utrzymywania konserwy w temp. sterylizacji i czas chłodzenia.

Szybkość przenikania ciepła do sterylizowanego produktu zależy od:

- konsystencji konserwy

- wielkości opakowania

- różnicy temperatur

- kształtu opakowania

Po sterylizacji mamy studzenie do 20- 30°C

Próba termostatowa- w celu sprawdzenia trwałości konserw. ( jest pozytywna gdy ilość psujących się konserw nie przekroczy 2%)

W żywności utrwalonej metodą apertyzacji mogą wystąpić zepsucia:

- bombaże – wydęcie wieczek

- zepsucia płasko- kwaśne

- zepsucia płasko – niekwaśne

Aseptyczne pakowanie:

To sterylizacja produktu przed jego zapakowaniem, a następnie pakowanie w sposób aseptyczny. Wykorzystuje się tutaj zasadę HTST (sterylizacja polegająca na błyskawicznym nagrzaniu, schłodzeniu i aseptycznym pakowaniu- fasteryzacja). Systemem UHT sterylizuje się produkty płynne: mleko, soki owocowe, wino, żywność zawierającą cząstki o średnicy mniejszej niż 1cm, np., odżywki dziecięce, przetwory pomidorowe, desery ryżowe. Zachowana jest dobra jakość przez 6 msc., nie trzeba przechowywać w chłodniczych warunkach, a warunki procesów nie są uzależnione od wielkości opakowań. Do tego dochodzi także wysoka wydajność, oszczędność energetyczna. Wadami są: wysoki koszt, złożoność urządzeń gdyż musimy sterylizować opakowania dodatkowo. Kartony są wstępnie sterylizowane za pomocą nadtlenku wodoru, a ich napełnianie odbywa się w warunkach sterylnych dzięki działaniu ultrafioletu i filtrowanego powietrza. Tutaj sterylizacja może być: bezpośrednia: ciepło oddane przez iniekcję lub infuzję pary, pośrednia: wymienniki ciepła i inne: ogrzewanie dielektryczne, indukcyjne lub mikrofalowe.

PODOBIEŃSTWA

-jedna i druga metoda ma na celu zniszczenie drobnoustrojów i ochrona gotowego produktu przed zakażeniem wtórnym

- w obu metodach stosuje się utrwalanie przy pomocy wysokich temperatur, ale różni się tutaj czas działania tych temperatur. AP - krótszy czas.

RÓŻNICE

- musimy dodatkowo sterylizować opakowania w AP

- opakowania nie mszą być odporne na wysokie temp. więc stosuje się kartony laminowane –AP

- nie trzeba używać dodatkowych chemicznych środków utrwalania żywności AP

- krótszy czas działania wysokiej temperatury dzięki czemu zachowane zostają w produkcie wartości odżywcze i sensoryczne AP

- oszczędności energii w procesie produkcji, napełniania, przechowywania i dystrybucji w porównaniu do innych typowych opakowań dostępnych na rynku. Opakowanie kartonowe może zostać w całości poddane recyklingowi, który stosowany jest w coraz większym stopniu. Włókna celulozowe można poddawać recyklingowi kilkakrotnie, co pozwala znacznie zmniejszyć zużycie energii AP

- Jedną z ważnych zalet opakowań kartonowych jest to, że są one produkowane z surowców odnawialnych. Produkty papierowe i kartonowe pochodzą z celulozy, a więc nie korzystają z surowców odnawialnych. AP

- opakowania pokryte są warstwą polietylenu. Wzmacnia to opakowanie i czyni je wodoszczelnym, a także tworzy barierę dla mikroorganizmów. Opakowania muszą być odporne na wpływ środowiska zewnętrznego przez znacznie dłuższy czas. Dlatego materiał opakowaniowy zawiera cienką warstwę folii aluminiowej - grubości 0,0006 mm, a więc cieńszej niż grubość włosa - która uniemożliwia dostęp tlenu, światła i zapachów, co mogłoby z kolei powodować psucie się lub rozkład znajdującego się w środku produktu. AP

- opakowania są tańsze, zajmują mniej miejsca ze wzg na prostopadłościenny kształt, opakowania są lżejsze. AP

- krótszy czas przechowywania produktów niż konserw ale i tak czas ten wystarcza do skonsumowania produktu

- w przypadku apertyzacji należy blanszować surowiec i odpowietrzyć konserwę.

- w przypadku aseptycznego pakowania: wymagana jest homogenność produktu

PAKOWANIE ASEPTYCZNE: mleka, jogurtów, deserów mlecznych, śmietany oraz aseptyczne pakowanie soków owocowych.

Apertyzacja: produkcja konserw warzywnych, przecierów, koncentratów, konserwy sałatkowe, kompoty.

18. Zagrożenia dla bezpieczeństwa żywności mogące powstać w procesie technologicznym i współczesne podejście do ich eliminowania.

Zagrożenia dla bezpieczeństwa żywności mogą wynikać z zagrożeń:

• Mikrobiologicznych,

• O charakterze chemicznym,

• O charakterze fizycznym.

- mikrobiologiczne:

• Toksyczne rośliny i zwierzęta

• Występowanie w żywności mikroorganizmów chorobotwórczych i ich metabolitów.

• Wirusy

• Pasożyty.

- o charakterze chemicznym:

• Pozostałości pestycydów,

• Pozostałości środków myjących

• Pozostałości antybiotyków

• Pozostałości metali ciężkich

• Pozostałości niektórych dodatków

- o charakterze fizycznym:

• Pozostałości szkła,

• Fragmenty metali,

• Kawałki drewna,

• Kamienie

• Włosy,

• Papier, plastik

Czynniki wpływające na zagrożenia żywności:

-drobnoustroje występujące w produktach surowych np. Vibrio, Clostridium perfingens.

-zakażone osoby

-produkty otrzymywane z niezbyt bezpiecznych źródeł

-żywność kwaśna kontaktująca się z toksycznymi metalami

-substancje trujące jak pestycydy

-substancje dodawane do żywności w nadmiarze np. azotan sodu

- źle umyte urządzenia, sprzęty np. noże.

Inne czynniki to :

-Gotowanie żywności w niedostatecznie wysokiej temperaturze i temperaturze zbyt krótkim czasie (przeżycie drobnoustrojów).

- Zbyt małe zakwaszenie środowiska

Współczesne eliminowanie wymienionych zagrożeń opiera się na wdrażaniu przez zakłady przemysłu spożywczego

-Dobrej Praktyki Higienicznej – GHP

-Dobrej Praktyki Produkcyjnej – GMP

-Systemów zarządzania jakością żywności HACCP- Analiza Zagrożeń i Kontrola Punktów Krytycznych, Normy ISO serii 9000

-Systemu zarządzania bezpieczeństwem żywności – PN-EN ISO 22000.

19 procesy chemiczne stosowane w produkcji żywności cel zasady przykłady i możliwe zagrożenia

Do najbardziej typowych i dość często wykorzystywanych w przemyśle spożywczym procesów chemicznych zalicza się: hydrolizę, neutralizację, uwodornianie, reestryfikację i modyfikowanie skrobi. Mianem procesów chemicznych określa się te procesy technologiczne, których istotą są reakcje chemiczne, wymagające zastosowania określonych substancji chemicznych i przebiegające bez udziału czynnika biologicznego. Z uwagi na wieloskładnikowy charakter surowców i produktów spożywczych ( z nielicznymi wyjątkami) i konieczność zachowania w nich naturalnych wartości odżywczych, w technologii żywności nie można w szerszym stopniu korzystać z reakcji chemicznych substancji obcych, mniej lub bardziej szkodliwych dla zdrowia. Zatem procesy chemiczne w technologii żywności ograniczają się raczej do przemian prostych, dających się łatwo kontrolować (głównie hydrolizy i neutralizacji), a bardziej złożony charakter chemiczny mają w przypadku określonych składników, których przemiany można dość dokładnie śledzić i kontrolować (np. uwodornianie tłuszczów).

Konieczność intensyfikacji produkcji nowych wartości odżywczych (w związku z gwałtownym przyrostem ludności) już obecnie mobilizuje uwagę wielu chemików do rozważania możliwości syntezy chemicznej, szczególnie w zakresie aminokwasów deficytowych, jak np. lizyny, metioniny lub cysteiny. Już w czasie I, a następnie II wojny światowej prowadzono w Niemczech na skalę przemysłową produkcję tłuszczów syntetycznych (początkowo były to estry nie gliceryny, lecz glikolu), przy czym pod względem wartości odżywczej produkty te nie zdały egzaminu.

W ostatnich latach rozwinęła się czysto chemiczna lub mikrobiologiczno-chemiczna produkcja ważniejszych aminokwasów egzogennych, szczególnie lizyny i metioniny, których cena rynkowa systematycznie spada, umożliwiając coraz szersze użycie tych aminokwasów jako uzupełniających dodatków do żywności, a zwłaszcza pasz.

Synteza chemiczna odgrywa od dawna poważną rolę w produkcji barwników, środków zapachowych, konserwantów i licznych innych substancji, znajdujących częste zastosowanie jako dodatki do żywności, w celu poprawienia lub nadania określonej barwy, smaku lub zapachu (zwłaszcza przy wyrobach cukierniczych), w celu zwiększenia trwałości (np. kwas benzoesowy), poprawy lub stabilizacji konsystencji (np. niecykliczne polifosforany albo monoglicerydy), jako przeciwutleniacze (np. butylowany hydroksytoluen, znany pod skróconą nazwą BHT) lub majace spełniać inne określone cele technologiczne (np. opóźniać czerstwienie chleba). Witaminy produkowane w drodze chemicznej (np. kwas askorbinowy, a zwłaszcza syntetyzowany metodą Kariera β-karoten) stanowią cenną pomoc w polepszaniu jakości produktów spożywczych. Wszystkie te produkty są wytwarzane przez wyspecjalizowany przemysł chemiczny, dostarczający je przemysłowi spożywczemu do użytku w charakterze surowców lub środków pomocniczych.

Celowy jest rozwój metod chemicznych, pozwalających na przetwarzanie niektórych (zwłaszcza masowo wytwarzanych przez rolnictwo w połączeniu z przemysłem spożywczym) składników w rodzaju sacharozy lub skrobi albo kwasu erukowego, zawartego w dużych ilościach w oleju rzepakowym, na produkty o nowych właściwościach, mogących mieć zastosowanie zarówno w przemyśle spożywczym, jak i w różnych gałęziach techniki, w charakterze substancji o nowych, cennych właściwościach. Istnieje (utworzony przed ok. 50 laty w Ameryce) termin chemiurgia, która przy jej ukierunkowaniu jako chemiurgia żywnościowa (czy spożywcza) byłaby odpowiednikiem rozwoju metod chemicznej technologii w przemyśle rolno-spożywczym.

Procesy chemiczne w TŻ:

• istota – reakcje chemiczne przebiegające bez udziału czynników biologicznych;

• ograniczenia TŻ:

  • produkty spożywcze muszą być bezpieczne, ani substraty, ani produkty nie mogą mieć jakiegokolwiek negatywnego wpływu

  • tylko określone, dobrze kontrolowane reakcje są dopuszczalne (hydroliza, zobojętnianie, uwodornianie) + produkcja dodatków do żywności: przeciwutleniacze, konserwanty, barwniki, środki zapachowe, aminokwasy

Neutralizacja w przemyśle spożywczym:

• neutralizacja po produkcji syropów skrobiowych, przy rafinacji olejów roślinnych, przy produkcji hydrolizatów białkowych

• po hydrolizie kwasowej mleczka skrobiowego – dodatek sody (powstaje 0,1-0,3% HCl, ale nie przeszkadza) lub dodatek CaCO₃ (powstaje gips i CO₂)

• w procesie rafinacji oleju surowego – usuwanie WKT (+ barwniki, + substancje goryczkowe) – dodatek NaOH lub Na₂CO₃ – strącają się mydła

• po hydrolizie białek neutralizacja do pH 5,5 – 5,8 – słone produkty; jeśli H⁺ => H₂SO₄ neutralizacja CaCO₃ i usuwanie gipsu w procesie filtracji.

Chemiczna modyfikacja białek:

• bardzo ważne- nie utracić wartości odżywczych białek;

• nie tworzyć subst. toksycznych;

• nie wprowadzać subst. toksycznych.

  • generalnie dotyczy modyfikacji polarności i czasem ładunku białka, w wyniku tej modyfikacji białko może ulec zwinięciu, rozwinięciu, agregacji, a także zachowanie białka w stosunku do wody i innych składników (np. lipidów) może być modyfikowane.

  • najczęściej modyfikacje chemiczną białek prowadzi się w celu polepszenia ich właściwości funkcjonalnych tj. zdolności żelowania, emulgowania, tworzenia pian.

  • stopień zmian właściwości funkcjonalnych zależy od rodzaju modyfikacji i jej zakresu

Zagrożenia wynikające z prowadzenia procesów chemicznych wynikają z możliwości dostania się do żywności związków toksycznych, pozostałości reagentów, uboczne produkty reakcji. Należy bardzo uważnie prowadzić te procesy i kontrolować je gdyż niewielka zmiana parametrów może prowadzić do niekorzystnych i niedopuszczalnych zmian.

20. Ogólne zasady utrwalania żywności, cel, podział metod, mechanizmy.

Utrwalanie (konserwowanie) żywności jest podstawowym zadaniem wielu gałęzi przemysłu spożywczego. Podstawowym celem utrwalania żywności jest utrzymanie żywności w stanie możliwie nie zmienionym pod względem cech: fizycznych (struktura, smak, zapach), biologicznych (zachowanie wartości odżywczej) oraz higienicznych.

W odniesieniu do nietrwałych surowców pochodzenia roślinnego i zwierzęcego w/w cel może być osiągnięty przez spełnienie następujących warunków:

1. wstrzymane zostaną lub bardzo zwolnione procesy biochemiczne, zwłaszcza oddychanie,

2. wstrzymane lub bardzo ograniczone zostanie działanie drobnoustrojów w obrębie danego środka żywnościowego, tj. nastąpi zniszczenie lub usunięcie drobnoustrojów z zabezpieczeniem przed infekcją,

3. wstrzymane lub bardzo zwolnione zostaną procesy chemiczne, a zwłaszcza utlenianie, autooksydacja, degradacja witamin itp.,

4. wyeliminuje się przypadkowe skażenie żywności drobnoustrojami chorobotwórczymi, szkodliwymi pasożytami itp.

O skutecznym utrwalaniu żywności decydują zatem trzy główne procesy: biochemiczny, mikrobiologiczny i chemiczny. Wszystkie te procesy zależą od temperatury i związane są z danym środowiskiem żywnościowym, w którym zawarte są określone składniki odżywcze oraz woda. W praktyce przemysłowej okazało się, że najistotniejszym czynnikiem powodującym istotne straty i warunkującym skuteczne utrwalanie żywności jest czynnik mikrobiologiczny. Wyeliminowanie działalności drobnoustrojów przez stosowanie określonych metod utrwalania skutecznie hamuje procesy biochemiczne. Przebieg zaś reakcji chemicznych zależy od metod utrwalania żywności oraz temperatury i warunków składowania utrwalonych produktów.

Zatem sposoby utrwalania żywności można rozpatrywać z punktu widzenia udziału drobnoustrojów w niepożądanym kierunku oddziaływania na żywność, która jest ich środowiskiem bytowania. Z tego względu metody utrwalania żywności można podzielić na trzy rodzaje:

1. metody związane z osłabieniem lub uniemożliwieniem rozwoju drobnoustrojów przez wpływ na ich środowisko bytowania,

2. metody związane ze zniszczeniem drobnoustrojów w środowisku,

3. metody związane z usunięciem drobnoustrojów ze środowiska.

Ad. 1 - Zahamowanie rozwoju drobnoustrojów

Do tej grupy zalicza się metody utrwalania żywności polegające na zahamowaniu rozwoju drobnoustrojów przez:

• obniżenie temperatury np. składowanie chłodnicze i zamrażalnictwo,

• zwiększenie ciśnienia osmotycznego np. zatężanie, słodzenie, solenie,

• zwiększenie aktywności jonów wodorowych np. zakwaszanie, kiszenie, wysycanie dwutlenkiem węgla (gazowanie).

Zakwaszanie polega na utrwalaniu produktów np. za pomocą kwasu octowego (produkcja marynat). Wartość pH marynowanych roztworów wynosi około 2,5. Wobec takiej wartości pH zostaje wstrzymany rozwój drożdży i bakterii.

Kwaszenie polega na fermentacyjnym wytworzeniu kwasu mlekowego w surowcach, zwłaszcza roślinnych głównie w warzywach jak kapusta i ogórki o udziale około 1,5%, co prowadzi do obniżenia pH środowiska do pH 3,5—4.

Ad. 2 - Zniszczenie drobnoustrojów

Zabicie drobnoustrojów następuje:

• metodami termicznymi w rodzaju pasteryzacji i sterylizacji,

• metodami chemicznymi przez stosowanie chemicznych środków konserwujących oraz

• metodami fizycznymi przez działanie promieniami jonizującymi.

Do chemicznych środków konserwujących zalicza się takie indywidualne substancje chemiczne, które wywołują efekt destrukcyjny na drobnoustroje w dawkach mniejszych niż 0,2%. Środki konserwujące wywołują destrukcyjne zmiany w ścianie i błonie komórkowej drobnoustrojów, powodując plazmolizę lub denaturację białek.

Ad. 3 - Usuwanie drobnoustrojów

Metody związane z usuwaniem drobnoustrojów z żywności polegają na ich mechanicznym oddzieleniu za pomocą filtrowania lub wirowania w ciekłych produktach żywnościowych.

Filtracja tzw. abakteryjna jest poprzedzana przez procesy klarowania i prefiltrację, tj. filtrację wstępną zwykle w celu zmniejszenia obciążenia filtru głównego.

Metody ultrafiltracji stosuje się do wyjaławiania moszczów i w fermentacji.

W przemyśle mleczarskim stosuje się niekiedy metodę ultra wirowania do oddzielenia drobnoustrojów z mleka przeznaczonego do wyrobu serów twardych. W ultrawirówkach można usunąć ponad 99,5% drobnoustrojów.