TECHNOLOGIA CHŁODNICTWA ŻYWNOŚCI - WYKŁAD 3

Główne składniki Calub MA:

1. Dw. węgla

2. Tlen

3. Azot

Mogą być stostwane w:

- mieszaninie o różnych składach

- pojedyńczo

- pod ciśniemien nieco niższym od atmosferycznego lub podwyższonym (rzadziej)w zależności od maszyny pakującej

Poszczególne gazy mają odmienne właściwości i pełnią różne funkcje z zabezpieczaniu jakości przechowywanych produktów spożywczych.

W małych zakładach są pakowarki komorowe - cechą charakterystyczną takiej pakowarki jest to że docisk elektrod zamykających opakowanie odbywa się pod wpływem różnicy ciśnień wewnątrz komory i otoczenia. Oznacza to że wewnątrz komory ciśnienie zarsze musi być mniejsze od atmosferycznego.

W dużych automatach pakujących (maszyny rolowe z termoforowaniem dolnej części opakowania) docisk elektrod zamykających opakowanie powodowany jest przez sprężone powietrze doprowadzone z zewnątrz lub przez siłowniki hydrauliczne. Włówczas ciśnienie atmosferyczne wewnątrz opakowania jest dowolnie programowane. W tym przypadku do opakowania dozuje się tyle gazy ile absorbuje produkt. Ze względu na estetyczny wygląd opakowania nie poleca się dozowania nadmiernej ilości gazów.

Podtlenek azotu (N20) - wpływa jedynie na przemiany chemiczne zachodzące w produkcie, nie ma natomiast znaczenia dla wzrostu drobnoustroi czy aktywacji enzymów z tego względu nie jest w praktyce stosowany. Czasem tylko do specjalnych celów np. bita śmietana. Zwany jest inaczej gazem rozweselającym.

Tlenek węgla(CO) - jego stężenie wynosi od 1-2%, może być stosowany w przypadku pakowania mięsa czerwonego w celu stabilizacji wady (nie dochodzi do zmiany barwy-blokuje hemoglobine). Część niego pozostaje na zawsze w mięsie,nawet po obróbce termicznej, w związku z czym stwarza potencjalne zagrożenie dla zdrowia konsumenta, ale także dla obsługi urządzeń. Nie jest stosowany.

Charakterystyka gazów :

Dwutlenek węgla:

1. Łatwo rozpuszcza się w wodzie zawartej w mięsie (3,3g/kg w t=0⁰C ; 2,3g/kg w t=10⁰C ; 1,7g/kg w t=20⁰C)

2. Bardzo łatwo przenika przez materiały opakowania (10-30razy łatwiej niż azot i 5-10razy łatwiej niż tlen) oraz przez błony komórkowe

3. Działa bakteriostatycznie i fungistycznie; w tym silniej im wyższe jest jego stężenie w CA lub w MA (głównie na bakterie gram ujemne)

4. Działa przeciwutleniająco poprzez obniżanie potencjału redukująco-utleniającego produktu

5. Nieco obniża pH mięsa (o 0,2-0,4jednostki)

- Kwas węglowy jest słabym kwasem i szybko się rozkłada dlatego też o tak mało obniża się pH. Kwas ten ma również małą objętość buforową. W praktyce nie ma to praktycznie żadnego znaczenia dla np. rozwoju enzymów. Ma natomiast wpływ na człowieka , powoduje bowiem zmiany jego metabolizmu

6. Może sprzyjać nadmiernemu wzrostowi bakterii fermentacji mlekowej z rodzaju Lactobacillus (przyczyna kwaśnienia mięsa) - jeżeli temp. przechowywania jest zbyt wysoka t=10⁰C to bakterie powodują zmiany struktury i obniżają się właściwości sensoryczne

7. Wysokie stężenie wokół mięsa powoduje ciemnienie barwy powierzchni, zwłaszcza mięsa o wysokiej zawartości barwników hemowych - w przypadku mięsa białego staje się ono nienaturalnie białe, szare z powodu braku tlenu.

W starej literaturze przedmiotowej znaleźć można informacje na temat tego że CO2 wpływa jedynie na przemiany zachodzące na powierzchni i nie wywiera żadnego wpływu na psucie się żywności. Nowe badania wykazały że pogląd ten jest błędny, zwłaszcza w przypadku produktów porcjowanych. Badania wykonane z użyciem znakowanego izotopu węgla wykazały że gaz ten wnika na głębokość do 50mm. Tkanka mięśniowa o grubości 10mm absorbuje ok. 2g/kg mięsa. W przypadku mięsa z kością 1g/kg. Warstwa powierzchniowa wysyca się tym gazem po ok. 4h, a warstwy głębokie po dobie. Gaz ten nie wchodzi w trwałe połączenia ze składnikami mięsa i po ociepleniu łatwo ulega desorbcji. Oznacza to że nie wywiera trwałego wpływu na cechy sensoryczne produktu.

Azot N₂

- nie wywiera żadnego bezpośredniego wpływu na reakcje zachodzące w żywności

- trudniej przenika przez folie opakowaniowe niż tlen i dw. węgla co oznacza że najdłużej zostaje wewnątrz opakowania. Jest to ważna funkcja, gdyż chroni produkt przed deformacją przez ciśnienie atmosferyczne, w przypadku braku wewnątrz opakowania innych gazów

- gorzej rozpuszcza się w wodzie niż tlen i dw. węgla

- jest wypełniaczem - zapobiega deformacji zapakowanych produktów po absorpcji dw. węgla przez produkt lub dyfuzji dw. węgla do otoczenia

- zmniejsza różnicę ciśnień wewnątrz i na zewnątrz opakowania, a przez to również przenikanie tlenu do wnętrza opakowania

Tlen O₂

1. Umożliwia tworzenie i zachowywanie atrakcyjnej barwy mięsa

2. Sprzyja wzrostowi bakterii tlenowych (gnilnych) - jeśli produkt zawiera białko to nie będzie widać oznak zepsucia, a bakterie te powodują zły zapach

3. Zapobiega wzrostom mikroorganizmów beztlenowych

4. Sprzyja zmianom oksydacyjnym

Czy jest zatem potrzebny?

W zależności od rodzaju produktu. Nie zawsze jest potrzebne do wytworzenia barwy. W produktach roślinnych nie poddawanych obróbce termicznej musi być tlen bo się zepsują.

Zużycie gazów przy pakowaniu i przechowywaniu w MA zależy od:

- struktury produktu

- dopuszczalnej resztkowej zawartości tlenu w opakowaniu - usunięcie tlenu jest możliwe jak mamy dobrą wydajność pompy

- stosunek objętości opakowanie/produkt

- techniki wytwarzania MA

Przykład zużycia CO₂ i efekt stosowania MA

Produkt	Zużycie CO2 [dm^3/kg]	Przedłużenie trwałości
Mięso wołowe, warzywa	1-2	2-krotnie
Tuszki drobiowe	Ok1	2-3-krotnie
Mięso drobiowe bez kości	Ok2	2-krotnie
Mięso mielone	0,5-1	2-krotnie
Pizza, sery	0,5-1	2-krotnie

Wpływ CO₂ na wzrost bakterii można podsumować następująco:

1. Staphylococcus aureus - silnie hamuje atmosfera o koncentracji powyżej 50%

2. Salmonella - brak jednoznacznych danych, CO₂ raczej nie ma znaczenia

3. Clostridium - brak jednoznacznych danych. W temp.<4°C CO₂ obniża wytwarzanie toksyn przez Clostridium botulinum

4. Enterococci - rosną wolniej w MA zawierającej ponad 60% CO₂

5. Yersinia -enterocolitica - słaby wzrost w atmosferze samego dw. węgla

6. Escherichia coli - namnażają się wolniej

7. Beztlenowce i względne beztlenowce - brak jednoznacznego wpływu

Efekt bakteriobójczy i bakteriostatyczny CO₂ silnie zależy od temp. ze względu na rozpuszczalność. Im niższa temp. tym większa rozpuszczalność. Dw. węgla raczej nie wpływa na wzrost bakterii patogennych. Zatem konieczne jest stałe utrzymywanie możliwie niskiej temp. najlepiej 0-3°C

SPOSOBY WYTWARZANIA CA

1. Samoczynnie (ΔC_O2=1,5%/24h t=16-18dób) - nie jest to stosowane bo trwa zbyt długo

2. Wypieranie powietrza azotem do C_O2=10% - zużycie azotu ok. 3kg/m³, dalej samoczynnie

3. Przy użyciu pompy próżniowej - metoda ewaluacji tzn. usuwamy powietrza a na jego miejsce dozujemy gotową mieszaninę gazów lub poszczególne składniki w proporcjach zaprogramowanych w urządzeniach dozujących tzn. mikserze. Ten sposób jest w praktyce stosowany do pakowania produktów porcjowanych.

Czy ten sposób może być do wytwarza CA w dużych przechowalniach (dużych komorach chłodniczych)?

Nie może być, ponieważ spowodowałoby to zniszczenie chłodni (implozja). Jeśli usuniemy powietrze to będzie różnica ciśnień i się zapali. Są zabezpieczone te pompy w zawory bezpieczeństwa.

- stosowanie przepon (wstawek) w selektywnej przenikalności dw. węgla i tlenu ( małe komory chłodnicze, namioty chłodnicze, kontenery)

- przy użyciu generatora CA, w układzie otwartym

- stosowanie bezpłomieniowego konwertora katalitycznego, w układzie zamkniętym - sposób stosowany najczęściej w dużej skali przemysłowej ΔC_O2=1-2%/24h t=2-3doby

KOMENTARZ DO RYSUNKU:

W momencie startu wentylator zasysa powietrze z komory przechowalniczej (1), do rurociągu dozowany jest węglowodór (gaz płynny), wentylator tłoczy gaz do dwustopniowego podgrzewacza. Stopień pierwszy - ogrzanie gazu spalinami (3a) stopień drugi (3d) - dogrzanie gazu do wymaganej temp. np. elektrycznie. Gorące powietrze zmieszane z węglowodorem przetłaczane jest do konwektora katalitycznego (4), w którym następuje bezpłomieniowe spalanie (utlenianie) węglowodoru - zużycie tlenu zawartego w powietrzu. Katalizator zabezpiecza przed ryzykiem wytwarzania tlenku węgla toksycznego. Spaliny są ochładzane zimną wodą, a następnie kierowane do komory przechowalniczej, z której wypierają powietrze. Gdy stężenie dw. węgla osiągnie wymaganą wartość wówczas zimne spaliny kierowane są do absorberu (7), który zatrzymuje dw. węgla a pozostałe gazy wtłaczane są do komory. Gdy stężenie tlenu obniży się do wymaganej wartości wówczas analizator gazów (8) wyłącza urządzenie.

Skład CA analizowany jest przez urządzenie automatyczne, w którym wskazania są kontrolowane na podstawie wyników analiz wykonanych aparatem Orsata lub przez przepuszczenie mieszaniny gazów o znanym składzie (kupuje się mieszaninę z wyspecjalizowanych jednostek).

Pomiar stężenia tlenu odbywa się przy wykorzystaniu jego właściwości paramagnetycznych tzn. przepływając przez analizator wytwarza wokół czujnika tzw. Wiatr magnetyczny (chłodzenie czujnika). Na podstawie intensywności chłodzenia ustalana jest zawartość gazu w analizowanej atmosferze.

Zasada oznaczenia dw. węgla opiera się na zdolności tego gazu do absorpcji promieniowania podczerwonego.

Analizator gazów wg Orsata stanowi układ naczyń połączonych

- biureta pomiarowa o poj. 100ml

- naczynka reakcyjne (reaktory)

- zbiornik wyrównawczy

Reaktory wypełnione są w 30% roztworem KOH (absorbuje dw. węgla), roztworem pirogalolu w 30% KOH, ewentualnie innymi reagentami do pochłaniania np. CO. Ważna jest kolejność użycia naczyń reakcyjnych. Roztwór pirogalolu może pochłaniać tlen i dw. węgla. KOH pochłania tylko dw. węgla. Oznaczenie jest ilościowe, gdy analizowane gazy są ciepłe, gdy temp. > 15°C.

---