3. pH jako parametr technologiczny wpływający na jakość i bezpieczeństwo żywności.
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.
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:
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.
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.
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.
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).
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.
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:
wstrzymane zostaną lub bardzo zwolnione procesy biochemiczne, zwłaszcza oddychanie,
wstrzymane lub bardzo ograniczone zostanie działanie drobnoustrojów w obrębie danego środka żywnościowego, tj. nastąpi zniszczenie lub usunięcie drobnoustrojów z zabezpieczeniem przed infekcją,
wstrzymane lub bardzo zwolnione zostaną procesy chemiczne, a zwłaszcza utlenianie, autooksydacja, degradacja witamin itp.,
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:
metody związane z osłabieniem lub uniemożliwieniem rozwoju drobnoustrojów przez wpływ na ich środowisko bytowania,
metody związane ze zniszczeniem drobnoustrojów w środowisku,
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.
14. Operacje termiczne w TŻ, podział, znaczenie, zastosowania.
Oddziaływanie cieplne na surowce i półprodukty żywnościowe oraz gotowe wyroby jest jedną z podstawowych cech procesów technologicznych prowadzonych w większości gałęzi przemysłu spożywczego.
Procesy cieplne, zarówno dostarczanie jak i doprowadzanie i odprowadzanie ciepła, są stosowane w technologii żywności w następujących etapach technologicznych i celach:
a) przy wstępnej obróbce i czyszczeniu surowców roślinnych oraz zwierzęcych,
b) przy właściwym przetwarzaniu surowców w określone półprodukty i produkty,
c) przy termicznym utrwalaniu żywności,
d) w pracach pomocniczych związanych z czyszczeniem i wyjaławianiem urządzeń i aparatury.
Procesy cieplne towarzyszą lub umożliwiają wykonanie procesów jednostkowych.
Rodzaje operacji cieplnych w technologii żywności
Wyróżnia się procesy związane z doprowadzeniem i odprowadzeniem ciepła. Wyróżnić można także procesy w zależności od celu wynikającego z ustalonej technologii. Najbardziej przejrzysty jest podział operacji cieplnych wynikających z zakresu stosowanych temperatur. Według rosnącej temperatury wyróżnia się następujące procesy technologiczne:
Zamrażanie |
- 40 - -20°C |
Składowanie chłodnicze |
-15 - 10°C |
Procesy fermentacyjne w obecności bakterii i drożdży |
4 - 40°C |
Procesy enzymatyczne z udziałem preparatów pleśniowych |
40 - 60°C |
Zatężanie roztworów termolabilnych |
50 - 70°C |
Pasteryzacja surowców i wyrobów |
70 - 95°C |
Krystalizacja izotenniczno-izochoryczna |
60 - 85°C |
Blanszowanie |
80 - 95°C |
Ekstrakcja |
70 - 100°C |
Gotowanie |
100°C |
Suszenie |
60 - 120°C |
Zatężanie roztworów termostabilnych |
100 - 125°C |
Sterylizacja zwykła |
115 - 121°C |
Sterylizacja błyskawiczna |
130 - 145°C |
Smażenie |
120 - 180°C |
Pieczenie |
150 - 200°C |
Prażenie |
140 - 220°C |
Z wyjątkiem zamrażania, składowania chłodniczego do prowadzenia wyżej wymienionych procesów technologicznych niezbędne są procesy cieplne związane z dostarczaniem ciepła.
Z technologicznego punktu widzenia istotna jest celowość oddziaływania cieplnego na materiał i zmiany jakie wywołuje w materiale działanie energii cieplnej w określonych warunkach. Dlatego celowe jest podanie bliższej charakterystyki niektórych specyficznych procesów cieplnych w ich aspekcie technologicznym.
1. ogrzewanie
ma na celu podwyższenie temperatury materiału do takiego poziomu, przy którym określone procesy technologiczne przebiegają w warunkach optymalnych.
Wymianę ciepła między ośrodkami o różnych temperaturach w większości przypadków prowadzi się sposobem przeponowym, za pośrednictwem przegrody metalowej a niekiedy i szklanej oraz sposobem bezprzeponowym, tj. przez umieszczenie surowców lub produktów spożywczych w czynniku grzejnym. Ma to miejsce w toku gotowania wyrobów w wodzie, smażeniu w tłuszczu, pieczeniu i prażeniu. W przypadku przeponowego ogrzewania za pośrednictwem pary grzejnej lub gorącej wody, wymianę cieplną prowadzi się zazwyczaj w przeciwprądzie ze względu na większą efektywność ogrzewania przeciwprądowego niż współprądowego.
Źródłem ciepła w technologii żywności są paliwa stałe, ciekłe, gazowe oraz energia elektryczna, a nawet słoneczna (suszenie owoców). Przy wyborze źródeł ciepła bierze się pod uwagę względy ekonomiczne oraz czynniki pozaekonomiczne (wyeliminowanie zanieczyszczenia żywności opałem i produktami spalania, uniknięcie możliwości wybuchu, uzyskanie możliwości płynnej regulacji dopływu energii). Warunki te spełnia energia elektryczna, a częściowo także ogrzewanie gazowe i ogrzewanie za pomocą pary technologicznej.
2. pasteryzacja
Proces, którego nazwa pochodzi od nazwiska sławnego chemika i biologa Ludwika Pasteura, który pierwszy wykazał, że szybkie ogrzewanie surowców żywnościowych w naczyniu zamkniętym i następnie szybkie schłodzenie zwiększa ich trwałość na skutek zabicia wegetatywnej mikroflory.
W przetwórstwie produktów spożywczych rozróżnia się następujące rodzaje pasteryzacji: długotrwałą, krótkotrwałą, błyskawiczną i wysoką.
Liczne badania i wieloletnia praktyka pozwoliły ustalić warunki pasteryzacji poszczególnych surowców i przetworów, w których produkty pasteryzowane są wolne od szkodliwej mikroflory wegetatywnej, a równocześnie niepożądane zmiany jakościowe produktów na skutek ogrzewania są możliwie minimalne.
3. blanszowanie
Krótkotrwałe ogrzewanie umytych warzyw i wyjątkowo - owoców w temperaturze 80-95°C (w czasie kilku sekund do kilku minut) i szybkie schłodzenie do temperatury 20°C.
Cele: inaktywacja oksydaz, zwłaszcza tyrozynazy, która powoduje ciemnienie surowców o jasnym miąższu, takich jak: jabłka, gruszki; denaturacja białek w warstwie powierzchniowej, dzięki czemu ograniczony jest wyciek soku komórkowego z surowców w toku ich dalszej obróbki; zmiękczenie surowca - ułatwienie kolejnych czynności technologicznych; zniszczenie mikroflory rodzimej surowca; odpowietrzenie; zmywanie warstwy woskowej (śliwki - ułatwienie suszenia, wysycania cukrem); skurczenie surowca (lepsze wypełnienie opakowania); dodatkowy zabieg mycia; u warzyw - usunięcie posmaku surowizny.
Może być prowadzone przez krótkotrwałe bezprzeponowe działanie pary na surowiec lub przez zanurzenie surowców w gorącej wodzie (blanszowanie immersyjne).
gotowanie
Utrzymywanie medium technologicznego w stanie wrzenia lub w temperaturze nieco niższej niż 100°C w czasie od około 30 minut do kilku godzin.
W zależności od rodzaju czynnika grzejnego rozróżnia się:
- obgotowanie, tj. działanie wody lub pary w temperaturze 80-100°C przez kilka minut w celu powierzchniowego ścięcia białek;
- gotowanie wędzonek w wodzie o temperaturze 100°C przez 1-4 godzin w celu denaturacji białka w całej masie,
- parzenie, tj. działanie wody lub pary wodnej w temperaturze 80-95°C przez kilka godzin.
autoklawowanie
proces cieplny prowadzony pod zwiększonym ciśnieniem w temperaturze powyżej 100°C w celu uzyskania pełnej jałowości produktów żywnościowych lub uzyskania pożądanych efektów technologicznych, a zwłaszcza wykonania reakcji np. hydrolizy niektórych węglowodanów i białek.
odparowanie
Metoda oddzielania nadmiaru rozpuszczalnika od innych składników roztworu w temperaturze wrzenia. Odparowanie jest więc jedną z metod zatężania roztworów, do których zalicza się jeszcze odwróconą osmozę i kriokoncentrację.
Bardzo często odparowanie prowadzi się pod zmniejszonym ciśnieniem, dzięki czemu wrzenie następuje w niższych temperaturach, a to z kolei chroni wiele składników roztworu przed niepożądanymi zmianami.
smażenie
Polega na ogrzewaniu surowców roślinnych i zwierzęcych w ciekłym ośrodku, zwykle tłuszczu o temperaturze 150-190°C, a niekiedy w syropie cukrowym w temperaturze około 150°C.
Smażenie w tłuszczu takich surowców jak mięso, ryby, plastry ziemniaczane prowadzi do utworzenia na powierzchni smażonych materiałów kruchej brunatnej skórki o charakterystycznym aromacie. Jest to wynik przebiegu procesu dekstrynizacji, karmelizacji oraz przebiegu reakcji Maillarda.
Wewnątrz naturalnych surowców temperatura nic przekracza 100°C, a zatem materiał ulega ugotowaniu.
Smażone produkty w zależności od ich struktury, porowatości, wchłaniają od 10-40% tłuszczu.
pieczenie
Typowy proces cieplny przemysłu piekarskiego i ciastkarskiego i polega na utrzymywaniu uformowanego ciasta w piecu piekarskim o temperaturze 180-250°C w czasie około jednej godziny. Pieczywo jedynie na powierzchni ogrzewa się do 170°C z utworzeniem pożądanej skórki w pieczywie. Temperatura zaś miąższu powoli wzrasta od temperatury około 30°C do 100°C. W czasie stopniowego nagrzewania się ciasta występują kolejno następujące procesy fizyczne, enzymatyczne i chemiczne.
prażenie
Najbardziej drastyczny proces termiczny, w którym surowce zwykle roślinne są poddawane ogrzewaniu w temperaturze 150 - 220°C w celu uzyskania pożądanych zmian smakowo-zapachowych lub technologicznych.
Prażenie (upalanie) nasion kakaowych, nasion kawy; produkcja dekstryn.
17. Apertyzacja i aseptyczne pakowanie, zasady, podobieństwa i różnice.
apertyzacja, metoda konserwowania żywności w hermetycznych naczyniach przez długotrwałe ogrzewanie w wodzie wrzącej lub parze;
aseptyczne pakowanie żywności, aseptyczne utrwalanie żywności, modyfikacja klas. metody N.F. Apperta (apertyzacja) polegająca na pakowaniu wyjałowionej i ochłodzonej żywności do sterylnych opakowań, w warunkach aseptycznych.
Termiczne utrwalanie żywności polega na doprowadzeniu do określonego rodzaju żywności takiej ilości energii cieplnej, która powoduje technologicznie uzasadnione zniszczenia drobnoustrojów oraz uniemożliwia reinfekcję.
Zabieg termicznego utrwalania żywności może być wykonany dwoma sposobami:
a) przez umieszczenie żywności w zamkniętym naczyniu i sterylizację, tj. w procesie apertyzacji lub puszkowania,
b) przez sterylizację przepływową głównie żywności w postaci ciekłej i aseptyczne pakowanie, tj. w procesie fasteryzacji lub uperyzacji.
Podstawowym zadaniem termicznych metod utrwalania żywności jest określenie warunków zniszczenia drobnoustrojów i ochrona gotowego produktu przed zakażeniem wtórnym.
Technologia puszkowania (apertyzacji)
- sterylizacja w opakowaniach hermetycznych
Proces technologiczny związany z produkcją wyrobów puszkowanych można podzielić na następujące etapy:
przygotowanie surowców,
przygotowanie opakowań,
napełnianie opakowań,
odpowietrzanie,
sygnowanie i przymykanie,
zamykanie naczyń,
sterylizacja i chłodzenie,
termostatowanie,
etykietowanie,
magazynowanie.
Występują znaczne różnice w przydatności poszczególnych surowców zwłaszcza roślinnych, a nawet odmian, do produkcji wyrobów puszkowanych. Z kolei rodzaj surowca, jego skład chemiczny, właściwości smakowe i fizyczne determinują typ konserw i warunki prowadzenia sterylizacji. Podstawowymi surowcami do sporządzania różnego typu wyrobów puszkowanych są: owoce, warzywa, ryby, mięso i mleko.
W przygotowaniu warzyw, a niekiedy owoców, mięsa i innych surowców przeznaczonych do puszkowania bardzo ważnym procesem jednostkowym jest blanszowanie. Głównym jego zadaniem jest inaktywacja enzymów albo rozłożenie substratów enzymatycznych, np. nadtlenków. Ogrzewanie w wrzącej wodzie inaktywuje np. oksydazę o - difenolową i przez to zapobiega późniejszemu ciemnieniu surowców o jasnym miąższu (np. jabłka, ziemniaki) w wyniku enzymatycznego utleniania związków fenolowych. Konsekwencją blanszowania jest także: zmniejszenie zakażeń mikrobiologicznych, usuwanie gazów z komórek, zmiękczanie żywności i jej kurczenie się, co ułatwia napełnienie opakowań, ale również straty rozpuszczalnych w wodzie składników.
Zalewa jest stosowana do produkcji konserw, w których produkt główny, wsad, nie wypełnia szczelnie naczyń. Celem stosowania zalewy jest usunięcie powietrza, unieruchomienie konserwy oraz podniesienie jej cech organoleptycznych. W konserwach mięsnych zalewą może być osolona woda, roztwór żelatyny oraz różne sosy.
Ważną operacją technologiczną jest odpowietrzanie konserw, tj. usunięcie powietrza z naczynia i jego zawartości. Mała ilość pozostawionego powietrza uniemożliwia przebieg procesów utleniania, ogranicza korozję puszek metalowych i zmniejsza możliwość rozwoju pojedynczych przetrwalników bakteryjnych. Zamykanie puszek i słojów, odpowiednio oznakowanych, odbywa się maszynowo za pomocą urządzeń dostosowanych do rodzaju opakowań i wielkości.
Następnie zapuszkowana żywność jest poddawana sterylizacji w okresowych lub ciągłych autoklawach, w warunkach dokładnie ustalonych, które zapewniają tzw. sterylność handlową, rozumianą w ten sposób, że tylko nie więcej niż np. 0,1% puszek nic wykazuje dostatecznej trwałości. W celu oceny skuteczności sterylizacji, z każdej partii sterylizowanej żywności pobiera się reprezentatywnie wybrane jednostkowe opakowanie i poddaje się próbie termostatowania w temperaturze 37—40°C w czasie 3 — 8 dni. Na podstawie pozytywnych wyników termostatowania, dana partia gotowego wyrobu jest dopuszczana do obrotu handlowego.
Technologia sterylizacji przepływowej metodą UHT
- Sterylizacja żywności przed zapakowaniem i aseptyczne pakowanie
Sterylizacja żywności przed zapakowaniem i aseptyczne pakowanie pozwala na wykorzystanie zasady HTST (sterylizację polegającą na błyskawicznym nagrzaniu, a potem schłodzeniu i aseptycznym pakowaniu określa się jako fasteryzację).
Określenie sterylizacja UHT (ultra high temperature) oznacza, że sterylizowany homogenny materiał (zwykle ciecz) jest poddawany ogrzewaniu w bardzo wysokiej temperaturze 135—140°C przez 2—4 sekundy, po czym zostaje schłodzona do temperatury 20°C, umieszczona w sterylnym zbiorniku i zapakowana aseptycznie do pojedynczych opakowań.
Atrakcyjność tego rodzaju sterylizacji wynika z dwóch następujących powodów:
zmiany destrukcyjne bardzo wysokiej temperatury, powyżej 130°C, na drobnoustroje przebiegają względnie szybciej niż reakcje powodujące degradację składników żywności;
w temperaturze około 140°C liczbową wartość czasowego równoważnika sterylizacji wynoszącą 3 minuty można uzyskać w 2,5 s.
Doświadczenia dotyczące głównie sterylizacji mleka wykazały, że w temperaturze 135—140°C uzyskuje się wysoki stopień sterylizacji z minimalnym przebiegiem reakcji brunatnienia. Sterylizacja metodą (UHT) w połączeniu z aseptycznym pakowaniem pozwala na uzyskanie produktu o dużej trwałości i minimalnych zmianach koloru, smaku i zapachu. Warunkiem niezbędnym skuteczności tego typu sterylizacji jest homogenność materiału.
Metodę (UHT) najpowszechniej stosuje się w mleczarstwie do produkcji mleka o przedłużonej trwałości, tzw. mleko UHT. Jest to sterylizowane i homogenizowane mleko pakowane w sterylnych warunkach w opakowania światłochłonne z tworzyw sztucznych trwałe w temperaturze pokojowej przez okres czterech tygodni. Systemem UHT sterylizuje się produkty płynne, oprócz mleka również soki, owocowe, wino oraz żywność zawierającą cząstki o średnicy mniejszej od 1 cm, np. odżywki dziecięce, przetwory pomidorowe, desery ryżowe.
Żywność utrwalana systemem UHT zachowuje dobrą jakość przez co najmniej 6 miesięcy, nie wymagając chłodniczego zabezpieczenia w tym czasie. Drugą ważną zaletą jest to, że warunki procesu nie są uzależnione od rozmiarów opakowań. Wreszcie proces ten charakteryzuje wysoka wydajność ze względu na pełną automatyzację i oszczędność energetyczną.
Efektem cieplnego utrwalania żywności są zmiany koloru, smaku, zapachu i konsystencji, przy czym stosowanie metod UHT pozwala na lepsze zachowanie wielu tych wskaźników, które decydują o walorach sensorycznych i odżywczych. W mniejszym stopniu ulegają zmianie barwniki, np. karoteny i betanina, które pozostają prawie niezmienione, a chlorofil i antocyjany są lepiej zachowane. Sterylizowane aseptycznie mleko, soki owocowe i warzywa zachowują swój naturalny smak. Również straty witamin są znacznie mniejsze.
Wady: wysoki koszt i złożoność urządzeń, wynikające z konieczności sterylizacji materiałów opakowaniowych, rurociągów i zbiorników, konieczność utrzymywanie powietrza i urządzeń napełniających w stanie sterylnym.
14. Operacje i procesy fizykochemiczne w przetwórstwie żywności, podział, znaczenie i zastosowania.
Wśród wielu czynności i zmian, jakie składają się na procesy technologiczne produkcji żywności, występują operacje i procesy jednostkowe, polegające głównie na zmianie stanu skupienia lub rozproszenia przetwarzanego surowca, w których zasadniczą rolę odgrywają zagadnienia powierzchniowe natury fizykochemicznej. Te operacje i procesy wykorzystuje się w technologii żywności przede wszystkim do:
Do najbardziej rozpowszechnionych operacji i procesów fizykochemicznych możemy zaliczyć:
Jest to wydzielanie fazy stałej w postaci kryształków z fazy płynnej (z roztworu lub stopu) lub z gazowej. Wydzielanie kryształków z fazy gazowej nazywa się kondensacją sublimacyjną. Warunkiem koniecznym do powstawania fazy krystalicznej z fazy ciekłej jest przesycenie roztworu, które w praktyce uzyskuje się albo przez zmianę temperatury roztworu nasyconego, albo przez usunięcie części rozpuszczalnika (np. przez odparowanie), bądź też obydwoma sposobami razem. W technologii żywności krystalizacja jest stosowana do różnych celów z których dwa są dominujące:
W wypadku pierwszym, wykrystalizowany składnik stanowi główny produkt końcowy (np. cukry, kwasy spożywcze, witaminy, aminokwasy). W drugim wypadku, wykrystalizowane składniki nie są usuwane z przetwarzanego surowca, a jakość gotowego produktu (lodów spożywczych, margaryny, masła, czekolady) zależy w dużym stopniu od tego, jak małe są kryształy. Ważne jest, by były jak najmniejsze, wtedy bowiem nie są np. wyczuwalne podczas konsumpcji i nie powodują wad, takich jak mączystość czy grysikowatość. Przykłady krystalizacji
Jest to proces zachodzący podczas zetknięcia się dwóch faz, polegający na adsorpcji, czyli zwiększeniu stężenia substancji na granicy faz (adsorpcja dodatnia), lub na zmniejszeniu tego stężenia (adsorpcja ujemna), bądź na absorpcji, czyli na pochłanianiu substancji i równomiernym jej rozprowadzeniu w całej masie jednej z faz. Substancję pochłaniającą określa się jako sorbent, a pochłanianą jako sorbat. W przypadku adsorpcji odpowiednie substancje noszą nazwy: adsorbent i adsorbat, a przypadku absorpcji: absorbent i absorbat. Adsorpcja Zależnie od sił, działającymi między adsorbentem i adsorbatem, wyróżnia się:
Zjawisko adsorpcji, w różnych jej formach, nie jest jeszcze dostatecznie wyjaśnione oraz sformułowane. Wiadomym jest, że adsorpcja gazów jest wprost proporcjonalna do ciśnienia gazu, a odwrotnie proporcjonalna do temperatury. Również adsorpcja cieczy jest wprost proporcjonalna do stężenia w cieczy i odwrotnie do temperatury. Adsorpcja jest wykorzystywana w wielu operacjach technologii produkcji żywności, np.:
Przy aglomerowaniu substancji sproszkowanych stosowane adsorbenty:
Absorpcja
W przemyśle spożywczym absorpcję gazów wykorzystuje się w różnych branżach, przy czym używanych gazów największe zastosowanie ma dwutlenek węgla, dwutlenek siarki i powietrze.
Dwutlenek siarki jest wykorzystywany w tzw. siarkowaniu:
Desorpcja Jest zjawiskiem odwrotnym do adsorpcji lub absorpcji. Wykorzystuje się przy takich zabiegach jak:
Emulsja Jest to makroskopowo jednorodny układ dyspersyjny dwóch nie mieszających się ze sobą cieczy. Jedna z tych cieczy występuje w postaci drobnych, oddzielnych kuleczek i stanowi tzw. fazę zdyspergowaną, rozproszoną albo wewnętrzną, natomiast druga ciecz, w której są zawieszone kuleczki fazy rozproszonej, nosi nazwę fazy dyspergującej, ciągłej albo zewnętrznej. Emulsje można otrzymywać z dwóch nierozpuszczalnych w sobie cieczy w wyniku mechanicznego rozdrobnienia (silnego mieszania) i obecności substancji zdolnej do obniżenia napięcia powierzchniowego na granicy wytworzonych faz tzw. emulgatora. Koagulacja Proces łączenia cząstek koloidowych w większe agregaty. Proces ten jest charakterystyczny dla układu koloidowego, w którym wymiary cząstek, składających się na fazę rozproszoną, wynoszą od 1 do 500 nm. Proces żelowania i jakość otrzymanej galarety zależą od wielu czynników, jak wielkość, kształt i stężenie cząstek fazy rozproszonej, obecność elektrolitów i środków odwadniających w roztworze, pH i temperatura roztworu, itp. Koagulacja a zwłaszcza żelowanie, są wykorzystywane:
Aglomerowanie Łączenie cząstek małych w większe. W aglomerowaniu istotne jest łączenie cząstek materiałów sypkich, sproszkowanych. Przykłady produktów spożywczych:
8. Charakterystyka wstępnych czynności technologicznych typowych dla przetwórstwa żywności. |
Cel i zadania obróbki wstępnej surowca Obróbka 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:
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:
Skuteczne czyszczenie powinno:
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:
Sortowanie surowca Sortowaniem 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:
Usuwanie części niejadalnych: Cel:
np. łuszczenie, obieranie, drylowanie, obcinanie końców (fasola), obrywanie szypułek, usuwanie opierzenia, szczeciny, MDM (Mechanical De-boned Meat - mechanicznie odkostnione mięso). Przykłady:
|
11