Nowoczesne aspekty procesu wędzenia

Transkrypt

1 40 maszyny i technologie Nowoczesne aspekty procesu wędzenia Wędzenie należy do fizykochemicznej metody konserwowania wyrobów mięsnych opartej na wykorzystaniu dymu wędzarniczego. Jest on wytwarzany w czasie niezupełnego spalania (piroliza) surowca dymotwórczego, którym jest najczęściej w różnej postaci drewno z drzew liściastych. Sporadycznie w celu uzyskania specyficznych cech sensorycznych (barwa, smak, zapach) stosuje się do wytwarzania dymu dodatek drewna z drzew iglastych (głównie jałowiec). Pełna przydatność drewna z drzew iglastych jest jednak ograniczona zawartością w nim związków żywicznych, które paląc się nadają wędzonym produktom smak terpentyny oraz powodują oblepianie wyrobów sadzą, która jest nośnikiem kancerogennych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA). Na skład dymu wędzarniczego, poza rodzajem gatunkowym drewna, wpływają ponadto warunki jego powstawania oraz temperatura i technika wytwarzania. Czynniki te decydują o różnych właściwościach sensorycznych dymu. Charakterystyka dymu wędzarniczego Dym wędzarniczy jest aerozolem powstałym w wyniku wymieszania z powietrzem gazowych, ciekłych i bardzo rozdrobnionych cząsteczek stałych wytworzonych podczas częściowego spalania drewna. Powietrze wraz ze składnikami gazowymi stanowi fazę rozpraszającą, a pozostałe składniki o średnicy cząstek 0,15-1,3 µm fazę rozproszoną. Różnorodne składniki dymu wędzarniczego powstające podczas pirolizy drewna wpływają na nadanie charakterystycznych cech jakościowych oraz cenionego zapachu i smaku wyrobom mięsnym. Jednocześnie w czasie wędzenia następuje przeciwutleniające, bakteriostatyczne i bakteriobójcze działanie składników dymu, co wpływa na trwałość wędzonych wyrobów. W przypadku zastosowania wędzenia w wysokiej temperaturze zachodzi ponadto, szczególnie w warstwach zewnętrznych wyrobów, denaturacja białek mięśniowych. Występujące w dymie wędzarniczym grupy związków działają więc różnorodnie na wędzony produkt. Wyróżnić można działanie dymu: 1. konserwujące przez: bakteriobójcze i bakteriostatyczne działanie fenoli, związków karbonylowych i aldehydu mrówkowego, zapobiegające utlenianiu tłuszczów przez działanie fenoli (gwajakol z drewna miękkiego i syringol z drewna twardego) i kwasów organicznych; 2. barwotwórcze przez: osadzające się cząstki stałe dymu na powierzchni wyrobów (sadza, smółka), działanie utleniaczy (fenole, aldehydy), reakcje zachodzące pomiędzy związkami karbonylowymi a grupami NH 2 białek mięśniowych oraz tworzenie się melanoidyn; 3. smakotwórcze i aromatyzujące (fenole i ich pochodne, związki karbonylowe); 4. utrwalające na białka przez sieciowanie molekuł białek w wyniku działania aldehydów, głównie formaldehydu (tzw. garbowanie). Barwotwórcze działanie dymu Niektóre składniki dymu wędzarniczego (fenole, związki karbonylowe, żywice, substancje o charakterze węglowodanowym) zostają w czasie wędzenia adsorbowane na powierzchni wyrobów i ulegając wtórnym przemianom tworzą substancje zabarwiające powierzchnię wyrobów. Utleniające się fenole tworzą czerwone, brązowe i czerwonobrązowe związki barw-

2 maszyny i technologie 41

3 42 maszyny i technologie ne. Na tworzenie się charakterystycznej barwy wpływa ponadto polimeryzacja fenoli i samoutlenianie się żywic. Niekorzystny wzrost czerni w barwie wyrobów wędzonych jest wynikiem dużej absorpcja związków smołowych. Pozytywny wpływ na barwę wyrobów wędzonych mają tworzące się niektóre węglowodany (celuloza, pentozany, heksozany), które powstając w wyniku rozpadu cieplnego składników drewna ulegają karmelizacji, tworząc czerwonobrązowe barwniki. Jednocześnie na barwę oddziaływają produkty reakcji związków karbonylowych z aminami i białkami. Intensywność i dynamika tworzenia się charakterystycznej barwy na powierzchni wyrobów wędzonych zależy od: parametrów i warunków wytwarzania dymu wędzarniczego (temperatura, dostęp tlenu, typ urządzenia dymotwórczego), gatunku drewna, jego wilgotności i rozdrobnienia, wilgotności i wartości ph powierzchni wyrobu, rodzaju osłonki i jej grubości, właściwości fizykochemicznych wędzonego wyrobu. Istotny wpływ na barwę wędzonych produktów ma gatunkowe zróżnicowanie drewna użytego do wytwarzania dymu wędzarniczego. Barwa ta może być brązowoczerwona (drewno bukowe), ciemnobrązowa (drewno dębowe bogate w garbniki), złocistożółta, gdy wędzenie odbywa się dymem wytwarzanym z drewna klonowego, jesionowego lub lipowego. Staje się ona cytrynowożółta, gdy używa się do wytwarzania dymu z drewna akacjowego. Dym z drewna olchowego, ze względu na dużą zawartość substancji smołowcowych, nadaje wyrobom barwę brązowoszarą, a dym z drewna drzew owocowych bardziej atrakcyjną barwę czerwoną. Duży wpływ na skuteczność barwotwórczą dymu wędzarniczego ma temperatura jego wytwarzania oraz ilość tlenu dostępnego w procesie pirolizy. Czas rozkładu drewna zależy w dużym stopniu również od zawartości wody w surowcu dymotwórczym. Najbardziej pożądane efekty wędzenia uzyskuje się z dymu otrzymanego z drewna o zawartości ok. 20% wody. Dym uzyskiwany z drewna zbyt wilgotnego charakteryzuje się tzw. zapachem pogorzeliskowym i ciemną barwą. Posiada ponadto dużą zawartość sadzy, popiołu oraz zawiera więcej kwasów. Jednocześnie dym taki nierównomiernie barwi powierzchnię produktów wędzonych. Efektywność wędzenia zależy przede wszystkim od poziomu osuszenia powierzchni wyrobów poddawanych wędzeniu. Na powierzchni wyrobów o mokrej powierzchni obecna woda sprzyja absorpcji i polimeryzacji związków smołowcowych (żywice), co prowadzi do niekorzystnego ciemnego powierzchniowego przebarwienia. Osłonki mokre gorzej również przepuszczają gazowe produkty pirolizy drewna. Intensywność zabarwienia tworzącego się w czasie wędzenia rośnie wraz z grubością ścianki osłonki oraz ze wzrostem odczynu zasadowego powierzchni. Toksyczność dymu wędzarniczego Proces niezupełnego spalania drewna (piroliza), czego efektem jest powstawanie dymu, przebiega w oparciu o 4 następujące po sobie etapy: 1. ok. 170 C - endotermiczna faza wydzielania się wody i tworzenie się jasnego dymu, C - następujący rozpad pentozanów i pojawienie się jasnobrązowego dymu, C - egzotermiczna faza rozkładu celulozy i hemicelulozy, efektem czego jest powstawanie brązowoczerwonego dymu, C - egzotermiczna faza rozkładu ligniny, która jest źródłem fenoli oraz występowanie bezbarwnego dymu. W czasie rozkładu termicznego drewna(sucha destylacja) nie powinno się przekraczać temperatury 425 C. Powyżej tej temperatury powsta-

5 44 maszyny i technologie ją bowiem sprzyjające warunki do tworzenia się kancero - i mutogennych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), których przedstawicielem jest groźny dla zdrowia 1, 2, 5, 6 dwubenzoantracen oraz traktowany jako wskaźnikowy równie szkodliwy 3, 4 benzopiren (benzo[a]piren). Udział względny tego ostatniego związku w ogólnej ilości WWA sklasyfikowanych jako związki wykazujące toksyczne właściwości waha się między 4 a 13%.Stwierdza się, że związki WWA powstają szybciej w czasie pirolizy drewna miękkiego i żywicznego. Drewno żywiczne tworzy bowiem tzw. kopeć sadzy, która staje się swoistym transporterem związków z grupy WWA. Intensywnemu tworzeniu się sadzy sprzyja wykorzystanie do wytwarzania dymu wędzarniczego tzw. smolaków (łuczywo) iglastych, które stosuje się często w celu uzyskania specyficznego aromatu i barwy wyrobów mięsnych. Na poziom związków z grupy WWA w dymie wędzarniczym, a co za tym idzie w wędzonych wyrobach, wpływa poza rodzajem gatunkowym drewna także jego wilgotność i technika prowadzenia pirolizy. Nowoczesne metody wędzenia pozwalają na obniżenie zawartości benzo[a]pirenu w wyrobach mięsnych przy kontrolowanej temperaturze procesu wędzenia do poziomu nie przekraczającego wartości 1 ppb. Metody wytwarzania dymu wędzarniczego Dym wędzarniczy uzyskuje się w paleniskach ogniowych lub przy użyciu dymogeneratorów (wytwornice dymu). Dymogeneratory należące do nowoczesnych sposobów wytwarzania mogą być żarzeniowe, cierne, parowe i fluidyzacyjne. Wytwarzanie dymu w dymogeneratorze żarzeniowym polega na żarzeniu rozdrobnionego drewna (zrębki) na metalowej płycie ogrzewanej elektrycznie. Temperatura pirolizy zrębek nie powinna przekraczać 425 C. Istotną rolę przy tej metodzie wytwarzania dymu odgrywa stopień rozdrobnienia drewna. Stosowanie większych cząstek drewna pozwala osiągnąć wyższą temperaturę pirolizy, co decyduje o tworzeniu się bogatszej kompozycji składników dymu. Z drugiej strony wzrost temperatury wytwarzania dymu wędzarniczego sprzyja tworzeniu się związków smolistych. W efekcie wędzenie takim dymem powoduje powstanie ciemniejszej barwy produktów wędzonych, które zarazem uzyskują silniejszy posmak wędzarniczy. W metodzie ciernej wykorzystuje się siłę tarcia jaka powstaje po przyłożeniu kloca drewnianego do trącej metalowej powierzchni bębna. Następująca zmiana energii kinetycznej na cieplną pozwala wytworzyć dym w korzystnej temperaturze C. Pozwala to na obniżenie zawartości benzo[a]pirenu w wyrobach wędzonych takim dymem nawet do poziomu 0,003-0,015 ppb w zależności od rodzaju wędzonego produktu. Dla porównania w przypadku wędzenia dymem wytwarzanym żarzeniowo wartość ta kształtuje się na poziomie 0,07-0,08 ppb. Równocześnie po przekroczeniu temperatury wytwarzania dymu wynoszącej 400 C mogą pojawiać się języki płomieni ognia, co prowadzi do powstawania dużych ilości CO 2. Dym tak wytworzony nadaje często wyrobom wędzonym niekorzystny smak pogorzeliskowy. Na poziom zawartości składników w dymie wędzarniczym wytwarzanym metodą cierną można oddziaływać prędkością obrotową bębna. System ciernego wytwarzania dymu pozwala ponadto na jego produkcję w obiegu zamkniętym, co uniemożliwia ulatnianie się gazów odlotowych zanieczyszczających środowisko. Metoda parowa wytwarzania dymu wędzarniczego polega na działaniu na trociny lub wióry drzewne przegrzaną parą wodną o ciśnieniu 0,13 MPa i temperaturze C. Para ulegając kondensacji na powierzchni wędzonego produktu umożliwia odbieranie wilgoci i ciepła przez produkt. Wprowadzony wraz z parą wilgotny i gęsty dym również skrapla się na powierzchni wyrobów nadając im w ten sposób barwę i aromat typowy dla produktów wędzonych. Pozostająca nie skroplona para jest wy-

7 46 maszyny i technologie łapywana w kondensatorze przyłączonym do urządzenia wędzarniczego. Metoda fluidyzacyjna polega na termicznym rozkładzie i równoczesnym utlenianiu trocin znajdujących się w tzw. stanie fluidalnym. Powietrze wprowadzone do komory jest ogrzewane do temperatury C. Urządzenia do takiego wytwarzania dymu charakteryzują się dużą wydajnością produkcyjną i pozwalają na uzyskanie suchego i gęstego dymu, na co wpływa krótki,wynoszący 10 s czas pirolizy. Mniej popularną metodą wytwarzania dymu wędzarniczego jest metoda dwustopniowa, w której dym wytwarza się w czasie pirolizy w atmosferze N 2 lub CO 2 (I faza), a następnie otrzymany pirolizat jest mieszany z tlenem (II faza). W tej metodzie uzyskuje się suchy i gęsty dym. Inną metodą atrakcyjną ekonomicznie jest wytwarzanie dymu w czasie pirolizy sprasowanych ściśle w bloki trocin (tzw. wytlewanie). Metoda ta pozwala na wykorzystanie surowców odpadowych z przemysłu drzewnego i uzyskanie dymu charakteryzującego się stałymi parametrami. Technologia wędzenia wyrobów mięsnych Współczesne procesy wędzenia wykorzystują cztery podstawowe metody - technologie, do których zalicza się: wędzenie owiewowe, wędzenie elektrostatyczne, płyny wędzarnicze w postaci dymów, preparaty dymu wędzarniczego. Najbardziej popularną metodą wędzenia jest metoda owiewowa stosowana wariantowo jako wędzenie dymem zimnym, ciepłym i gorącym. Wędzenie dymem zimnym prowadzi się w temperaturze C przy wilgotności względnej 90-95% przez stosunkowo długi czas (1-14 dni). Takie warunki prowadzenia wędzenia powodują duże nasycenie wyrobów składnikami dymu wędzarniczego, przez co wyroby uzyskują trwałość i utrzymują długo aromat wędzenia. Produkty wędzone dymem zimnym charakteryzują się ponadto intensywnie czerwoną barwą na przekroju. Sprzyja temu tworzenie się karboksymioglobiny (Mb CO), która wykazuje intensywną stabilną czerwoną barwę, a zarazem wpływa na pogłębienie wybarwienia peklowniczego. Metoda wędzenia dymem zimnym jest stosowana do wędzenia wyrobów surowych i jako zabieg powtórnego wędzenia dla nadania produktom mięsnym pożądanego charakterystycznego aromatu. Wędzenie dymem ciepłym przeprowadza się w temperaturze C i wilgotności względnej wynoszącej 70-80% przez okres 4-48 h. Stosując w procesie wędzenia zakres temperatur C można wędzeniem takim dymem zastąpić z dobrym skutkiem wędzenie dymem zimnym przy równoczesnym skróceniu czasu trwania całego procesu. Warunki prowadzenia wędzenia dymem ciepłym powodują przesuszenie powierzchni wyrobów, a wewnątrz produkt zachowuje cechy typowo surowego. Efektem tego jest pojawienie się podsuszonej warstwy pod osłonką. Mimo nierównomiernego podsuszania, ale przy dużym nasyceniu wyrobów składnikami dymu wędzenie ciepłe może być stosowane do obróbki wyrobów surowych. Znajduje również zastosowanie do wędzenia wyrobów podrobowych oraz jako powtórne wędzenie wyrobów parzonych i pieczonych. Wędzenie dymem gorącym odbywa się w temperaturze C przez 1-4h, co prowadzi do zmian barwy i powoduje nadanie wyrobom aromatu wędzonego. Ze względu na zakres stosowanych temperatur dymu, zwłaszcza temperatury powyżej 50 C proces prowadzi do denaturacji warstw zewnętrznych wyrobów wędzonych. Z tego względu ta metoda wędzenia znajduje zastosowanie przy produkcji wyrobów poddawanych później obróbce termicznej. W celu uzyskania pożądanego efektu wędzenia owiewowego należy proces wędzenia po-

9 48 maszyny i technologie przedzić fazą suszenia, co umożliwia uzyskanie wysokiej jakości sensorycznej wyrobów wędzonych (barwa, połysk). Wędzenie elektrostatyczne polega na umieszczeniu produktu wędzonego w obszarze zjonizowanych cząstek gazowych (pole wyładowań koronowych). Do elektrody koronującej ulotowej doprowadza się wysokie napięcie (20-60 kv) przy zastosowaniu odpowiedniej odległości od uziemnionego przenośnika z wyrobami. Efektem napięcia elektrycznego jest jonizacja cząstek gazowych dymu, które podlegają działaniu sił pola, co przyspiesza ich osadzanie się na powierzchni wędzonego wyrobu stanowiącego elektrodę osadczą. Cząstki znajdujące się w fazie gazowej osadzają się na powierzchni wyrobów w wyniku powstającego pod wpływem wyładowań tzw. wiatru elektrycznego (chmura wolnych elektronów). Cały proces ukierunkowują ponadto dodatkowe elektrody ekranujące. W tych warunkach składniki dymu szybko osadzają się na powierzchni wyrobów, ale powoli przenikają do ich wnętrza. Wędzenie elektrostatyczne umożliwiając skrócenie czasu wędzenia 8-10 krotnie w stosunku do wędzenia owiewowego pozwala na mechanizację procesu i może odbywać się w sposób ciągły. Ze względu na małe zużycie surowca dymotwórczego jest procesem ekonomicznym. Mankamentem tej metody są trudności w dopasowaniu konstrukcyjnym dymogeneratorów do agregatów elektrostatycznych. Dymy w płynie Obróbka wędzarnicza wyrobów mięsnych dymami w płynie może odbywać się przez: zanurzanie, zraszanie, rozpylanie płynu w komorach. Stosowany dym płynny otrzymuje się na drodze kondensacji wytwarzanego dymu lub kondensacji gazów powstających po pirolizie przy produkcji węgla drzewnego. Konieczność oczyszczania i kontrolowane warunki otrzymywania takiego dymu umożliwiają pozbawienie go substancji koncerogennych przy równoczesnym oddzieleniu fazy smołowej. Technologicznie dym w płynie można produkować o bardzo zróżnicowanym składzie (zmienna zawartość kwasów, fenoli i związków karboksylowych; wartość ph i lepkość), a przez to różnie oddziałujący na produkt. W celu powierzchniowego pokrywania produktu wędzonego dym w płynie rozpylany jest w postaci aerozolu (atomizowany) przez system dysz rozpyłowych przy udziale sprężonego powietrza o ciśnieniu 0,5-0,8 MPa w typowych komorach wędzarniczych. Warunkiem skutecznego wędzenia jest właściwy dobór parametrów wytwarzenia stabilnej,,chmury" dymu poprzez powstawanie cząstek o ściśle określonym rozrzucie ich wielkości, najczęściej o średnicy 0,1-0,2 µm. Uzyskiwana gęstość dymu w komorach jest sterowana strumieniem objętościowym dostarczanego do atomizera dymu w płynie i ustalonymi interwałami rozpylania. Na równomierność i skuteczność tej metody wędzenia wpływa ponadto jakość strumienia powietrza w komorze i stan wysuszenia powierzchni wędzonych produktów. Atutami wędzenia dymami w płynie jest unikanie emisji składników dymu do powietrza odlotowego, przez co skuteczne zużycie dymu jest minimalizowane. Proces takiego wędzenia odbywa się ponadto w sposób zautomatyzowany, co poprawia dodatkowo efektywność samego wędzenia. Jednocześnie łatwość dozowania dymu w płynie pozwala na skrócenie cyklu wędzenia a co za tym idzie obniżenie wielkości ubytków masy. Zaletami stosowania płynu do wędzenia jest dodatkowo: zwiększenie zdolności produkcyjnej wędzarni, zmniejszenie kosztów obsługi wędzarni, możliwość programowania jakości wędzenia, otrzymywanie produktów o cechach zdrowotnych. W czasie wędzenia wyrobów dymem płynnym poprzez jego formę i sposób dozowania istnie-

11 50 maszyny i technologie ją dla wyrobów zagrożenia natury jakościowej. Przy przekroczeniu określonych dawek preparatu występuje pojawienie się kwaśnych nut smakowo - zapachowych określanych jako ostre pogorzeliskowe, chemiczne lub medyczne. Dym otrzymywany w postaci aerozolu z płynnego preparatu nie wykazuje ponadto tak skutecznego działania konserwującego jak dym wytworzony w dymogeneratorach i następnie stosowany owiewowo. W metodzie zanurzeniowej przetwory mięsne są wkładane do roztworu dymu, którego stężenie dobiera się w zależności od założonego efektu (barwa, aromat). Czas trwania zanurzenia wynosi najczęściej s. Kolejną odmianą wędzenia z wykorzystaniem dymu w płynie jest wędzenie poprzez natrysk. Dym trafia bezpośrednio na powierzchnię wyrobów wskutek zraszania, które odbywa się przez perforowane blachy lub za pomocą dysz względnie głowic natryskowych. Stosuje się wtedy małe nadciśnienie umożliwiające prowadzenie natrysku w postaci tzw. mgławicy. Zaletą takiego wędzenia jest duża elastyczność w stosowaniu natrysku i ciągły sposób pracy. Występujący ubytek dymu można niwelować przez wyłapywanie ściekającego roztworu i poddawanie go filtrowaniu. Warunkiem skutecznego wędzenia przy zastosowaniu płynów wędzarniczych jest potrzeba wprowadzenia zabiegów mających na celu lepsze utrwalenie barwy i smaku wędzonych przetworów. Przetwory mięsne zależnie od rodzaju produktu podlegać powinny wtedy różnego rodzaju obróbkom, które sprowadzają się do utrwalania pożądanych cech wynikających z zaaplikowania na powierzchni płynnego dymu. Najczęściej prowadzoną obróbką jest proces utrwalania przez suszenie. Preparaty dymu wędzarniczego Preparaty dymu wędzarniczego znajdują coraz częstsze zastosowanie jako dodatki stosowane w niektórych etapach procesu produkcyjnego- (kutrowanie, mieszanie, nastrzykiwanie, uplastycznianie). Takie preparaty dymu w wyniku zastosowania odpowiednich metod produkcji mogą być na bazie wody, smalcu i oleju oraz w postaci suchej na nośnikach stałych, takich jak sól kuchenna, skrobia, białka, przyprawy, żelatyna, słód. W zależności od zastosowanego nośnika preparaty dymu mają różną przydatność technologiczną wynikającą z ich formy aplikowania. Rodzaj nośnika decyduje również o właściwościach danego preparatu dymu wędzarniczego. Wpływają one na możliwości skutecznego dozowania preparatów w zależności od wymagań i potrzeb technologicznych. Podsumowanie Wędzenie za pomocą dymu wędzarniczego bezpośrednio wytwarzanego w dymogeneratorze i wprowadzanego do komory niesie za sobą pewne zagrożenia. Jakość tak wytwarzanego dymu zależy bowiem w znacznym stopniu od czynników, na które często nie ma się wpływu i które bardzo trudno kontrolować. Na jakość bezpośrednio wytworzonego dymu wędzarniczego w dużym stopniu wpływają następujące czynniki: wilgotność surowca dymotwórczego, zawartość kory, zapleśnienia, pęknięcia kloców, praca dymogeneratora (temperatura spalania, dopływ powietrza, transport surowca dymotwórczego), kanały doprowadzające dym do komory (średnica i długość kanałów, zabrudzenia smołą). Mimo ciągłego postępu i rozwoju inżynierii wędzenia prowadzącym do unowocześniania konstrukcji dymogeneratorów i komór wędzarniczych oraz ich oprzyrządowania nie udaje się wyeliminować istotnego czynnika ludzkiego, który ciągle jest niezastąpiony w owiewowych metodach wędzenia. Wędzenie wyrobów mięsnych metodami alternatywnymi (płyny i preparaty wędzarnicze)

13 52 maszyny i technologie nie produkuje gazów odlotowych, ponieważ odbywa się najczęściej w układzie zamkniętym. Za stosowaniem tych metod przemawia także aspekt zdrowotny i ekonomiczny całego procesu wędzenia. W metodach tych istnieje możliwość wprowadzenia automatyzacji względnie eliminowania wędzenia jako odrębnej fazy technologicznej. Jednak w procesie wędzenia dymem płynnym lub preparatami dymu nie występuje działanie CO na mioglobinę mięsa (eliminacja tworzenia się Mb CO), co może ograniczać intensyfikację barwy na przekroju wyrobów wędzonych, która jest pożądana przy obróbce wędzarniczej przetworów surowych. dr inż. JERZY WAJDZIK