Zadania mikrobiologii żywności. Metody konserwacji żywności. Hanna M. Pituch Katedra Mikrobiologii Lekarskiej Warszawski Uniwersytet Medyczny 2014

Transkrypt

1 Zadania mikrobiologii żywności. Metody konserwacji żywności. Hanna M. Pituch Katedra Mikrobiologii Lekarskiej Warszawski Uniwersytet Medyczny 2014

2 Zadania mikrobiologii żywności. Zastosowanie mikroorganizmów do poprawienia jakości żywności. Kontrola procesów psucia się żywności. Bezpieczeństwo spożywanej żywności.

3 Zastosowanie mikroorganizmów do poprawienie jakości żywności. Poprawienie jakości żywności poprzez wzrost wartości odżywczych: witaminy, kwas mlekowy, cukry proste, aminokwasy, fermentacja laktozy. Poprawa właściwości organoleptycznych żywności. Poprawa trwałości żywności.

4 Zastosowanie mikroorganizmów do uzyskania pożądanych produktów żywnościowych i używek. Żywność fermentowana (kiszonkarstwo). Żywność funkcjonalna z zastosowaniem probiotyków. Fermentacja mlekowa, propionowa, octowa, cytrynowa. Fermentacja etanolowa (gorzelnictwo, przemysł spirytusowy, browarnictwo, winiarstwo).

5 Mleczne napoje fermentowane. Definicja mlecznych napojów fermentowanych Wg Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej są to produkty otrzymywane z mleka odtłuszczonego lub pełnego przy użyciu specyficznych mikroorganizmów. Mikroorganizmy powinny być żywe i aktywne w produkcie (w ilości powyżej 10 7 /g) do końca okresu trwałości. Jeżeli produkt jest pasteryzowany lub termizowany wymagania dla żywej mikroflory nie obowiązują. Produkt taki powinien być jednak oznakowany fermentowane mleko poddane pasteryzacji (lub termizacji).

6 Generacje mlecznych napojów fermentowanych. I generacja: fermentacja spontaniczna, zapoczątkowana kwasząca mikroflorą zakażającą mleko (wiele tysięcy lat temu). II generacja: fermentacja w wyniku szczepienia bakteriami mlekowymi (około 1900 roku). III generacja: fermentacja lub suplementacja jelitowymi bakteriami mlekowymi (około 1980 roku). IV generacja: fermentacja bakteriami probiotycznymi o udokumentowanych cechach zdrowotnych (około 1990 roku).

7 Udział drobnoustrojów w dojrzewaniu kiełbas. W dojrzewaniu kiełbas uczestniczą: Bakterie kwasu mlekowego: 1. Wytwarzanie kwasu mlekowego. 2. Wytwarzanie czynników aromatyzujących. 3. Wytwarzanie bakteriocyn. Mikrokoki: 1. Redukcja azotanów do azotynów. 2. Wytwarzanie nadtlenku wodoru (katalaza). 3. Wytwarzanie czynników aromatyzujących lub kwasu masłowego, octowego, propionowego, lipazy, peroksydazy itp.

8 Czynniki wpływające na rozwój drobnoustrojów. Temperatura Stężenie jonów wodorowych (ph) Potencjał oksydoredukcyjny Aktywność wody w środowisku Ciśnienie hydrostatyczne.

9 Temperatura Temperatura jest jednym z najważniejszych czynników środowiskowych warunkujących procesy życiowe drobnoustrojów. Funkcje życiowe drobnoustrojów mogą przebiegać w zakresie temperatur -23ºC do +121ºC. W najniższej temperaturze rosną drobnoustroje w silnie zasolonych zbiornikach wodnych na Antarktydzie: bakterie z rodzaju Corynebacterium sp. oraz grzyby Sporobolomyces sp. ale np. Sulfolobus acidocaldarius optymalnie rośnie w temperaturze 80ºC przy ph=3,0

10 Temperatura Temperatura wpływa: Bezpośrednio na: szybkość wzrostu aktywność enzymów skład chemiczny komórek wymagania pokarmowe Pośrednio na: na regulację rozpuszczalności cząsteczek związków wewnątrzkomórkowych transport jonów i dyfuzję substancji chemicznych oraz zmianę właściwości osmotycznych błon komórkowych

11 Wpływ temperatury na szybkość wzrostu drobnoustrojów. Maksymalna szybkość większości reakcji enzymatycznych optimum minimum Krzepnięcie błony cytoplazmatycznej Spowolnienie procesów transportu prowadzące do zahamowania rozwoju drobnoustrojów temperatura maksimum Denaturacja białek, uszkodzenie błony cytoplazmatycznej

12 Podział drobnoustrojów w oparciu o kardynalne temperatury rozwoju. Drobnoustroje Minimum Optimum Maksimum Psychrofile -23ºC - 0ºC ok. 15ºC <20ºC Psychrotrofy 0ºC ok. 20ºC 20ºC - 25 ºC Mezofile 10ºC 20ºC - 45ºC 50ºC Termofile 25ºC - 45ºC wyższa niż 60ºC 90ºC Hipertermofile 60ºC 80ºC 100ºC -121ºC

13 Psychrofile i psychrotrofy Psychrofile: 0ºC i poniżej a ich optymalna temperatura wzrostu to 15ºC, a maksymalna 20ºC lub poniżej. Enzymy tych drobnoustrojów wykazują wyjątkową termowrażliwość (w temperaturze 20ºC ulegają inaktywacji). Białka szoku zimna (cold shock proteins), których zadaniem jest przystosowanie komórek do niskiej temperatury. Psychrotrofy to organizmy rosnące w temperaturze 0ºC a ich optymalna temperatura wzrostu jest wyższa od 20ºC, zwykle wynosi 20ºC - 25ºC. Rosną w temperaturze 7ºC

14 Psychrofile żyją w rejonach podbiegunowych, na szczytach gór, dnie oceanów, w osadach dennych głębokich jezior. Najczęściej spotykane psychrotrofy Gram ujemne to: Achromobacter, Pseudomonas, Flavobacterium, Serratia (te gatunki mogą rozwijać się w mięsie w chłodni, w temperaturze 0ºC), Vibrio, Aeromonas, Acinetobacter, Alcaligenes, Gram dodatnie to Micrococcus, Bacillus. Stanowią problem w przechowalnictwie żywności. Psychrofile spotykane są najczęściej w produktach żywnościowych pochodzenia morskiego, natomiast psychrotrofy w nabiale, wędlinach, warzywach i owocach przechowywanych w niskich temperaturach

15 WAŻNE!!! W produktach przechowywanych w niskich temperaturach w chłodni (czyli 4 C) szczególnie groźne są: Listeria monocytogenes (Gram +), Yersinia enterocolitica (Gram-), Bacillus cereus (Gram+).

16 Mezofile. Rosną w temperaturach umiarkowanych. Optymalna temperatura wzrostu 20ºC-45ºC, Minimalna temperatura wzrostu 10ºC-25ºC Maksymalna temperatura wzrostu 35ºC-50 ºC W obrębie tej grupy znajdują się saprofity jak i drobnoustroje chorobotwórcze. W procesach biotechnologicznych stosowane są drożdże, Saccharomyces cerevisiae, bakterie kwasu mlekowego, bakterie octowe, pleśnie z rodzaju Aspergillus.

17 Termofile i hipertermofile Wysoka optymalna temperatura wzrostu. Termofile - optymalna temperatura wzrostu 45ºC. Bakterie termofilne Gram dodatnie, Geobacillus, Bacillus, Thermoanaerobacterium, Clostridium. Grzyby termofilne to: Absidia, Aspergillus, Rhizomucor a optymalna temperatura wzrostu to 60ºC - 62ºC Hipertermofile: optymalna temperatura wzrostu powyżej 80ºC. Występują w środowiskach ciepłych i gorących jak gorące źródła, głębiny oceanów z gorącymi prądami ale też w kiszonkach, kompoście itp. Hipertermofilne bakterie to Thermotoga i Aquitex a maksymalna temperatura wzrostu to ºC a także Pyrodictum, Pyrococcus, Thermus, Sulfolobus, Methanopyrus, Methanococcus. Najwyższą temperaturę wzrostu opisano dla szczepu o numerze 121 tj. 121ºC.

18 Termofile. Drobnoustroje termofilne i ich enzymy mają duże zastosowanie praktyczne. Taq polimeraza wyizolowana z bakterii Thermus aquaticus stosowana do PCR Procesy biotechnologiczne: bakterie fementacji mlekowej np. Lactobacillus delbrueckii, stosowany w przemysłowej produkcji kwasu mlekowego Lactobacillus bulgaricus i Streptococcus thermophilus wchodzące w skład zakwasów jogurtowych.

19 Krzywa przeżycia zależna od temperatury. Efekt letalny temperatury jest uwarunkowany wieloma parametrami: głównie wysokością temperatury i czasem jej działania. W stałej temperaturze obniżanie liczby drobnoustrojów zdolnych do życia jest wykładniczą funkcją czasu. Klasyczna krzywa przeżycia ma przebieg prostoliniowy Krzywa wypukła: występuje, gdy ogrzewamy formy przetrwalne. Krzywa wklęsła: gdy badana temperatura działa letalnie na spory jak i niezbyt głęboko uśpione bakterie Krzywa dwuczłonowa: gdy populacje drobnoustrojów tworzą komórki o różnej oporności cieplnej jak i kultury mieszane.

20 Krzywa przeżycia A D C czas B Typy krzywych przeżycia:a-wypukła, B-logarytmiczna, C-wklęsła, D-dwuczłonowa.

21 Ciepłooporność drobnoustrojów. Decymalny czyli dziesięciokrotny czas redukcji (D). Im wyższy jest współczynnik D tym bardziej ciepłooporny jest dany drobnoustrój. Szczególnie oporne na działanie wysokich temperatur są przetrwalniki bakterii. Najbardziej oporne to np. Geobacillus stearothermophilus. Czynniki wpływające na ciepłooporność to wiek, stadium rozwoju, skład chemiczny podłoża hodowlanego, temperatura inkubacji oraz parametry fizyczne i chemiczne. Tłuszcze, białka i cukry mogą działać ochronnie na komórki bakterii (np. w konserwach poddawanych działaniu wysokiej temperatury). Kwaśne ph środowiska zwiększa wrażliwość a obojętne wzmaga oporność.

22 Temperatury niskie. Drobnoustroje mogą przeżywać nawet temperaturę w granicach zera absolutnego tj.-273ºc. W temperaturach subminimalnych tj. niższych od minimalnej temperatury wzrostu rozmnażanie, wzrost, większość procesów metabolicznych bakterii ulega zahamowaniu. Temperatury subminimalne dodatnie: mogą wywołać tzw. zimny szok letalny u Gram-ujemnych np. u Salmonella, Pseudomonas, Serratia. Szybkie obniżanie temperatury do 0ºC-5ºC powoduje krzepnięcie lipidów w błonach komórkowych. Temperatury subminimalne ujemne: Temperatury ujemne: liczba komórek zdolnych do wzrostu po procesie mrożenia i rozmnażania jest niższa niż przed zamrożeniem. Przyczyną śmierci drobnoustrojów jest mechaniczne uszkodzenie komórek oraz szok osmotyczny.

23 Temperatury subminimalne Pod względem wrażliwości na temperatury subminimalne ujemne drobnoustroje dzieli się na: 1. Przeżywające mrożenie i rozmrażanie 2. Niewrażliwe na proces zamrażania, ale wymierające w czasie przechowywania w stanie zamrożonym 3. Wrażliwe na proces zamrażania i wymierające w czasie przechowywania w stanie zamrożonym 4. Nie przeżywające procesu mrożenia, niezależnie od warunków środowiskowych

24 Stężenie jonów wodorowych (ph). Obok temperatury stężenie jonów wodorowych (ph) należy do najważniejszych czynników wpływających na wzrost drobnoustrojów. Pod względem wrażliwości na ph drobnoustroje dzieli się na: Neutrofile-większość drobnoustrojów rośnie w ph bliskim obojętnemu, wartość ph=6,5-7,5. Acydofile-kwasolubne, wartość ph=2,0-4,0. Alkalofile-rosną w środowisku zasadowym, wartość ph 8,0-11,0.

25 Acydofile to drożdże, grzyby strzępkowe, Lactobacillus. Do najbardziej acidofilnych zalicza się Picrophilus oshimae i P. torridus, które rosną nawet w ph=o-o,5 Alkalofile to Nitrosomonas i Nitobacter ale też Vibrio cholerae, Streptococcus pneumoniae, Enterococcus faecalis. Niektóre produkty celowo się zakwasza co hamuje wzrost drobnoustrojów saprofitycznych i chorobotwórczych zwłaszcza przetrwalnikujących. W miarę obniżania ph zwiększa się wrażliwość drobnoustrojów na ogrzewanie, co wykorzystywane jest w procesie pasteryzacji owoców i warzyw. Produkty kwaśne sterylizuje się w czasie krótszym niż produkty o ph bliskim obojętnemu.

26 Potencjał oksydoredukcyjny (Eh). Eh danego układu określa jego zdolność do oddawania elektronów lub do ich przyjmowania. Zmiana Eh wiąże się z dostępnością tlenu oraz działalnością życiową drobnoustrojów. Pod względem zapotrzebowania na tlen bakterie dzielimy na: 1. Bezwzględne beztlenowce rosnące w nieobecności tlenu przy obniżeniu potencjału oksydoredukcyjnego Eh poniżej 0,2V. Clostridium, Bacteroides. 2. Względne beztlenowce rosnące zarówno w obecności tlenu jak i przy braku tlenu.e. Coli, Salmonella, Shigella, Saccharomyces. 3. Tlenowce rosnące tylko w obecności tlenu przy wartości Eh w zakresie 0,2-0,4 V takie jak Bacillus, Pseudomonas, pleśnie

27 Aktywność wody (a w ) w środowisku (1). Życie mikroorganizmów jest możliwe tylko w obecności wody. Aktywność wody określa stosunek ciśnienia par danego roztworu do ciśnienia par czystej wody. Czysta chemicznie woda ma aktywność a w =1. Aktywność wody (a w ) produktów spożywczych stanowi punkt krytyczny analizy ryzyka w procesach wytwarzania bezpiecznej żywności. Bezpieczna żywność to żywność, w której aktywność wody wynosi poniżej 0,85. Większość drobnoustrojów rośnie przy a w =0,95, ale niektóre z nich mogą rosnąć jeśli a w =0,60 np. Xeromyces bisporus rośnie na suszonych śliwkach. Znajomość wpływu aktywności wody w środowisku na wzrost drobnoustrojów jest istotna w procesach utrwalania żywności. Minimalne wartości aktywności wody dla bakterii powodujących zatrucia pokarmowe wynoszą od 0,987 do 0,920.

28 Aktywność wody w środowisku (2). Drobnoustroje kserofilne- rosną w niskiej wilgotności Drobnoustroje osmofilne- wykazujące wzrost w środowisku o dużym stężeniu cukru Aspergillus glaucus rośnie w roztworze 80% sacharozy. Drobnoustroje halofilne-rosną w obecności dużego stężenia chlorku sodu (NaCl).

29 Minimalna aktywność wody w środowisku dla wzrostu drobnoustrojów. Minimalna a w Przykłady drobnoustrojów 0,95 Gram ujemne bakterie, niektóre drożdże 0,92 Glony morskie 0,91 Rodzaj Bacillus, Lactobacillus, niektóre pleśnie 0,88 Większość drożdży 0,85 gronkowce 0,80 Większość pleśni 0,75 Bakterie halofilne, glony halofilne 0,60 Osmofilne drożdże, kserofilne pleśnie

30 Ciśnienie hydrostatyczne. Piezofile (dawniej barofile) wykazują maksymalną szybkość wzrostu przy ciśnieniu przekraczającym 0,1 MPa (tj. 1000hPa) Piezofile podzielono na: Piezotoleraty wykazują optymalny wzrost pod ciśnieniem o,01 MPa a tolerują 50 MpPa Piezofile umiarkowane najlepiej rosną w 0,1-40 MPa Piezofile ekstremalne wymagają do wzrostu ciśnienia 40 MPa

31 Ograniczenie rozwoju szkodliwej mikroflory w żywności. Uzyskuje się poprzez: Stosowanie odpowiedniej temperatury, która w różnym zakresie może stanowić czynnik selekcji. Niska temperatura hamuje rozmnażanie drobnoustrojów i prowadzi do stopniowego ich wymierania. Obniżenie ph-hamuje wzrost większości bakterii ale stwarza korzystne warunki do rozwoju drożdży i pleśni. Obniżenie potencjału oksydoredukcyjnego (Eh). Stopień aktywności wodnej (aw) określony stosunkiem prężności pary wodnej nad daną próbką żywności do prężności pary nad czystą wodą. Stosowanie flory współzawodniczącej np. w kiełbasach fermentowanych czy w przemyśle mleczarskim Dodawanie środków konserwujących.

32 Konserwacja żywności Konieczność konserwacji żywności jest konsekwencją: Rozwoju cywilizacji i towarzyszącego mu wzrostowi liczby mieszkańców Ziemi. Odmiennych warunków agroklimatycznych w różnych częściach świata. Krótkotrwałych terminów zbiorów. Wzrastającego gwałtownie zaludnienia miast oddalonych od centrów produkcji rolnej.

33 Konserwacja żywności. Straty wynikające z niewłaściwego przechowywania oraz konieczności transportu żywności ocenia się na 30% w skali światowej mimo stosowania różnych sposobów konserwacji.

34 Konserwacja żywności. Współczesne metody konserwacji żywności obejmują takie procesy jak: suszenie, kiszenie, peklowanie solenie ( sposoby stosowane od stuleci). Puszkowanie, pasteryzację oraz fumigację wprowadzono dopiero w czasach współczesnych.

35 Pojęcie konserwacji żywności. Pojęcie konserwowania żywności oznacza metody, które mają na celu: 1. zachowanie i utrzymanie żywności w niezmienionym stanie poprzez zabezpieczenie jej przed niekorzystnym wpływem czynników chemicznych (utlenianie), fizycznych (temperatura, światło) lub biologicznych (mikroorganizmy). 2. Utrwalanie żywności pozwala na przedłużenie jej okresu przydatności do spożycia, dzięki czemu jest ona dostępna przez cały rok a nie tylko sezonowo. 3. Główną funkcją utrwalania żywności jest spowolnienie procesu psucia oraz zapobieganie wszelkim zmianom smaku, zapachu, a w niektórych przypadkach, również wyglądu.

36 Metody konserwacji żywności Fizyczne: wysokie i niskie temperatury obniżenie aktywności wody filtracja wirowanie Chemiczne substancje konserwujące Metody biologiczne kwaszenie

37 Fizyczne metody konserwacji żywności z wykorzystaniem niskich temperatur. Chłodzenia i zamrażanie oraz przechowywanie żywności w chłodniach: 1. umożliwia zminimalizowanie strat substancjonalnych i jakościowych żywności (ocenianych na 25%-30%). 2. Ułatwia organizowanie racjonalnego i higienicznego odżywiania człowieka. 3. Umożliwia ich równomierną konsumpcję żywności przez cały rok kalendarzowy.

38 Fizyczne metody konserwacji żywności z wykorzystaniem niskich temperatur. Chłodzenie: temperatury 0ºC do +10 ºC. Zamrażanie: temperatury -10ºC do -45ºC. Proces zamrażania uniemożliwia rozwój drobnoustrojów. W czasie rozmnażania i po rozmrożeniu surowce i produkty żywnościowe ulegają szybko zepsuciu pod wpływem drobnoustrojów, które przeżyły proces mrożenia.

39 Fizyczne metody konserwacji z wykorzystaniem wysokich temperatur. Pasteryzacja Sterylizacja Suszenie Tyndalizacja

40 Fizyczne metody konserwacji z wykorzystaniem wysokich temperatur Fasteryzacja (ang. Fast): błyskawiczne podgrzewanie, a następnie pakowanie aseptyczne gorących lub ochłodzonych produktów Apertyzacja ( Mikołaj Appert): wyjaławianie produktu w hermetycznie napełnionych opakowaniach

41 Pasteryzacja- definicja. Pasteryzacja: ogrzewanie produktu do temperatur nie przekraczających 100ºC (przeważnie 65ºC-85ºC) w urządzeniach nazywanych pasteryzatorami) Zniszczenie drobnoustrojów chorobotwórczych i przedłużenie trwałości produktów wskutek unieszkodliwienia form wegetatywnych.

42 Pasteryzacja niska lub długotrwała, polegająca na ogrzewaniu w temperaturze 63ºC-65ºC w czasie minut. Pasteryzacja momentalna polegająca na ogrzewaniu do temp. 85ºC-100ºC i natychmiastowym schłodzeniu. Pasteryzacja wysoka, w której stosuje się ogrzewanie w temp. od 85ºC do prawie 100ºC w czasie od co najmniej 15 sek. do kilku a czasem do kilkudziesięciu minut.

43 Jakie produkty pasteryzuje się? Płynne 1. Mleko 2. Piwo 3. Wino 4. Masa jajeczna Kwaśne 1. Soki owocowe i koncentraty 2. Ogórki konserwowe. Szynki konserwowe.

44 Przykłady pasteryzacji Wino: Dwa sposoby: 1. podgrzanie do temperatury 45ºC-50 ºC w płytowym wymienniku jednokomorowym i przesłanie do rozlewaczki 2. Pasteryzacja w temperaturze 80ºC przez co najmniej 20 sekund w trójsekcyjnym lub dwuskładnikowym wymienniku ciepła a następnie schłodzenie wina do temperatury 45-50ºC i przekazanie do rozlewaczki Piwo: Stabilność biologiczną piwa można uzyskać po usunięciu lub zniszczeniu form wegetatywnych na etapie filtracji oraz pasteryzacji wyrażonej jednostką PU (pasteurization unit). Wymagana jest wartość od 8 do 20 minut pasteryzacji.

45 Sterylizacja. Sterylizacja: temperatury 112ºC -121ºC. Sterylizacja jest to całkowite zniszczenie wszelkich form drobnoustrojów. Sterylizuje się głównie konserwy, mleko. Sterylizacja okresowa prowadzona w autoklawach Sterylizacja systemem ciągłym czyli przepływowa połączona z aseptycznym pakowaniem pozwala za pomocą wprowadzonej pod dużym ciśnieniem przegrzanej pary wodnej osiągnąć błyskawicznie temperaturę ºC. Proces sterylizacji trwający 2-3 sekundy w 140ºC nazywamy UHT (ultra high temperature)

46 Rodzaje bombażu. Biologiczny-powstaje na skutek zbyt krótkiej sterylizacji nie niszczącej całkowicie bakterii beztlenowych powodujących rozkład białek i wytwarzanie gazów. Chemiczny-spowodowany jest wewnętrzną korozją puszki nie dokładnie ocynowanej. Techniczny-stwarza pozory bombażu; spowodowany jest przepełnieniem puszki.

47 Chłodnicze przechowywanie żywności w zmodyfikowanej lub kontrolowanej atmosferze MAP-modified atmosphere packaging (dwutlenek węgla, azot) CA - controlled atmosphere (owoce, warzywa) MAP- stosuje się do przechowywania jednostek detalicznych CA do przechowywania produktów o wielkiej masie kilku - kilkunastu ton w specjalnych komorach. ULO- ultra low oxygen : niska zawartość tlenu < 1% np. 1,5% tlenu, 1-2,5% dwutlenku węgla i 92-95% azotu (owoce, warzywa)

48 Suszenie-definicja (1). Suszeniem nazywa się zespół operacji technologicznych, które mają na celu zredukowanie zawartości wody w tym procesie przez jej wyparowanie i zmniejszenie przez to aktywności wody do wartości uniemożliwiających rozwój drobnoustrojów przez ograniczenie do minimum przemian enzymatycznych i nieenzymatycznych.

49 Suszenie (2). Zabezpieczenie żywności przed rozwojem drobnoustrojów i pleśni uzyskuje się poprzez zmniejszenie zawartości wody w produkcie do około 15%. Zahamowanie przemian typu enzymatycznego i nieenzymatycznego wymaga na ogół zmniejszenia zawartości wody poniżej 5% a nawet 1%-2%.

50 Podział systemów suszenia (3). Suszenie naturalne. Suszenie sztuczne.

51 Suszenie naturalne (4). Suszenie naturalne wykorzystuje bezpośrednio ciepło promieniowania słonecznego i ciepło zawarte w powietrzu 1. Suszenie słoneczno-powietrzne- stosowane w rejonach ciepłych, odznaczających się suchą i słoneczną jesienią np. w Kalifornii. Suszenie moreli, śliwek winogron czy daktyli. 2. Suszenie wietrzno-powietrzne-prowadzone w szopach o lekkiej konstrukcji lub na przestrzeniach tylko osłoniętych dachem zaopatrzonych w stelaże ze słupów z umieszczonymi w nich sitami na których suszy się produkt.

52 Suszenie sztuczne (5). Suszenie sztuczne wykorzystuje najbardziej typowe metody suszenia za pomocą ciepła uzyskanego z różnych urządzeń grzejnych.

53 Podział systemów suszenia sztucznego (6). Ze względu na sposób dostarczania ciepła rozróżnia się: Suszenie kondukcyjne-przez przewodzenie w wyniku kontaktu wilgotnego materiału z ogrzewanymi wewnętrznie metalowymi półkami. Suszenie konwekcyjne- za pomocą powietrza lub innego gazu, metodą owiewu gorącym powietrzem lub innym gazem

54 Suszenie radiacyjne. Za pomocą promieniowania cieplnego podczerwonego, wytwarzanego przez grzejniki lub lampy elektryczne, zwane promiennikami podczerwieni, elementów grzejnych odpowiednio rozmieszczonych w komorze suszarki (owiew izotermiczny).

55 Suszenie dielektryczne. Poprzez umieszczenie wilgotnego materiału między okładkami kondensatora włączonego do obwodu drgań elektromagnetycznych wielkiej częstotliwości

56 Instantyzacja (1). Proces doprowadzenia rozdrobnionego (sproszkowanego) koncentratu produktu spożywczego do takiego stanu, w którym można go łatwo, a przede wszystkim szybko rozprowadzić lub rozpuścić w wodzie w celu bezpośredniego spożycia lub natychmiastowego wykonania na nim kolejnych czynności przygotowawczych (np. gotowanie).

57 Instantyzacja (2). Instantyzacja polega na pełnym przetworzeniu danej żywności do produktu końcowego, a następnie całkowitym usunięciu wody w ten sposób, aby ziarna lub inna forma końcowa posiadały odpowiednią strukturę umożliwiającą natychmiastowe przyjęcie tej wody z powrotem.

58 Metody instantyzacji (3). liofilizacja-polega na wymrożeniu wody zawartej w produkcie a następnie usunięcie lodu przez sublimację suszenie rozpyłowe- produkt w stanie płynnym jest rozpylany do gorącej atmosfery i przez wyparowanie wody jest przekształcany w suche, drobne cząstki.

59 Liofilizacja. Jest to suszenie sublimacyjne, stosowane do produktów termolabilnych (nieodpornych na ogrzewanie), np. preparatów farmaceutycznych, żywności. W procesie liofilizacji należy najpierw zamrozić suszony preparat (poniżej -40 C), a następnie wytworzyć próżnię (ok. 1 Pa) niezbędną do zapoczątkowania sublimacji wody, po czym dostarczać w sposób kontrolowany ciepło podtrzymujące sublimację oraz usuwać (np. wymrażać) powstającą parę wodną.

60 Liofilizacja. Żywność z przeznaczeniem dla sportów ekstremalnych np. wspinaczka górska, długie rejsy dookoła świata. Żywność taka daje możliwość najwyższej jakości odżywiania oraz właściwego utrzymania zdrowia i energii u sportowców oraz osób spożywających tego typu produkty, poprzez dostarczenie enzymów, witamin i minerałów oraz aminokwasów zachowanych w formie naturalnej, a do tego o wysokiej przyswajalności dla organizmu - dobrze wchłanialnej.

61 Nowe metody suszenia (1). Suszenie azeotropowe polega na dodaniu do żywności składnika dozwolonego, który tworzy z wodą mieszaninę azeotropową o temperaturze wrzenia niższej od temperatury wrzenia wody a następnie suszeniu aż do całkowitego usunięcia składnika azeotropowego. W metodzie tej uzyskuje się dobrą jakość gotowego produktu co wynika z tego, że produkt suszy się w niskiej temperaturze. Suszenie materiału płynnego w stanie spienionym pod normalnym albo obniżonym ciśnieniu, po uprzednim dodaniu do płynu gazu obojętnego, np. CO2. Duża powierzchnia spienionego materiału przyśpiesza suszenie.

62 Nowe metody suszenia (2). Suszenie w strumieniu gorącego gazu o temperaturze około 1400ºC płynącego z duża szybkością i pulsującego z częstotliwością 250 Hz dzięki rezonansowej komorze spalania. Materiał o zróżnicowanej konsystencji rozdrobniony, wprowadza się do strumienia gazu, gdzie zostaje momentalnie wysuszony i oddzielony od gazu. Suszenie żywności o konsystencji pastowatej: po uprzednim uformowaniu jej na profilowanych walcach, metodą konwekcyjną na ruchomej, perforowanej taśmie lub kontaktowo, bezpośrednio na walcach rowkowanych, ogrzewanych od wewnątrz. Metoda ta przyśpiesza suszenie i polepsza jakość gotowego produktu, który nie tworzy skorupy i nie pęka.

63 Nowe metody suszenia (3). Suszenie fluidyzacyjne z wykorzystaniem wibracji i pulsacji w polu wirującym, w płytkim, drobnoziarnistym złożu i w gazie o oscylującej temperaturze. Metodą taką można suszyć owoce, warzywa i inne produkty o wymiarach 6-40 mm. Suszenie w gazie o oscylującej temperaturze jest szczególnie przydatne do suszenia żywności wrażliwej na dłuższe działanie podwyższonej temperatury.

64 Tyndalizacja. Tyndalizacja jest to powtarzana dwukrotnie lub więcej razy pasteryzacja w odstępach godzinnych. Przetwory po pierwszej pasteryzacji studzi się i pozostawia na godzin, by w tym czasie z przetrwalników wytworzonych przez drobnoustroje wyrosły bakterie, które niszczy się przez ponowne ogrzewanie.

65 Nowoczesne metody konserwacji żywności. Radiacyjne metody konserwacji. Drgania dźwiękowe i naddźwiękowe jako czynnik konserwujący. Utrwalanie przez usuwanie pewnych składników niezbędnych dla drobnoustrojów. Skojarzone metody konserwacji.

66 Radiacyjne metody konserwacji żywności (1). Pierwsze patenty dotyczące napromieniowania żywności pojawiły się w latach (USA, Francja) Pierwsze technologie powstały w tym zakresie w USA ramach akcji,,atom dla pokoju.

67 Radiacyjne metody konserwacji żywności (2).,,Norma ogólna dla napromieniowanej żywności przyjęta na XV sesji Międzynarodowej Komisji Kodeksu Żywnościowego w 1983 roku. Dopuszczenie stosowania promieniowania jonizującego jako metody konserwacji Ograniczenia dotyczą tylko dawki, która nie może przekraczać 10kGy oraz źródła promieniowania.

68 Radiacyjne metody konserwacji żywności (3). Źródłami promieniowania mogą być: 1. Promienie (fotony) gamma emitowane przez izotopy promieniotwórcze 60 Co lub 137 Cs. 2. Promienie X wytwarzane w urządzeniach elektrycznych o energiach 5 MeV lub niższych. 3. Elektrony wytwarzane w urządzeniach elektrycznych o energiach 10MeV lub niższych.

69 Radiacyjne metody konserwacji żywności (5). Napromieniowaniu poddawane są np. Owoce tropikalne atakowane przez muszkę owocową. Ziarno i suszone owoce. Truskawki i pieczarki.

70 Ciśnienie hydrostatyczne jako metoda konserwacji żywności. Metoda z wykorzystaniem wysokich ciśnień tzw. HPtechnologia (High Pressue Technology). Jest to metoda nie termicznego utrwalania żywności, w której stosuje się ciśnienia rzędu MPa. Do składowania żywności w warunkach hipobarii dochodzi po umieszczeniu żywności w opakowaniach gazoszczelnych, w których istotnie obniżono ciśnienie powietrza i szczelnie zamknięto.

71 Chemiczne metody konserwacji żywności (1). Cukrzenie-jest to metoda konserwacji, w której wykorzystuje się cukier. Ma ona zastosowanie do konserwowania owoców i przetworów owocowych. Solenie-powoduje zmniejszenie ilości wody, zmianę smaku, zapachu oraz ph produktu. Marynowanie-dodawanie związków chemicznych, jak kwas octowy, mlekowy, winowy.

72 Chemiczne metody konserwacji żywności (2). Peklowanie-solenie połączone z dodaniem azotanu potasu KNO3 Środki konserwujące (konserwanty)-substancje chemiczne przedłużające wartość konsumpcyjną żywności przez zapobieganie zmianom wywoływanym przez czynniki biologiczne (drobnoustroje) i fizykochemiczne (utlenianie). Środkami konserwującymi są np.: kwas benzoesowy, kwas mlekowy, kwas mrówkowy, kwas octowy, kwas salicylowy, saletra chilijska, tlenek siarki (IV).

73 Przykłady konserwantów stosowanych w Unii Europejskiej. E-numer Substancja/kategoria Przykładowe zastosowanie E Kwas sorbowy i jego związki E Kwas benzoesowy i benzoesan E Dwutlenek siarki i siarczyny Sery, wina, suszone owoce, kompoty Warzywa marynowane, dżemy, niskosłodzone, galaretki i owoce kandyzowane, konserwy rybne, sosy owocowe. w suszone owoce, konfitury, produkty ziemniaczane, wina E235 Natamycyna Do powierzchniowego nacierania serów i wędlin. E Azotany i azotyny Kiełbasy, bekony szynki, sery.

74 Fizykochemiczne metody konserwacji żywności -wędzenie (1). Wędzenie jest metodą konserwacji żywności: mięsa i przetworów mięsnych, ryb, serów itp. za pomocą dymu. W wyniku tego procesu produkty żywnościowe uzyskują specyficzny zapach, smak i zabarwienie powierzchni.

75 Fizykochemiczne metody konserwacji żywności-wędzenie (2). Metody wędzenia: wędzenie zimne: C wędzenie ciepłe: C wędzenie na gorąco: C Do wędzenia używa się drewna drzew liściastych bukowego, dębowego i jałowcowego. Znaczna część wyrobów mięsnych i większość rybnych, poddawana jest procesowi wędzenia trwającego od ułamka godziny do paru tygodni (zależnie od temperatury i składu dymu oraz od charakteru wędzonego produktu).

76 Wędzenie: Fizykochemiczne metody konserwacji żywności-wędzenie (3). ceniony zapach i smak: fenolowe składniki dymu otrzymanego w wyniku powolnego spalania (suchej destylacji) trocin uzyskanych z odpowiedniego gatunku drewna (buk, olcha, jałowiec, grusza, grab, jabłoń, klon); Obsuszenie: zwiększenie wartości pokarmowej i trwałości produktów wędzonych; Impregnacja: krezole-trwałość produktów.

77 Komory wędzarnicze.

78 Biologiczne metody konserwacji żywności. Kwaszenie-zwane też zamiennie kiszeniem jest procesem technologicznym z udziałem drobnoustrojów (biotechnologia), w którym surowiec żywnościowy (kapusta, ogórki, itp) poddawany jest oddziaływaniu przez bakterie kwasu mlekowego. W wyniku kwaszenia otrzymuje się produkt spożywczy (np. kiszona kapusta, kiszone ogórki) możliwy do długotrwałego przechowywania.

79

80 Dziękuję za uwagę