Współczesne techniki zamrażania Technika przechowalnictwa chłodniczego owoców i warzyw w atmosferze kontrolowanej Mariusz Kosiński SUChiKl Gdańsk 2009
Ważnym procesem Życiowym owoców jest oddychanie. W normalnych warunkach ilość pochłanianego tlenu równa się ilości wydzielanego dwutlenku węgla. Wynika z tego, że zawartość 2 CO wzrasta o tyle o ile zmaleje zawartość 2 O w powietrzu wewnątrz komory. Stwierdzono doświadczalnie, że minimalna ilość tlenu i utrzymywanie na odpowiednim poziomie zawartości dwutlenku węgla, obniża szybkość procesów oddychania i dojrzewania a co za tym idzie szybkość rozprzestrzeniania się mikroorganizmów i przebiegu 3 enzymatycznych reakcji tlenowych. Owoce przechowywane w takiej atmosferze wpadają w stan hibernacji a ich procesy życiowe znacznie zwalniają. Powietrze atmosferyczne: Podając skład powietrza mówimy o suchym powietrzu, nie zawierającym wody w żadnej postaci. Główne gazy (azot, tlen i argon) stanowią łącznie prawie 100% suchego powietrza i rzeczywiście poza nimi występuje jeszcze tylko kilka gazów śladowych (najważniejszym z nich jest dwutlenek węgla stanowiący nawet do 0,2%). W skład powietrza atmosferycznego wchodzą: Składniki stałe: (skład niezmienny do wysokości 80 km, w stanie suchym czyli 0% pary wodnej) 78,09% azot 20,91% tlen 1% argon, neon, hel, metan, krypton, wodór i inne Składniki zmienne: (różne, w zależności od położenia geograficznego)
para wodna (ok. 0-4%) dwutlenek węgla (ok. 0,02-0,20%) dwutlenek siarki dwutlenek azotu ozon (ok. 0,000001 części atmosfery) Właściwości głównych gazów zawartych w powietrzu: Azot, N2 jest głównym składnikiem powietrza (78%). Jest gazem obojętnym, czyli nie wchodzi w żadne reakcje z produktami spożywczymi. Duża zawartość azotu ogranicza kontakt produktów spożywczych z tlenem, chroniąc je przed utlenianiem. W praktyce wykorzystujemy azot jako wypełniacz opakowań spożywczych. Dwutlenek węgla CO2 jest obojętny wobec produktów suchych a w kontakcie z produktami wilgotnymi łatwo rozpuszcza się i reaguje częściowo do H2CO3, co nieznacznie obniża ph i wywiera niewielkie działanie bakteriostatyczne. Stosowanie CO2 spowalnia szybkość wzrostu zarodków. Dobre absorbowanie przez suche, drobnoziarniste produkty pozwala na narastające powstawanie efektu próżni. Tlen O2 jest najbardziej aktywnym składnikiem powietrza, sprzyjającym wzrostowi bakterii tlenowych powodujących m.in. procesy gnilne. Zmniejszenie zawartości tlenu spowalnia procesy chemiczne z udziałem tlenu (oddychanie, dojrzewanie, utlenianie). Należy pamiętać o zachowaniu proporcji pomiędzy zawartością tlenu i dwutlenku węgla.
Przy zawartości O2<1,5% lub CO2>20% następuje naruszenie równowagi procesów oddychania i wystąpienie oddychania beztlenowego, powodującego stopniowe obumieranie tkanek. Zbyt wysokie stężenie CO2 może być przyczyną powstawania uszkodzeń owoców: a) jabłek, b) gruszek Na długotrwałe przechowywanie owoców i warzyw ma wpływ, przechowywanie w temperaturze maksymalnie zbliżonej do ich temperatury zamarzania (0oC do 3oC). Należy pamiętać o dokładnej regulacji temperatury aby zapobiec miejscowym przemrożeniem produktów. Ograniczenie intensywności oddychania można osiągnąć nie tylko poprzez obniżenie temperatury, lecz także przez: zwiększenie zawartości CO2 w atmosferze otaczającej owoce zmniejszenie zawartości O2 w atmosferze miejsca przechowywania
Najprostszą i najtańszą metodą przechowywania owoców i warzyw jest obniżenie ich temperatury, poprzez umieszczenie produktów w zwykłej chłodni. Sposób ten pozwala na przedłużenie świeżości owoców i warzyw z kilku do kilkudziesięciu dni, przy kontroli temperatury. Metoda nie jest zbyt skuteczna ze względu na dużą zawartość tlenu w powietrzu co sprzyja procesowi utleniania. Atmosfera Kontrolowana: Za najlepszą technologię przechowywania tych produktów uznaje się kontrolowaną atmosferę (KA) z możliwością stosowania wersji ULO (ultra low oxygen bardzo niskie stężenie tlenu). Wymaga ona zastosowania obniżonej temperatury, która dla większości gatunków i odmian zawiera się w granicach od 1 C do 3 C. Skład atmosfery w technologii KA to stężenie tlenu (O2) obniżone do 3% objętościowo lub mniej do około 1% w technologii ULO, stężenie dwutlenku węgla (CO2) w zakresie od 0,5% do około 5% objętościowo (najczęstsze w ULO to 1 2%), reszta do 100% objętości to azot (N2) Dla technologii KA niezbędne są gazoszczelne komory chłodnicze. Konstrukcja ścian, sufitu, posadzki i drzwi komór musi zapewniać spełnienie testu gazoszczelności komory dla potrzeb technologii KA. Dotyczy to również przejść przez przegrody wszelkich elementów konstrukcyjnych komory (wieszaki chłodnic) oraz urządzeń wykonawczych i sterujących pracą komory (rury, kable, kształtowniki, itp.). Posadzki w komorach powinny być bezpoślizgowe, niepylące, odporne na wodę, najlepiej powierzchniowo wodo- i gazoszczelne, oraz równe i starannie wypoziomowane, w celu zapewnienia możliwości pionowego, stabilnego ustawienia skrzyniopalet.
Obniżenie stężenia O2 Technologia KA wymaga obniżenia stężenia tlenu w komorze zaraz po wychłodzeniu produktów spożywczych do temperatury przechowywania. Stężenie tlenu w komorze można obniżyć montując separatory azotu z powietrza atmosferycznego. Można również stosować czysty azot, sprężony lub ciekły, dostarczany do chłodni (zastosowanie w małych obiektach). Dla średnich i dużych obiektów przechowalniczych poleca się wykorzystanie separatorów azotu. Generator Azotu ABSOGER PSA Separator azotu w miejscu pracy wymaga bezpośredniego połączenia z powietrzem atmosferycznym dwiema rurami, ssącą powietrze do separacji i zwrotną dla strumienia gazu wzbogaconego w tlen. Może pracować w systemie recyrkulacji gazu z komory z KA oraz sterowania automatycznego po połączeniu z komputerem nadzorującym pracę obiektu.
Obniżenie stężenia CO2 Do obniżenia stężenia dwutlenku węgla wydzielanego przez owoce w procesie oddychania najczęściej stosuje się płuczki z węglem aktywowanym jako substancją czynną. Zaleca się stosowanie płuczek z węglem aktywowanym indywidualnie dla każdej komory lub ewentualnie jedną płuczkę dla dwóch albo trzech komór, pracujących w cyklu automatycznym. Płuczki połączone są z komorami dwoma rurociągami z PCV. Rurociągi ssący i tłoczący płuczki najlepiej wprowadzić w przeciwległych (po przekątnej) narożnikach komory KA, przy czym rurę ssącą najlepiej umieścić pod chłodnicą sprowadzając rurociąg na odległość 1 2 m nad posadzkę. Wylot rury tłoczącej należy pozostawić w pobliżu sufitu. Rurociągi należy prowadzić ze spadkiem w kierunku komory, unikając tworzenia syfonów, w których może gromadzić się woda. Konieczne jest bezpośrednie połączenie płuczki z powietrzem dwoma rurociągami. Wykorzystywane są w czasie cyklu desorpcji węgla aktywnego powietrzem atmosferycznym. Temperatura otoczenia płuczki nie powinna być niższa niż temperatura w komorze. Zabezpiecza to płuczkę przed kondensacją wilgoci na złożu.
Worki Kompensacyjne niwelują niewielkie różnice ciśnień pomiędzy wnętrzem komory a zewnętrznym powietrzem atmosferycznym, bez zmiany składu kontrolowanej atmosfery. Niewielkie zmiany ciśnienia w komorze mogą być skutkiem usuwania dwutlenku węgla z atmosfery, procesu odszraniania chłodnicy czy też wpływu wiatru i zmian ciśnienia atmosferycznego. Zadaniem worka kompensacyjnego jest niedopuszczenie do zassania bogatego w tlen powietrza atmosferycznego z zewnątrz i wzrostu stężenia tlenu w atmosferze komory Worki Kompensacyjne
Schemat instalacji do przechowywania produktów żywnościowych w atmosferze kontrolowanej, 1-dopływ ciekłego azotu, 2-termostat, 3-zawór nadciśnieniowy, 4- parownik układu chłodniczego, 5-nawilżacz, 6-natrysk ciekłego azotu, 7-płuczka CO2 Technologia pakowania w zmodyfikowanej atmosferze W technologii tej rozróżnia się modyfikację atmosfery: pasywną gdy pożądany skład atmosfery uzyskuje się na skutek oddychania produktu i dyfuzji gazów przez folie o odpowiednio dobranej selektywnej przepuszczalności dla gazów wykonywane są między innymi z polietylenu o niskiej lub ultraniskiej gęstości (LDPE i ULDPE), polichlorku winylu (PVC), octanu etylenowinylu (EVA), orientowanego polipropylenu (CPPP), poliuretanu (PU); aktywną zachodzącą na skutek zastąpienia normalnej atmosfery w opakowaniu odpowiednią mieszaniną gazów już w trakcie pakowania, służą do tego celu specjalne urządzenia.
o EMA (Equilibrium Modified Atmosphere) opakowanie z atmosferą zrównoważoną, ustalającą się w czasie przechowywania produktu, wykonane z folii o odpowiednio dobranej, selektywnej przepuszczalności dla gazów. o MIP (Modified Interactive Packaging) opakowanie interaktywne, wykonane z folii impregnowanej związkami mineralnymi, której przepuszczalność w stosunku do tlenu i dwutlenku węgla jest optymalna, a przepuszczalność w stosunku do pary wodnej jest na tyle duża, że nie dopuszcza do jej kondensacji wewnątrz opakowania. Folia taka ma strukturę plastra miodu i mikropory umożliwiające migrację pary wodnej na zewnątrz. o CAP (Controlled Atmosphere Packaging) opakowanie, w którym pożądany skład gazowy atmosfery jest utrzymywany dzięki różnym dodatkom do opakowania. substancje wytwarzające lub pochłaniające dwutlenek węgla regulatory wilgotności absorbenty zapachów dodatek do opakowań lub materiału opakowaniowego substancji chemicznych pochłaniających tlen Przechowywania w atmosferze kontrolowanej owoców i warzyw przynosi wiele korzyści: przedłużenie świeżości produktów spożywczych zahamowanie powstawania drobnoustrojów zmniejszenie ubytków masy sprzedaż owoców sezonowych poza okresem ich zbiorów
Literatura: J. Postolski, Prawie wszystko o... TECHNOLOGII CHŁODNICZEJ ŻYWNOŚCI, Technika chłodnicza i klimatyzacyjna nr.5/2006, Paliwoda, Technika przechowalnictwa chłodniczego owoców i warzyw w atmosferze kontrolowanej, Technika chłodnicza i klimatyzacyjna nr.8/2002, http://www.ho.haslo.pl http://www.iglotech.com.pl