POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Seminarium z przedmiotu Współczesne techniki zamraŝania TEMAT: Wybrane zagadnienia z zakresu technologii chłodniczej dla mechaników Sławomir Bartosik semestr 9 SiUChKl Gdańsk 2010
SPIS TREŚCI 1. Cel konserwacji Ŝywności 2. Metody konserwacji Ŝywności 3. Przyczyny i objawy psucia się Ŝywności 4. Schładzanie i zamraŝanie Ŝywności 5. Przechowywanie Ŝywności w chłodniach 6. RozmraŜanie produktów spoŝywczych 7. Łańcuch chłodniczy 8. Wnioski 9. Literatura 2
1. Cel konserwacji Ŝywności Celem konserwacji Ŝywności jest zapewnienie produktom spoŝywczym warunków nie powodujących obniŝenia ich jakości oraz ochrona przed ich całkowitym zepsuciem. Konserwacja daje moŝliwość transportu produktów Ŝywnościowych z odległych miejsc zbioru do klienta końcowego. Z szeregu korzyści płynących z róŝnych metod konserwacji najwaŝniejsze jest to, Ŝe umoŝliwiają one osiągalność rynkową produktów sezonowych przez cały rok, a więc zapewnia człowiekowi równomierne i racjonalne odŝywianie się. Technologia chłodnicza Ŝywności jest bardzo rozległym i złoŝonym działem chłodnictwa Ŝywnościowego. Wynika to z duŝego zróŝnicowania własności biochemicznych i fizyko-chemicznych poszczególnych surowców. Istnieją produkty spoŝywcze, które dają się przechowywać w warunkach obniŝonych temperatur zaledwie przez tydzień. Inne znowu mogą być przechowywane w okresie wielu miesięcy, a w stanie zamroŝonym nawet lat. Często zdarza się, Ŝe szczególna grupa produktów Ŝywnościowych jakimi są np. owoce tropikalne, pochodzące z innej strefy klimatycznej, stawiają odmienne wymagania co do temperatury, wilgotności względnej i czasu przechowywania. 2. Metody konserwacji Ŝywności Do najbardziej rozpowszechnionych metod konserwacji Ŝywności zaliczamy: Obróbkę cieplną Suszenie Chłodzenie lub mroŝenie Liofilizację Zakwaszanie Solenie Pasteryzację Wędzenie Hermetyczne zamknięcie Chłodzenie i mroŝenie, które jest szczególnym przedmiotem naszych zainteresowań jest skuteczną i najbardziej uniwersalną metodą utrwalania Ŝywności. Obróbka cieplna powoduje zabicie mikroorganizmów, z wyjątkiem tych tworzących przetrwalniki. Suszenie uniemoŝliwia, dzięki brakowi wody, rozwój drobnoustrojów (nie zabija ich). Chłodzenie lub mroŝenie zahamowuje czynności Ŝyciowe bakterii w temperaturze ok. 0 st. C, jednakŝe chłodzenie zabija tylko niewielką liczbę drobnoustrojów, te które przeŝyją mogą rozwijać się po ogrzaniu. Znane są równieŝ drobnoustroje zimnolubne (np. Listeria monocytogenes), które Ŝyją i rozmnaŝają się w niskich temperaturach., 3. Przyczyny i objawy psucia się Ŝywności Czynnikiem powodującym psucie się Ŝywności są mikroorganizmy, zabiegi konserwacyjne mają na celu uniemoŝliwienie im wzrostu i rozwoju. Psucie się Ŝywności wynika z praw przyrody. KaŜdy organizm Ŝywy po śmierci ulega rozkładowi wskutek działania enzymów i drobnoustrojów. Enzymy to substancje chemiczne o bardzo złoŝonej budowie. Wszystkie produkty spoŝywcze pochodzenia roślinnego i zwierzęcego zawierają enzymy. Po pozyskaniu surowca procesy Ŝyciowe nadal w nim trwają właśnie wskutek działania enzymów. Zachodzą enzymatyczne reakcje egzotermiczne (wydzielanie ciepła) oraz utleniające powodujące psucie się Ŝywności. Procesy dojrzewania pozbiorowego owoców i warzyw moŝna wydatnie zwolnić przez obniŝenie i trwałe utrzymanie ich temperatury w pomieszczeniu chłodniczym. Produkty pochodzenia zwierzęcego zachowują się nieco inaczej, pomimo Ŝe dojrzewając równieŝ wydzielają ciepło. Bakterie występują w całej objętości produktu dlatego Ŝywność pod ich wpływem teŝ rozkłada się w całej objętości. Pleśń powoduje skaŝenie produktu tylko na powierzchni oraz w cienkiej warstewce podpowierzchniowej. Istnieje kilka metod i ośrodków bakteriobójczych. Metody te, z wyjątkiem chłodzenia i zamraŝania, niekorzystnie zmieniają naturalne właściwości produktu, jego konsystencję, smak, zapach, zawartość witamin, itp. Podczas schładzania 3
produktu aktywność enzymów i mikroorganizmów ulega w nim obniŝeniu, natomiast podczas zamraŝania następuje niemal całkowite jej zahamowanie. Enzymy Bakterie Pleśnie Warunki sprzyjające - optymalna temp. 20 do 40 st. C - obecność wilgoci - dostęp powietrza - optymalna temp. 20 do 40 st. C - obecność wilgoci - oŝywiona działalność enzymów - słaba zasadowość - optymalna temp. 20 do 40 st. C - wysoka wilgotność - bezruch powietrza - brak dostępu światła - słaba kwasowość Zabiegi hamujące - chłodzenie i zamraŝanie (-1 do 13 st. C) i (-18 do -35 st. C) - blanszowanie przy temp. 100 st. C - kwaszenie, suszenie i wędzenie - chłodzenie i zamraŝanie (-1 do 13 st. C) i (-18 do -35 st. C) - pasteryzacja i sterylizacja 62 do 140 st. C - kwaszenie, suszenie, solenie, słodzenie, - naświetlanie promieniami UV - dodawanie antyseptyków - chłodzenie i zamraŝanie (-1 do 13 st. C) i (-18 do -35 st. C) - podgrzewanie (80 do 100 st. C) - kwaszenie, suszenie, - naświetlanie promieniami UV Tab. 1. Warunki sprzyjające rozwojowi aktywności enzymów, bakterii i pleśni oraz zabiegi technologiczne hamujące ten rozwój w produktach spoŝywczych. 4. Schładzanie i zamraŝanie Ŝywności Chłodzenie i zamraŝanie pozwala zahamować wszystkie trzy mechanizmy psucia Ŝywności. ZamraŜanie w procesie technologicznym często jest połączone z naświetlaniem promieniami UV oraz z zabiegami mającymi np. chronić przed ususzką, dlatego teŝ ryby luzem poddaje się często glazurowaniu, czyli wstępnemu zanurzeniu w wodzie w celu wytworzenia cienkiej warstwy na jej powierzchni. Zostało wykazane naukowo (reguła Van t Hoffa), Ŝe przy obniŝeniu temperatury produktu spoŝywczego o kaŝde 10 st. C, następuje w nim (średnio) 2,5 krotne zwolnienie reakcji biochemicznych i fizyko-chemicznych. Przykładowo przy ochładzaniu produktu od temp. 20 st. C do 0 st. C wspomniana szybkość reakcji ulegnie 5-krotnemu zwolnieniu. Dolny zakres schładzania produktów ograniczony jest temperaturą początku ich zamarzania (-1,5 st. C / -0,5 st. C), górny zaś stanowią temperatury od 10 st. C do 13 st. C stosowane najczęściej dla owoców i warzyw tropikalnych. Schładzanie powinno odbywać się moŝliwe najszybciej po ich pozyskaniu. Wymóg ten dotyczy produktów schładzanych jak i mroŝonych. W warunkach przemysłowych Ŝywność wychładza się najczęściej w wychładzalniach owiewowych typu tunelowego. Doładowywanie produktów nie wychłodzonych do pomieszczeń zawierających produkty schłodzone prowadzi do wykraplania wilgoci na powierzchni tych ostatnich oraz uaktywnienia rozwoju na nich bakterii i pleśni. Produkty w ten sposób zawilgocone moŝna osuszyć przez zintensyfikowanie przepływu powietrza. Dodatkowo moŝna zastosować naświetlanie promiennikami ultrafioletowymi. Podczas schładzania mięsa przeznaczonego do zamraŝania, zachodzi w nim proces dojrzewania, bez tego procesu mięso straciłoby na jakości. WyŜszość konserwacyjna zamraŝania nad schładzaniem polega, z jednej strony na sprowadzeniu produktu do niŝszej temperatury, przez co jak wzmiankowano poprzednio szybkość reakcji chemicznych ulega w tym produkcie zwolnieniu, a z drugiej strony na zamroŝeniu w produkcie wody, przez co produkt ten zostaje niejako odwodniony, a więc pozbawiony środowiska niezbędnego dla rozwoju i aktywności enzymów oraz drobnoustrojów. Wielkość kryształków lodu i sposób tworzenia się ich w zamraŝanym produkcie decyduje o tym, w jakim stopniu własności produktu zamroŝonego ulegną pogorszeniu w stosunku do tego samego produktu w stanie przed zamroŝeniem. Im produkt zamraŝany jest szybciej, tym kryształki lodu są mniejsze i liczniejsze, a otoczka tkanki produktu jest wtedy w mniejszym stopniu naraŝona na uszkodzenie powodujące wyciek soków komórkowych. Produkt schłodzony nadaje się bezpośrednio do spoŝycia, zaś produkt mroŝony musi być najpierw rozmroŝony. Jakość produktu po rozmroŝeniu zaleŝy od stopnia restytucji i jakości samego surowca. 4
5
5. Przechowywanie Ŝywności w chłodniach Warunki przechowywania większości produktów spoŝywczych w stanie schłodzonym i zamroŝonym zestawiono w tablicy powyŝej. Do najwaŝniejszych parametrów przechowalniczych naleŝą : temperatura, wilgotność względna powietrza oraz czas przechowywania. Zasadą ogólną jest odwrotna proporcjonalność czasu i temperatury przechowywania. Oznacza to, Ŝe im czas przechowywania jest produktu ma być dłuŝszy, tym jego temperatura powinna być niŝsza. Zalecane wilgotności najczęściej zawierają się w granicach 80 90 %. Wysoka wilgotność sprzyja rozwojowi bakterii i pleśni, zaś zbyt niska zwiększa ususzkę (czyli ubytek wagowy) produktu. W praktyce wilgotność powietrza jest kompromisem pomiędzy zachodzącą ususzką a rozwojem mikroflory. Oprócz temperatury i wilgotności, waŝną rolę odgrywa równieŝ obieg powietrza w pomieszczeniu chłodniczym. Najczęściej prędkość przepływu powietrza równa 0,3 m/s jest wystarczająca. Produkty schładzane moŝna podzielić w zaleŝności od zakresu optymalnych temperatur ich przechowywania, na trzy następujące grupy : - produkty wymagające temperatur w okolicy 0 st. C (najczęściej 1 st. C do 4 st. C) (mięso, przetwory mięsne, podroby, drób, dziczyzna, tłuszcze zwierzęce, ryby w lodzie, mleko surowe, masło i margaryna) - produkty wymagające temperatur od 4 st. C do 8 st. C) (konserwy, marynaty, ryby solone, suszone i wędzone, sery, słonina solona, boczek wędzony, wszelkie napoje, a takŝe owoce i warzywa) - produkty wymagające temperatur od 10 st. C do 13 st. C) (owoce ze stref tropikalnych, banany, avocado, mango, melony, cytryny, itp.) W przypadku, gdy produkty stawiają wymagania do utrzymywania wysokiej wilgotności, stosuje się wspomaganie w postaci naświetlania promiennikami ultrafioletowymi skutecznie niszczącymi bakterie i pleśnie. Dodatkowo do ochrony przed wysychaniem stosuje się opakowania chroniące. W długotrwałym przechowalnictwie, zwłaszcza produktów mroŝonych, waŝną rolę odgrywa utrzymanie stałej temperatury. W przypadku wahania temperatury produktów mroŝonych, opakowanie w pełni chroni je przed wysychaniem. jabłka w atm. kontrolowanej jaja jabłka wołowina chude ryby drób pomarańcze banany Rys. 1. Czas składowania wybranych produktów spoŝywczych w chłodni w funkcji ich temperatury. 6
6. RozmraŜanie produktów spoŝywczych RozmraŜanie to równieŝ proces wymagający szczególnej uwagi. Prawidłowo przeprowadzony pozwoli on w jak największym stopniu przywrócić dany produkt do stanu początkowego. Szybko zamroŝony surowiec o wysokiej jakości wyjściowej, który przeszedł przez wymaganą obróbkę wstępną nie wydziela przy rozmraŝaniu duŝych ilości cennych soków komórkowych. Ten ubytek stanowi nieodwracalną stratę ilościową i jakościową produktu. Strata ta w duŝym stopniu zaleŝy takŝe od sposobu jego rozmraŝania zwłaszcza w warunkach restauracyjnych i domowych. Mięso i drób najlepiej jest rozmraŝać w warunkach restauracyjnych i domowych w chłodziarce, do której przenosi się Ŝywność z zamraŝarek lub mroźni. RozmraŜanie takie trwa długo (nawet do 2 dni), ale dzięki niemu rozmroŝony w przestrzeniach międzykomórkowych sok jest lepiej wchłaniany ponownie przez tkanki produktu. Produkty opakowane moŝna rozmraŝać w pod bieŝącą wodą. Owoce, pomidory, paprykę najlepiej rozmraŝać w temperaturze pokojowej. Warzywa podlegające gotowaniu moŝna bezpośrednio wkładać do gotującej się wody. NaleŜy pamiętać, Ŝe niewskazane jest ponowne zamraŝanie produktów rozmroŝonych, a w kaŝdym razie praktykę taką naleŝy traktować jako zło konieczne. 7. Łańcuch chłodniczy Funkcjonalne powiązanie wszystkich ośrodków produkcji i konsumpcji Ŝywności poprzez transport chłodniczy nazywamy łańcuchem chłodniczym, a obiekty chłodnicze w nim występujące ogniwami łańcucha chłodniczego. Dlatego teŝ jest rzeczą niezwykle waŝną, aby łańcuch chłodniczy nie miał przerw, aby produkt spoŝywczy znajdował się pod stałą naleŝytą osłoną zimna we wszystkich jego ogniwach. KaŜde ogniwo łańcucha chłodniczego wymaga odrębnej chłodni, zarówno co do wielkości, typu, temperatury, wilgotności, czasu przechowywania, jak i organizacji funkcjonowania. Ośrodki produkcji dysponują chłodniami technologicznymi zlokalizowanymi przy róŝnych zakładach wytwórczych i przetwórczych artykułów spoŝywczych oraz chłodniami składowymi. Z kolei ośrodki konsumpcji dysponują chłodniami zbiorczo rozdzielczymi (hurtowymi) oraz całą siecią małych chłodni szafowych, lad chłodniczych, gablot wystawowych oraz komór zainstalowanych na zapleczach sklepów, restauracji, hoteli, barów, szpitali, itp., a takŝe sprzętem chłodniczym domowym. Chłodnie przyzakładowe zlokalizowane są bezpośrednio przy przetwórniach Ŝywności. Pod względem budowy i eksploatacji nie róŝnią się one od chłodni składowych. WyposaŜone są we własne wychładzalnie i zamraŝalnie oraz komory chłodnicze i mroźnicze. Ich punktem węzłowym jest zazwyczaj pakownia, przez którą przebiega trasa transportowo przelotowa, jest to w kolejności: pakownia, tunel zamraŝalniczy (lub wychładzalnia), mroźnia (lub komora chłodnicza), oraz ekspedycja. Funkcje chłodni przyzakładowej moŝe spełniać równieŝ wielobranŝowa chłodnia składowa, zlokalizowana w niezbyt duŝej odległości od przetwórni. Zgodnie z trendami światowymi, rozwiązania takie są szeroko stosowane w Polsce. Chłodnie składowe stanowią ogniwo węzłowe łańcucha chłodniczego, wiąŝące produkcję z dystrybucją. Pod względem konstrukcyjnym chłodnie składowe mogą być wielopiętrowe i parterowe. Te ostatnie sprzyjają pełnej mechanizacji prac przeładunkowych. W chłodniach takich konieczny jest stały dostęp do kaŝdej palety lub paletowego aŝurowego kontenera. W chłodniach składowych istnieją ponadto moŝliwości grupowania produktów spoŝywczych i ich przechowywania w oddzielnych pomieszczeniach chłodniczych. Dzieje się tak dlatego, róŝne produkty mają swoje własne specyficzne wymagania co do temperatury, wilgotności i czasu przechowywania. Ponadto, niektóre produkty takie, jak np. ryby, owoce, warzywa, itp. odznaczają się wydzielaniem ostrych zapachów. Inne znowu, jak np. mleko, masło, chętnie chłoną zapachy. WyŜszość produktów mroŝonych nad chłodzonymi jest taka, Ŝe nie wymagają one grupowania, przez co mogą być przechowywane w komorach wieloasortymentowych o zbliŝonej temperaturze i czasie przechowywania. Transport chłodniczy dzielimy na: lądowy samochodami i wagonami przystosowanymi do przewoŝenia produktów luzem oraz/lub na paletach, w paletowych kontenerach przeładunkowych, jak równieŝ pojazdami platformowymi przewoŝącymi wielkie kontenery wyposaŝone we własne agregaty chłodnicze, morski statkami o chłodzonych ładowniach (chłodniowce) oraz statkami transportującymi wielkie kontenery chłodnicze (kontenerowce), powietrzny samolotami przewoŝącymi kontenery. Chłodnie w sieciach handlowych obejmują bardzo szeroki asortyment sprzętu chłodniczego począwszy od małych szaf chłodniczych i mroźniczych o mocy poniŝej 1 kw, przez całe ciągi lad i gablot wystawowych, do duŝych i rozległych instalacji chłodniczych wielkich współczesnych supermarketów. Chłodnie w sieci handlowej stanowią to ogniwo łańcucha chłodniczego, w którym przechowywanie Ŝywności jest krótkotrwałe. 7
Chłodnictwo domowe ostatnie ogniwo łańcucha chłodniczego opiera się na chłodziarkach domowych, popularnie zwanych lodówkami, o temperaturze około 0 st. C do 2 st. C (pod parownikiem) i od 4 st. C do 6 st. C (w dolnych szufladach owocowo warzywnych). ZamraŜarki zaś utrzymują zazwyczaj temperaturę około -18 st. C do -20 st. C. Koszt zamroŝenia i przechowywania 1kg Ŝywności w zamraŝarce domowej jest około 200 razy wyŝszy, niŝ w duŝej chłodni składowej wyposaŝonej w wychładzalnie, zamraŝalnie i mroźnie. 8. Wnioski 9. Literatura Ze względu na lepszą restytucję lepiej korzystać z produktów schłodzonych niŝ mroŝonych. MroŜenie i chłodzenie jest bardzo uniwersalną metodą zapobiegania psuciu się produktów spoŝywczych przez rozwój bakterii, pleśni i enzymów. Prawidłowe rozmraŝanie danego typu produktów pozwala zachować odpowiednie walory smakowe i właściwości fizyko-chemiczne, Dzięki chłodzeniu i mroŝeniu Ŝywności moŝliwe jest utrzymanie zbilansowanej diety człowieka przez cały rok. Paliwoda A.: Technologia chłodnicza dla mechaników w zarysie. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna, nr 4/1998 Polska Norma PN-83/H-07005 Towary Ŝywnościowe. Warunki klimatyczne i okresy przechowywania w chłodniach Postolski J., Gruda Z.: ZamraŜanie Ŝywności. WNT Warszawa 1985 Grudowa L.: MroŜonkowe ABC. Kobieta i śycie, 1987 Paliwoda A.: Chłodzenie owoców, warzyw i kwiatów w strumieniu wilgotnego powietrza. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna, nr 6/1996 8