Przedmiot: WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA Temat: Ocena cech jakościowych przechowywania owoców i warzyw w atmosferze kontrolowanej typu ULO w porównaniu do przechowywania w tradycyjnej komorze chłodniczej. Opracował: Mateusz Radka SiUChiKl Semestr IX Rok: 2010/2011
SPIS TREŚCI: 1. Wstęp. 2. Technologie przechowywania warzyw i owoców. 3. Technologia ULO. 4. Porównanie cech jakościowych w zależności od czasu i miejsca przechowywania. 5. Wnioski. 6. Bibliografia.
1. Wstęp. Owoce jak również i warzywa należą do produktów, na które popyt przypada na znacznie dłuższy okres niż podaż wynikająca z okresu ich dojrzewania. Konieczne jest zatem utrzymanie tego typu produktów w stanie świeżym przez jak najdłuższy czas po zbiorze. Długość okresu przechowywania zależy przede wszystkim od gatunku, odmiany, terminu zbioru i warunków przechowywania. Dla większości gatunków owoców strefy umiarkowanej optymalna temperatura przechowywania jest bliska 0 o C. Obniżenie temperatury ogranicza tempo oddychania owoców, przez co spowolnione zostaje ich dojrzewanie. Podstawowymi czynnikami wpływającymi na przechowanie się warzyw są: temperatura, wilgotność i skład gazowy atmosfery oraz higiena przechowywania. TEMPERATURA obniżanie temperatury przechowywania warzyw i owoców ogranicza tempo oddychania optymalna temp. dla większości warzyw i owoców to 0 C obniżenie temperatury poniżej 0 C może doprowadzić do przemarznięcia, a tym samym obniżenia jakości i trwałości warzyw warzywa cebulowe mogą jednak być przechowywane w temperaturze ujemnej (cebula i czosnek od 2 C do 3 C, por do 1,5 C) Temperatura powinna być utrzymywana przez cały okres przechowywania, gdyż kilkakrotne zamarzanie i odmarzanie prowadzi do uszkodzenia tkanek Wyższa temperatura (pomidor, papryka, ogórek ) objawami przechłodzenia są np.: brązowienie miąższu i nasion u papryki, wodniste plamy i płytkie zagłębienia na owocach ogórka WILGOTNOŚĆ decyduje ona o intensywności transpiracji, prowadzącej do więdnięcia warzyw efektem nadmiernej utraty wody podczas przechowywania warzyw zielonych jest ich żółknięcie na skutek utraty chlorofilu (przyspieszenie starzenia) Zbyt wysoka wilgotność powoduje natomiast wyrastanie korzeni i ciemnienie łusek okrywających Cebula, czosnek 60 75 % wilgotności Kapusta głowiasta biała i czerwona 90 95 % wilgotności Warzywa korzeniowe 95 98 % SKŁAD GAZOWY POWIETRZA N2 główny składnik powietrza (78%); nie wchodzi w żadne reakcje z produktami spożywczymi (obojętny); duża zawartość azotu ogranicza kontakt produktów spożywczych z tlenem, chroniąc je przed utlenianiem. W praktyce wykorzystujemy azot jako wypełniacz opakowań spożywczych. O2 najbardziej aktywny składnik powietrza, sprzyjający wzrostowi bakterii tlenowych powodujących m.in. procesy gnilne. Zmniejszenie zawartości tlenu spowalnia procesy chemiczne z udziałem tlenu (oddychanie, dojrzewanie, utlenianie). CO2 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.
2. Technologie przechowywania warzyw i owoców. 1. chłodnia z normalną atmosferą (NA) 2. chłodnia z modyfikowaną atmosferą (MA) 3. chłodnia z kontrolowaną atmosferą (KA) Każda z wymienionych technologii przechowywania posiada zarówno zalety jak i wady, a jej wybór zależy od gatunku owoców, odmiany i planowanej długości okresu przechowywania. Potencjalnie najkrótszy okres przechowywania oferuje" nam NA. Tempo dojrzewania owoców hamowane jest jedynie przez obniżenie temperatury. Do obniżenia temperatury wykorzystywany jest układ chłodniczy, składający się zazwyczaj z parownika, sprężarki, skraplacza i zaworu rozprężnego (układ bezpośredniego odparowania). Konieczna do schłodzenia moc chłodnicza musi być wyliczona na podstawie bilansu cieplnego, który zostanie omówiony w dalszej części artykułu. W komorze NA owoce pozostają w atmosferze zawierającej 21% tlenu i praktycznie 0% dwutlenku węgla. W przypadku szczelnej komory chłodniczej w wyniku procesu oddychania owoce zużywają tlen i wydychają dwutlenek węgla. Przy niezakłóconym procesie można założyć, że suma tych dwóch gazów zawsze wynosić będzie 21%. W przeszłości dość powszechnie przechowywano jabłka w atmosferze zawierającej około 16% tlenu i 5% dwutlenku. Regulacja składu gazowego atmosfery odbywała się poprzez dopuszczenie świeżego powietrza zawierającego 21% tlenu. Stosując tę technologię dla wielu odmian jabłek uzyskiwano wydłużenie okresu przechowywania w porównaniu do NA. Kolejnym etapem rozwoju technologii przechowywania była chłodnia KA. W tego typu obiektach obniża się stężenie tlenu do około 3%, a stężenie dwutlenku węgla nie przekracza 5%. Do usuwania nadmiaru CO 2 stosuje się płuczki. W zależności od substancji pochłaniającej dwutlenek węgla mogą to być płuczki węglowe lub wapno hydratyzowane. W przypadku pojawienia się deficytu tlenu, dopuszcza się powietrze atmosferyczne. Niekiedy stężenie tlenu świadomie obniża się do około 1,5% i wtedy mówimy o przechowywaniu owoców w warunkach niskotlenowych (ULO). Zastosowanie kontrolowanej atmosfery pozwala na znaczne wydłużenie okresu przechowywania, przy zachowaniu przez owoce wyższej jędrności i kwasowości.
3. Technologia ULO (kontrolowana atmosfera). ULO - ultra low oxygen bardzo niskie stężenie tlenu Wszystkie parametry atmosfery są tu pod ścisłą kontrolą. W porównaniu ze zwykłą chłodnią, ULO pozwala przedłużyć okres przechowywania jabłek nawet o połowę. Dla odmian zimowych oznacza to wejście na rynek w maju-czerwcu. Skład atmosfery w technologii KA to stężenie tlenu (O 2 ) obniżone do 3% objętościowo lub mniej do około 1% w technologii ULO, stężenie dwutlenku węgla (CO 2 ) w zakresie od 0,5% do około 5% objętościowo (najczęstsze w ULO to 1 2%), reszta do 100% objętości to azot (N 2 ). ZASADA DZIAŁANIA owoce są wstępnie schładzane w tej samej komorze, gdzie będą przechowywane za pomocą generatora azotu obniża się zawartość O 2, ale tylko do poziomu 5-6% (dalsze obniżanie poniżej 2% przez oddychanie owoców) rura z zaworem podciśnieniowym doprowadza tlen ze świeżym powietrzem w razie zbyt niskiego poziomu O 2 utrzymywanie właściwego stężenia CO 2 zapewnia płuczka z węglem aktywnym analizatory umożliwiają stałą kontrolę stężenia CO 2 i O 2 utrzymanie ciśnienia w komorze na poziomie zewnętrznego, by przez ewentualne nieszczelności nie przedostawało się powietrze atmosferyczne zadanie płuca komory dodatkowym zabezpieczeniem przed zmianami ciśnienia są zawory bezpieczeństwa
SCHEMAT UKŁADU CHŁODNICZEGO Z ZASTOSOWANIEM SYSTEMU ULO
CZĘŚCI SKŁADOWE SYSTEMU 1. Membranowy separator azotu. Technologia KA wymaga obniżenia stężenia tlenu w komorze zaraz po wychłodzeniu produktów ogrodniczych do temperatury przechowywania. Stężenie tlenu w komorze z KA na początku sezonu przechowalniczego można obniżyć montując separatory azotu z powietrza atmosferycznego. Dostępne są różne typy tych urządzeń, na przykład separator membranowy typu HFM (hollow fiber membrane), lub oparte na sitach molekularnych typu PSA (pressure swing adsorption), typu VSA (vacuum swing adsorption) lub VPSA (vacuum pressure swing adsorption). Można również stosować czysty azot, sprężony lub ciekły, dostarczany do chłodni w butlach stalowych lub izolowanych termicznie cysternach. Ostatnie z wymienionych źródeł (ciekły azot) staje się coraz bardziej popularne w Polsce w małych obiektach przechowalniczych, z uwagi na łatwość stosowania i stosunkowo niską cenę. W większych obiektach można wykorzystywać stacjonarną instalację ciekłego azotu. Dla średnich i dużych obiektów przechowalniczych poleca się wykorzystanie separatorów azotu. Przyjmuje się stosowanie strumienia azotu z separatorów o czystości około 97% N 2 (3% O 2 ) i obniżenie stężenia tlenu w komorach do poziomu co najmniej 6 7% objętościowo lub niższej. W obiektach wielokomorowych separator najczęściej pracuje ze wspólnym kolektorem, łączącym obsługiwane komory szczelnymi rurociągami z tworzywa sztucznego. Są to z reguły rury PCV o średnicy do 100 mm, z trójnikami i zaworami ręcznymi lub pneumatycznymi. 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.
2. Płuczka CO2 Do obniżenia stężenia dwutlenku węgla wydzielanego przez owoce w procesie oddychania najczęściej stosuje się płuczki z węglem aktywowanym jako substancją czynną. Można stosować indywidualne płuczki dla każdej komory lub zbiorcze, obsługujące kilka komór. Płuczki mogą być sterowane ręcznie lub pracować w cyklu automatycznym, sterowane komputerowo. Można również stosować wapno hydratyzowane w workach papierowych umieszczonych bezpośrednio w komorze z KA. Zaleca się stosowanie płuczek z węglem aktywowanym indywidualnie dla każdej komory lub ewentualnie jedną płuczkę dla dwóch albo trzech komór, pracujących w cyklu automatycznym. W zależności od wybranej konfiguracji, moc zainstalowanych płuczek wynosi od 8 kw do 10 kw. Płuczki połączone są z komorami dwoma rurociągami z PCV o średnicy około 50 mm (ssanie-tłoczenie), przy długości całkowitej nieprzekraczającej 50 metrów. Przy większych odległościach zaleca się zwiększenie średnicy rurociągów do 75 mm lub 100 mm. 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 i, w konsekwencji, zmniejszeniem wydajności pracy. Większość płuczek wymaga zastosowania małego kompresora powietrza (zbiorczego) do napędu zaworów pneumatycznych sterujących pracą płuczki i komór. Płuczki mogą pracować w cyklu całkowicie automatycznym po połączeniu z komputerem sterującym. Umożliwiają również automatyczne uzupełnianie naturalnych ubytków tlenu w komorze. Możliwe jest opcjonalne wykorzystanie tych samych rurociągów dla płuczek dwutlenku węgla i generatora azotu.
3. Zawory bezpieczeństwa. Niezależnie od źródła azotu, komora chłodnicza z KA musi być wyposażona w ciśnieniowy zawór bezpieczeństwa, tak zwany syfon, oraz zawór umożliwiający doprowadzenie azotu do wnętrza komory. Ważne, aby wlot azotu (z reguły zawór w drzwiach) i wylot gazu z komory (najczęściej jest nim syfon) nie były umieszczone zbyt blisko siebie. Może to doprowadzić do skróconego obiegu azotu w komorze na drodze wlotwylot i w konsekwencji do braku efektywności obniżania stężenia tlenu. Wlot azotu do komory powinien być skierowany lub wyprowadzony bezpośrednio na stronę ssącą chłodnicy powietrza. Umożliwia to dokładne wymieszanie azotu z powietrzem w komorze i szybkie wypieranie tlenu z całej objętości komory. Jest to szczególnie ważne przy stosowaniu ciekłego azotu, który może mieć jeszcze bardzo niską temperaturę po odparowaniu i stanowić zagrożenie dla przechowywanych produktów. Przy "wydmuchiwaniu" tlenu z komory ciekłym azotem należy wyłączyć sprężarkę chłodniczą pozostawiając pracujące wentylatory chłodnicy i bardzo uważnie śledzić temperaturę gazu w komorze, aby nie dopuścić do przemrożenia produktów. Nie można stosować zbyt silnego strumienia azotu, bowiem może to doprowadzić do nadmiernego wzrostu ciśnienia w komorze, i w rezultacie, do uszkodzenia lub zniszczenia struktury budynku. Zawory bezpieczeństwa w komorze z KA pracują przy ciśnieniu otwarcia około 200 Pa, co odpowiada ciśnieniu około 20 mm słupa wody. Stosowane są zawory cieczowe i pneumatyczne, pracujące w obu kierunkach, to znaczy nad- i podciśnienia. Zabezpieczają konstrukcję komory przed niekorzystnymi skutkami, jakie może wywrzeć duża różnica ciśnień między wnętrzem komory i powietrzem atmosferycznym. Dla wyrównania różnicy ciśnień dopuszczają wymianę gazu między komorą i powietrzem atmosferycznym ograniczoną do momentu wyrównania (zbliżenia) się obu ciśnień. Wymagają połączenia z wnętrzem komory rurą o średnicy nie mniejszej niż 100 mm. Praktycznym rozwiązaniem może być stosowanie zaworów wyposażonych w U-rurki do przeprowadzania testu gazoszczelności komory.
4. Worki kompensacyjne (tzw. płuca komory ). Niwelują niewielkie różnice ciśnień pomiędzy wnętrzem komory z KA a zewnętrznym powietrzem atmosferycznym, bez zmiany składu kontrolowanej atmosfery. Niewielkie zmiany ciśnienia w komorze mogą być skutkiem usuwania dwutlenku węgla z atmosfery, załączania i wyłączania urządzenia chłodniczego, 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, co jest szczególnie niekorzystne w technologii ULO. Aby worek poprawnie i szybko kompensował zmiany ciśnienia, musi być podłączony do komory rurą o odpowiednio dużej średnicy (100-150 mm), wyprowadzoną w miejscu o stosunkowo stabilnym ciśnieniu w polu komory. Takim miejscem jest sufit przy narożniku ściany przeciwległej do chłodnicy powietrza. Pojemność worka wynosi około od 0,5 do 1% objętości pustej komory z KA. Może być zblokowany na jednym rurociągu z pneumatycznym zaworem bezpieczeństwa. 5. Analizatory składu gazowego. Analizatory stężenia tlenu i dwutlenku węgla kontrolowanych atmosfer powinny charakteryzować się rozdzielczością 0,1%. Możliwa jest praca w cyklu automatycznym (polecana) z rejestracją wyników i sterowaniem pracą komór lub opcjonalnie w cyklu ręcznym (niepolecana). Sprzężenie z automatyką sterującą utrzymaniem właściwych stężeń O 2 i CO 2 (odchylenia nieprzekraczające 0,2%) jest szczególnie istotne w technologii ULO. Zaleca się zastosowanie analizatora tlenu z czujnikiem paramagnetycznym i analizatora dwutlenku węgla z detektorem promieniowania podczerwonego.
6. Porównanie cech jakościowych w zależności od czasu i miejsca przechowywania. Porównanie cech sensorycznych oraz zmian fizycznych jakie zachodzą w jabłkach, w zależności od czasu i miejsca przechowywania. Badania prowadzone były po zbiorze i w okresie czteromiesięcznego przechowywania, w cyklu miesięcznym. Wykonywano pomiary pobierając z jabłek kostki sześcienne o boku 10 mm, które suszono w temperaturze 70 C do momentu, kiedy zawartość wody uzyskała wartość równowagi. Oceny właściwości sensorycznych jabłek dokonano wykorzystując pięcioosobową grupę, która w skali od 1 do 5 przypisywała wartość za smak, zapach, wygląd zewnętrzny (barwę i wygląd skórki). Ocena 1 oznacza wartość najgorszą, ocena 5 wartość najlepszą.
7. Wnioski WNIOSKI NA PODSTAWIE DOŚWIADCZENIA 1. Spośród trzech badanych obiektów najwyższe zmiany zawartości wody odnotowano dla jabłek przechowywanych w piwnicy. Po długotrwałym przechowywaniu obniżyła się znacząco przydatność jabłek do spożycia. 2. Nowoczesne przechowalnie z kontrolowaną atmosferą pozwalają na zachowanie pierwotnego zabarwienia skórki. Odnotowano również mniejsze ubytki wody, a jabłka charakteryzowały się wysoką jakością przez długi okres ich przechowywania. 3. Jedyną wadą jabłek przechowywanych w nowoczesnych obiektach było pogorszenie walorów smakowo-zapachowych. Zalety technologii ULO: ograniczenie intensywności oddychania warzyw, zahamowanie procesu dojrzewania i starzenia się, zmniejszenie tempa przemian biochemicznych (degradacja chlorofilu, zmiany w zawartości substancji odżywczych), zmniejszenie wrażliwości warzyw na uszkodzenia chłodowe, zmniejszenie wrażliwości na działanie etylenu, ograniczenie występowania chorób przechowalniczych. Wady: pogorszenie smaku i zapachu warzyw na skutek procesu zachodzącego oddychania beztlenowego warzyw, spowodowanego zbyt niską koncentracją O 2, CENA - sam układ chłodniczy dla obiektu na 100 ton kosztuje ponad 30 tys. zł, a cena najmniejszej płuczki węglowej przekracza 60 tys. zł.
8. Bibliografia. 1. Inżynieria Rolnicza 2(100)/2008 WPŁYW SPOSOBÓW I CZASU PRZECHOWYWANIA NA WYBRANE CECHY SENSORYCZNE JABŁEK B. Krzysztofik, B. Łapczyńska-Kordon 2. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 5/2006. 3. www.agrobudownictwo.pl 4. www.ho.haslo.pl