POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Specjalność: SYSTEMY I URZĄDZENIA CHŁODNICZNE I KLIMATYZACYJNE WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAśANIA Temat: Nowe technologie konserwacji Ŝywności z wykorzystaniem wysokich ciśnień Wykonał: Robert Świtała SUChiK
PODZIAŁ PRACY: 1. Wprowadzenie 2. Metody konserwacji Ŝywności 3. Krótka historia konserwacji Ŝywności metodą wysokich ciśnień 4. Wpływ technologii HHP na produkty 5. Urządzenie technologiczne 6. Zalety i wady 7. Bibliografia 1. Wprowadzenie Pojęcie konserwowania Ŝywności oznacza metody, które mają na celu zachowanie i utrzymanie Ŝywności w niezmienionym stanie poprzez zabezpieczenie jej przed niekorzystnym wpływem czynników chemicznych (utlenianie), fizycznych (temperatura, światło) lub biologicznych (mikroorganizmy). Utrwalanie Ŝywności pozwala na przedłuŝenie jej okresu przydatności do spoŝycia, dzięki czemu jest ona dostępna przez cały rok, a nie tylko sezonowo. Tak więc główną funkcją utrwalania Ŝywności jest spowolnienie procesu psucia oraz zapobieganie wszelkim zmianom smaku, zapachu, a w niektórych przypadkach, równieŝ wyglądu. Cel ten moŝliwy jest do zrealizowania poprzez zastosowanie róŝnych metod utrwalania Ŝywności; 2. Metody konserwacji Ŝywności a) Fizyczne metody konserwacji Ŝywności z wykorzystaniem niskich temperatur o Chłodzenie i zamraŝanie b) Fizyczne metody konserwacji Ŝywności z wykorzystaniem wysokich temperatur o Pasterylizacja o Sterylizacja o Suszenie o Tyndalizacja c) Chemiczne metody konserwacji o Cukrzenie o Solenie o Marynowanie o Peklowanie o Środki konserwujące
d) Fizykochemiczne metody konserwacji o Wędzenie e) Biologiczne metody konserwacji o Kwaszenie f) Nowoczesne metody konserwacji o Radiacyjne metody konserwacji o Drgania dźwiękowe i naddźwiękowe jako czynnik konserwujący o Mechaniczne metody konserwacji Ŝywności Usuwanie drobnoustrojów metodą filtrowania Usuwanie drobnoustrojów metodą wirowania Niszczenie drobnoustrojów przy pomocy wysokich ciśnień o Usuwanie pewnych składników niezbędnych dla drobnoustrojów o Skojarzone metody utrwalania Ŝywności 3. Krótka historia konserwacji Ŝywności metodą wysokich ciśnień Po raz pierwszy wpływ wysokiego ciśnienia hydrostatycznego wykazał B. Hite juŝ w 1899 roku. Poddawał on mleko ciśnieniu 680 MPa w temperaturze pokojowej w ciągu 10 min i stwierdził, Ŝe liczba Ŝywych drobnoustrojów zmniejszyła się w nim z 10 000 000 do 100. RównieŜ mięso poddawane ciśnieniu 540 MPa w temp 52ºC w ciągu 1 godziny nie wykazywało zmian mikrobiologicznych w czasie 3-tygodniowego przechowywania. W następnych latach prowadzono badania nad wpływem wysokiego ciśnienia m.in. na białka, enzymy, elementy strukturalne komórki i na całe drobnoustroje. Pierwsze komercyjne zastosowanie wysokiego ciśnienia w technologii Ŝywności miało miejsce stosunkowo niedawno. Po raz pierwszy w roku 1990 ukazał się na rynku w Japonii dŝem utrwalony technologią wysokich ciśnień, a w następnym roku dalsze produkty spoŝywcze, jak jogurty owocowe, galaretki owocowe, przyprawy majonezowe do sałatek itp. W 1991 roku zainstalowano takŝe w Japonii pierwszą półautomatyczną linię do produkcji soków cytrusowych. Od tej chwili moŝna więc mówić o nowej technologicznej metodzie utrwalania Ŝywności wykorzystującej wysokie ciśnienie hydrostatyczne, tzw. technologii HHP (High Hydrostatic Pressure);
4. Wpływ technologii HHP na produkty Produkty poddawane wysokiemu ciśnieniu zachowują swój kształt i strukturę oraz (co jest bardzo atrakcyjną cechą technologii HHP) właściwości organoleptyczne, zwłaszcza barwę i aromat. Rys. 1 Obumieranie drobnoustrojów pod wpływem wysokiego ciśnienia wg [2] Niekorzystne działanie HHP na drobnoustroje, podobnie jak chemicznych środków konserwujących, polega na zmianach morfologicznych komórki, uszkodzeniu mechanizmu genetycznego, wywołaniu niekorzystnych reakcji biochemicznych oraz zmian w błonie komórkowej i błonie form przetrwalnikowych. Ogólnie to działanie destrukcyjne jest tym większe, im wyŝsze jest ciśnienie i im dłuŝszy czas trwania ciśnienia, chociaŝ są wyjątki od tej reguły, wskazujące na złoŝony charakter oporności drobnoustrojów na wysokie ciśnienie. Względnie najbardziej wraŝliwe na działanie wysokiego cieśnienia są wygenerowane komórki bakterii Gram-ujemnych. Ciśnienie hydrostatyczne powyŝej 100 MPa powoduje gwałtowną ich inaktywację. Wytrzymalsze są na ogół bakterie Gram-dodatnie, a zwłaszcza formy przetrwalnikowe. Doniesienia literaturowe wskazują, Ŝe niektóre przetrwalniki mogą wytrzymać ciśnienie nawet 1200 MPa, natomiast łagodne ciśnienie hydrostatyczne rzędu 25 MPa moŝe przyspieszyć kiełkowanie przetrwalników. DroŜdŜe i pleśnie charakteryzują się opornością pośrednią pomiędzy opornością bakterii Gram-ujemnych i Gram-dodatnich. Czynniki hamujące rozwój drobnoustrojów, jak ogrzewanie, małe ph czy zmniejszona aktywność wody na ogół zwiększają efekt niszczący HHP. 5. Urządzenie technologiczne Typowa linia HHP (rys. 2) składa się z komory ciśnieniowej z zamknięciem, z układu wytwarzającego wysokie ciśnienie, urządzeń do kontrolowania temperatury i do transportowania materiału do i z komory. NajwaŜniejszym urządzeniem jest grubościenna
komora ciśnieniowa, którą stanowi monolityczny zbiornik zbudowany ze stopu stali o wysokiej wytrzymałości mechanicznej. W komorze znajduje się ośrodek (medium) przenoszący cieśnienie. Jest nim zwykle woda destylowana. Urządzenie pracuje okresowo, w jednym cyklu wykonuje następujące czynności: załadunek i zamknięcie komory, wytworzenie ciśnienia (i ewentualne ogrzanie komory), utrzymanie ciśnienia przez zaprogramowany czas, redukcja nadciśnienia, otwarcie komory i jej wyładunek. Rys. 2 Zintegrowany system maszyn i urządzeń występujący w technologii HHP wg [1]; 1-automatyczna prasa, 2-urządzenie do załadowania pojemnika do naczynia wysokociśnieniowego, 3-urządzenie do napełnienia pojemnika, 4-kabina do mycia, 5-kabina do suszenia, 6-automat do zdejmowania pojemnika z transportera, 7-transporter, 8-pojemnik; Wysokie ciśnienie w komorze moŝe być uzyskiwane: a) Sposobem bezpośrednim przez spręŝenie medium za pomocą tłoka (rys. 3a), stosowane zwykle w urządzeniach laboratoryjnych i półtechnicznych b) Sposobem pośrednim za pomocą pompy (rys. 3b), stosowanym w urządzeniach technicznych Rys.3 Sposoby wytwarzania ciśnienia w HHP wg [1]: a)ciśnienie bezpośrednie, b)ciśnienie pośrednie; 1-tłok, 2-obudowa prasy, 3-komora ciśnieniowa, 4-zamknięcie dolne, 5-zamknięcie górne, 6-pompa, 7-zbiornik z wodą;
Po uzyskaniu wymaganego ciśnienia w komorze zatrzymuje się tłok lub zamyka zawory, co umoŝliwia utrzymanie stałego ciśnienia przez poŝądany czas, bez dalszego nakładu energii. 6. Zalety i wady ZALETY: Zwiększenie trwałości produktów w wyniku niszczenia drobnoustrojów Modyfikacja biopolimerów, np. białek Aktywizacja jednych enzymów i inaktywizacja innych Ukierunkowanie odpowiednich przemian, np. usuwanie białek powodujących alergię u konsumentów Zachowanie dobrej jakości organoleptycznej, zwłaszcza barwy i zapachu, wynikające z tego, Ŝe w metodzie HHP nie uszkadza się wiązań kowalencyjnych Zwiększenie dyspozycyjności produktu, poprzez zmianę jego zwartości, temperatury zamarzania i topnienia WADY: DuŜa odporność przetrwalników bakterii na działanie wysokich ciśnień i związane z tym bezpieczeństwo Ŝywnościowe DuŜy nakład inwestycyjny DuŜe późniejsze nakłady eksploatacyjne 7. Bibliografia [1] Pijanowski E. i in.: Ogólna technologia Ŝywności Warszawa, WNT 2004; [2] Kulisiewicz L.: Konserwacja Ŝywności metodą wysokich ciśnień, Technika chłodnicza i klimatyzacyjna 2003, nr 12, s.448-450; Strony internetowe