64 informator technologa Fizyczne metody utrwalania żywności. Schładzanie i zamrażanie mięsa Zwiększające się możliwości techniki i nauki pozwalają nam coraz lepiej zrozumieć problem psucia się żywności, dogłębnie poznać czynniki wpływające na te złożone procesy. Ukierunkowanie badań na nowe, skuteczniejsze metody konserwacji żywności, ma na celu z jednej strony przedłużenie okresu przydatności do spożycia, z drugiej zaś skutecznie ograniczyć straty i utrzymać wysoką wartość odżywczą w trakcie przechowywania. Należy jednak pamiętać, iż wprowadzenie nowych technik konserwacji do produkcji wymaga jednak dokładnej kontroli i badań pod kątem bezpieczeństwa zdrowotnego. W pogoni za wydłużaniem terminu przydatności do spożycia należy pamiętać również o wysokiej jakości wyrobów finalnych. Zdobycie zaufania konsumentów przez producenta żywności gwarantuje stały i wysoki, rozłożony w latach efekt ekonomiczny. Wzrost świadomości społeczeństwa powoduje, że oczekiwania konsumentów wobec żywności, w tym wyrobów mięsnych ciągle rosną i jednocześnie ulegają ciągłym zmianom. Obecnie w branży przetwórstwa mięsnego mamy do czynienia z trendem i pewnego rodzaju modą na produkty ekologiczne, wyroby minimalnie przetworzone wyprodukowane zgodnie z starymi recepturami i sposobami. Jednocześnie w zderzeniu z rzeczywistością, przy obecnym trybie życia poszukiwana jest żywności wygodna, naturalna i mało przetworzona, posiadająca właściwości prozdrowotne. Otrzymanie wszystkich tych cech w jednym produkcie spożywczym jest niezmiernie trudne i sprawia często wiele problemów producentom żywności. Ogólna charakterystyka wybranych metod utrwalania żywności Utrwalanie żywności ma za zadanie powstrzymanie wielu złożonych procesów biochemicznych (np. ciemnienia enzymatycznego), niedopuszczenie do rozwoju i działalności drobnoustrojów (przez ich dezaktywację i usunięcie), wstrzymanie zmian chemicznych przejawiających się przykładowo utlenianiem witamin. Ponadto wstrzymanie zmian fizycznych (np. zmian dotyczących konsystencji i struktury), zabezpieczenie przed inwazją i rozwojem szkodników, zabezpieczenie przed różnego typu zanieczyszczeniami, głównie chemicznymi i fizycznymi. Bardzo ważne jest też zabezpieczenie przed zakażeniem drobnoustrojami chorobotwórczymi. Utrwalanie żywności prowadzone może być poprzez wykorzystanie trzech zasadniczych metod tj. fizycznych, chemicznych i biologicznych. Należy dodać, ze utrwalanie żywności ma bardzo duże znaczenie praktyczne, gdyż dzięki niemu żywność w stanie prawie nie zmienionym może być przechowywana przez dłuższy czas i transportowana na większe odległości, niż żywność nie utrwalona. Pozwala łagodzić zjawisko sezonowości produkcji żywności w rolnictwie oraz daje możliwości zaopatrywać w żywność duże ośrodki miejskie, leżące z dala od rejonów produkcji żywności. Pośrednio wpływa na rozwój handlu zagranicznego żywnością oraz pozwala lepiej wykorzystywać żywność w gospodarstwach domowych, turystyce, żegludze, wojsku itd.
informator technologa 65 Fizyczne metody utrwalania żywności, surowców i produktów mięsnych Utrwalanie i konserwacja produktów tą grupą metod następuje dzięki zjawiskom fizycznym, z których najczęściej wykorzystywana jest wysoka i niska temperatura, odwodnienie, jak również stosowanie substancji podnoszących ciśnienie osmotyczne (rys. 1.) [7,9]. Technologia chłodniczego utrwalania żywności obejmuje szereg procesów polegających na przystosowaniu żywności do chłodniczego składowania oraz zapewnieniu warunków składowania i transportu chłodniczego. Chłodnicze utrwalanie żywności, zależnie od jej rodzaju oraz właściwości fizykochemicznych odbywa się poprzez trwałe, łagodne lub szybkie obniżenie temperatury do poziomu kilku stopni powyżej zera (schładzanie). Kolejny zakres wykorzystania niskich temperatur obejmuje utrzymywanie umiarkowanych warunków chłodniczych w zakresie temperatur ujemnych do -10 C (zamrażanie). Natomiast trzeci zakres dotyczy tzw. głębokiego zamrożenia żywności w temperaturach od -15 do -25 C. W procesach przemian poubojowych mięsa (bezpośrednio po uboju, w okresie stężenia poubojowego i jego ustępowania, dojrzewania), zmiany zachodzące w poszczególnych jego składnikach (głównie białkach, tłuszczach i frakcji węglowodanowej) prowadzą do wykształcenia pożądanych cech sensorycznych i żywieniowych. Jeżeli w tym okresie mięso nie zostanie spożyte lub przetworzone, to przemiany te mogą doprowadzić do zbyt zaawansowanych zmian w składzie podstawowych składników i utraty przydatności do spożycia. Proces ten, potocznie określany jako psucie się mięsa, jest spowodowany: działaniem drobnoustrojów, działaniem enzymów własnych (tkanko- Rys. 1. Ogólny podział procesów stosowanych w fizycznych metodach utrwalania żywności.
66 informator technologa wych), nieenzymatycznymi reakcjami chemicznymi. Zadania nie ułatwia wysoka nietrwałość surowców roślinnych i zwierzęcych, która związana jest z dużą zawartością wody, skażeniem drobnoustrojów i zachowaniem procesów fizjologicznych. By sprostać temu zadaniu potrzeby jest dobór odpowiedniej metody i technologii, który zależy od wielu czynników, wśród których wymienić należy: rodzaj produktu, zmiany jakościowe zachodzące podczas przetwarzania i przechowywania, rodzaj opakowania, sposób przygotowania do konsumpcji, koszty. W związku z tym, że zmiany chemiczne i enzymatyczne przebiegają wolniej niż mikrobiologiczne, utrwalanie mięsa ma na celu głównie ograniczenie rozwoju drobnoustrojów, a zwłaszcza bakterii, oraz zachowanie jego cech sensorycznych i technologicznych. Utrwalanie żywności polega na stosowaniu różnych czynników zapobiegających psuciu się produktów spożywczych, które mają na celu między innymi zahamowanie rozwoju bądź zniszczenie drobnoustrojów patogennych i saprofitycznych. Metody utrwalania mięsa i przetworów można podzielić ogólnie na: fizyczne (stosowanie niskich i wysokich temperatur oraz metod niekonwencjonalnych), fizykochemiczne (solenie i wędzenie) oraz chemiczne (peklowanie). Podział głównych metod utrwalania produktów spożywczych przedstawia rysunek 2. Metody utrwalania mięsa Fizyczne Fizykochemiczne Chemiczne Niskie temperatury Wysokie temperatury Solenie Wędzenie Peklowanie Niekonwencjonalne Promieniowanie jonizujące Promieniowanie niejonizujące Paskalizacja Pulsacyjne pole elektryczne Pulsujący strumień światła Chłodzenie Zamrażanie Suszenie Parzenie Gotowanie Smażenie Duszenie Pieczenie Pasteryzacjia Tyndalizacjia Sterylizacja Rys. 2. Najczęściej stosowane metody utrwalania mięsa i jego przetworów. Współczesne metody utrwalania mięsa i pozostałych środków spożywczych, wynikają ze sposobu i rodzaju zjawisk fizycznych, chemicznych, biochemicznych oraz biologicznych zachodzących w żywności. Szczegółowe cele tych procesów obejmują: wstrzymanie tkankowych procesów biochecd. str. 68
68 informator technologa micznych (oddychanie, autoliza, brunatnienie enzymatyczne), wstrzymanie zmian fizycznych (zmiany konsystencji), wstrzymanie zmian chemicznych (nieenzymatycznych, np. utlenianie, rozkład barwników, brunatnienie nieenzymatyczne), zahamowanie rozwoju i niszczenie drobnoustrojów, zabezpieczenie przed rozwojem różnego rodzaju szkodników, zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami mechanicznymi, skażeniami chemicznymi i biologicznymi, np. kurzem, różnymi substancjami zapachowymi i barwnymi, sierścią itp., konserwacja żywności metodą chłodzenia i zamrażania. Proces schładzania i zamrażania polega na kontrolowanym odprowadzaniu ciepła z produktów do ośrodka chłodzącego, co powoduję stopniowe obniżanie ich temperatury wewnętrznej odpowiednio nieco powyżej punktu zamrażania, dla którego przyjmuje się przedział temperaturowy w granicach od 10 do 0 C (schładzanie) lub znacznie poniżej tego punktu najczęściej do -18ºC (zamrażanie) i poniżej -24 do -26 C dla wybranych grup surowców i artykułów spożywczych. Są to zwykle jednocześnie temperatury przechowywania większości produktów schłodzonych lub zamrożonych. Obniżenie temperatury powoduje wstrzymanie rozwoju i działania drobnoustrojów powodujących psucie żywności, a tym samym utrzymanie wysokiej jej jakości i trwałości [5]. Zależy ona od: jakości mikrobiologicznej surowca; technologii i higieny przetwórstwa; temperatury i czasu zamrażania; składu chemicznego, stężenia substancji rozpuszczalnych i wartości ph żywności; temperatury i czasu składowania; temperatury i czasu rozmrażania; stanu mikrobiologicznego surowca zamrażanego [7]. Do osiągnięcia celu, którym jest wysoka jakość produktu mrożonego ważnym aspektem jest dobór odpowiedniej metody produkcyjnej. Biorąc pod uwagę rodzaj czynnika odbierającego ciepło od produktu można je podzielić następująco: w powietrzu (zamrażanie owiewowe), w cieczach (imersja), w kontakcie z ciałem stałym (metalem), we wrzącym czynniku chłodzącym (kriogeniczne). W praktyce przemysłowej w około 90% chłodni stosuje się urządzenia wykorzystujące zamrażanie owiewowe, 9% to urządzenia i aparaty kontaktowe, zaś zastosowanie pozostałych Rys. 3. Schemat tunelu do zamrażania owiewowego: 1 - stół rolkowy ruchomy, 2 - przenośnik, 3 - wentylator z chłodnicami powietrza, 4 - obudowa izolowana, 5 - pojemnik z surowcem, 6 - napęd przenośnika, 7 - podgrzewanie gruntu [6]. cd. str. 70
70 informator technologa metod stanowi tylko 1% [1,5,10]. W procesie zamrażania owiewowego produkt zamrażany jest za pośrednictwem oziębionego powietrza, które jest przenośnikiem ciepła od produktu do parownika (rys. 3). Długi czas zamrażania spowodowany jest niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła. Ten typ konstrukcji stosowany jest przeważnie do zamrażania ćwierć i półtusz zwierząt po uboju, czy o dużych wymiarach ryb itp. W przypadku zamrażania tunelowego mają zastosowanie głównie tunele stacjonarne, przepychowe, przenośnikowe lub tacowo-ślizgowe. Podział ten i nazwa uzależniona jest od techniki przemieszczania się wyrobu, który umieszczony jest na tacach, półkach, wózkach lub zawieszony na stojakach czy hakach. Cykl zamrażania wynosi od 2 godzin dla porcji jednostkowych do 12-18 godzin w przypadku mrożenia mięsa w półtuszach i 20-48 godzin w przypadku drobiu i mięsa w kartonach. W zamrażalniach typu taśmowego proces zamrażania odbywa się w trakcie przemieszczania się ułożonego na przenośniku mięsa. Zależnie od ilości i typu przenośników zamrażanie może się odbywać w zamrażalnikach jednotaśmowych, wielotaśmowych lub karuzelowych. W przypadku zamrażarek fluidyzacyjnych wykorzystuje się przedmuch warstwy produktu leżącego na sieci lub taśmie transportera w kierunku z dołu do góry strumieniem powietrza o temperaturze -40ºC, który jednocześnie wytwarza stan fluidalny (rys. 4). Czas zamrażania zwłaszcza rozdrobnionego surowca może wynosić tylko kilka minut, a dodatkową zaletą tego sposobu jest sypki charakter mrożonek, ułatwiający ich późniejsze przechowywanie i konfekcjonowanie. Zamrażanie immersyjne odbywa się w cieczach nie wrzących i jest uważane za najstarszą metodę zamrażania żywności. Polega na zanurzeniu produktu w opakowaniu hermetycznym (lub bez), w roztworze soli lub innych mediach chłodzących. Dzięki dużym współczynnikom wnikania ciepła czas zamrażania jest krótki, dzięki wysokim temperaturom wrzenia czynnika chłodzącego. Obecnie wiele rozwiązań opartych na immersji znajduje zastosowanie do zamrażania substancji płynnych i półpłynnych, zamrażania powierzchni delikatnych produktów lub jako wstępna faza mrożenia zasadniczego realizowanego inną metodą. Do głównych wad tej metody zaliczamy przede wszystkim utratę barwy na skutek ab- Rys. 4. Zamrażarka fluidyzacyjna: 1 - rynna, 2 - przenośnik siatkowy, 3 - wentylatory osiowe, 4 - wentylatory promieniowe, 5 - chłodnica dodatkowa, 6 - chłodnice, 7 - wibrator, 8 - obudowa izolowana [6 ].
72 informator technologa sorpcji soli, trudności w utrzymaniu wysokich standardów sanitarno-higienicznych, związanych z ryzykiem wtórnego skażenia. Trudnością natury technicznej jest duży i intensywny stopień korozji urządzeń. Innym nowoczesnym sposobem utrwalania żywności i mięsa jest zamrażanie kriogeniczne, które ma szeroką rzeszę zwolenników, ze względu na dużą liczbę zalet tej metody (rys. 6). Do nich należą miedzy innymi krótki czas zamrażania (3-10 min.), powstawanie małych kryształów lodu wewnątrz surowca, duży przepływ ciepła w procesie, ograniczenie wycieku rozmrażalniczego oraz stosunkowo małe zmiany struktury po rozmrożeniu. Zasadniczym kontrargumentem jest duży kosz eksploatacji związany z napełnianiem krioczynnika (zużycie ok.1,5 kg na 1 kg zamrażanych produktów) [2,8,11 ]. Zamrażanie kriogeniczne opiera się na wykorzystaniu skroplonych gazów, jako czynnika chłodzącego. W praktyce najczęściej stosuje się ciekły azot (LIN) o temperaturze wrzenia -195,8 C oraz ciekły ditlenek węgla (LIC) o temperaturze wrzenia -78,5 C. Inne ciecze nie są stosowane z uwagi na cenę, bezpieczeństwo pracy lub szkodliwy wpływ na zamrażane produkty. Proces jest realizowany poprzez zanurzenie lub natrysk obrabianego surowca [4,7,9]. Podsumowanie Utrwalanie mięsa i jego przetworów z wykorzystaniem fizycznych metod utrwalania (schładzanie, utrwalanie), umożliwia dłuższe ich przechowywanie (nawet w postaci rezerw) oraz realizację transportu (z zachowaniem tzw. łańcucha chłodniczego), na dalsze odległości. Daje też możliwość normalnego zaopatrzenia i wyżywienia ludności, niezależnie od rejonizacji i sezonowości podaży żywca. Wraz z rozwojem przemysłu i wyraźnym oddzieleniem miasta od wsi, a także z funkcjonowaniem dużych zakładów przetwórstwa mięsnego wyraźnie wzrosła rola utrwalania mięsa i żywności. Utrwalając mięso zatrzymujemy lub wyraźnie spowolniamy zmiany zachodzące w mię- Rys. 5. Schemat zamrażarki immersyjnej do drobiu: 1 - urządzenie zraszające, 2 - izolowana pokrywa wanny, 3 - przenośnik wyładowczy, 4 - przenośnik ociekowy, 5 - bęben ociekowy, 6 - ruszt ociekowy z natryskiem, 7 - wanna zbiorcza, 8 - powrót cieczy do chłodnicy, 9 - odpływ zimnej cieczy [3].
74 informator technologa Zbiornik ciekłego azotu Wejście produktu Urządzenie kriogeniczne Przestrzeń chłodzona kriocieczą Owiewowy tunel lub komora chłodnicza Przestrzeń chłodzona powietrzem 8 Sprężarkowe urządzenie chłodnicze Wyjście produktu Rys. 6. Schemat ideowy zamrażania kriogenicznego [2] sie i jego przetworach oraz innych produktach żywnościowych. Należy jednak pamiętać, że wszelkie metody utrwalania mięsa i jego przetworów powodują w większym lub mniejszym zakresie zmiany w strukturze mięsa. Pewną alternatywą tych metod jest utrwalanie mięsa przy wykorzystaniu metod chemicznych. W tej sytuacji zmiany zachodzące w trakcie utrwalania za pomocą metod fizycznych należało by odnieść i porównać z ewentualnymi niekorzystnymi zjawiskami, w tym zdrowotnymi produktu, wynikającymi między innymi z oddziaływania niskich temperatur na strukturę mięsa i jego wyrobów, czy zestawienia tych metod z innymi w odniesieniu do nakładów energetycznych. Prof. dr hab. inż. Marian Panasiewicz