POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Mechaniczny

POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Mechaniczny Katedra Energetyki i Aparatury Przemysłowej Seminarium: WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA Temat: Psucie się żywności nieutrwalonej Prowadzący pracę: doc. dr inż. Z. Bonca Wykonał: Adam Łukaszewicz SUChiKl sem. IX Gdańsk 2011

1. PRZECHOWYWANIE ŚRODKÓW ŻYWNOŚCIOWYCH Środki żywnościowe mają bardzo różne właściwości fizyczne i chemiczne. Środki te często są nietrwałe, a część z nich występuje sezonowo. Aby zapewnić przemysłowi gastronomicznemu ciągłość i urozmaicenie, produkty żywnościowe należy zabezpieczyć przed zepsuciem. Zadanie to spełnia p r z e c h o w a l n i c t w o, które ma na celu stworzenie takich warunków do przechowywania żywności, aby jak najdłużej zachowała świeżość. Jednak wraz z upływem czasu wartość odżywcza większości produktów żywnościowych ulega obniżeniu i tracą one dodatnie cechy jakościowe. Zatem gospodarka magazynowa musi być przeprowadzana umiejętnie i odpowiedzialnie. Trwałość środków żywnościowych jest różna. Najmniej trwałe są surowce, które zachowują cechy organizmów żywych, np. warzywa, owoce, mięso, jaja. Bardziej trwałe są surowce, które utraciły część cech żywych organizmów, ale zachowały naturalne właściwości, np. przetwory mleczne, mięsne, zbożowe. Najtrwalsze są środki żywnościowe, które wskutek różnych zabiegów technologicznych zmieniły swoją strukturę i właściwości, np. konserwy i koncentraty. Wiele czynników ma wpływ na jakość żywności, np.: powietrze, wilgotność, temperatura, światło, czas przechowywania, drobnoustroje, czystość pomieszczeń. Powietrze może wywierać na żywność wpływ dodatni i ujemny. Środki żywnościowe, zachowujące cechy żywych organizmów, wymagają stałego dopływu i wymiany powietrza w celu podtrzymania procesów żywnościowych, zwłaszcza oddychania. Brak świeżego powietrza powoduje zamieranie komórek i szybkie psucie się surowców tej grupy. Niekorzystny wpływ wywiera powietrze na tłuszcz i żywność o dużej zawartości tłuszczu. Przyspiesza ono procesy utleniania i jełczenia tłuszczu oraz prowadzi do utraty niektórych witamin. Wilgotność wpływa na cechy jakościowe żywności w sposób bezpośredni i pośredni. Nadmierna wilgotność powoduje nawilżanie, zagrzewanie oraz zbrylanie żywności, obniża również jakość opakowań przez rozklejanie torebek i rdzewienie puszek. Natomiast mała wilgotność prowadzi do wysychania, kurczenia się surowców oraz powstawanie nadmiernych ubytków. Pośrednio wilgotność wpływa ujemnie na przechowywaną żywność, gdyż stwarza dogodne warunki do rozwoju drobnoustrojów. Temperatura wywiera wpływ na intensywność procesów życiowych zachodzących w środkach żywnościowych i na rozwój drobnoustrojów. Do przechowywania żywności stosuje się niską temperaturę w granicach 0-8oC lub - 20oC. Wyższe temperatury powodują niekorzystne zmiany konsystencji, wyglądu i innych cech fizycznych żywnościowych oraz sprzyjają rozwojowi drobnoustrojów. Światło słoneczne działa na środki spożywcze szkodliwie, ponieważ uaktywnia enzymy, które przyspieszają procesy życiowe w tkankach żywności, zwłaszcza dojrzewanie i kiełkowanie. Powoduje również jełczenie tłuszczu i niszczenie witamin. Przykładem może być mleko, które po 6 godzinnym naświetlaniu traci 66% witaminy B2.

Czas jest czynnikiem, który dla pewnych środków żywnościowych, np. warzyw, owoców, serów dojrzewających, mięs, mąki, jest konieczny do osiągnięcia lepszej jakości przez dojrzewanie. Jednak czas potrzebny do przebiegu tego procesu jest ograniczony i nie można go przedłużać, bo nawet najlepsze warunki przechowywania nie zahamują całkowicie niekorzystnych zjawisk, do jakich prowadzi zbyt długie przechowywanie. Drobnoustroje działające na żywność to bakterie, pleśnie i grzyby. Najliczniejszą grupę drobnoustrojów stanowią bakterie, które stwarzają największe zagrożenie dla żywności. Pleśnie i grzyby atakują środki żywnościowe nieodpowiednio przechowywane, zmieniając niekorzystnie ich smak i zapach. Przed szkodliwym działaniem bakterii najpewniej chroni zachowywanie bezwzględnej czystości. 2. ZMIANY ZACHODZĄCE W ŚRODKACH ŻYWNOŚCIOWYCH PODCZAS PRZECHOWYWANIA W środkach żywnościowych podczas przechowywania zachodzi wiele procesów biochemicznych, mikrobiologicznych, chemicznych, fizycznych, które wywołują w nich zmiany jakościowe: korzystne - poprawa wyglądu, smaku i zapachu niekorzystne - obniżają cechy jakościowe, oraz wartość odżywczą i technologiczną. Podczas przechowywania w żywności następują procesy takie jak: 1. Oddychanie - jest procesem zachodzącym w surowcach, które nie zatraciły cech żywych organizmów. Zjawisko to powoduje obniżenie wartości odżywczej surowców w miarę przedłużania przechowywania. 2. Dojrzewanie - odbywa się pod wpływem enzymów zawartych w tkankach. Prowadzi ono do poprawy wyglądu, smaku i zapachu warzyw oraz owoców. W większości przypadków celem przechowywania jest zahamowanie procesów dojrzewania. Czynnikami, które mogą regulować proces dojrzewania są: temperatura, zawartość tlenu i dwutlenku węgla w atmosferze oraz wilgotność. Dlatego jednym ze sposobów zapobiegania tym procesom jest stosowanie odpowiednich opakowań surowców, np. pakowanie próżniowe lub w atmosferze CO 2. 3. Autoliza (samotrawienie) - zachodzi pod wpływem enzymów autolitycznych i prowadzi do rozkładu składników odżywczych wewnątrz komórek. Autoliza w początkowym etapie zwiększa strawność środków żywnościowych, ale dalej posunięta przyspiesza psucie się żywności. 4. Wysychanie - jest zjawiskiem fizycznym prowadzącym do utraty wody z tkanek, co powoduje wiotczenie i kurczenie się. Wpływa to niekorzystne na wartość odżywczą warzyw i owoców, zmniejsza się zawartość witaminy C, obniża się jakość surowców. 5. Kiełkowanie - występuje w surowcach roślinnych. Jest to zjawisko niepożądane i należy mu zapobiegać lub je opóźniać przez przechowywanie surowców w pomieszczeniach chłodnych i suchych.

3. DROBNOUSTROJE 3.1 BAKTERIE Bakterie właściwej fermentacji mlekowej są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie. Występują w produktach mleczarskich, w kwaszonkach, w produktach zbożowych, w sokach owocowych, w piwie, winie itp. Mają wysokie wymagania odżywcze, potrzebują do swojego rozwoju określonych aminokwasów i witamin. Niektóre są szkodnikami w przemyśle, a inne nawet chorobotwórcze. Zastosowanie fermentacji mlekowej w przemyśle spożywczym W przemyśle mleczarskim prowadzi się hodowlę grzybków kefirowych. Używa się je do produkcji kefiru. Bakterie mlekowe wykorzystuje się w mleczarstwie do produkcji takich napojów jak: mleko ukwaszone, kefir, jogurt, mleko acidofilne i inne. Są używane do dojrzewania serów podpuszczkowych i ukwaszania mleka przeznaczonego do produkcji serów twarogowych. Bakterie mlekowe mają udział w kwaszeniu kapusty, ogórków oraz innych warzyw. W przemyśle mięsnym bakterie biorą udział w przemianach mikrobiologicznych zachodzących w wędlinach surowych (metka, salami),podczas ich produkcji i przechowywania. W przemyśle piekarskim wchodzą w skład zakwasów chlebowych wywołując fermentację mlekową. Zakwaszają one ciasto żytnie, co nadaje mu charakterystyczny smak i zapach. Szkodliwe działanie bakterii mlekowych w przemyśle spożywczym Do bakterii mlekowych szkodliwych w przemyśle mleczarskim należą niektóre bakterie właściwej fermentacji mlekowej, jak np. : odmiana paciorkowca mlekowego, pałeczki okrężnicy. Część bakterii mlekowych wytwarza różne produkty uboczne, które hamują rozmnażanie się drożdży. Bakterie te wywołują wiele wad piwa, takich jak: zmętnienie, kwaśnienie i inne. Bakterie octowe Nie mają wysokich wymagań pokarmowych. Mają zdolność utleniania alkoholu etylowego do kwasu octowego. Ta ostatnia właściwość jest wykorzystywana w przemyśle do produkcji octu. Szkodliwe działanie bakterii octowych w przemyśle spożywczym Bakterie octowe mogą powodować wiele wad w gotowym piwie lub winie, wywołując zmętnienie, kwaśnienie, zapach octu, kożuch na powierzchni. Mogą one także powodować psucia się marynat owocowych i warzywnych, tworząc kożuch na powierzchni i obniżając kwasowość środowiska. Bakterie octowe powodują również zakłócenia w produkcji drożdży piekarskich. Bakterie propionowe Bakterie te mają szczególne znaczenie w przemyśle mleczarskim w dojrzewaniu serów podpuszczkowych. Określone gatunki używane są do zakwasów stosowany do wyrobu sera ementalskiego. Bakterie masłowe Bakterie te są szkodnikami. Powodują tzw. późne wzdęcia serów podpuszczkowych dojrzewających, psucie się konserw warzywnych i owocowych oraz kiszonych pasz. Przemiany białek pod wpływem bakterii oraz ich znaczenie Mikrobiologiczny beztlenowy, głęboki rozkład białka z wytworzeniem związków o nieprzyjemnym zapachu nazywamy gniciem. Gnicie odbywa się przy udziale enzymów proteolitycznych,

wytwarzanych i wydzielanych przez bakterie gnilne. Rozkład białka w tym procesie polega na hydrolizie ich do aminokwasów. Enzymy proteolityczne rozrywają wiązania peptydowe w cząsteczkach białek, w wyniku czego powstają najpierw polipeptydy, następnie peptydy i wreszcie aminokwasy. Wśród enzymów tych wyróżnia się: Egzopeptydazy - odrywające końcowe aminokwasy z łańcucha białkowego. Endopeptydazy - rozrywające wiązania peptydowe znajdujące się w środkowej części łańcucha. Dalszy rozkład aminokwasów może polegać na dezaminacji lub dekarboksylacji. Dezaminacja aminokwasów; polega na oderwaniu amoniaku od cząsteczki aminokwasu. Oprócz amoniaku powstają m.in.: hydroksykwasy, ketokwasy, alkohole, kwasy tłuszczowe. Z dezaminacji aromatycznych aminokwasów powstają indol i skatol, a z zawierających siarkę siarkowodór i merkaptan. Dekarboksylacja aminokwasów; polega na oderwaniu tlenku węgla IV, przy czym z aminokwasu powstaje odpowiednia amina. Powstałe aminy ulegają dezaminacji, dając alkohole i amoniak. Typowy proces gnilny zachodzi wyłącznie w środowisku alkalicznym, natomiast nie odbywa się w środowisku kwaśnym. Rozkład tłuszczów przez bakterie Tłuszcze nie zawierające prawie wody (smalec), nie stanowią dobrego podłoża dla bakterii. Lecz np. masło zawierające około 16 % wody jest bardzo dobrym podłożem, a szczególnie, gdy woda tworzy minikropelki. Mikrobiologiczny rozkład tłuszczów zachodzi pod wpływem enzymów zwanych lipazami. Lipazy powodują hydrolityczne rozszczepienie tłuszczów na glicerol i wolne kwasy tłuszczowe. Glicerol jest dalej wykorzystywany, a kwasy tłuszczowe gromadzą się nadając produktowi zjełczały zapach i smak. 3.2 DROŻDŻE Charakterystyka drożdży Drożdże piekarskie - są to rasy szybko rozmnażające się, charakteryzujące się dużą siłą podnoszenia ciasta i dużą trwałością przy przechowywaniu. Są to drożdże fermentacji górnej. (martwe zbierają się na górze płynu). Drożdże piwowarskie - są to rasy drożdży fermentacji dolnej, które fermentują w temperaturze 5 10 C oraz drożdże fermentacji górnej fermentujące w temperaturze 10 25 C. Te ostatnie są stosowane do produkcji specjalnych piw (grodziskie). Drożdże winiarskie - są to rasy różniące się między sobą zdolnościami fermentacyjnymi i ilością wytwarzanego alkoholu, kwasów oraz estrów. Drożdże te, to drożdże fermentacji dolnej. Pożądana rola drożdży w przemyśle spożywczym Wykorzystywane są w przemyśle: piekarskim do rośnięcia ciasta pszennego oraz w zakwasach chlebowych, piwowarskim do produkcji piwa, winiarskim do produkcji wina, gorzelniczym do produkcji spirytusu, mleczarskim do produkcji kefiru. Ujemna rola drożdży w przemyśle spożywczym Zakażenie czystych kultur drożdżami dzikimi obniża jakość. Wiele szkód wywołują także drożdże osmofilne. Mogą one rozwijać się w produktach owocowo warzywnych, takich jak: dżemy, galaretki i syropy owocowe, miód i pomadki. Przyczyną psucia się kwaszonej kapusty i ogórków są drożdże

kożuchujące, które rozkładają kwas mlekowy, odkwaszają środowisko, co umożliwia rozwój bakterii gnilnych. Są również przyczyną licznych wad mleka i jego przetworów. W śmietanie wywołują gazowanie i zapach alkoholowy. Na powierzchni kwaśnej śmietany dobrze rozwijają się drożdże kożuchujące. Są przyczyną lekko kwaśnego, gorzkiego oraz drożdżowego smaku masła. Mogą także wywoływać czerwone i pomarańczowe plamy na maśle. W przemyśle mięsnym mogą być przyczyną wytworzenia się na powierzchni mięsa bezwonnego, białego nalotu (tzw. oszronienie mięsa). Drożdże powodują także psucie się oranżad i octu. 3.3 PLEŚNIE Korzystna rola pleśni przemyśle spożywczym Kwas cytrynowy - produkuje się na skalę przemysłową w procesie fermentacji cytrynowej, przy udziale czystych kultur pleśni kropidlaka czarnego. Fermentacja cytrynowa polega na utlenianiu cukrów (glukozy, fruktozy, sacharozy) do kwasu cytrynowego. Proces ten przebiega z udziałem tlenu i jest bardzo złożony. Serowarstwo - liczne gatunki pleśni z rodzaju Penicillum wykorzystuje się w serowarstwie, w dojrzewaniu serów pleśniowych. W serach miękkich z porostem pleśni (brie, camembert) dojrzewanie przebiega przy udziale gatunków: Penicillum candidum i P. camembert, a w serach miękkich z przerostem pleśni (rokpol) z udziałem P. roqueforti. Szkodliwa rola pleśni w przemyśle spożywczym Pleśnie wywołują różne wady produktów mleczarskich. Rozkładają kwas mlekowy i odkwaszają środowisko, atakują także białko i tłuszcze. Powodują jełczenie masła, kolorowe palmy na maśle i serach, gnicie i goryczkę serów, wady śmietany. Bardzo pospolita jest pleśń Geotrichum candidum. Tworzy ona delikatny biały nalot na powierzchni zsiadłego mleka, śmietany, serów twarogowych. Jest ona również odpowiedzialna za odkwaszanie i psucie się kwaszonej kapusty i ogórków. Do pospolitszych szkodników w mleczarstwie zalicza się też pleśnie z rodzaju Penicillum i Aspergillus. Pleśnienie mięsa wywołują pleśnie z rodzaju Penicillum, Aspergillus i Mucor. 4. ZAPOBIEGANIE PSUCIU SIĘ ŻYWNOŚCI Przez pojęcie utrwalanie żywności rozumiemy: wstrzymanie tkankowych procesów biochemicznych (np. ciemnienia enzymatycznego), niedopuszczenie do rozwoju i działalności drobnoustrojów (przez ich zniszczenie lub usunięcie z zabezpieczeniem przed ponowną infekcją), wstrzymanie zmian chemicznych - nieenzymatycznych (np. utleniania witamin), wstrzymanie zmian fizycznych (np. zmian konsystencji i struktury), zabezpieczenie przed inwazją i rozwojem szkodników, zabezpieczenie przed zakażeniem (przed zakurzeniem, zanieczyszczeniami chemicznym i fizycznymi), zabezpieczenie przed zakażeniem drobnoustrojami chorobotwórczymi. Rozróżniamy następujące metody utrwalania żywności: Pasteryzacja Sposób zapobiegania szybkiemu psuciu sie produktów żywnościowych, głównie płynów, na skutek działania znajdujących się w nich drobnoustrojów. Proces pasteryzacji polega na ogrzewaniu produktu do temperatury, w której giną już drobnoustroje, lecz nie powoduje jeszcze zmian samego produktu. Pasteryzacja pozwala wiec zachować własności smakowe i odżywcze produktu i nie wywołuje rozpad zawartych w nim witamin. Przeprowadza się ją zwykle w temperaturze od 60 do 100 C. Metoda ta została wynaleziona w połowie ubiegłego wieku przez wielkiego uczonego francuskiego chemika i bakteriologa Ludwika Pasteura podczas prowadzonych na zlecenie

francuskich piwowarów badań przyczyn kwaśnienia piwa. Apertyzacja Jest to metoda konserwowania żywności w hermetycznych naczyniach przez długotrwałe ogrzewanie w wodzie wrzącej wynaleziona przez Nicolasa Apperta. Niewielki dodatek związków chemicznych o działaniu bakteriobójczym (najczęściej to kwas benzoesowy i sorbowy, związki siarki oraz antybiotyki) zapobiegają rozwojowi szkodliwych mikrobów. Czyni to żywność absolutnie bezpieczną, nie zmieniając jej smaku i wyglądu. Metoda konserwowania mięsa pozwala nam w sposób trwały zabezpieczyć je przed zepsuciem. Konserwy mięsne są to przetwory w puszkach hermetycznie zamkniętych, które zostały poddane pasteryzacji lub sterylizacji. Sterylizacja Jest to proces prowadzący do usunięcia lub zabicia wszystkich mikroorganizmów z danego środowiska, również przetrwalników. Sterylizacja polega na ogrzewaniu produktu temperaturą powyżej 100 C. Sterylizację termiczną przeprowadza się albo stosując suche, gorące powietrze (160-180 C, przez 1-1,5 godz.), albo gorącą parą wodną w procesie tyndalizacji w 100 C, w autoklawie w temp. 121-123 C, przez 15-30 minut, w nasyconej parze wodnej pod nadciśnieniem 1 atmosfery. Kiszenie,kwaszenie Jest to utrwalanie surowców roślinnych przeznaczonych do spożycia (np. kapusty, ogórków, grzybów) oraz na paszę (kiszonki), poprzez wytwarzający się kwas mlekowy (1% - 1,5%) w wyniku fermentacji mlekowej. Bakterie zamieniają cukier zawarty w warzywach na kwas mlekowy, przez co zabezpieczają kwaszonki przed gniciem. Kwaszonki muszą być zawsze pokryte sokiem lub zalewą, ażeby nie dostawało się do nich powietrze, które powoduje rozwój pleśni. Sól ułatwia wydzielanie soku, w którym mogą działać bakterie kwasu mlekowego. W początkowej fazie kwaszenia przetwór powinien stać w pomieszczeniu o temperaturze 18-25 C, po 7-10 dniach trzeba go przenieść do chłodniejszego pomieszczenia. Kwaszenie jest jedną z metod utrwalania warzyw i owoców. Suszenie Jest to zespół operacji technologicznych, mających na celu zredukowanie zawartości wody w produkcie przez jej wyparowanie i zmniejszenie przez to aktywności wody do wartości uniemożliwiającej rozwój drobnoustrojów, jak również ograniczenie do minimum przemian enzymatycznych i nieenzymatycznych. O ile zabezpieczenie przed rozwojem drobnoustrojów i pleśni uzyskuje się już zwykle przy zmniejszeniu zawartości wody w produkcie do ok. 15%, o tyle zahamowanie przemian typu enzymatycznego (niebakteryjnego) a zwłaszcza nieenzymatycznego wymaga na ogół zmniejszenia wartości wody poniżej 5% niekiedy nawet do 1-2%. Cechą charakterystyczną suszonych produktów spożywczych bez względu na ich pierwotną konsystencję, jest uzyskanie przez susz konsystencji stałej. Solenie Jest jedną z najstarszych metod utrwalania artykułów żywnościowych. Przesycenie tkanek roztworem soli odpowiednie stężonym uniemożliwia (hamuje) rozwój drobnoustrojów, sól bowiem ma właściwości odciągania wody z tkanek produktu i komórek drobnoustrojów. Przy stężeniu soli 15%- 25% większość drobnoustrojów zostaje unieszkodliwiona przez zahamowanie rozwoju. Ten sposób utrwalania stosuje się zarówno w skali przemysłowej, jak i domowej, do utrwalania szeregu produktów zwierzęcych (mięso, ryby, słonina, ser biały) oraz roślinnych (warzywa korzeniowe, szczaw, koper fasola strączkowa, grzyby). Ujemną stroną produktów solonych z punktu widzenia ich przydatności kulinarnej jest konieczność moczenia ich w wodzie dla usunięcia ze względów smakowych nadmiaru soli. Moczenie to powoduje równocześnie przejście do wody wielu cennych składników odżywczych. Liofilizacja

Jest to pewien rodzaj suszenia. Liofilizację zastosowano po raz pierwszy w latach pięćdziesiątych XX wieku na zlecenie rządu Stanów Zjednoczonych zmierzającego do wyprodukowania lekkich wagowo racji żywności dla astronautów i wojska. W procesie liofilizacji należy najpierw zamrozić suszony preparat (poniżej -40 C), a następnie wytworzyć próżnię (ok. 1 Pa) niezbędną do zapoczątkowania sublimacji wody, po czym dostarczać w sposób kontrolowany ciepło podtrzymujące sublimację oraz usuwać (np. wymrażać) powstającą parę wodną. Takie przetwarzanie żywności pozwala zachować najcenniejsze składniki i właściwości: witaminy, białka, składniki mineralne oraz właściwości takie jak: zapach, smak czy kolor. Produkt taki po zetknięciu z wodą odzyskuje właściwości będąc bardziej czysty niż pierwotnie.

BIBLIOGRAFIA www.mikrobiologia.prv.pl www.zsgips.stecu.pl www.nauka.rk.edu.pl P. Palich, Podstawy technologii i przechowalnictwa żywności.