1. Temperatura jako parametr technologiczny wpływający na jakość i bezpieczeństwo żywności

Zamrażanie jest metodą utrwalania dzięki której żywność może być najdłużej przechowywana w stanie możliwie najmniej zmienionym. Polega na obniżeniu temperatury co najmniej do -18°. Produkty zamrożone prawidłowo przechowywane są trwałe pod względem mikrobiologicznym. W przypadku wielu produktów spożywczych zamrażanie umożliwia zachowanie w znacznym stopniu naturalnych cech organoleptycznych i wartości odżywczej produktu. Wadą niektórych produktów mrożonych jest zmiana struktury i konsystencji. Znaczną poprawę cech jakościowych uzyskano przez stosowanie szybkich metod zamrażania.

Jakość i trwałość mrożonej żywności zależy od:

• jakości mikrobiologicznej surowca

• technologii i higieny produkcji

• temperatury i czasu zamrażania

• składu chemicznego, pH

• stanu mikrobiologicznego produktu

• temperatury i czasu składowania

• temperatury i czasu rozmrażania

Bezpieczeństwo

Wraz z obniżaniem temperatury maleje szybkość procesów przemiany materii, w temperaturach chłodniczych (10°-0°) czynności życiowe drobnoustrojów ulegają znacznemu spowolnieniu, a w temperaturach zamrażalniczych - zahamowaniu. Jednak proces mrożenia nie może być uważany za metodę inaktywacji drobnoustrojów. Chłodzenie ze względu na możliwość rozwoju drobnoustrojów chorobotwórczych i psychrotrofowych oraz zachowaną aktywność enzymów tkankowych nie przedłuża trwałości żywności w takim stopniu jak inne metody utrwalania, w tym mrożenie lub działanie wysokich temperatur.

Podstawowym założeniem utrwalania żywności wysokimi temperaturami jest osiągnięcie stabilności mikrobiologicznej. Rezultat termicznego niszczenia drobnoustrojów chorobotwórczych i ich toksyn oraz inaktywacji enzymów, powodujących psucie żywności zależy przede wszystkim od temperatury i czasu ogrzewania. Niedostateczne ogrzanie może powodować podatność na zepsucie a zbytnie ogrzanie zmniejsza wartość organoleptyczną i odżywczą gotowego wyrobu. W odróżnieniu od produktów utrwalanych przez mrożenie, właściwości żywności utrwalanej w wysokich temperaturach dosyć znacznie odbiegają od surowców wyjściowych. Podstawowymi procesami utrwalania w wysokich temperaturach jest pasteryzacja i sterylizacja. Warunki procesu dobiera się w zależności od fizycznych i chemicznych właściwości produktu(aktywność wody, pH, konsystencja) oraz właściwej dla produktu mikroflory krytycznej. Pasteryzację stosuję się dla produktów: wrażliwych na działanie wysokich temperatur (mleko,wino,piwo), nie zawierających ciepłoopornej mikroflory, której niskie pH(poniżej 4,6) wyklucza rozwój przetrwalników bakterii Clostridium botulinum. Sterylizacja jest prowadzona dla większości produktów o pH powyżej 4,6 i powoduje zniszczenie wszystkich drobnoustrojów łącznie z ich formami przetrwalnikującymi.

Podwyższenie temperatury wyjaławiania przyspiesza procesy niszczenia drobnoustrojów bardziej niż procesy degradacyjne składników żywności - ta zależność została wykorzystana w nowych metodach utrwalania HTST- High temperature, Short time. Umożliwia to zachowanie lepszych cech organoleptycznych produktu.

Jakość sensoryczna żywności utrwalanej warunkowana jest zmianami: barwy, właściwości smakowo-zapachowych, konsystencji i struktury. Zmiany jakościowe następujące w czasie zamrażania i przechowywania można podzielić na:

• zmiany chemiczne (utlenianie, hydroliza tłuszczów, zmiany aromatu, barwy i zawartości witamin)

• zmiany biochemiczne związane z działalnością enzymów własnych i pochodzenia mikrobiologicznego

• zmiany fizyczne jak ususzka, oparzelina mrozowa, rekrystalizacja, wyciek zamrażalniczy.

Zmiany barwy jak np. brunatnienie mięsa (przemiana mioglobiny w metmioglobinę) są spowodowane przemianami barwników, inne to przemiana chlorofilu w feofitynę lub feoforbid w warzywach zielonych, a w owocach czerwonych przemiany antocyjanów. Wśród zmian fizycznych najpowszechniejszą wadą procesu zamrażania jest ususzka - odparowanie wody z powierzchni produktu poprzez sublimację lodu. W przypadku daleko posuniętej ususzki występuje oparzelina mrozowa. Charakteryzuje się ona nadmiernym wysuszeniem powierzchni produktu, doprowadzającym do nieodwracalnych zmian jakościowych w postaci plam. Poza zmianą barwy powoduje zmiany smaku, zapachu i konsystencji. Doprowadza ona do znacznej denaturacji białek i jełczenia tłuszczów. Wyciek zamrażalniczy spowodowany jest niszczeniem struktury tkankowej przez kryształki lodu. Może do niego dochodzić przez niewłaściwy dobór metody zamrażania lub przez niewłaściwe przechowywanie (rekrystalizacja).

Podczas mrożenia może dochodzić do denaturacji białek i utleniania tłuszczów. Zamrażanie i rozmrażanie przyczynia się do niszczenia otoczki wodnej przez powstające kryształki lodu oraz koagulację białek związaną z powstaniem stężonych roztworów soli w produkcie zamrożonym. W wyniku tego koloidy białek czy skrobi łączą się w większe agregaty słabo wiążące wodę i oddzielające się od pozostałych składników cieczy. Obserwuję się je w postaci osadu. Mogą nastąpić także takie zmiany jak: ubytki wagowe, utrata aromatu, obniżenie elastyczności.

W przypadku potraw utrwalanych w wysokich temperaturach zjawisko łączenia się skrobi i białka w większe, słabo wiążące wodę agregaty oraz ich wypadanie z roztworu występuje z mniejszą intensywnością niż w potrawach mrożonych. Przyczyną powodującą wydzielanie się tłuszczu w emulgowanych potrawach jest proces niszczenia emulsji w czasie ich ogrzewania lub zamrażania przez powstające kryształki lodu. Jedną z przyczyn powodującą niekorzystne zmiany konsystencji potraw oprócz oddzielenia fazy tłuszczowej jest retrogradacja skrobi (zmiana struktury skrobi w uporządkowaną).

wartość odżywcza

Ogólnie uważa się, że utrwalanie zamrażalnicze w znacznie mniejszym stopniu zmniejsza wartość odżywczą produktów niż metody cieplne.

W żywności mrożonej mogą wstępować znaczne straty witamin spowodowane obróbką wstępną przez wyługowanie składników wodą, procesy utleniania i zniszczenie pod wpływem ogrzewania (blanszowanie). Szczególnie nietrwała jest witamina C. Dla produktów ogrzewanych substancją wskaźnikową jest witamina B1, uważana za reprezentatywną dla zachowania wartości odżywczej i sensorycznej. Przemiany witaminy C mają charakter procesów enzymatycznych i przebiegają intensywniej w środowisku o większym pH. W procesie prawidłowo prowadzonego zamrażania i przechowywania zamrażalniczego praktycznie nie występują straty Wit C.

Podczas przechowywania potraw mrożonych występuje zmniejszenie zawartości i przyswajalności niektórych aminokwasów egzogennych, podobnie jak ma to miejsce przy stosowaniu wysokich temperatur. Zastosowanie technik szybkiego zamrażania ogranicza straty wartości odżywczej.

Nawet łagodne, kilkuminutowe ogrzewanie, szczególnie w środowisku niekwaśnym powoduje wyraźne zmniejszenie zawartości witaminy C, B1, B12. Na ogrzewanie mało odporne są białka (albuminy i globuliny) oraz aminokwasy. Silniejsze ogrzewanie powoduje nieodwracalną denaturację i przyczynia się do powstania reakcji Maillarda (między aminokwasami a cukrami redukującymi), przez co zmniejsza się wartość biologiczna produktu. Jednak umiarkowana denaturacja może ułatwiać procesy trawienia białek. W wyniku ogrzewania mogą być także inaktywowane czynniki antyodżywcze (inhibitory trypsyny w nasionach soi) co zwiększa wartość odżywczą produktu.

2. pH jako parametr technologiczny wpływający na jakość i bezpieczeństwo żywności.

Proces mikrobiologicznego zepsucia żywności jest m. in. silnie uwarunkowany odczynem pH danego produktu.

Obok temperatury, stężenie jonów wodorowych środowiska, wyrażone wartością pH, należy do najważniejszych czynników warunkujących rozwój drobnoustrojów w żywności (oprócz nich potencjał oksydoredukcyjny i aktywność wody).

Każdy drobnoustrój jest zdolny do wykonywania swoich funkcji życiowych tylko w określonym zakresie pH środowiska. Przedział pH, w którym dany drobnoustrój może się rozwijać wyznaczają wartości minimalna i maksymalna, natomiast wartość pH, przy której szybkość wzrostu jest najwyższa nazywamy optymalną. Zakres pH i wartość pH optymalnego dla wzrostu drobnoustrojów są zróżnicowane.

Większość drobnoustrojów najlepiej rośnie w środowisku o pH bliskim obojętnemu (6,5 - 7,5), są to tzw. neutrofile. Drobnoustroje, których optymalny wzrost obserwujemy przy niskim pH (2-5) to acidofile (kwasolubne), a najlepiej rosnące w pH zasadowym (opt. 8-11) zaliczamy do alkalofili.

• Neutrofile - większość bakterii;

• Acidofile - bakterie fermentacji mlekowej, bakterie octowe, (bakterie siarkowe, np. Thiobacillus thiooxidans - ekstremalnie niskie pH, wzrost nawet przy pH<0,5); liczne drożdże i grzyby strzępkowe (Saccharomyces, Aspergillus, Penicillium);

• Alkalofile - bakterie nitryfikujące: Nitrosomonas, Nitrobacter.

Znajomość granicznych wartości pH, przy których może następować wzrost poszczególnych grup fizjologicznych drobnoustrojów lub wytwarzanie przez nie związków toksycznych jest niezmiernie ważna w zabezpieczaniu żywności przed działalnością niepożądanej mikroflory.

Na ogół na określonym surowcu (materiale) rozwija się określona flora bakteryjna, stosownie do składników żywnościowych, zawartości wody, pH, temperatury, dostępu tlenu itp.

W zależności od pH, dzieli się żywność na trzy grupy (podano wraz typową florą szkodliwą):

Żywność mało kwaśna lub niekwaśna	Mięso, mleko, ryby, groszek, fasola	pH 4,5	Clostridium botulinum
Żywność kwaśna	Pomidory, gruszki	3,7 - 4,5	Bakterie kwasu masłowego
Żywność bardzo kwaśna	Większość owoców, kapusta kwaszona	< 3,7	Bakterie mlekowe, pleśnie

Wartość pH produktów będzie miała wpływ na dobór metody utrwalania:

Żywność mało kwaśna do termicznego utrwalenia wymaga ogrzewania w temperaturze powyżej 100°C, natomiast w przypadku żywności mało kwaśnej ten sam efekt można uzyskać przez ogrzewanie w temperaturach nie przekraczających 100°C. Niektóre rodzaje bardzo kwaśnej żywności do utrwalenia nie wymagają wcale lub też wymagają bardzo delikatnego ogrzewania głównie ze względu na obecność drożdży, pleśni czy enzymów powodujących ich psucie. Bakterie tworzące spory nie rosną przy pH niższym niż 3,7.

3. Znaczenie lepkości dla przebiegu operacji i procesów jednostkowych stosowanych w przetwórstwie spożywczym.

Lepkość - można scharakteryzować jako miarę oddziaływania między cząsteczkami będącymi w ruchu.

Rozróżniamy dwie kategorie płynów

- płyny niutonowskie

-płyny nieniutonowskie

Ciecze których krzywe płynięcia są liniami prostymi, wychodzącymi z początku układu, noszą nazwę niutonowskich. Właściwości cieczy niutonowskich wykazują klarowne soki owocowe i ich koncentraty, oleje, syropy.

Większość surowców, półproduktów i gotowych wyrobów przemysłu spożywczego ma krzywe płynięcia krzywoliniowe, które w wielu przypadkach nie przechodzą przez początek układu współrzędnych. Takie ciecze noszą nazwę nieniutonowskich.

Do cieczy nieniutonowskich należą ciecze reologicznie stabilne charakteryzują się płynięciem nie zależnym od czasu działania sily ścinania, są to ciecze:

- plastyczne Binghama

- plastyczne nie-Binghama

- pseudoplastyczne

- dylatacyjne

Pozostałe ciecze to reologicznie niestabilne ich lepkość pozorna zależy zarówno od gradientu prędkości, jak i od czasu ścinania.

Charakter cieczy plastycznej ma ketchup, niektóre sosy, polewy cukiernicze.

Ciecze pseudoplastyczne (rozrzedzanej ścinaniem) - emulsje, zawiesiny, piany

Ciecze dylatacyjne ( zagęszczane ścinaniem) - rzadko spotykane

Znaczna liczba cieczy wykazuje właściwości pośrednie między cieczą plastyczną a cieczą pseudoplastyczną - pasty, przeciery, marmolada.

4. Kinetyczna interpretacja procesów utrwalania konserw pasteryzowanych i sterylizowanych.

Kinetyczna interpretacja inaktywacji cieplnej w technologii konserw.

Inaktywacja cieplna(drobnoustrojów, toksyn, enzymów, składników odżywczych i zmian cech jakościowych)→opis równaniami reakcji 1º.Ogrzewanie przez czas τ →zmniejsza ilość składnika o x.

N = N_o-x N_o-początkowa ilość drobnoustrojów, toksyn…

Wielkośc x = f(τ;V) a:

V= −
(*)

Po scałkowaniu(*) N = N_o exp(−kτ)

Wyliczmy czas τ potrzebny na zmniejszenie ilości składnika od N_o do N

τ =
− lnN)

τ =
logN_o −logN)

niech
→ czas dziesiętnej redukcji(oporność cieplna):czas po którym ilość składnika ulega zmniejszeniu o 90% wartości początkowej (czyli 10-krotnie się zmniejsza).

Wtedy:τ =D (logN_o − logN)

Dalej: :τ =DlogN_o − DlogN

DlogN = DlogN− τ /:D

logN = logN_o−

Y = B+Ax → równanie przeżywania, krzywa przeżywania (survivor

curve)

D
czas przejścia krzywej przeżywania przez jeden cykl logarytmiczny. Znając D

z równania przeżywania można wyliczyć końcową ilość składnika (N) po czasie τ.

N = N_o∙ 10

10
→ wskaźnik przeżycia drobnoustrojów

(wskaźnik retencji składnika)

Temperaturowa zależność szybkości inaktywacji.

W termobakteriologii przyjmuje się empiryczną(doświadczalną) zależność D od temperatury.

logD = log D_o
(istnieją też inne - Arrheniusa i Eyringa)

Y = B+Ax

A = tgα_o =

Krzywa oporności cieplnej składnika inaktywowanego(krzywa czasu śmierci cieplnej TDT-Thermal death time)

Z= różnica temperatur powodująca 10-krotną zmianę czasu redukcji dziesiętnej D

Znając wartość D₁ w temperaturze porównawczej (T_r) oraz parametr Z można łatwo wyliczyć D dla dowolnej temperatury T gdyż:

(**) tgα=

(***) D = D_r ∙ 10

Teoria Q₁₀→ wskaźnik mówiący ile razy zmieni się szybkość procesu przy zmianie temperatury o 10ºC.

Q₁₀ =
ale założyliśmy że

więc:

Q₁₀ =

Jeżeli więc w równaniu (**) przyjmiemy, że ∆T=10ºC →

tgα =

określenie dawki ciepła potrzebnej do osiągnięcia założonej sterylności handlowej

τ =D(logN_o - logN) =Dlog

Wprowadzamy czas inkubacji F w określonej temperaturze porównawczej T_r potrzebny do uzyskania wymaganej liczby redukcji dziesiętnych.

n = log
wtedy F = n∙D_r → tak zwana liczba sterylizacji(równoważnik

czasowy)

Najczęściej liczbę sterylizacji F określa się dla T_r = 121,1ºC oraz dla Z=10ºC,wtedy

F

zapisuje się w uproszczeniu F_o lub F.

Jeżeli sterylizację prowadzimy nie w temperaturze T_r a w innej np.T, w której ciepłooporność będzie wynosić D, to w celu osiągnięcia tego samego efektu inaktywacji termicznej (o tyle samo redukcji dziesiętnych) ogrzewanie należy prowadzić przez czas τ

N =

Wiemy też (rów.***),że:

D = D_r ∙ 10

więc

τ= F

Znając więc potrzebną do osiągnięcia sterylności handlowej minimalną dawkę ciepła w temperaturze T_r(zwykle 121,1ºC) wynoszącą F(min) (F_121,1) i wiedząc o jaki drobnoustrój chodzi (znając jego Z) można wyznaczyć czas ogrzewania τ w innej temperaturze T.

Ponieważ składniki odżywcze (witaminy, aminokwasy itp.) wykazują wyższą niż drobnoustroje wartość parametru Z to przy rosnącej temperaturze sterylizacji drobnoustroje szybciej ulegają niszczeniu niż składniki odżywcze.

Niech T_r = 121,1ºC T = 131,1º C

Dla witamin: Z = 50 τ = F∙10

Dla bakterii: Z =10 τ = F∙10

Celowe jest więc wprowadzanie ogrzewania krótszego a w wyższej temperaturze, niż długiego w niższej → zasada HTST.,UHT.

Warunek stosowania → homogenność produktu (do 3 mm),obecnie znane też metody HTST. Do całych puszek (temperatura do 131,1ºC)

Np. inaktywacja peroksydazy z = 49 K

straty chlorofilu a z = 51,3 K

straty chlorofilu b z = 98,3 K

bakterie z = 10 K

Peroksydaza - duża ciepłoodporność - wskaźnik zniszczenia wszystkich innych enzymów

Procesy HTST - szybkie, możliwe więc niedostateczne nasilenie przemian prowadzących do powstania pożądanych składników aktywnych sensorycznie (np. w przypadku wołowiny)

5. Utrwalanie żywności za pomocą niskich temperatur.

• Zamrażanie jest zaliczane do najbardziej uniwersalnych i najkorzystniejszych metod utrwalania żywności.

• Procesowi temu towarzyszy wymiana ciepła pomiędzy zamrażanymi produktami spożywczymi a ośrodkiem chłodzącym, a także wymiana masy związana
  z odparowaniem wody z powierzchni mrożonych surowców.

ZAMRAŻANIE

to proces zamiany części lub całości wody obecnej w produkcie w lód (w wyniku procesu krystalizacji), mający miejsce po obniżeniu jego temperatury poniżej temperatury krioskopowej

POCZĄTKOWA TEMPERATURA KRIOSKOPOWA PRODUKTU

to temperatura, w której pojawiają się pierwsze kryształki lodu. Dla większości artykułów spożywczych wynosi ona od -0,5 do -3°C. temperatura krioskopowa jest tym niższa, im mniej wody, a wiecej soli mineralnych, kwasów organicznych, cukrów oraz innych rozpuszczalnych w wodzie składników, zawiera produkt.

• Przechłodzenie cieczy poprzedza powstanie fazy krystalicznej.

• Im większe przechłodzenie, tym prędkość liniowa wzrostu kryształów jest większa.

FRONT MROŻENIA

to linia rozgraniczająca fazę zamrożoną od niezamrożonej występująca w procesie zamrażania. Prędkość przesuwania się tej linii związana jest z prędkością zamrażania, którą można odnieść do prędkości odprowadzania ciepła z produktu.

CZAS ZAMRAŻANIA

to czas potrzebny do osiągnięcia przez produkt spożywczy o określonym kształcie zamierzonej temperatury w jego wnętrzu (środku termicznym). Najczęściej jest to temperatura 255K, tj. -18°C.

WZÓR DO OBLICZANIA CZASU ZAMRAŻANIA

- czas właściwego mrożenia [h]

i
- grubość bądź promien zamrazanego produktu, albo odległość pomiędzy chłodzącymi płytami aparatu [m]

- średnia szybkość zamrażania [m/h]

ŚREDNIA SZYBKOSC ZAMRAŻANIA

to prędkość przemieszczania się frontu mrozenia do wnętrza produktu spożywczego wg wzoru:

Prędkości zamrażania

- zamrażanie powolne: prędkość zamrażania 0,1 - 1cm/h

- zamrażanie średnio - intensywne: 1 - 5cm/h

- zamrażanie szybkie: 5 - 20cm/h

- zamrażanie ultraszybkie: powyżej 20cm/h

Na szybkość zamrażania maja wpływ takie czynniki jak

- ciepło właściwe

- przewodnictwo cieplne

- dyfuzyjność cieplna

- współczynnik przejmowania ciepła

- kształt mrożonego ciała

- różnicy temperatur między ciałem a ośrodkiem chłodzącym

- obecność opakowania

• Ciepło właściwe, przewodnictwo cieplne, dyfuzyjność cieplna charakteryzują zamrażany produkt.

• dyfuzyjność cieplna charakteryzuje aparat zamrażalniczy

Kryształy rozróżniane w praktyce zamrażalniczej

- regularne kryształy heksagonalne (osie symetrii tworzą kąty 60°), powstają one podczas powolnej krystalizacji

- dendryty to nieregularne kryształy, charakterystyczne dla średnio szybkiego zamrażania

- kryształy w zewnętrznym zarysie kuliste to drobne z igiełkami lodowymi, charakterystyczne dla szybkiego i ultraszybkiego mrożenia

6. Metody zagęszczania żywności, zasady i zastosowania.

Zagęszczanie roztworów jest procesem zmiany proporcji pomiędzy zawartością rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej na korzyść zawartości substancji rozpuszczonej. Zagęszczanie roztworów można zrealizować przez dodanie (rozpuszczenie) określonej substancji do roztworu lub wydzielenie części rozpuszczalnika z roztworu metodami termicznymi względnie membranowymi.

Do metod zatężania termicznego (odprowadzenia rozpuszczalnika) należą:

— odparowanie rozpuszczalnika,

— wymrażanie wody (kriokoncentracja).

Zagęszczanie roztworów przez odparowanie rozpuszczalnika możliwe jest dzięki przeprowadzeniu części rozpuszczalnika w temperaturze wrzenia cieczy w stan pary i odprowadzenie tej pary ze środowiska zatężanego roztworu. Proces takiego odparowania odpowiedniej ilości rozpuszczalnika prowadzi do osiągnięcia stężenia roztworu równego

stanowi nasycenia. Przy dalszym odparowaniu rozpuszczalnika z roztworu przesyconego powoduje wydzielenia substancji z roztworu zatężanego w postaci fazy stałej, tj. krystalicznej lub bezpostaciowej. Dalsze zatężenie roztworu w stanie przesycenia odbywa się w układzie dwufazowym. Zatężanie roztworów przez odparowanie w stanie przesycenia, a często również w układzie dwufazowym odbywa się w warnikach.

Podczas projektowania i realizacji procesu zatężania roztworu przez odparowanie rozpuszczalnika (wody) należy zawsze pamiętać o następujących podstawowych zależnościach:

a) temperatura wrzenia roztworu zależy od ciśnienia i rośnie wraz z ciśnieniem,

b) temperatura wrzenia roztworów zależy od stężenia i również wzrasta wraz z ich stężeniem,

c) intensywność odparowywania rozpuszczalnika czyli szybkość zatężania roztworu zależy od różnicy temperatur czynnika grzejnego i temperatury wrzenia, od wielkości powierzchni grzejnej wyparki i powierzchni parowania.

Wyparki są stosowane do produkcji syropów i soków owocowych, do zagęszczania mleka, do zagęszczania ekstraktów drożdżowych i mięsnych, do produkcji koncentratów warzywnych, pulp, past, do produkcji ekstraktów kawy i herbaty i farmaceutyków.

Kriokoncentracja jest to proces zatężania roztworów wodnych dokonywany przez wymrażanie wody, tj. zamianę jej części w stan stały (lód) i mechaniczne oddzielenie lodu od roztworu.

Stosowana do zagęszczania soków owocowych, ma jednak ograniczone zastosowanie, ponieważ przez kriokoncentrację można zatężać roztwory wodne maksymalnie do stężenia około 30% s.s.

MIECZYSŁAW BORUCH, BOGUSŁAW KRÓL, Procesy Technologii Żywności, Nakładem Politechniki Łódzkiej, Łódź 1993

7. Systemy suszenia i ich wykorzystanie w przemyśle spożywczym.

Systemy suszenia:

1. Powietrzne suszarki okresowego działania

• urządzenie małe, wydajność niewielka

• zastosowanie ⇒ suszenie owoców, grzybów itp.

• ogrzewanie powietrza palnikiem, produkt umieszczony powyżej na sitach

• obsługa pracochłonna (uciążliwa)

• duży czas chłodzenia

• w przypadku owoców ⇒ wstępne siarkowanie (palenie S lub moczenie surowców w siarczynach), suszenie i wyrównywanie wilgotności w zamkniętych opakowaniach

• duża niejednorodność suszenia
  

2. Suszarki (tray cabinet) (działanie okresowe)

• użyteczne w skali pilotowej i małej technicznej

• w zamkniętej przestrzeni tace (dno perforowane) z warstwami produktu, napływ do wewnątrz powietrza, powietrze ogrzewane i wypuszczane; czasem między tacami wprowadza się jeszcze dodatkowe ogrzewanie, przyspiesza to suszenie, ale - niebezpieczeństwo przegrzania materiału.
  

3. Suszarki tunelowe ciągłego działania

• przeciwprądowe ( w miarę jak rośnie opór usuwania wilgoci ⇒ coraz wyższa T powietrza ⇒ wysoka T w momencie gdy produkt jest IMF(intermediate moisture food) ⇒ NEB (szybkie początkowe suszenie ⇒często pożądane)

• zmiennoprądowe - naprzemienne i sukcesywne
  

Suszarki walcowe:

• ciepło dostarczane do materiału suszonego z wnętrza bębna (para);

• materiał suszony musi być w formie cieczy lub zawiesiny, jest on nakładany na walec jedną z różnych metod;

• grubość warstwy materiału = f(odstęp między bębnami); tam, gdzie 2 walce = f(napięcia powierzchniowego i kąta styku) czasami dodatki substancji powierzchniowo aktywnych;

• obecność tłustych warstw (filmów) na powierzchni bębna ⇒ niekorzystna, bo ↑ grubość, część bębna niewykorzystana, wolniejsze suszenie, przegrzania i niedosuszenia

• rodzaj produktu suszonego ma bardzo istotny wpływ na szybkość suszenia walcowego;

• cienkie jednorodne filmy o małej lepkości suszą się bardzo szybko (nawet do 50 lbs/hr·ft², większość produktów spożywczych ma jednak dużą lepkość szybkość suszenia ~ 1-5 lbs/hr·ft²);

• wnętrze bębna ogrzewane parą wodną pod ciśnieniem T > 100^oC, ale materiał przez większość czasu utrzymuje T ≈ T_wrz. , dopiero pod sam koniec temperatura rośnie;

• system suszenia walcowego musi być wyposażony w usuwanie oporów

• usuwanie wymuszonego materiału z bębna system nożowy, często wymaga ochłodzenia produktu (który w wysokiej T może być plastyczny) nadmuch zimnego powietrza lub chłodzenie od wewnątrz (sekcja bębna tuż przed nożem)

Zastosowanie suszenia walcowego w TŻ:
płatki ziemniaczane
instantyzowane produkty zbożowe
Zalety suszenia walcowego:
relatywnie niskie koszty eksploatacji ~ 10 ¢/lb usuwanej wody
działanie ciągłe przy relatywnie dużych wydajnościach


5. Suszarki rozpyłowe:

• najpowszechniej stosowana metoda suszenia żywności ciekłej;

• wydajności niektórych instalacji ~25 tys. kg usuniętej wilgoci /h

• zastosowanie suszenie mleka i jego przetworów (jogurt, lody, śmietana) ekstraktów kawy, herbaty, hydrolizatów i pochodnych białkowych oraz skrobiowych, jaj, krwi, soków cytrusowych i pomidorowych

• zasada ciecz, zawiesina lub pasta ulega rozpyleniu w komorze suszarki, gdzie wchodzi w kontakt z gorącym powietrzem i ulega szybkiemu wysuszeniu; suche cząstki zawieszone w powietrzu częściowo osadzają się w komorze suszarki, a ich reszta oddzielona jest w cyklonie i dalej pakowana

• cały proces jest złożony pod względem inżynieryjnym, jego przebieg zależy od rodzaju suszonego materiału (η, napięcia powierzchniowego, składu chemicznego) i stosowanych parametrów suszenia

• złożoność transportu ciepła i masy:

• trudny inżynieryjny (równaniami) opis procesu

• trudność w przenoszeniu ze skali pilotowej na techniczną (scale-up)

Rozpylanie (atomizacja):

• bardzo istotny wpływ na efekt suszenia

• stopień atomizacji rozmiary kropelek

• rodzaje:

• do homogenicznych cieczy -
  wysokociśnieniowe rozpylanie przez pojedynczą dyszę
  wysokociśnieniowe rozpylanie przez dyszę w prąd powietrza drugiej dyszy (drobniejsze rozbicie)

• do niehomogenicznych zawiesin - atomizatory dyskowe ciecz wprowadzana na wirujący dysk (2000 - 20000 rpm)

• próby rozpylania z udziałem ultradźwięków

• rozkład wielkości rozpylanych cząstek = f (ciśnienia rozpylania, szybkość obrotów dysku, lepkości i napięcia powierzchniowego rozpylanej cieczy)

Wymiana ciepła i masy przy suszeniu rozpyłowym:

• złożone zjawisko i wiele zmiennych (np. T, rozmiar cząstek)

• w I etapie suszenia temperatura kropelki rośnie do temp. wrzenia i następuje suszenie warstw powierzchniowych przy stałej dyfuzji cieczy z wnętrza kropelki

• w etapie II na powierzchni a_w maleje, a powierzchnia osiąga temperaturę wyższą od temp. wrzenia wody

• w etapie III zahamowana zostaje dyfuzja ku powierzchni

• istnieje krytyczna wilgotność produktu poniżej której powierzchnia staje się nieprzepuszczalna dla aromatów, a więc zahamowana zostaje ich dyfuzja, sprzyja temu wysoka T początkowa i współprądowe suszenie (microencapsulation - mikrokapsułkowanie)

Oddzielanie wysuszonych cząstek od powietrza:

• częściowe oddzielenie w samej suszarce

• dodatkowe oddzielenie w cyklonach

• czasem cyklony nie wystarczają stosowanie filtrów, elektrofiltrów i skruberów (drogie)

• ogólne usunięcie 95 - 98% subst. stałej - proste, ale usunięcie reszty - coraz trudniejsze i kosztowniejsze(względy odzysku produktu i ekologiczne - zanieczyszczenie powietrza)

Problemy technologiczne:

Przyklejanie się wysuszonego materiału, zawierającego dużo cukrów (soki owocowe, pomidorowe) lub zhydrolizowanego białka.

Zapobieganie:

1. specjalne dosuszanie powietrza wlotowego silikażelem

2. dodawanie do suszonych cieczy jadalnych polimerów (polisacharydy, białka)

3. dodawanie roztworu glukozy (np. do soku pomarańczowego)

4. suszenie produktu do wilgotności 2-3% H₂O brak przyklejania

5. chłodzenie ścian komory suszarni do temperatury niższej od T_{sticky point} (temperatura, w której występuje klejenie)

Aglomerowanie ciał sypkich:

• łączenie drobnych cząstek w większe o porowatej strukturze nowe cenne właściwości (brak pylenia, lepsza zwilżalność (kapilary), lepsza rozpuszczalność, mniejsza higroskopijność)

• np. mleko w proszku, ekstrakty kawy, zupy błyskawiczne

6. Suszarki fluidyzacyjne:

• suszenie w warstwie pseudowrzącej

• mogą być ciągłe lub okresowe

• zasada działania podobna do zamrażalników fluidyzacyjnych (owiew gorącego, suchego powietrza)

• duża efektywna powierzchnia suszenia w relatywnie małej objętości

• dla małych cząstek suszenie może być bardzo szybkie

• główne ograniczenie wymagana jednorodność rozmiarów suszonych cząstek
  

1. Liofilizatory (freeze-drying)

• suszenie ze stanu zamrożenia

• porównanie z tradycyjnym suszeniem

8. Charakterystyka wstępnych czynności technologicznych typowych dla przetwórstwa żywności.

Cel i zadania obróbki wstępnej surowca

Obróbka wstępna surowca składa się z czynności wykonywanych na surowcu przed jego magazynowaniem, transportem, skupem i przerobem.

Do czynności tych można zaliczyć: czyszczenie, segregację, sortowanie, podsuszanie, oziębianie, kondycjonowanie, termizację, usuwanie części niejadalnych itd.

Celem obróbki wstępnej surowca jest:

• zwiększenie jego wartości użytkowej i trwałości,

• obniżenie kosztów transportu i magazynowania,

• ułatwienie procesu technologicznego,

• uzyskanie bogatszego i o wyższej jakości asortymentu gotowego produktu.

Z wielu czynności, stosowanych w obróbce wstępnej surowca, na szczególną uwagę zasługują: czyszczenie, sortowanie i usuwanie części niejadalnych, zaliczane w większości do grupy operacji jednostkowych mechanicznych; polegają one przede wszystkim na rozdzielaniu.

Czyszczenie surowców żywnościowych

Rodzaje zanieczyszczeń:

• Mineralne - ziemia, piasek, kamienie,

• Roślinne - plewy, słoma, nasiona chwastów,

• Zwierzęce - sierść, pierze, szkodniki zwierzęce,

• Chemiczne - metale ciężkie, pozostałości środków chemicznych używanych do zwalczania chwastów, szkodników, chorób,

• Mikrobiologiczne - spowodowane zakażeniem drobnoustrojami,

• Biologiczne - pierwotniaki, roztocze, pajęczaki.

Skuteczne czyszczenie powinno:

• Efektywnie oddzielać możliwie jak najwięcej zanieczyszczeń, przy jak najmniejszych stratach dobrego materiału;

• Usuwać całkowicie oddzielone zanieczyszczenia poza oczyszczony surowiec;

• Pozostawiać oczyszczony surowiec w dobrym stanie, bez zbytecznych uszkodzeń;

• Ograniczać rekonatminację (zakażenia wtórne);

• Dążyć do otrzymania jak najmniejszej objętości i stężenia ścieków.

Uzyskanie absolutnie czystego surowca jest nieosiągalne. W praktyce występuje kompromis między kosztami czyszczenia (wynikającymi ze strat materiału, nakłady pracy i środków), a koniecznością produkcji żywności dobrej jakości. Do czyszczenia stosuje się wiele metod, które generalnie można podzielić na dwie grupy:

• Metody czyszczenia na sucho - jak przesiewanie, szczotkowanie, ocieranie, aspiracja, magnetyczne rozdzielanie;

• Metody czyszczenia na mokro - np. mycie, flotacja, czyszczenie ultrasoniczne, filtracja.

Sortowanie surowca

Sortowaniem nazywa się rozdzielenie surowca na grupy, różniące się cechami fizycznymi, przede wszystkim wielkością, kształtem i masą jednostkową.

Sortowanie, powodujące ujednolicenie surowca w grupie, odgrywa ważną rolę, gdyż:

• Pozwala na racjonalniejsze wykorzystanie surowca, np. ziemniaki drobne zawierają więcej białka i lepiej nadają się do żywienia inwentarza, niż ziemniaki duże, które są bogatsze w skrobię i do tego o większych ziarenkach, co czyni je bardziej przydatnymi dla przemysłu skrobiowego;

• Ułatwia przeprowadzenie dalszych operacji i procesów jednostkowych, jak np. mechaniczne obieranie i odpestczanie, równomierne ogrzewanie, zamrażanie, suszenie, napełnianie opakowań;

• Poprawia wygląd surowca, czyni go bardziej atrakcyjnym dla nabywcy; również ocena wzrokowa gotowego produktu w dużym stopniu zależy od równomierności wielkości, kształtu i innych cech surowca.

Usuwanie części niejadalnych:

Cel:

• odseparowanie integralnych części surowca, nie nadających się do spożycia

• otrzymanie surowca bardziej jednolitego (łatwiejszego w obróbce i pakowaniu),

np. łuszczenie, obieranie, drylowanie, obcinanie końców (fasola), obrywanie szypułek, usuwanie opierzenia, szczeciny, MDM (Mechanical De-boned Meat - mechanicznie odkostnione mięso).

Przykłady:

• Obieranie termiczne - Polega na zanurzaniu owoców (ze skórką łątwo oddzielającą się na gorąco) we wrzącej wodzie lub traktowaniu wodą surowca (np. pomidorów), przesuwającego się na taśmie.

• Obieranie termiczno - chemiczne - Zanurzenie niektórych owoców (np. śliwek, brzoskwiń) w prawie wrzącym 1-2% r - rze NaOH - hydroliza pektyn i oddzielanie się skórki.

• Odszypułczanie - Obrywanie szypułek wiśni, czereśni, porzeczek, truskawek itp. Do mechanicznego obrywania służą maszyny - obrywarki lub odszypułczarki.

• Drylowanie - Usuwanie pestek z wiśni, czereśni, śliwek i innych owoców pestkowych. Stosuje się drylownice lub odpestczarki.

• Łuszczenie - w przemyśle zbożowym polega na obróbce powierzchniowej ziarna na sucho, prowadzącej do usunięcia zanieczyszczeń mineralnych oraz oddzielenia zewnętrznej warstwt łuski, bródki i zarodka.

9. Operacje mechaniczne w technologii żywności, podział, znaczenie i zastosowania.

Operacje mechaniczne

rozdrabnianie mieszanie rozdzielanie mieszanin

a) łamanie, a) sedymentacja,

b) krajanie, b) wirowanie,

c) szarpanie c) filtracja,

d) przesiewanie

Rozdrabnianie jest takim rodzajem oddziaływania na materiały, które prowadzi do zmniejszenia cząstek tego materiału. Polega ono na wywołaniu w materiale naprężeń przekraczających jego wytrzymałość i spójność, dzięki czemu materiał rozpada się na cząstki mniejsze od wyjściowych. Przez rozdrabnianie uzyskuje się zwiększenie powierzchni właściwej materiału, co sprzyja intensyfikacji wielu procesów fizykochemicznych.

Prowadzone jest głównie w celu przygotowania materiału do dalszej obróbki przez ujednolicenie wielkości cząstek, zapewnienie właściwego przebiegu procesów dyfuzyjnych

wymiany masy i ciepła.

a). łamanie - (kruszenie lub śrutowanie) jest procesem, który stosuje się zwykle do rozdrabniania dużych brył materiałów kruchych na cząstki o wymiarach liniowych kilku centymetrów. Służą do lego celu łamacze szczękowe, stożkowe i walcowe,

łamacze służą między innymi do rozdrabniania węgla, kamienia wapiennego itp.

b). krajanie - bywa najczęściej stosowane jako rozdrabnianie formujące krajankę warzyw i owoców kierowanych następnie do dalszej obróbki celem wymiany masy i ciepła.

Przykładem zastosowania procesu krajania w wielkiej skali, jest otrzymywanie specjalnej krajanki korzeni buraczanych celem poddania jej dyfuzji dla wydobycia z niej cukru.

Do krojenia służą krajalnice.

c). szarpanie — to proces, który stosuje się głównie do rozdrabniania materiałów miękkich i elastycznych. W szczególności szarpaki stosuje się do rozdrabniania na miazgę warzyw, owoców i mięsa.

Mieszanie jest operacją odwrotną do rozdzielania i ma na celu uzyskanie możliwie jednorodnej mieszaniny różnych składników.

W technologii żywności stosuje się je w celu:

• Zapewnienia jednolitego składu produktów ciekłych lub stałych,

• Zabezpieczenia przed rozdzielaniem się komponentów,

• Przeciwdziałania przegrzewaniu się, a w konsekwencji przypalania produktów,

• Zintensyfikowania procesów przenoszenia ciepła i masy,

• Rozwinięcia powierzchni ciał reagujących ze sobą

Bardzo daleko posunięty proces mieszania z jednoczesnym rozdrabnianiem nosi nazwę homogenizacji.

Mieszanie cieczy odbywa się w mieszalnikach, mieszanie materiałów sypkich w mieszarkach, a ciał plastycznych - w zagniatarkach.

Proces mieszania może przebiegać w następujących środowiskach:

- ciecz - gaz (wytwarzanie piany),

- ciecz - ciecz (wytwarzanie roztworów lub emulsji),

- ciecz - ciało stałe (wytwarzanie roztworów lub zawiesin),

- gaz - ciecz (wytwarzanie mgieł, nawilżanie),

- gaz - ciało stałe (wytwarzanie pyłów i dymów),

- ciało stałe - ciało stałe (wytwarzanie mieszanin sypkich).

Rozdzielanie mieszanin jest pojęciem złożonym dającym się interpretować niejednoznacznie, zwłaszcza w odniesieniu do mieszanin wielofazowych. Niejednoznaczność pojęcia „rozdzielanie mieszanin" w odniesieniu do takich mieszanin wielofazowych (dwufazowych), jak:

- zawiesiny cząstek ciała stałego w cieczy,

- zawiesiny cząstek ciała stałego w gazie,

- zawiesiny kropelek cieczy w cieczy lub w gazie,

polega na tym, że można je rozumieć jako rozdzielanie fazy rozproszonej od fazy ciągłej, względnie jako rozdzielanie różnych cząstek fazy rozproszonej.

a). Sedymentacja - dwie nierozpuszczalne w sobie ciecze lub ciecz i ciało stałe ulegają rozdzieleniu na skutek siły ciężkości.

Sedymentacja może być procesem swobodnym, polegającym na opadaniu cząstek zawiesiny na dno naczynia dzięki działaniu sił grawitacji. Proces ten ze względu na swą powolność ma ograniczone zastosowanie i jest wykorzystywany w przemyśle, raczej w ubocznych

(pomocniczych) procesach technologicznych w postaci różnego rodzaju odstojników względnie komór odpylających.

b). powolny proces sedymentacji bywa przyspieszany przez zastosowanie siły odśrodkowej i wówczas nazywany jest wirowaniem

Proces wirowania znalazł zastosowanie w przemyśle mleczarskim do oddzielania tłuszczu z mleka, w przemyśle krochmalniczym, w przemyśle drożdżowym, w przemyśle owocowym do klarowania pitnych soków, w cukrownictwie do oddzielania wykrystalizowania cukru od melasy.

c). Filtracja - to proces polegający na rozdzielaniu cząstek fazy rozproszonej od fazy rozpraszającej, którą może być ciecz lub gaz. Elementy filtrujące mogą być wykonane z tkanin, metalu, porcelany, szkła, celulozy.

d). Przesiewanie - procesy przesiewania służące do rozdzielania zawiesin, których cząstki różnią się wymiarami, można rozpatrywać w pierwszym przybliżeniu przez analogię do procesów filtracji. Jedyną różnicą między filtracją a przesiewaniem jest to, że przesiewanie odbywa się przy użyciu przesiewaczy zaopatrzonych w sita bez udziału warstwy filtracyjnej

i przy ciągłym niszczeniu warstwy osadu. Dzięki niedopuszczaniu do wytworzenia warstwy filtracyjnej (warstwy osadu) w procesie przesiewania istnieje możliwość przenikania przez sitową przegrodę nie tylko klarownej fazy rozpraszającej (cieczy lub gazu) ale również cząstek zawiesiny o wymiarach mniejszych od wielkości oczek sita.

Literatura: MIECZYSŁAW BORUCH, BOGUSŁAW KRÓL, Procesy Technologii Żywności, Nakładem Politechniki Łódzkiej, Łódź 1993

Ogólna technologia żywności- skrypt do ćwiczeń, Ewa Hajduk

Do mechanicznych operacji w technologii żywności należą: rozdrabnianie, rozdzielanie, mieszanie i inne. Polegają na działaniu na surowiec i inne materiały siłami zewnętrznymi wywołującymi ruch materiału lub jego odkształcenie czy dzielenie, lub aglomerację.

Mieszanie jest operacją odwrotną do rozdzielania i ma na celu uzyskanie możliwie jednorodnej mieszaniny różnych składników. Stosuje się je w celu:

• zapewnienia jednolitego składu produktów

• zabezpieczenia przed rozdzielaniem komponentów

• przeciwdziałanie przypalaniu produktów

• zintensyfikowania procesów przenoszenia masy i ciepła

• rozwinięcia powierzchni ciał reagujących ze sobą

• wywołania pewnych zjawisk fizycznych, np. zmaślania się śmietany, zapoczątkowania krystalizacji, wytworzenia emulsji

Bardzo daleko posunięty proces mieszania wraz z jednoczesnym rozdrabnianiem nosi nazwę homogenizacji. Mieszanie może przebiegać w układach:

• 2 lub więcej składników rozdrobnionej fazy stałej

• rozdrobnionej fazy stałej w cieczy z wytworzeniem zawiesiny

• niemieszającej się jednej cieczy w drugiej z wytworzeniem emulsji(np. serków homogenizowanych, lodów, masła, majonezu)

• rozdrobnionej fazy stałej w gazie - aerozole

Mieszanie ciał stałych jest ważną operacją w młynarstwie, w przemyśle koncentratów spożywczych oraz w mieszalniach pasz.

Do mieszania cieczy o małej i średniej lepkości stosuje się mieszalniki np. do przygotowywania syropów, solanek i rozcieńczania skoncentrowanych roztworów. Do mieszania materiałów sypkich stosuje się mieszarki - np. do mąki. Do mieszania materiałów plastycznych wykorzystywane są zagniatarki, wygniatarki i ugniatarki - np. przy wyrobie masła lub ciasta makaronowego.

Do procesów rozdzielania zaliczamy sedymentację, przesiewanie, filtrację i wirowanie.

Sedymentacja to proces rozdziału 2-óch nierozpuszczalnych w sobie cieczy lub cieczy i ciała stałego na skutek działania siły ciężkości. Proces ten można przyspieszyć przez zastosowanie siły odśrodkowej i wtedy nazywamy go wirowaniem. Wirowanie może być:

• procesem rozdziału emulsji - rozdział 2-óch cieczy wzajemnie nierozpuszczalnych

• procesem klaryfikacji - rozdzielenie zawiesiny o niedużym stężeniu fazy stałej

• procesem odszlamowania - rozdzielenie zawiesiny o dużym stężeniu fazy stałej

Ważnym zastosowanie procesu wirowania jest oddzielenie bogatej w tłuszcz frakcji mleka co prowadzi do powstania śmietany. Inne zastosowanie tego procesu to:

• w przemyśle krochmalniczym oddzielenie krochmalu od wody owocowej

• w przemyśle drożdżowym do osadzania drożdży z mleczka drożdżowego

• w przemyśle owocowym do wstępnego klarowania soków owocowych

• w cukrownictwie do oddzielenia wykrystalizowanego cukru od melasy.

Filtracja - metoda oddzielania substancji stałych od cieczy i gazów, poprzez mechaniczne zatrzymanie jednego ciała stałego w przegrodach porowatych (filtrach) przy użyciu odpowiednich aparatów. Ciecz lub gaz otrzymywane po filtracji nazywa się filtratem. Filtracja może być prowadzona pod stałym ciśnieniem po obu stronach warstwy filtrującej (izobaryczna), w tym przypadku wraz ze wzrastającą ilością przesączonej zawiesiny ilość osadu rośnie a szybkość filtracji zmniejsza się. Filtracja pod zwiększonym ciśnieniem, dzięki czemu zostaje zachowane stałe natężenie przepływu filtratu. Filtracje stosuję się przy klarowaniu soków, piwa i wina, oraz przy produkcji syropów owocowych.

Poprzez mechaniczne procesy takie jak: ubijanie czy wytrząsanie fazy ciekłej w obecności gazu można tworzyć układy dyspersyjne zwane pianami np. bezy, bita śmietana, lody, pieczywo. Stabilność pian jest tym większa im mniejsze jest napięcie międzyfazowe, a większa lepkość fazy ciekłej i zawartość oraz elastyczność filmów zaabsorbowanych substancji spieniających. W przemyśle spożywczym w charakterze takich substancji stosuje się białka.

Rozdrabnianie jest takim rodzajem oddziaływania na materiały, które prowadzi do zmniejszenia cz.iistck tego materiału. Polega ono na wywołaniu w materiale naprężeń przekraczających jego wytrzymałość i spójność, dzięki czemu materiał rozpada się na cząstki mniejsze od wyjściowych. Przez rozdrabnianie uzyskuje się zwiększenie powierzchni właściwej materiału, co sprzyja intensyfikacji wielu procesów fizykochemicznych.

Ze względu na intensywność i stopień zaawansowania procesu, rozdrabnianie materiałów roślinnych i zwierzęcych można podzielić na rozdrabnianie tkankowe i rozdrabnianie komórkowe. Rozdrabnianie tkankowe polega na rozczłonkowaniu dużych fragmentów materiału z maksymalnym zachowaniem struktury komórkowej. Prowadzone jest głównie

w celu przygotowania materiału do dalszej obróbki przez ujednolicenie wielkości cząstek, zapewnienie właściwego przebiegu procesów dyfuzyjnych wymiany masy i ciepła. W zakresie tego typu rozdrabniania wyróżniamy takie procesy jak:

a) łamanie,

b) krajanie,

c) szarpanie.

W odróżnieniu od tego rodzaju procesów, rozdrabnianie komórkowe jest bardziej intensywnym oraz precyzyjnym oddziaływaniem mechanicznym na materiał. Celem tego procesu jest całkowita dezintegracja struktury komórkowej i uzyskanie bardzo małych (zwykle poniżej 50/an) wymiarów cząstek materiału. Najczęściej rozdrabnianie komórkowe

jest działaniem wtórnym, poprzedzonym obróbką rozdrabniania tkankowego. Duży stopień rozdrobnienia komórkowego, czyli zmielenie materiału, można zapewnić przez zastosowanie różnego rodzaju gniotowników i młynów lub homogenizatorów.

Przykładem zastosowania procesu krajania w wielkiej skali, jest otrzymywanie specjalnej krajanki korzeni buraczanych celem poddania jej dyfuzji dla wydobycia z niej cukru. Stosuje się także krajanie owoców i warzyw na różnorodne kształty krajanki, a przede wszystkim na plasterki, słupki i kostkę. Służą do tych celów różnorodnej konstrukcji krajalnice suwakowe, a przede wszystkim krajalnice odśrodkowe. łamanie (kruszenie lub śrutowanie) jest procesem, który stosuje się zwykle do rozdrabniania dużych brył materiałów kruchych na cząstki o wymiarach liniowych kilku centymetrów. Służą do lego celu łamacze szczękowe, stożkowe i walcowe. szarpanie — to proces, który stosuje się głównie do rozdrabniania materiałów miękkich i elastycznych. W szczególności szarpaki stosuje się do rozdrabniania na miazgę warzyw, owoców i mięsa. mielenie materiałów czyli rozdrabnianie komórkowe może być

zrealizowane dzięki zgniataniu, zderzaniu oraz działaniu sił ścinających, powstających podczas przesuwania się i tarcia powierzchni względem materiału rozdrabnianego. Mielenie może być zastosowane w odniesieniu do materiału sypkiego względnie do płynnych zawiesin cząstek ciała stałego w środowisku ciekłym.

Przesiewanie. Procesy przesiewania służące do rozdzielania zawiesin, których cząstki różnią się wymiarami, można rozpatrywać w pierwszym przybliżeniu przez analogię do procesów filtracji. Jedyną różnicą między filtracją a przesiewaniem jest to, że przesiewanie odbywa się przy użyciu przesiewaczy zaopatrzonych w sita bez udziału warstwy filtracyjnej i przy ciągłym niszczeniu warstwy osadu. Dzięki niedopuszczaniu do wytworzenia warstwy filtracyjnej (warstwy osadu) w procesie przesiewania istnieje możliwość przenikania przez sitową przegrodę nie tylko klarownej fazy rozpraszającej (cieczy lub gazu) ale również cząstek zawiesiny o wymiarach mniejszych od wielkości oczek sita. Przesiewanie stosuje się w celu oczyszczenia z zanieczyszczeń mechanicznych, ujednolicenia pod względem wymiarów.

10. Operacje dyfuzyjne w technologii żywności, podział, znaczenie i zastosowania.

Operacje dyfuzyjne:

dyfuzja: a) cząsteczkowa - zjawisko wymiany masy spowodowane różnicą potencjałów chemicznych danego składnika w różnych miejscach układu. Potencjał chemiczny jest funkcją zależna od p, T i c. Ponieważ zwykle p,T = const, więc potencjał chem. zależny od c, a więc dyfuzja cząsteczkowa spowodowana jest bezładnym, cieplnym ruchem cząstek prowadzonym do wyrównania stężeń(ruchy cieplne molekuł)

Siłą napędową dyfuzji jest wzrost entropii(s)

Im temperatura większa tym szybkość dyfuzji większa(związek operacji dyfuzyjnych z cieplnymi)

Dyfuzję cząsteczkową opisuje równanie Ficka

G = -DF δ_c/δ_x d_τ ilość substancji dyfundującej w czasie

d_τ przez powierzchnię F

δ_c/δ_x gradient stężeń

D kinematyczny współczynnik dyfuzji

b)konwekcyjna - zjawisko przemieszczania się cząstek składnika czynnego spowodowane ruchem samego nośnika, efekt - szybkie wyrównanie stężeń w całej objętości fazy nośnika(konwekcja naturalna i wymuszona)

Przy dyfuzji międzyfazowej - na granicy faz dyfuzja cząsteczkowa, która ustępuje konwekcyjnej, im bliżej jądra fazy(analogia do przewodnictwa i konwekcji cieplnej)

W 2 fazach dyfuzyjnie nieczynnych(nośnych) jest rozmieszczony trzeci składnik dyfuzyjnie czynny(migrujący).

W w/w operacjach - wymiana masy:

- przemieszczanie się substancji migrującej do granicy faz

- przenikanie przez powierzchnie międzyfazowe

Przenoszenie dyfuzyjne masy w następujących układach(TŻ):

- między cieczą i gazem

- między 2 niemieszającymi się cieczami

- między cieczą i ciałem stałym

- między gazem i ciałem stałym

W T.Ż. wymiana masy :

a) do wstępnego oczyszczania surowca lub wydzielenia z niego składnika

b) do końcowego oddzielenia produktów i półproduktów powstałych w procesie technologicznym

Zwykle interesujące nas składniki występują w małych stężeniach np. zacier gorzelniczy - 8 do 9% EtOH + 40 innych różnych składników, chcemy otrzymać EtOH 95-96%.Im większy stosunek stężenia żądanego do tego jakie jest i im większy wymagany stopień oczyszczania, tym bardziej złożone, uciążliwe i droższe jest przeprowadzenie właściwego procesu wymiany masy

Dyfuzja - podstawa wielu operacji w T.Ż.:

- suszenie - usuwanie wilgoci z materiału przez odparowanie jej do fazy gazowej

- ekstrakcja - wydobywanie ze stałej lub ciekłej mieszaniny jednego lub kilku jej składników za pomocą rozpuszczalnika o wybiórczej zdolności rozpuszczania. Składnik przenika z fazy stałej lub ciekłej do ciekłej ,z której następnie jest wydzielony przez destylację lub krystalizację

- krystalizacja - tworzenie się i rozrost kryształów przy przejściu substancji ze stanu ciekłego w stały

- adsorpcja - wybiórcze pochłanianie gazów lub rozpuszczanie w cieczy substancji(adsorbat) na rozwiniętej powierzchni ciał stałych(adsorbent)

- absorpcja - pochłanianie gazów w całej objętości cieczy lub ciała stałego(saturacja dwutlenku węgla, siarkowanie)

- destylacja - przeprowadzenie w stan pary i ponowne skroplenie jednego lub kilku składników mieszaniny ciekłej w celu ich rozdzielenia lub oczyszczenia

- rektyfikacja - rozdzielenie mieszanin cieczy lub par oparte na przeciwprądowym zetknięciu się cieczy i pary przy równoczesnej wymianie ciepła i masy(przemysł spirytusowy, olejki eteryczne)

11. Operacje i procesy fizykochemiczne w przetwórstwie żywności podział, znaczenie i zastosowania.

Wśród wielu czynności i zmian, jakie składają się na procesy technologiczne produkcji żywności, występują operacje i procesy jednostkowe, polegające głównie na zmianie stanu skupienia lub rozproszenia przetwarzanego surowca, w których zasadniczą rolę odgrywają zagadnienia powierzchniowe natury fizykochemicznej.

Te operacje i procesy wykorzystuje się w technologii żywności przede wszystkim do:

• Nadania produktom płynnym konsystencji bardziej zestalonej, przez wprowadzenie substancji wiskozogennych (np. dekstryn) lub żelujących (np. żelatyny, agaru);

• Tworzenia struktury jednorodnej układów wielopostaciowych (np. dodatek emulgatorów przy produkcji margaryny);

• Destabilizacji układów złożonych, w celu wydzielenia z nich składnika (np. koagulacja mleka), albo otrzymania jednego czystego składnika (np. krystalizacja cukru).

Do najbardziej rozpowszechnionych operacji i procesów fizykochemicznych możemy zaliczyć:

• krystalizację

• emulgowanie

• sorpcję

• żelifikację

• aglomerowanie ciał sproszkowanych

1. Krystalizacja

Jest to wydzielanie fazy stałej w postaci kryształków z fazy płynnej (z roztworu lub stopu) lub z gazowej. Wydzielanie kryształków z fazy gazowej nazywa się kondensacją sublimacyjną.

Warunkiem koniecznym do powstawania fazy krystalicznej z fazy ciekłej jest przesycenie roztworu, które w praktyce uzyskuje się albo przez zmianę temperatury roztworu nasyconego, albo przez usunięcie części rozpuszczalnika (np. przez odparowanie), bądź też obydwoma sposobami razem.

W technologii żywności krystalizacja jest stosowana do różnych celów z których dwa są dominujące:

• wydzielanie z surowca składnika w czystej postaci krystalicznej,

• krystalizacja składnika bez wydzielania go z gotowego produktu .

W wypadku pierwszym, wykrystalizowany składnik stanowi główny produkt końcowy (np. cukry, kwasy spożywcze, witaminy, aminokwasy).

W drugim wypadku, wykrystalizowane składniki nie są usuwane z przetwarzanego surowca, a jakość gotowego produktu (lodów spożywczych, margaryny, masła, czekolady) zależy w dużym stopniu od tego, jak małe są kryształy. Ważne jest, by były jak najmniejsze, wtedy bowiem nie są np. wyczuwalne podczas konsumpcji i nie powodują wad, takich jak mączystość czy grysikowatość.

Przykłady krystalizacji

• Krystalizacja sacharozy - w produkcji cukru w przemyśle cukrowniczym jest przykładem krystalizacji składnika z roztworu.

• Krystalizacja tłuszczu - jest przykładem krystalizacji stopu.

2. Sorpcja

Jest to proces zachodzący podczas zetknięcia się dwóch faz, polegający na adsorpcji, czyli zwiększeniu stężenia substancji na granicy faz (adsorpcja dodatnia), lub na zmniejszeniu tego stężenia (adsorpcja ujemna), bądź na absorpcji, czyli na pochłanianiu substancji i równomiernym jej rozprowadzeniu w całej masie jednej z faz.

Substancję pochłaniającą określa się jako sorbent, a pochłanianą jako sorbat. W przypadku adsorpcji odpowiednie substancje noszą nazwy: adsorbent i adsorbat, a przypadku absorpcji: absorbent i absorbat.

Adsorpcja

Zależnie od sił, działającymi między adsorbentem i adsorbatem, wyróżnia się:

• adsorpcję fizyczną

• adsorpcję kondensacyjną

• adsorpcję chemiczną

Zjawisko adsorpcji, w różnych jej formach, nie jest jeszcze dostatecznie wyjaśnione oraz sformułowane. Wiadomym jest, że adsorpcja gazów jest wprost proporcjonalna do ciśnienia gazu, a odwrotnie proporcjonalna do temperatury. Również adsorpcja cieczy jest wprost proporcjonalna do stężenia w cieczy i odwrotnie do temperatury.

Adsorpcja jest wykorzystywana w wielu operacjach technologii produkcji żywności, np.:

• w wytwarzaniu i stabilizacji różnych układów dyspersyjnych typu emulsji i pian, w procesie mycia

• w odkwaszaniu żywności, usuwaniu soli mineralnych w mleku i z serwatki przy produkcji odżywek, otrzymywaniu laktozy, itp.

Przy aglomerowaniu substancji sproszkowanych stosowane adsorbenty:

• węgiel aktywny, otrzymywany przez suchą destylację drewna

• ziemia bieląca (ziemia hiszpańska, ziemia krzemionkowa)

• żelatyna,

• agar,

• skrobia modyfikowana.

Absorpcja

W przemyśle spożywczym absorpcję gazów wykorzystuje się w różnych branżach, przy czym używanych gazów największe zastosowanie ma dwutlenek węgla, dwutlenek siarki i powietrze.
Dwutlenek węgla jest stosowany np. do nasycania cieczy w:

• cukrownictwie

• produkcji win szampańskich i różnych napojów gazowanych.

Dwutlenek siarki jest wykorzystywany w tzw. siarkowaniu:

• w celu usunięcia z wina niepożądanego zapachu

• w zapobieganiu ciemnieniu nieenzymatycznemu np. pokrojonych jabłek

• w formie gazowej do konserwowania półproduktów np. miazg, przecierów.

Desorpcja

Jest zjawiskiem odwrotnym do adsorpcji lub absorpcji. Wykorzystuje się przy takich zabiegach jak:

• odzyskiwanie gazu użytego uprzednio do nasycenia ośrodka ciekłego

• desulfitacja półproduktów traktowanych SO2 w celu ich przejściowego zakonserwowania

• regeneracja adsorbentów np. węgla aktywnego

• "gazowe opakowanie" np. przez usuwanie powietrza z proszku mlecznego, w celu wprowadzenia na jego miejsce gazu nieczynnego (azotu lub dwutlenku węgla).

Emulsja

Jest to makroskopowo jednorodny układ dyspersyjny dwóch nie mieszających się ze sobą cieczy. Jedna z tych cieczy występuje w postaci drobnych, oddzielnych kuleczek i stanowi tzw. fazę zdyspergowaną, rozproszoną albo wewnętrzną, natomiast druga ciecz, w której są zawieszone kuleczki fazy rozproszonej, nosi nazwę fazy dyspergującej, ciągłej albo zewnętrznej.

Emulsje można otrzymywać z dwóch nierozpuszczalnych w sobie cieczy w wyniku mechanicznego rozdrobnienia (silnego mieszania) i obecności substancji zdolnej do obniżenia napięcia powierzchniowego na granicy wytworzonych faz tzw. emulgatora.

Koagulacja

Proces łączenia cząstek koloidowych w większe agregaty. Proces ten jest charakterystyczny dla układu koloidowego, w którym wymiary cząstek, składających się na fazę rozproszoną, wynoszą od 1 do 500 nm.

Proces żelowania i jakość otrzymanej galarety zależą od wielu czynników, jak wielkość, kształt i stężenie cząstek fazy rozproszonej, obecność elektrolitów i środków odwadniających w roztworze, pH i temperatura roztworu, itp.

Koagulacja a zwłaszcza żelowanie, są wykorzystywane:

• w przemyśle mleczarskim przy wyrobie serów, mlecznych napojów

• w przemyśle owocowo- warzywnym- dżemy, marmolady

• w przemyśle mięsnym i rybnym w produkcji galaret.

Aglomerowanie

Łączenie cząstek małych w większe.

W aglomerowaniu istotne jest łączenie cząstek materiałów sypkich, sproszkowanych.

Przykłady produktów spożywczych:

• aglomerowany cukier - zastosowanie w produkcji napojów w proszku, czekolady, lukru

• aglomerowanie dekstryn - zastosowanie przy produkcji mąki

• mleko chude w proszku.

12. Techniki membranowe jako przykład nowoczesnej metody zagęszczania i rozdrabniania w układach ciekłych.

Do ciśnieniowych procesów membranowych zaliczamy mikrofiltrację, ultrafiltrację, i odwróconą osmozę. Elektrodializa swoją naturą różni się od wymienionych powyżej procesów, lecz zaliczana jest także do technologii membranowych.

• Mikrofiltracja - stosuje się do oddzielenia zawiesin i substancji koloidalnych o rozmiarach cząstek od 0,02 do 2,0 μm lub masie cząsteczkowej większej niż 300 000Da (daltonów).

• Ultrafiltracja - pozwala na odseparowanie substancji o masach cząsteczkowych od 500 do 300 000Da są to najczęściej białka, polipeptydy, polisacharydy. Rozmiary porów przy ultrafiltracji to 0,001-0,1 μm.

• Odwrócona osmoza - zwykle stosowana jest do oddzielenia od wody niskocząsteczkowych substancji np. sole, cukry, kwasy organiczne. Transport molekuł przez membrany odbywa się na zasadzie dyfuzji, a nie przepływu, jak ma to miejsce przy ultrafiltracji i mikrofiltracji.

• Elektrodializa - to operacja jednostkowa, w której poprzez zastosowanie półprzepuszczalnych membran następuje oddzielanie lub wymiana jonów w roztworach.

Membranowe zatężanie jest możliwe dzięki wykorzystaniu procesu odwróconej osmozy z użyciem specjalnych błon półprzepuszczalnych i wielkiego ciśnienia zapewniającego przenikanie cząsteczek wody przez mikropory tych błon. Odwrócona osmoza jest szczególnym przypadkiem ultrafiltracji przez membrany przepuszczające wyłącznie małe

cząsteczki rozpuszczalnika a zatrzymujące wszystkie substancje o cząsteczkach większych. Technika ta z łatwością daje się zastosować do zatężania wodnych roztworów substancji wielkocząsteczkowych. Odwrócona osmoza jest metodą bardzo energooszczędną, zachowującą w stanie niezmienionym substancje lotne i termolabilne.

Odwróconą osmozę i ultrafiltrację stosuje się najczęściej do odwadniania. Pozwalają one na wyeliminowaniu wielu niekorzystnych zjawisk, które towarzyszą procesowi odwadniania opartym na odparowywaniu. Umożliwiają usunięcie znacznej części wody w temp. otoczenia lub wybranej z zakresu dopuszczalnego dla danego typu membrany.

Podczas odwróconej osmozy i ultrafiltracji nie zachodzi przemiana fazowa, co zmniejsza wydatki związane z dostarczaniem energii.

Proces ultrafiltracji jako metoda zagęszczania ma jeszcze jedną zaletę. Jednocześnie z odwodnieniem następuje usuwanie substancji niskocząsteczkowych, w tym soli, kwasów i zasad. Ich stężenie w koncentracie pozostaje w związku z tym na tym samym poziomie w trakcie całego procesu. Sprawia to, że siła jonowa i pH nie zmieniają się, a wiadomo, ze ich zmiany towarzyszące innym metodom odwadniania często prowadzą do denaturacji białek i precypitacji składników.

Najbardziej efektywny jest proces ultrafiltracji stosowany do świeżej podpuszczkowej serwatki. Dzięki procesowi ultrafiltracji z tego odpadowego roztworu powstającego przy produkcji serów uzyskuje się preparat wartościowego koncentratu białkowego, wykorzystywanego m.in. także do produkcji serów dojrzewających oraz przesącz zawierający

laktozę wraz z solami. Przesącz pozbawiony białek jest dogodnym surowcem do otrzymywania krystalicznej laktozy.

Zatężanie mleka metodą ultrafiltracji wiąże się z nieuniknioną zmianą składu suchej substancji, która jest korzystna tylko w tym przypadku, gdy celem tego procesu jest otrzymanie mleka o zmniejszonej zawartości soli, a zwłaszcza jonów sodowych. Mleko takie jest produkowane dla otrzymania określonych produktów dietetycznych,

które należą do kategorii żywności specjalnej. W toku ultrafiltracji większość soli rozpuszczalnych przechodzi do odcieku, zaś sole związane z białkiem, zwłaszcza sole wapniowe, zagęszczają się w takiej samej proporcji jak białko.

Odwrócona osmoza znalazła zastosowanie do częściowego usuwania alkoholu z piwa i otrzymywania produktu o obniżonej jego zawartości.

Elektrodializę powszechnie stosuje się do odsalania wody morskiej, a także do otrzymywania z niej soli jadalnej. Inne jej zastosowania to demineralizacja serwatki, usuwanie winianów i soli innych kwasów organicznych z moszczów oraz win oraz do odkwaszania soków.

Literatura: MIECZYSŁAW BORUCH, BOGUSŁAW KRÓL, Procesy Technologii Żywności, Nakładem Politechniki Łódzkiej, Łódź 1993

Ogólna technologia żywności- skrypt do ćwiczeń, Ewa Hajduk

13. Mikrofale i podczerwień - mechanizm działania oraz zastosowanie w gastronomi i przemyśle spożywczym

Mikrofale i podczerwień są formami energii elektromagnetycznej. Rozchodzą się one w postaci fal, które w zetknięciu z żywnością wykazują zdolność jej ogrzewania. Główne różnice między mikrofalami i podczerwienią są następujące:

• Dla celów przemysłu spożywczego generuje się mikrofale tylko o określonych częstotliwościach (najczęściej 2450 i 915 MHz), aby wyeliminować możliwość zakłócania innych urządzeń pracujących w tym zakresie widma elektromagnetycznego (np. urządzenia radiolokacyjne, diatermia mikrofalowa). Promieniowanie podczerwone natomiast wytwarza się bez żadnych ograniczeń dotyczących częstotliwości.

• Głębokość penetrowania żywności przez mikrofale ściśle wiąże się z częstotliwością- im niższa częstotliwość, tym głębsza penetracja. Podczerwień natomiast jest pochłaniana na powierzchni produktu.

• Mikrofale wywołują rotacje cząsteczek wody i tarcie molekularne miedzy nimi, na skutek czego wydziela się ciepło, natomiast podczerwień jest bezpośrednio absorbowana i przetwarzana na ciepło.

• Efekt ogrzewania mikrofalowego jest uzależniony od zawartości wilgoci, a w przypadku podgrzewania przez promieniowanie podczerwone zależy od charakteru jej powierzchni i koloru.

• Powierzchniowe pochłanianie promieniowania podczerwonego sprawia, że przy tej metodzie ogrzewania termiczne powinowactwo żywności jest czynnikiem dużo bardziej istotnym niż przy ogrzewaniu mikrofalowym. Podczerwień nagrzewa tylko powierzchnię produktu, a głębiej ciepło przekazywane jest przez przewodnictwo i/lub konwekcję, podczas gdy mikrofale wnikają znacznie głębiej i tam ogrzewają produkt.

• Mikrofale stosuje się m.in. do przedłużania trwałości żywności (np. suszenie, blanszowanie, pasteryzacja), a podczerwień zwykle do zmiany właściwości organoleptycznych, takich jak kolor powierzchni, smak, aromat.

O zachowaniu się produktu w polu elektromagnetycznym decyduje jego przenikalność elektryczna, zwana też stałą dielektryczną i ściśle związany współczynnik strat dielektrycznych, które zależne są od składu. Po wniknięciu mikrofal do produktu oddziaływają one z dipolami wody, co powoduje ich reorientacje, rozrywanie wiązań wodorowych między sąsiednimi cząsteczkami i generowanie ciepła poprzez tarcie molekularne. Jony zawarte w żywności też migrują w polu mikrofalowym i przez to dodatkowo przyczyniają się do wytwarzania ciepła. Także i niektóre inne niewodne składniki żywności o budowie polarnej mogą absorbować mikrofale, ale znacznie słabiej od wody i dlatego ich efekt ogrzewający w produktach o dużej zawartości wody jest pomijalny.

Reasumując, szybkość i równomierność ogrzewania produktu zależy od jego składu, temperatury, kształtu, struktury, rozmiarów oraz mocy i częstotliwości padających mikrofal.

Zasadą grzejnictwa mikrofalowego jest bezpośrednie napromienianie falami elektromagnetycznymi o częstotliwości większej niż w grzejnictwie indukcyjnym lub dielektrycznym- falami o częstotliwości setek lub tysięcy megahertzów, które powodują, przy pochłanianiu ich przez napromieniany ośrodek, jego szybkie nagrzewanie się, w sposób dość równomierny całej masie. Podobnie jak w grzejnictwie dielektrycznym, mikrofale przekazują swoją energię przez drganie cząstek- dipoli. Do wytwarzania mikrofal służą różne urządzenia zwane magnetronami, klistronami oraz oscylatorami z fala wędrującą.

Promieniowanie podczerwone jest formą energii elektromagnetycznej emitowanej przez obiekty gorące. Podczas absorpcji na powierzchni materiału ogrzewanego traci ono swoją energię. Szybkość ogrzewania ta metodą zależy od temperatury ciała emitującego i absorbującego podczerwień oraz od kształtu i właściwości powierzchni obu tych ciał.

Promieniowanie, które nie zostaje zaabsorbowane, ulega odbiciu. Ilość energii zaabsorbowanej, a więc i stopień ogrzania, zależy od składu żywności, bowiem różne jej składniki absorbują podczerwień w różnym stopniu, oraz od długości fali padającego promieniowania. Długość fali z kolei zależna jest od temperatury źródła- im jest ona wyższa, tym maksimum emitowanej energii przesuwa się w kierunku fal krótszych.

Podczerwień występuje między widmem promieni świetlnych a najkrótszymi falami Hertza i obejmuje obszar długości fal od ok. 800 nm aż do ok. 0,04 cm, przy czym rozróżnia się tu zakresy:

- bliskiej podczerwieni 0,8·10^-4 do 1,0·10^-4cm, znajdującej zastosowanie w fotografii, analityce, pośrednio w grzejnictwie

- pośredniej podczerwieni od 10^-4do ok. 3·10^-4cm, gdzie zakres do 2·10^-4cm może być wykorzystywany do celów suszarniczych, zaś zakres 2·10^-4do3·10^-4cm w hutniczych generatorach gazowych ciepła; pośrednia podczerwień znajduje ostatnio szerokie zastosowanie w spektrofotometrii do badania właściwości substancji chemicznych, zwłaszcza organicznych

- dalekiej podczerwieni od 3·10^-4aż do ok.4·10^-4cm wykorzystywanej w spektrofotometrii.

Im wyższa temperatura, tym wypromieniowywane fale podczerwone są krótsze i maja większą częstotliwość drgań.

Zastosowanie mikrofal w technologii żywności

W ostatnich latach stosowanie urządzeń mikrofalowych w przemyśle staję się bardziej opłacalne, gdyż koszty kapitałowe ulegają zmniejszeniu dzięki rosnącej produkcji magnetronów o budowie modułowej i wysokiej niezawodności. Postępy w konstruowaniu wyposażenia mikrofalowego, trendy w kształtowaniu się cen energii elektrycznej w stosunku do innych jej form oraz coraz lepsza znajomość właściwości dielektrycznych żywności pozwalają na takie modelowanie procesów mikrofalowych, aby mogły być one zastosowane w przemyśle spożywczym w coraz większym zakresie. Roczny przyrost mocy urządzeń mikrofalowych w świecie wynosi ok. 3 MW, z czego większość przypada na temperyzację mięsa i ryb, suszenie produktów o niskiej zawartości wilgoci oraz podgotowywanie i gotowanie mięsa. Inne operacje z udziałem mikrofal, takie jak suszenie próżniowe, liofilizacja, pasteryzacja, sterylizacja, pieczenie, blanszowanie, wytapianie tłuszczu, są coraz częściej wdrażane albo też opracowywane jeszcze na poziomie pilotażowym. Wiele z powyższych procesów łączy ogrzewanie mikrofalowe z tradycyjnym. W takich przypadkach konwencjonalne źródło ciepła służy do wytwarzania pożądanego czasem zbrązowienia oraz chrupkości powierzchni, a także do szybszego zniszczenia obecnych na niej drobnoustrojów.

Instalacje mikrofalowe z reguły wykorzystują częstotliwość 2450 lub 915 MHz i mają moc od 30 do 120 kW. Przy niższej z tych częstotliwości penetracja mikrofal sięga do głębokości ok. 10-30 cm, podczas gdy przy wyższej tylko do ok. 3 cm. W zależności od charakteru surowca poddawanego obróbce i jego ilości stosuje się odpowiednia częstotliwość i moc. Ogrzewanie omawianą tu metoda jest szybkie i nie powoduje przegrzewania się powierzchni, co mogłoby prowadzić do jej uszkodzeń. Instalacje są małe, zwarte i łatwe do montażu, a produkt przez cały czas przebywa w warunkach higienicznych.

Najważniejsze aspekty zastosowania mikrofal w niektórych procesach technologicznych:

- Temperyzacja mrożonej żywności stosowana jest często w warunkach przemysłowych zamiast całkowitego rozmrażania. W urządzeniu mikrofalowym przystosowanym do tego celu może być wykonana w czasie od kilku do kilkudziesięciu minut w porównaniu z wieloma godzinami, jakie wymagane są do rozmrażania dużych elementów w tradycyjnej rozmrażalni. Z tego względu oraz z uwagi na to, że temperyzację mikrofalową prowadzić można bez usuwania opakowań, znacznie mniejsze są możliwości powierzchniowego rozwoju mikroorganizmów. Do zalet należy zaliczyć także ograniczenie strat wagowych, dużą retencję soków komórkowych, utrzymywanie pH mięsa na właściwym poziomie i większą elastyczność procesu produkcyjnego, co oznacza dziesięciokrotne zmniejszenie potrzebnej powierzchni produkcyjnej oraz umożliwienie dalszego przerobu głęboko zamrożonych produktów w ciągu bardzo krótkiego czasu. Wadą wykorzystania mikrofal do temperyzacji jest to, że w temperaturach bliskich 0°C warstwa zewnętrzna absorbuje znaczną ilość energii i produktu na powierzchni może ulec przegrzaniu. Aby ograniczyć to zjawisko, mikrofalową temperyzację przeprowadza się czasami stosując dodatkowo owiew zimnego powietrza. Najczęściej stosuje się ją do mięsa, jego przetworów, masła oraz innych tłuszczów jadalnych.

- Suszenie

Najlepsze efekty osiąga się przy suszeniu produktów o zawartości wilgoci mniejszej niż 20%. Mechanizm suszenia z użyciem mikrofal istotnie różni się od konwencjonalnego, ponieważ z łatwością przechodzą one przez warstwy wysuszone, docierając do nie odparowanej wilgoci, i tam generują ciepło. Ponadto obserwuje się kilkakrotne zmniejszenie czasu trwania procesu i ok. 30-procentowe zmniejszenie zużycia energii m.in. dlatego, że ogrzewaniu ulegają jedynie mokre części produktu, natomiast części suche, powietrze w suszarni i jej wnętrze nie są ogrzewane. Wysuszony produkt charakteryzuje się mniej twardą powierzchnią, gdyż nie styka się ona z otaczającym gorącym środowiskiem, jak ma to miejsce przy metodach tradycyjnych. Najczęściej suszone mikrofalowo asortymenty to makaron, przyprawy, koncentrat pomidorowy, ryż, bekon i żywność przekąskowa (snack foods). W niektórych przypadkach stosuje się razem z mikrofalami konwencjonalne źródła ciepła, aby osiągnąć zamierzony cel technologiczny.

- Gotowanie

Mikrofale stosuje się z dobrym skutkiem do wstępnego gotowania bekonu, mięsa i części drobiu z przeznaczeniem na rynek detaliczny i dla żywienia zbiorowego. Zaletami tej operacji jest duża wydajność, krótki okres przygotowywania, mała pracochłonność oraz wysoka jakość produktów. Moc i czas gotowania mikrofalowego należy dobierać stosownie do asortymentu. Większe i grubsze elementy wymagają więcej energii niż małe i cienkie. Podobnie jak w przypadku mikrofalowego suszenia, czasem dodatkowo stosuje się jednocześnie ogrzewanie konwencjonalne.

-Wypiek pieczywa

Wypiek pieczywa przeprowadza się najczęściej tradycyjnymi metodami, niemniej jednak istnieją linie technologiczne wykorzystujące do tego celu ogrzewanie mikrofalowe. Już sam etap rośnięcia ciasta można przyspieszyć dzięki zastosowaniu mikrofal. W trakcie wypieku natomiast mikrofale mogą działać równocześnie z ogrzewaniem konwencjonalnym lub poprzedzać je. Pozwala to na skrócenie czasu wypieku nawet o 60% i istotne zaoszczędzenie energii. Pieczywo takie jest bardziej wyrośnięte, a jego wartość odżywcza jest większa niż produkowanego tradycyjnie ze względu na ograniczenie zachodzenia reakcji Maillarda i strat lizyny. Dobre efekty osiąga się przy ciągłej produkcji pieczywa cukierniczego typu biskwitów. Mikrofale, które wykorzystuje się tu dopiero w ostatniej fazie wypieku, powodują dopieczenie i usunięcie nadmiaru wilgoci bez dalszych zmian koloru powierzchni.

Obok opisanych powyżej procesów, także blanszowanie, liofilizacja, wytapianie tłuszczów, prażenie, pasteryzacja; i sterylizacja mogą przebiegać z udziałem mikrofal. Niektóre z tych procesów zaczyna się już wprowadzać do przemysłu, a pozostałe nie wyszły jeszcze poza obszar badań pilotowych

Blanszowanie mikrofalowe znalazło zastosowanie w ograniczonym stopniu, gdyż nie uzyskuje się tą metodą lepszych jakościowo produktów niż przy blanszowaniu tradycyjnym. Spodziewany jest natomiast rozwój liofilizatorów z ogrzewaniem mikrofalowym, konstrukcja taka bowiem pozwala na szybszy i bardziej ekonomiczny przebieg suszenia, co w dobie coraz większego zapotrzebowania na produkty liofilizowane stwarza duże możliwości rozwoju. Obserwacja kilku instalacji mikrofalowych do pasteryzacji pieczywa i soków owocowych, które pracują w przemyśle, pozwala na prognozowanie szerszego ich zastosowania w przyszłości. Wysokiej jakości smalec i łój wytapia się w prototypowym urządzeniu zainstalowanym w jednym z zakładów mięsnych w USA. Na skalę półtechniczną praży się kawę i kakao uzyskując po 5-10 minutach produkt z większą wydajnością i wyższej jakości niż przy prażeniu tradycyjnym. Na podstawie pozytywnie zakończonych prób technicznych przewiduje się w ciągu najbliższych kilku lat wzrost wykorzystania mikrofal do sterylizacji mleka i różnych półstałych produktów bezpośrednio w opakowaniach z tworzywa sztucznego. W przemyśle mięsnym z powodzeniem stosuje się prototypowe mikrofalowe urządzenia do produkcji parówek bezosłonkowych, uzyskując znaczne skrócenie czasu i oszczędność energii.

Promienniki podczerwieni, znane powszechnie i wykorzystywane na dużą skalę do różnorodnych celów grzejnych, jak podgrzewanie pomieszczeń, termostatów, do suszenia żywności. Ponad połowa zużywanej energii elektrycznej jest tu przekształcana w energię promieniowania podczerwonego (ciepło).

W urządzeniach grzejnych stosowanych do suszenia żywności jako źródła promieniowania podczerwonego używa się oprócz promienników lampowych także promienników metalowych i ceramicznych. Efekt suszenia promiennikowego zwiększa się przez stosowanie naświetlania przerywanego.

Bezpośrednie stosowane promienniki podczerwieni przedstawiają pewne zalety i są wykorzystywane do obsuszania materiałów (np. skór, butelek), do suszenia materiałów w warstwach cienkich (np. owoców, warzyw, zboża, grzybów, makaronu), w piekarstwie (np. pieczenie, obżarzanie), w suszeniu mięsa i innych produktów.

14. Operacje termiczne w technologii żywności, podział, znaczenie i zastosowania.

Oddziaływanie cieplne na surowce i półprodukty żywnościowe oraz gotowe wyroby jest jedną z podstawowych cech procesów technologicznych prowadzonych w większości gałęzi przemysłu spożywczego.

Procesy cieplne, zarówno dostarczanie jak i doprowadzanie i odprowadzanie ciepła, są stosowane w technologii żywności w następujących etapach technologicznych i celach:

a) przy wstępnej obróbce i czyszczeniu surowców roślinnych oraz zwierzęcych,

b) przy właściwym przetwarzaniu surowców w określone półprodukty i produkty,

c) przy termicznym utrwalaniu żywności,

d) w pracach pomocniczych związanych z czyszczeniem i wyjaławianiem urządzeń i aparatury.

Procesy cieplne towarzyszą lub umożliwiają wykonanie procesów jednostkowych.

Rodzaje operacji cieplnych w technologii żywności

Wyróżnia się procesy związane z doprowadzeniem i odprowadzeniem ciepła. Wyróżnić można także procesy w zależności od celu wynikającego z ustalonej technologii. Najbardziej przejrzysty jest podział operacji cieplnych wynikających z zakresu stosowanych temperatur. Według rosnącej temperatury wyróżnia się następujące procesy technologiczne:

Zamrażanie	- 40 - -20°C
Składowanie chłodnicze	-15 - 10°C
Procesy fermentacyjne w obecności bakterii i drożdży	4 - 40°C
Procesy enzymatyczne z udziałem preparatów pleśniowych	40 - 60°C
Zatężanie roztworów termolabilnych	50 - 70°C
Pasteryzacja surowców i wyrobów	70 - 95°C
Krystalizacja izotenniczno-izochoryczna	60 - 85°C
Blanszowanie	80 - 95°C
Ekstrakcja	70 - 100°C
Gotowanie	100°C
Suszenie	60 - 120°C
Zatężanie roztworów termostabilnych	100 - 125°C
Sterylizacja zwykła	115 - 121°C
Sterylizacja błyskawiczna	130 - 145°C
Smażenie	120 - 180°C
Pieczenie	150 - 200°C
Prażenie	140 - 220°C

Z wyjątkiem zamrażania, składowania chłodniczego do prowadzenia wyżej wymienionych procesów technologicznych niezbędne są procesy cieplne związane z dostarczaniem ciepła.

Z technologicznego punktu widzenia istotna jest celowość oddziaływania cieplnego na materiał i zmiany jakie wywołuje w materiale działanie energii cieplnej w określonych warunkach. Dlatego celowe jest podanie bliższej charakterystyki niektórych specyficznych procesów cieplnych w ich aspekcie technologicznym.

1. ogrzewanie

• ma na celu podwyższenie temperatury materiału do takiego poziomu, przy którym określone procesy technologiczne przebiegają w warunkach optymalnych.

• Wymianę ciepła między ośrodkami o różnych temperaturach w większości przypadków prowadzi się sposobem przeponowym, za pośrednictwem przegrody metalowej a niekiedy i szklanej oraz sposobem bezprzeponowym, tj. przez umieszczenie surowców lub produktów spożywczych w czynniku grzejnym. Ma to miejsce w toku gotowania wyrobów w wodzie, smażeniu w tłuszczu, pieczeniu i prażeniu. W przypadku przeponowego ogrzewania za pośrednictwem pary grzejnej lub gorącej wody, wymianę cieplną prowadzi się zazwyczaj w przeciwprądzie ze względu na większą efektywność ogrzewania przeciwprądowego niż współprądowego.

• Źródłem ciepła w technologii żywności są paliwa stałe, ciekłe, gazowe oraz energia elektryczna, a nawet słoneczna (suszenie owoców). Przy wyborze źródeł ciepła bierze się pod uwagę względy ekonomiczne oraz czynniki pozaekonomiczne (wyeliminowanie zanieczyszczenia żywności opałem i produktami spalania, uniknięcie możliwości wybuchu, uzyskanie możliwości płynnej regulacji dopływu energii). Warunki te spełnia energia elektryczna, a częściowo także ogrzewanie gazowe i ogrzewanie za pomocą pary technologicznej.

2. pasteryzacja

• Proces, którego nazwa pochodzi od nazwiska sławnego chemika i biologa Ludwika Pasteura, który pierwszy wykazał, że szybkie ogrzewanie surowców żywnościowych w naczyniu zamkniętym i następnie szybkie schłodzenie zwiększa ich trwałość na skutek zabicia wegetatywnej mikroflory.

• W przetwórstwie produktów spożywczych rozróżnia się następujące rodzaje pasteryzacji: długotrwałą, krótkotrwałą, błyskawiczną i wysoką.

• Liczne badania i wieloletnia praktyka pozwoliły ustalić warunki pasteryzacji poszczególnych surowców i przetworów, w których produkty pasteryzowane są wolne od szkodliwej mikroflory wegetatywnej, a równocześnie niepożądane zmiany jakościowe produktów na skutek ogrzewania są możliwie minimalne.

3. blanszowanie

• Krótkotrwałe ogrzewanie umytych warzyw i wyjątkowo - owoców w temperaturze 80-95°C (w czasie kilku sekund do kilku minut) i szybkie schłodzenie do temperatury 20°C.

• Cele: inaktywacja oksydaz, zwłaszcza tyrozynazy, która powoduje ciemnienie surowców o jasnym miąższu, takich jak: jabłka, gruszki; denaturacja białek w warstwie powierzchniowej, dzięki czemu ograniczony jest wyciek soku komórkowego z surowców w toku ich dalszej obróbki; zmiękczenie surowca - ułatwienie kolejnych czynności technologicznych; zniszczenie mikroflory rodzimej surowca; odpowietrzenie; zmywanie warstwy woskowej (śliwki - ułatwienie suszenia, wysycania cukrem); skurczenie surowca (lepsze wypełnienie opakowania); dodatkowy zabieg mycia; u warzyw - usunięcie posmaku surowizny.

• Może być prowadzone przez krótkotrwałe bezprzeponowe działanie pary na surowiec lub przez zanurzenie surowców w gorącej wodzie (blanszowanie immersyjne).

1. gotowanie

• Utrzymywanie medium technologicznego w stanie wrzenia lub w temperaturze nieco niższej niż 100°C w czasie od około 30 minut do kilku godzin.

• W zależności od rodzaju czynnika grzejnego rozróżnia się:

- obgotowanie, tj. działanie wody lub pary w temperaturze 80-100°C przez kilka minut w celu powierzchniowego ścięcia białek;

- gotowanie wędzonek w wodzie o temperaturze 100°C przez 1-4 godzin w celu denaturacji białka w całej masie,

- parzenie, tj. działanie wody lub pary wodnej w temperaturze 80-95°C przez kilka godzin.

2. autoklawowanie

• proces cieplny prowadzony pod zwiększonym ciśnieniem w temperaturze powyżej 100°C w celu uzyskania pełnej jałowości produktów żywnościowych lub uzyskania pożądanych efektów technologicznych, a zwłaszcza wykonania reakcji np. hydrolizy niektórych węglowodanów i białek.

• odparowanie

• Metoda oddzielania nadmiaru rozpuszczalnika od innych składników roztworu w temperaturze wrzenia. Odparowanie jest więc jedną z metod zatężania roztworów, do których zalicza się jeszcze odwróconą osmozę i kriokoncentrację.

• Bardzo często odparowanie prowadzi się pod zmniejszonym ciśnieniem, dzięki czemu wrzenie następuje w niższych temperaturach, a to z kolei chroni wiele składników roztworu przed niepożądanymi zmianami.

4. smażenie

• Polega na ogrzewaniu surowców roślinnych i zwierzęcych w ciekłym ośrodku, zwykle tłuszczu o temperaturze 150-190°C, a niekiedy w syropie cukrowym w temperaturze około 150°C.

• Smażenie w tłuszczu takich surowców jak mięso, ryby, plastry ziemniaczane prowadzi do utworzenia na powierzchni smażonych materiałów kruchej brunatnej skórki o charakterystycznym aromacie. Jest to wynik przebiegu procesu dekstrynizacji, karmelizacji oraz przebiegu reakcji Maillarda.

• Wewnątrz naturalnych surowców temperatura nic przekracza 100°C, a zatem materiał ulega ugotowaniu.

• Smażone produkty w zależności od ich struktury, porowatości, wchłaniają od 10-40% tłuszczu.

5. pieczenie

• Typowy proces cieplny przemysłu piekarskiego i ciastkarskiego i polega na utrzymywaniu uformowanego ciasta w piecu piekarskim o temperaturze 180-250°C w czasie około jednej godziny. Pieczywo jedynie na powierzchni ogrzewa się do 170°C z utworzeniem pożądanej skórki w pieczywie. Temperatura zaś miąższu powoli wzrasta od temperatury około 30°C do 100°C. W czasie stopniowego nagrzewania się ciasta występują kolejno następujące procesy fizyczne, enzymatyczne i chemiczne.

6. prażenie

• Najbardziej drastyczny proces termiczny, w którym surowce zwykle roślinne są poddawane ogrzewaniu w temperaturze 150 - 220°C w celu uzyskania pożądanych zmian smakowo-zapachowych lub technologicznych.

• Prażenie (upalanie) nasion kakaowych, nasion kawy; produkcja dekstryn.

15. Technologia żywności jako zespół operacji i procesów jednostkowych decydujących o jakości i bezpieczeństwie produktów spożywczych.

Procesy jednostkowe dotyczą przemian chemicznych i biochemicznych, w wyniku których powstają nowe substancje, np. neutralizacja, sulfonowanie, uwodornianie, reakcje enzymatyczne itp.

Natomiast w operacjach jednostkowych substraty ulegają jedynie przemianom fizycznym, np. rozdrobnieniu, rozdzieleniu, zagęszczeniu itp.

W innych źródłach procesy jednostkowe są nazywane operacjami jednostkowymi, które mają na celu:

· transport ciał na odległość

· zmianę temperatury i stanu skupienia substancji

· zmianę kształtu ciała stałego

· rozdzielenie mieszanin i roztworów ciał stałych, ciekłych i gazowych

· mieszanie ciał stałych i gazowych.

W procesach technologii żywności wyróżnia się następujące procesy jednostkowe:

a) mechaniczne, których podstawą jest mechaniczne oddziaływanie siły na materiały:

rozdrabnianie, prasowanie itp.,

b) hydrodynamiczne, których podstawą jest działanie ciśnienia na płyny: filtracja,

sedymentacja, przepływ płynów,

c) cieplne, w których podstawowym zjawiskiem jest zmiana stanu cieplnego substancji, a siłą

napędową jest różnica temperatur: ogrzewanie, chłodzenie, odparowanie,

d) wymiany masy, w których podstawowym zjawiskiem jest ruch masy między fazami, a siłą

napędową różnica stężeń: adsorpcja, suszenie, ekstrakcja,

e) termodynamiczne, które są określane prawami termodynamiki,

f) chemiczne, których podstawą są przemiany chemiczne: hydroliza, neutralizacja, utlenianie,

g) biochemiczne, których podstawą są procesy mikrobiologiczne i enzymatyczne:

fermentacja, enzymatyczne utlenianie,

h) fizykochemiczne, których podstawą są procesy fizykochemiczne, powstawanie i rozpad

emulsji, krystalizacja,

i) utrwalające lub konserwujące, które są różne pod względem natury występujących

zjawisk, a cechą wspólną jest utrzymanie żywności w

stanie możliwie nie zmienionym pod względem

fizycznym, odżywczym i higienicznym.

W technologii żywności wymienione procesy jednostkowe występują w różnym nasileniu w zależności od swoistych cech surowców i stopnia ich przetworzenia w określony produkt gotowy.

Właściwie przeprowadzone gwarantują jakość i bezpieczeństwo produktów spożywczych.

Literatura: MIECZYSŁAW BORUCH, BOGUSŁAW KRÓL, Procesy Technologii Żywności, Nakładem Politechniki Łódzkiej, Łódź 1993

16. Wytwarzanie żywności przy zastosowaniu procesów biotechnologicznych - tradycja i nowoczesność.

Proces biotechnologiczny w znaczeniu najogólniejszym oznacza zastosowanie systemów biologicznych do celów produkcyjnych i usługowych. Systemem biologicznym mogą być żywe organizmy, organa, tkanki, komórki, części komórek, enzymy, a ostatnio i geny.

Procesy biotechnologiczne odgrywają szczególną rolę w technologii żywności, chociaż nie zawsze są one dostatecznie postrzegane i doceniane. Przy całościowym ujmowaniu produkcji żywności łatwo zauważyć ich występowanie i rolę tak w nowoczesnym rolnictwie, które można traktować jako „przemysł wytwórczej żywności”, jak i w przemyśle spożywczym, zajmującym się głównie przetwarzaniem surowców spożywczych i żywności. Rolnictwo wykorzystuje do swych celów produkcyjnych makroorganizmy w formie roślin uprawnych i zwierząt hodowlanych.

Przemysł spożywczy stosuje procesy biotechnologiczne, których wykorzystuje się żywe drobnoustroje, enzymy oraz utajone formy życia roślin, np. w ziarnach zbóż zdolnych do kiełkowania przy otrzymywaniu słodu.

W procesie biotechnologicznym są zespolone dwa czynniki- biologiczny i techniczny. Podstawy teoretyczne tego procesu tworzy biotechnologia, dział wiedzy obejmujący zintegrowane zastosowanie nauk biologicznych i technicznych w celu technologicznego wykorzystania systemów biologicznych. W miarę gromadzenia wiedzy praktycznej i postępu naukowo-technicznego doskonalono procesy technologiczne.

Można to prześledzić na przykładzie rozwoju technologii żywności. Początkowo stosowano najprostsze procesy biotechnologiczne, w których czynnikiem (systemem) biologicznym były rośliny i zwierzęta występujące w naturze, a czynnik techniczny sprowadzał się do zbierania owoców, orzechów czy grzybów, łowienia zwierząt i ryb. Wyższy poziom procesów biotechnologicznych charakteryzuje pasterstwo i początki rolnictwa, w którym następuje udomowienie zwierząt i uprawa roślin. W okresie tym wykorzystuje się jak czynnik biologiczny rośliny wybrane ze względu na ich cechy użytkowe, a więc metodą selekcji.

Rozwój rolnictwa to doskonalenie produkcji roślinnej i zwierzęcej, wykorzystujących osiągnięcia naukowe, zwłaszcza genetyki. Świadomość, że wartość użytkowa mikroorganizmu zależna od zespołu cech anatomicznych, fizjologicznych i chemicznych (czyli genotypu) stanowi wynik współdziałania czynników dziedzicznych- genów (składających się na tzw. genotyp) i warunków środowiskowych w jakich ten organizm się rozwija i przebywa, spowodowała rozwój nowych metod produkcji opartych na selekcji potomstwa, krzyżowania ras i wykorzystaniu mutacji. Czynnikiem biologicznym w procesie biotechnologicznym stał się genotyp, którego odrębność jest uwarunkowana rodzajem, liczbą i ilością genów w niciach chromosomów i ich zespołach (genomach).

Ostatnie osiągnięcia biologii molekularnej doprowadziły do lepszego poznania składu i budowy przestrzennej organicznych związków wielkocząsteczkowych, a wśród nich i kwasów dezoksyrybonukleinowych (DNA). Poszczególne odcinki DNA okazały się genami, czyli jednostkami materialnymi dziedziczenia, odpowiedzialnymi za bezpośrednią kontrolę syntezy określonych enzymów, a pośrednio za poszczególne cechy zewnętrzne.

Dzięki zastosowaniu inżynierii genetycznej stała się możliwa izolacja genów pochodzących z Komorek różnych zwierząt i roślin i wprowadzenie ich do bakterii oraz replikacja tych genów określana jako klonowanie. Zmienione w ten sposób bakterie mogą produkować np. hormony czy enzymy zwierzęce. Geny można także przeszczepiać do całych organizmów zwierząt i roślin i zmieniać ich cechy użytkowe, np. zwiększyć syntezę białka w tkance mięśniowej lub skład aminokwasowi białek roślinnych.

W procesach biotechnologicznych czynnikiem biologicznym „nowej generacji” są nie genomy występujące w naturze, ale zmienione przez człowieka. Zresztą samo przeszczepienie genów również nie zalicza się do procesów biotechnologicznych. Dzisiaj można mówić o kolejnej zmianie jakościowej procesów biotechnologicznych, wynikającej stąd, ze możliwe stało się otrzymywanie genów metodą chemiczną i budowanie z nich nici chromosomów i genomu. W dalszym jednak ciągu aktywność tych genów, nazwijmy je „quasi-genami”, polegająca na sterowaniu syntezą enzymów i na dziedziczeniu cech jest związana ściśle ze zorganizowaną żywą materią jaką jest żywa komórka, podobnie jak to jest z wirusami czy fagami.

Procesy biotechnologiczne stosowane w przemyśle spożywczym można podzielić na trzy grupy ze względu na wykorzystanie w nich:

- biosyntezy masy komórkowej

- fermentacji i innych szlaków metabolicznych

- enzymów.

Pierwsze dwie grupy procesów wymagają żywych komórek, trzecia grupa katalizatorów biologicznych działających z reguły poza komórką, która je wytwarza.

Żywą komórkę można traktować tu jako mikroreaktor o bardzo skomplikowanej budowie, który sam pobiera surowce, czerpie z nich energię i przetwarza w produkty, a ponadto ma zdolność regenerowania się i powielania. Pobieranie surowców (pokarmów) wiąże się z aktywnym oddziaływaniem komórki na surowce znajdujące się w otoczeniu komórki poprzez wydzielanie enzymów, aktywny transport i wpuklanie się błony komórkowej (pinocytozę). Pobrany z zewnątrz pokarm włączony zostaje w całokształt przemian biochemicznych i związanych z nimi przemian energii zachodzących ciągle w żywej komórce i określanych jako przemiana żywej materii albo metabolizm. Przemiany metaboliczne przebiegają w sposób podobny w komórkach wszystkich organizmów żywych. Badaniem tych przemian zajmuje się biochemia.

Do ważniejszych zalet procesów biotechnologicznych wykorzystujących mikroorganizmy można zaliczyć:

-duże możliwości wytwarzania, przetwarzania i modyfikacji żywności, otrzymywania atrakcyjnych produktów spożywczych, jak również dodatków funkcjonalnych,

- możliwość wykorzystania produktów ubocznych, odpadów i materiałów zatruwających środowisko do celów spożywczych, paszowych, przemysłowych, energetycznych i innych;

- dużą wydajność procesu, gdyż reakcje biochemiczne przebiegają w komórce

z dużą szybkością i dużą precyzją, co jest uwarunkowane działaniem katalitycznym enzymów,

- procesy biotechnologiczne przebiegają w stosunkowo niskich temperaturach pod normalnym ciśnieniem, są mniej energochłonne, nie wymagają stosowania

chemicznych katalizatorów, wykorzystują na ogół surowce odnawialne pozostawiają mało zanieczyszczeń.

Do niedogodności stosowania procesów biologicznych należą:

- podatność drobnoustrojów na mutacje i konieczność stosowania drobnoustrojów o ściśle określonych cechach użytkowych, co wymaga użycia szczepów czy ras w postaci czystych kultur;

- wrażliwość drobnoustrojów ha czynniki zewnętrzne, w tym na zakażenie środowiska innymi drobnoustrojami i fagami a w związku z tym konieczność zachowania aseptycznych warunków w produkcji.

biotechniczne procesy w TŻ

• oparte na zastosowaniu preparatów enzymatycznych;

• oparte na metodach fermentacyjnych;

• zmierzające do produkcji biomasy.

17. Apertyzacja i aseptyczne pakowanie, zasady, podobieństwa i różnice.

apertyzacja, metoda konserwowania żywności w hermetycznych naczyniach przez długotrwałe ogrzewanie w wodzie wrzącej lub parze;

aseptyczne pakowanie żywności, aseptyczne utrwalanie żywności, modyfikacja klas. metody N.F. Apperta (apertyzacja) polegająca na pakowaniu wyjałowionej i ochłodzonej żywności do sterylnych opakowań, w warunkach aseptycznych.

Termiczne utrwalanie żywności polega na doprowadzeniu do określonego rodzaju żywności takiej ilości energii cieplnej, która powoduje technologicznie uzasadnione zniszczenia drobnoustrojów oraz uniemożliwia reinfekcję.

Zabieg termicznego utrwalania żywności może być wykonany dwoma sposobami:

a) przez umieszczenie żywności w zamkniętym naczyniu i sterylizację, tj. w procesie apertyzacji lub puszkowania,

b) przez sterylizację przepływową głównie żywności w postaci ciekłej i aseptyczne pakowanie, tj. w procesie fasteryzacji lub uperyzacji.

Podstawowym zadaniem termicznych metod utrwalania żywności jest określenie warunków zniszczenia drobnoustrojów i ochrona gotowego produktu przed zakażeniem wtórnym.

Technologia puszkowania (apertyzacji)

- sterylizacja w opakowaniach hermetycznych

Proces technologiczny związany z produkcją wyrobów puszkowanych można podzielić na następujące etapy:

• przygotowanie surowców,

• przygotowanie opakowań,

• napełnianie opakowań,

• odpowietrzanie,

• sygnowanie i przymykanie,

• zamykanie naczyń,

• sterylizacja i chłodzenie,

• termostatowanie,

• etykietowanie,

• magazynowanie.

Występują znaczne różnice w przydatności poszczególnych surowców zwłaszcza roślinnych, a nawet odmian, do produkcji wyrobów puszkowanych. Z kolei rodzaj surowca, jego skład chemiczny, właściwości smakowe i fizyczne determinują typ konserw i warunki prowadzenia sterylizacji. Podstawowymi surowcami do sporządzania różnego typu wyrobów puszkowanych są: owoce, warzywa, ryby, mięso i mleko.

W przygotowaniu warzyw, a niekiedy owoców, mięsa i innych surowców przeznaczonych do puszkowania bardzo ważnym procesem jednostkowym jest blanszowanie. Głównym jego zadaniem jest inaktywacja enzymów albo rozłożenie substratów enzymatycznych, np. nadtlenków. Ogrzewanie w wrzącej wodzie inaktywuje np. oksydazę o - difenolową i przez to zapobiega późniejszemu ciemnieniu surowców o jasnym miąższu (np. jabłka, ziemniaki) w wyniku enzymatycznego utleniania związków fenolowych. Konsekwencją blanszowania jest także: zmniejszenie zakażeń mikrobiologicznych, usuwanie gazów z komórek, zmiękczanie żywności i jej kurczenie się, co ułatwia napełnienie opakowań, ale również straty rozpuszczalnych w wodzie składników.

Zalewa jest stosowana do produkcji konserw, w których produkt główny, wsad, nie wypełnia szczelnie naczyń. Celem stosowania zalewy jest usunięcie powietrza, unieruchomienie konserwy oraz podniesienie jej cech organoleptycznych. W konserwach mięsnych zalewą może być osolona woda, roztwór żelatyny oraz różne sosy.

Ważną operacją technologiczną jest odpowietrzanie konserw, tj. usunięcie powietrza z naczynia i jego zawartości. Mała ilość pozostawionego powietrza uniemożliwia przebieg procesów utleniania, ogranicza korozję puszek metalowych i zmniejsza możliwość rozwoju pojedynczych przetrwalników bakteryjnych. Zamykanie puszek i słojów, odpowiednio oznakowanych, odbywa się maszynowo za pomocą urządzeń dostosowanych do rodzaju opakowań i wielkości.

Następnie zapuszkowana żywność jest poddawana sterylizacji w okresowych lub ciągłych autoklawach, w warunkach dokładnie ustalonych, które zapewniają tzw. sterylność handlową, rozumianą w ten sposób, że tylko nie więcej niż np. 0,1% puszek nic wykazuje dostatecznej trwałości. W celu oceny skuteczności sterylizacji, z każdej partii sterylizowanej żywności pobiera się reprezentatywnie wybrane jednostkowe opakowanie i poddaje się próbie termostatowania w temperaturze 37—40°C w czasie 3 — 8 dni. Na podstawie pozytywnych wyników termostatowania, dana partia gotowego wyrobu jest dopuszczana do obrotu handlowego.

Technologia sterylizacji przepływowej metodą UHT

- Sterylizacja żywności przed zapakowaniem i aseptyczne pakowanie

Sterylizacja żywności przed zapakowaniem i aseptyczne pakowanie pozwala na wykorzystanie zasady HTST (sterylizację polegającą na błyskawicznym nagrzaniu, a potem schłodzeniu i aseptycznym pakowaniu określa się jako fasteryzację).

Określenie sterylizacja UHT (ultra high temperature) oznacza, że sterylizowany homogenny materiał (zwykle ciecz) jest poddawany ogrzewaniu w bardzo wysokiej temperaturze 135—140°C przez 2—4 sekundy, po czym zostaje schłodzona do temperatury 20°C, umieszczona w sterylnym zbiorniku i zapakowana aseptycznie do pojedynczych opakowań.

Atrakcyjność tego rodzaju sterylizacji wynika z dwóch następujących powodów:

• zmiany destrukcyjne bardzo wysokiej temperatury, powyżej 130°C, na drobnoustroje przebiegają względnie szybciej niż reakcje powodujące degradację składników żywności;

• w temperaturze około 140°C liczbową wartość czasowego równoważnika sterylizacji wynoszącą 3 minuty można uzyskać w 2,5 s.

Doświadczenia dotyczące głównie sterylizacji mleka wykazały, że w temperaturze 135—140°C uzyskuje się wysoki stopień sterylizacji z minimalnym przebiegiem reakcji brunatnienia. Sterylizacja metodą (UHT) w połączeniu z aseptycznym pakowaniem pozwala na uzyskanie produktu o dużej trwałości i minimalnych zmianach koloru, smaku i zapachu. Warunkiem niezbędnym skuteczności tego typu sterylizacji jest homogenność materiału.

Metodę (UHT) najpowszechniej stosuje się w mleczarstwie do produkcji mleka o przedłużonej trwałości, tzw. mleko UHT. Jest to sterylizowane i homogenizowane mleko pakowane w sterylnych warunkach w opakowania światłochłonne z tworzyw sztucznych trwałe w temperaturze pokojowej przez okres czterech tygodni. Systemem UHT sterylizuje się produkty płynne, oprócz mleka również soki, owocowe, wino oraz żywność zawierającą cząstki o średnicy mniejszej od 1 cm, np. odżywki dziecięce, przetwory pomidorowe, desery ryżowe.

Żywność utrwalana systemem UHT zachowuje dobrą jakość przez co najmniej 6 miesięcy, nie wymagając chłodniczego zabezpieczenia w tym czasie. Drugą ważną zaletą jest to, że warunki procesu nie są uzależnione od rozmiarów opakowań. Wreszcie proces ten charakteryzuje wysoka wydajność ze względu na pełną automatyzację i oszczędność energetyczną.

Efektem cieplnego utrwalania żywności są zmiany koloru, smaku, zapachu i konsystencji, przy czym stosowanie metod UHT pozwala na lepsze zachowanie wielu tych wskaźników, które decydują o walorach sensorycznych i odżywczych. W mniejszym stopniu ulegają zmianie barwniki, np. karoteny i betanina, które pozostają prawie niezmienione, a chlorofil i antocyjany są lepiej zachowane. Sterylizowane aseptycznie mleko, soki owocowe i warzywa zachowują swój naturalny smak. Również straty witamin są znacznie mniejsze.

Wady: wysoki koszt i złożoność urządzeń, wynikające z konieczności sterylizacji materiałów opakowaniowych, rurociągów i zbiorników, konieczność utrzymywanie powietrza i urządzeń napełniających w stanie sterylnym.

18. Zagrożenia dla bezpieczeństwa żywności mogące powstać w procesie technologicznym i współczesne podejście do ich eliminowania.

Zagrożenia dla bezpieczeństwa żywności mogą wynikać z zagrożeń:

• Mikrobiologicznych,

• O charakterze chemicznym,

• O charakterze fizycznym.

- mikrobiologiczne:

• Toksyczne rośliny i zwierzęta

• Występowanie w żywności mikroorganizmów chorobotwórczych i ich metabolitów.

• Wirusy

• Pasożyty.

- o charakterze chemicznym:

• Pozostałości pestycydów,

• Pozostałości środków myjących

• Pozostałości antybiotyków

• Pozostałości metali ciężkich

• Pozostałości niektórych dodatków

- o charakterze fizycznym:

• Pozostałości szkła,

• Fragmenty metali,

• Kawałki drewna,

• Kamienie

• Włosy,

• Papier, plastik

Czynniki wpływające na zagrożenia żywności:

-drobnoustroje występujące w produktach surowych np. Vibrio, Clostridium perfingens.

-zakażone osoby

-produkty otrzymywane z niezbyt bezpiecznych źródeł

-żywność kwaśna kontaktująca się z toksycznymi metalami

-substancje trujące jak pestycydy

-substancje dodawane do żywności w nadmiarze np. azotan sodu

- źle umyte urządzenia, sprzęty np. noże.

Inne czynniki to :

-Gotowanie żywności w niedostatecznie wysokiej temperaturze i temperaturze zbyt krótkim czasie (przeżycie drobnoustrojów).

- Zbyt małe zakwaszenie środowiska

Współczesne eliminowanie wymienionych zagrożeń opiera się na wdrażaniu przez zakłady przemysłu spożywczego

-Dobrej Praktyki Higienicznej - GHP

-Dobrej Praktyki Produkcyjnej - GMP

-Systemów zarządzania jakością żywności HACCP- Analiza Zagrożeń i Kontrola Punktów Krytycznych, Normy ISO serii 9000

-Systemu zarządzania bezpieczeństwem żywności - PN-EN ISO 22000.

19. Procesy chemiczne stosowane w produkcji żywności, cel, zasady, przykłady i możliwe zagrożenia.

Mianem procesów chemicznych określa się te procesy technologiczne, których istotą są reakcje chemiczne, wymagające zastosowania określonych substancji chemicznych i przebiegające bez udziału czynnika biologicznego. Z uwagi na wieloskładnikowy charakter surowców i produktów spożywczych ( z nielicznymi wyjątkami) i konieczność zachowania w nich naturalnych wartości odżywczych, w technologii żywności nie można w szerszym stopniu korzystać z reakcji chemicznych substancji obcych, mniej lub bardziej szkodliwych dla zdrowia. Zatem procesy chemiczne w technologii żywności ograniczają się raczej do przemian prostych, dających się łatwo kontrolować (głównie hydrolizy i neutralizacji), a bardziej złożony charakter chemiczny mają w przypadku określonych składników, których przemiany można dość dokładnie śledzić i kontrolować (np. uwodornianie tłuszczów).

Konieczność intensyfikacji produkcji nowych wartości odżywczych (w związku z gwałtownym przyrostem ludności) już obecnie mobilizuje uwagę wielu chemików do rozważania możliwości syntezy chemicznej, szczególnie w zakresie aminokwasów deficytowych, jak np. lizyny, metioniny lub cysteiny. Już w czasie I, a następnie II wojny światowej prowadzono w Niemczech na skalę przemysłową produkcję tłuszczów syntetycznych (początkowo były to estry nie gliceryny, lecz glikolu), przy czym pod względem wartości odżywczej produkty te nie zdały egzaminu.

W ostatnich latach rozwinęła się czysto chemiczna lub mikrobiologiczno-chemiczna produkcja ważniejszych aminokwasów egzogennych, szczególnie lizyny i metioniny, których cena rynkowa systematycznie spada, umożliwiając coraz szersze użycie tych aminokwasów jako uzupełniających dodatków do żywności, a zwłaszcza pasz.

Synteza chemiczna odgrywa od dawna poważną rolę w produkcji barwników, środków zapachowych, konserwantów i licznych innych substancji, znajdujących częste zastosowanie jako dodatki do żywności, w celu poprawienia lub nadania określonej barwy, smaku lub zapachu (zwłaszcza przy wyrobach cukierniczych), w celu zwiększenia trwałości (np. kwas benzoesowy), poprawy lub stabilizacji konsystencji (np. niecykliczne polifosforany albo monoglicerydy), jako przeciwutleniacze (np. butylowany hydroksytoluen, znany pod skróconą nazwą BHT) lub majace spełniać inne określone cele technologiczne (np. opóźniać czerstwienie chleba). Witaminy produkowane w drodze chemicznej (np. kwas askorbinowy, a zwłaszcza syntetyzowany metodą Kariera β-karoten) stanowią cenną pomoc w polepszaniu jakości produktów spożywczych. Wszystkie te produkty są wytwarzane przez wyspecjalizowany przemysł chemiczny, dostarczający je przemysłowi spożywczemu do użytku w charakterze surowców lub środków pomocniczych.

Celowy jest rozwój metod chemicznych, pozwalających na przetwarzanie niektórych (zwłaszcza masowo wytwarzanych przez rolnictwo w połączeniu z przemysłem spożywczym) składników w rodzaju sacharozy lub skrobi albo kwasu erukowego, zawartego w dużych ilościach w oleju rzepakowym, na produkty o nowych właściwościach, mogących mieć zastosowanie zarówno w przemyśle spożywczym, jak i w różnych gałęziach techniki, w charakterze substancji o nowych, cennych właściwościach. Istnieje (utworzony przed ok. 50 laty w Ameryce) termin chemiurgia, która przy jej ukierunkowaniu jako chemiurgia żywnościowa (czy spożywcza) byłaby odpowiednikiem rozwoju metod chemicznej technologii w przemyśle rolno-spożywczym.

Niezależnie d stopnia chemizacji technologicznych metod przemysłu spożywczego czy rolno-spożywczego, różnorodne reakcje chemiczne od dawna są wykorzystywane w pracach kontrolno-analitycznych laboratoriów przyzakładowych.

Do najbardziej typowych i dość często wykorzystywanych w przemyśle spożywczym procesów chemicznych zalicza się: hydrolizę, neutralizację, uwodornianie, reestryfikację i modyfikowanie skrobi.

Procesy chemiczne w TŻ:

• istota - reakcje chemiczne przebiegające bez udziału czynników biologicznych;

• ograniczenia TŻ:

• produkty spożywcze muszą być bezpieczne, ani substraty, ani produkty nie mogą mieć jakiegokolwiek negatywnego wpływu

• tylko określone, dobrze kontrolowane reakcje są dopuszczalne (hydroliza, zobojętnianie, uwodornianie) + produkcja dodatków do żywności: przeciwutleniacze, konserwanty, barwniki, środki zapachowe, aminokwasy

Hydroliza w przemyśle spożywczym (kataliza H⁺):

1. hydroliza węglowodanów - inwersja sacharozy, syropy skrobiowe + glukoza;

• hydroliza sacharozy glukoza + fruktoza (tzw. inwersja) - łatwa hydroliza HCl - 1M, 100 ^oC;

• cukry redukujące (maltoza, laktoza)oraz dekstryny - dużo trudniejsza hydroliza

• hydroliza skrobi mleczko krochmalowe + ∼0,2% HCl (30 - 50 min; 0,1 - 0,2 MPa; 120 - 130 ^oC)
  skrobia dekstryny + maltoza + glukoza (hydrolizat)
  następny etap - neutralizacja, odbarwienie, filtracja, zagęszczanie do ok. 83% s.m.
  daleko posunięta hydroliza skrobi prawie 100% przejścia w glukozę techniczną, po przekrystalizowaniu - lepsza jakość (USA, surowiec - kukurydza)

2. hydroliza białek - koncentraty spożywcze i hydrolizaty białkowe hydroliza wiązań peptydowych, zwykle pod zwiększonym ciśnieniem, obecność HCl (~13%) do 3 h.

Neutralizacja w przemyśle spożywczym:

• neutralizacja po produkcji syropów skrobiowych, przy rafinacji olejów roślinnych, przy produkcji hydrolizatów białkowych

• po hydrolizie kwasowej mleczka skrobiowego - dodatek sody (powstaje 0,1-0,3% HCl, ale nie przeszkadza) lub dodatek CaCO₃ (powstaje gips i CO₂)

• w procesie rafinacji oleju surowego - usuwanie WKT (+ barwniki, + substancje goryczkowe) - dodatek NaOH lub Na₂CO₃ - strącają się mydła

• po hydrolizie białek neutralizacja do pH 5,5 - 5,8 - słone produkty; jeśli H⁺ => H₂SO₄ neutralizacja CaCO₃ i usuwanie gipsu w procesie filtracji.

Uwodornianie tłuszczów:

Cel - utwardzanie i nadanie odpowiedniej konsystencji i cech smakowo-zapachowych.

Mechanizm - redukcja wiązań podwójnych wodorem.

Proces - w autoklawie, T = 180 ^oC, + H₂ (0,3 - 0,4 MPa) + 0,3% Ni egzotermiczne uwodornianie, dalej usuwanie Ni w procesie filtracji i odkwaszanie oraz odwadnianie.

Np. C₁₇H₃₃COOH → C₁₇H₃₅COOH

LJ = 90 ; tt. = 14 ^oC LJ = 0 ; tt. = 70 ^oC

W praktyce nie wszystkie wiązania podwójne ulegają uwodornieniu - w wyniku wysokiej temperatury powstają izomery trans (szkodliwe dla zdrowia, rakotwórcze).

Istnieje możliwość selektywnego uwodornienia tłuszczów,

np. katalizator Cu-Cr redukcja kwasu linolenowego.

Chemiczna modyfikacja skrobi

Chemiczna modyfikacja białek:

• bardzo ważne- nie utracić wartości odżywczych białek;

• nie tworzyć subst. toksycznych;

• nie wprowadzać subst. toksycznych.

• generalnie dotyczy modyfikacji polarności i czasem ładunku białka, w wyniku tej modyfikacji białko może ulec zwinięciu, rozwinięciu, agregacji, a także zachowanie białka w stosunku do wody i innych składników (np. lipidów) może być modyfikowane.

• najczęściej modyfikacje chemiczną białek prowadzi się w celu polepszenia ich właściwości funkcjonalnych tj. zdolności żelowania, emulgowania, tworzenia pian.

• stopień zmian właściwości funkcjonalnych zależy od rodzaju modyfikacji i jej zakresu

Zagrożenia wynikające z prowadzenia procesów chemicznych wynikają z możliwości dostania się do żywności związków toksycznych, pozostałości reagentów, uboczne produkty reakcji. Należy bardzo uważnie prowadzić te procesy i kontrolować je gdyż niewielka zmiana parametrów może prowadzić do niekorzystnych i niedopuszczalnych zmian.

20. Ogólne zasady utrwalania żywności, cel, podział metod i mechanizmy.

Utrwalanie (konserwowanie) żywności jest podstawowym zadaniem wielu gałęzi przemysłu spożywczego. Podstawowym celem utrwalania żywności jest utrzymanie żywności w stanie możliwie nie zmienionym pod względem cech: fizycznych (struktura, smak, zapach), biologicznych (zachowanie wartości odżywczej) oraz higienicznych.

W odniesieniu do nietrwałych surowców pochodzenia roślinnego i zwierzęcego w/w cel może być osiągnięty przez spełnienie następujących warunków:

1. wstrzymane zostaną lub bardzo zwolnione procesy biochemiczne, zwłaszcza oddychanie,

2. wstrzymane lub bardzo ograniczone zostanie działanie drobnoustrojów w obrębie danego środka żywnościowego, tj. nastąpi zniszczenie lub usunięcie drobnoustrojów z zabezpieczeniem przed infekcją,

3. wstrzymane lub bardzo zwolnione zostaną procesy chemiczne, a zwłaszcza utlenianie, autooksydacja, degradacja witamin itp.,

4. wyeliminuje się przypadkowe skażenie żywności drobnoustrojami chorobotwórczymi, szkodliwymi pasożytami itp.

O skutecznym utrwalaniu żywności decydują zatem trzy główne procesy: biochemiczny, mikrobiologiczny i chemiczny. Wszystkie te procesy zależą od temperatury i związane są z danym środowiskiem żywnościowym, w którym zawarte są określone składniki odżywcze oraz woda. W praktyce przemysłowej okazało się, że najistotniejszym czynnikiem powodującym istotne straty i warunkującym skuteczne utrwalanie żywności jest czynnik mikrobiologiczny. Wyeliminowanie działalności drobnoustrojów przez stosowanie określonych metod utrwalania skutecznie hamuje procesy biochemiczne. Przebieg zaś reakcji chemicznych zależy od metod utrwalania żywności oraz temperatury i warunków składowania utrwalonych produktów.

Zatem sposoby utrwalania żywności można rozpatrywać z punktu widzenia udziału drobnoustrojów w niepożądanym kierunku oddziaływania na żywność, która jest ich środowiskiem bytowania. Z tego względu metody utrwalania żywności można podzielić na trzy rodzaje:

1. metody związane z osłabieniem lub uniemożliwieniem rozwoju drobnoustrojów przez wpływ na ich środowisko bytowania,

2. metody związane ze zniszczeniem drobnoustrojów w środowisku,

3. metody związane z usunięciem drobnoustrojów ze środowiska.

Ad. 1 - Zahamowanie rozwoju drobnoustrojów

Do tej grupy zalicza się metody utrwalania żywności polegające na zahamowaniu rozwoju drobnoustrojów przez:

• obniżenie temperatury np. składowanie chłodnicze i zamrażalnictwo,

• zwiększenie ciśnienia osmotycznego np. zatężanie, słodzenie, solenie,

• zwiększenie aktywności jonów wodorowych np. zakwaszanie, kiszenie, wysycanie dwutlenkiem węgla (gazowanie).

Zakwaszanie polega na utrwalaniu produktów np. za pomocą kwasu octowego (produkcja marynat). Wartość pH marynowanych roztworów wynosi około 2,5. Wobec takiej wartości pH zostaje wstrzymany rozwój drożdży i bakterii.

Kwaszenie polega na fermentacyjnym wytworzeniu kwasu mlekowego w surowcach, zwłaszcza roślinnych głównie w warzywach jak kapusta i ogórki o udziale około 1,5%, co prowadzi do obniżenia pH środowiska do pH 3,5—4.

Ad. 2 - Zniszczenie drobnoustrojów

Zabicie drobnoustrojów następuje:

• metodami termicznymi w rodzaju pasteryzacji i sterylizacji,

• metodami chemicznymi przez stosowanie chemicznych środków konserwujących oraz

• metodami fizycznymi przez działanie promieniami jonizującymi.

Do chemicznych środków konserwujących zalicza się takie indywidualne substancje chemiczne, które wywołują efekt destrukcyjny na drobnoustroje w dawkach mniejszych niż 0,2%. Środki konserwujące wywołują destrukcyjne zmiany w ścianie i błonie komórkowej drobnoustrojów, powodując plazmolizę lub denaturację białek.

Ad. 3 - Usuwanie drobnoustrojów

Metody związane z usuwaniem drobnoustrojów z żywności polegają na ich mechanicznym oddzieleniu za pomocą filtrowania lub wirowania w ciekłych produktach żywnościowych.

Filtracja tzw. abakteryjna jest poprzedzana przez procesy klarowania i prefiltrację, tj. filtrację wstępną zwykle w celu zmniejszenia obciążenia filtru głównego.

Metody ultrafiltracji stosuje się do wyjaławiania moszczów i w fermentacji.

W przemyśle mleczarskim stosuje się niekiedy metodę ultra wirowania do oddzielenia drobnoustrojów z mleka przeznaczonego do wyrobu serów twardych. W ultrawirówkach można usunąć ponad 99,5% drobnoustrojów.

---