2010 02 12 - skrypt OTZ dzienne

PIS TREŚCI

12 luty 2010

PRZEPISY BHP ................................................................................................................................. 4

REGULAMIN OBOWIĄZUJĄCY NA ĆWICZENIACH Z OGÓLNEJ TECHNOLOGII

śYWNOŚCI ................................................................................................................................. 6

REAKCJE MAILLARDA .......................................................................................................... 6

1.1 WPROWADZENIE…………………………………………………………………..........6

1.2.

YKONANIE OZNACZENIA

................................................................................................. 132

1.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

.............................................................................................. 143

1.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

........................................................................................................ 143

EKSTRAKCJA W PRZEMYŚLE SPOśYWCZYM ........................................................... 154

2.1.

PROWADZENIE

................................................................................................................ 154

2.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

...................................................................................................... 18

2.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

................................................................................................ 18

2.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

.......................................................................................................... 19

WARUNKI POWSTAWANIA śELU PEKTYNOWEGO ................................................... 20

3.1.

PROWADZENIE

.................................................................................................................. 20

3.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

...................................................................................................... 24

3.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

.............................................................................................. 254

ZAGĘSZCZANIE ROZTWORÓW W TECHNOLOGII śYWNOŚCI ............................ 265

4.1.

PROWADZENIE

................................................................................................................ 265

4.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

.................................................................................................... 343

4.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

.............................................................................................. 354

4.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

........................................................................................................ 354

ROZMRAśANIE śYWNOŚCI ................................................................................................ 35

5.1.

PROWADZENIE

.................................................................................................................. 35

5.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

...................................................................................................... 40

5.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

................................................................................................ 40

5.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

.......................................................................................................... 41

SUSZENIE PRODUKTÓW SPOśYWCZYCH ..................................................................... 42

6.1.

PROWADZENIE

.................................................................................................................. 42

6.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

...................................................................................................... 50

6.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

................................................................................................ 52

6.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

.......................................................................................................... 52

MIKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII śYWNOŚCI ..................... 53

7.1.

PROWADZENIE

.................................................................................................................. 53

7.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

...................................................................................................... 62

7.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

................................................................................................ 63

WODA W PRZEMYŚLE SPOśYWCZYM ........................................................................... 64

8.1.

PROWADZENIE

.................................................................................................................. 64

8.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

...................................................................................................... 78

8.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

................................................................................................ 80

8.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

.......................................................................................................... 80

UTRWALANIE śYWNOŚCI PRZEZ ZAKWASZENIE ..................................................... 81

9.1.

PROWADZENIE

.................................................................................................................. 81

9.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

...................................................................................................... 89

9.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

................................................................................................ 94

9.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

.......................................................................................................... 94

10.

EMULSJE ................................................................................................................................... 95

10.1.

WPROWADZENIE

................................................................................................................... 95

PRZEPISY BHP

12 luty 2010

PRZEPISY BHP

1. Do laboratorium przychodzimy bez płaszczy (kurtek), duŜych plecaków, toreb itp., które

zostawiamy w szatni.

2. Osoby przebywające na sali ćwiczeń obowiązuje bezwzględny nakaz stałego uŜywania

fartuchów ochronnych (zapiętych!)

3. Zabrania się spoŜywania posiłków i picia napojów w laboratorium.

4. Podczas ćwiczeń zachowujemy ostroŜność. Chaotyczne i bezmyślne wykonywanie

poszczególnych operacji oraz niedostateczna ich znajomość prowadzi najczęściej do
nieszczęśliwych wypadków.

5. Wszelkie urządzenia włączamy/wyłączamy jedynie za zgodą prowadzącego.

6. Przyjmujemy zasadę, Ŝe Ŝadnych substancji w laboratorium nie badamy na smak.

7. Powonieniem badamy tylko substancje wskazane przez prowadzącego. Nie nachylamy się

nigdy bezpośrednio nad naczyniem i nie wdychamy głęboko par substancji, lecz tylko pary
danej substancji kierujemy dłonią w stronę twarzy.

8. Przy ogrzewaniu i przelewaniu cieczy nie nachylamy się nad nimi, poniewaŜ mogą wyprysnąć i

trafić do oka lub poparzyć twarz.

9. Przy pracy z substancjami, które mogą ulec rozpryskiwaniu lub wybuchowi stosujemy zawsze

okulary ochronne.

10. Ogrzewanie cieczy w probówkach wykonujemy w ten sposób, Ŝe wylot probówki skierowujemy

tak, aby ciecz przy ewentualnym wypryśnięciu nie oblała nikogo znajdującego się w
laboratorium.

11. Przy przenoszeniu naczyń i przedmiotów gorących bierzemy je w rękę poprzez ściereczkę lub

za pomocą szczypiec.

12. Podczas przelewania cieczy Ŝrących i przesypywania substancji Ŝrących nakładamy ochronne

rękawice i okulary. Odczynników umieszczonych pod digestorium nie wolno wynosić poza jego
obręb bez wyraźnej zgody prowadzącego ćwiczenia.

13. Prace z substancjami o nieprzyjemnym zapachu oraz wydzielającymi szkodliwe dla zdrowia

pary wykonujemy zawsze pod włączonym wyciągiem (pod digestorium).

14. Gdy mimo zachowania ostroŜności dojdzie do kontaktu z substancją niebezpieczną (kontakt z

oczami, skórą, przy spoŜyciu lub wdychaniu) neutralizujemy jej działanie zgodnie z
wytycznymi

umieszczonymi

karcie

charakterystyki

substancji

chemicznej.

O zaistniałym zdarzeniu zawsze w pierwszej kolejności informujemy prowadzącego ćwiczenia.

15. Substancji niebezpiecznych (np. rozpuszczalników organicznych) nie wylewamy do kanalizacji

bez zgody prowadzącego.

16. W przypadku skaleczenia się szkłem lub innym ostrym narzędziem ranę przemywamy 3% wodą

utlenioną i owijamy sterylnym bandaŜem. Przy powaŜniejszych skaleczeniach przystępujemy
przede wszystkim do zatamowania krwotoku. W tym celu wykonujemy ucisk powyŜej
skaleczenia przy krwotoku tętniczym, a poniŜej przy Ŝylnym. Po załoŜeniu ucisku naleŜy udać
się jak najszybciej do lekarza.

17. W przypadku powstania poŜaru w laboratorium gasimy ogień odpowiednim środkiem

gaśniczym.

18. Po zakończeniu ćwiczeń student zobowiązany jest uporządkować stanowisko pracy i

doprowadzić je do stanu uniemoŜliwiającego wystąpienie zagroŜeń.

19. W przypadku wystąpienia wątpliwości lub zauwaŜonych nieprawidłowości (np. w działaniu

urządzeń) - naleŜy natychmiast zwrócić się z zapytaniem do osoby prowadzącej ćwiczenia.

REAKCJE MAILLARDA

REGULAMIN OBOWIĄZUJĄCY NA ĆWICZENIACH

Z OGÓLNEJ TECHNOLOGII śYWNOŚCI

Na ćwiczenia:

- przychodzimy punktualnie
- obowiązuje fartuch (zapięty!)
- warunkiem dopuszczenia do wykonywania ćwiczeń jest teoretyczna znajomość materiału

ćwiczeniowego

- obowiązuje posiadanie własnej kopii wykonywanego ćwiczenia
- ćwiczenia wykonywane są w stałych zespołach 2-3 osobowych
- stłuczone kolbki, pipety, zlewki, cylindry, biurety i inny zepsuty, uszkodzony sprzęt zgłaszamy

prowadzącemu ćwiczenia, a następnie zapisujemy w odpowiednim zeszycie

- po kaŜdym z wykonanych ćwiczeń naleŜy oddać sprawozdanie z przebiegu ćwiczenia (wzór

sprawozdania zamieszczono w załączniku 1 na stronie 128)

- w przypadku nie oddania sprawozdania w dniu wykonania ćwiczenia, naleŜy otrzymane wyniki

przedstawić na piśmie prowadzącemu w celu uzyskania parafki.

- sprawozdanie z wykonywanego ćwiczenia przynosimy najpóźniej na następne ćwiczenia (z

dołączonymi parafowanymi w dniu wykonania ćwiczenia wynikami)

Kolokwia:

- kolokwium będzie składać się z pytania/pytań teoretycznych związanych z wykonywanymi

ćwiczeniami, zadań rachunkowych (formę kolokwium ustala prowadzący!)

- pierwsze kolokwium odbędzie się po przeprowadzeniu połowy ćwiczeń, drugie kolokwium

zaplanowane jest po ukończeniu pozostałych ćwiczeń.

- za odpowiedzi na pytania pisane nieczytelnie jak i nie na temat będzie przyznawane 0 punktów
- nieusprawiedliwiona nieobecność na zajęciach pociąga za sobą wystawienie oceny 2,0 z kolokwium
- niezaliczoną teorię naleŜy zaliczyć „ustnie” na następnych zajęciach lub w terminie ustalonym

wspólnie z prowadzącym

Ocena końcowa:

- posiadanie nieusprawiedliwionych lub więcej niŜ 2 usprawiedliwione nieobecności jest podstawą do

niezaliczenia ćwiczeń

- niezaliczenie więcej niŜ 2 ćwiczeń (niezaliczone sprawozdania) jest podstawą do niezaliczenia

ćwiczeń (nie ma moŜliwości odrabiania ćwiczeń praktycznych!)

- ocena końcowa będzie średnią ze wszystkich ocen uzyskanych z teorii, zadań rachunkowych w

przebiegu ćwiczeń

- jeŜeli wspomniana średnia będzie mniejsza niŜ 3,0 wówczas moŜliwe będzie poprawienie tej oceny

pod koniec semestru

- na ocenę końcową wpływać będzie równieŜ postawa studenta na ćwiczeniach (m.in. ilość spóźnień,

terminowe oddawanie sprawozdań, odpowiednia postawa i zaangaŜowanie w prace)

EAKCJE

AILLARDA

12 luty 2010

REAKCJE MAILLARDA

1.1.

PROWADZANIE

Reakcje Maillarda (lub reakcja Maillarda) zwane są równieŜ ciemnieniem nieenzymatycznym

albo  reakcjami  melanoidynowymi.  Jest  to  szereg  złoŜonych  reakcji  chemicznych,  jakim  podlegają
róŜne produkty pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, prowadzących do wytworzenia się ciemnego
zabarwienia  produktu  (grec.  melanos  -  czarny).  Po  raz  pierwszy  reakcje  te  były  badane  przez
Maillarda  (1912  r.)  przy  uŜyciu  mieszanin  cukru  redukującego  i  aminokwasu,  i  stąd  noszą  jego
imię.  Charakter  reagującego  cukru  prostego,  jego  budowa,  struktura  przestrzenna,  a  przede
wszystkim czynniki sprzyjające przesunięciu się równowagi w kierunku formy acyklicznej z wolną
grupą  karbonylową  (podwyŜszone  pH  roztworu,  podwyŜszona  temperatura,  znaczne  stęŜenie
substratów)  sprzyjają  reakcji  Maillarda,  a  takŜe  decydują  o  jej  przebiegu  i  produktach  końcowych
(melanoidynach).  Zgodnie  z  sugestią  Kostyczewa  i  Brillianta  (1920  r.)  reakcje  te  mogą  zachodzić
czasami w Ŝywej komórce.

RóŜne aldehydy i ketony, w tym cukry redukujące, kondensują łatwo z aminokwasami,

aminami, peptydami, czy teŜ z białkami, tworząc tzw. zasady Schiffa, a następnie W-podstawione
glikozyloaminy.

W przypadku prostej mieszaniny glukozy i glicyny moŜna odtworzyć początkowe stadia reakcji

Maillarda.

Glukoza reaguje za pomocą swojej grupy aldehydowej z grupą aminową glicyny, tworząc

glukozyloglicynę:

W czasie tej kondensacji wydziela się cząsteczka wody, dlatego reakcja zachodzi lepiej w

środowisku o małej zawartości wody. Produkt reakcji jest bezbarwny. Pentozy reagują szybciej niŜ
heksozy,  a  monosacharydy  są  aktywniejsze  niŜ  redukujące  disacharydy.  Brak  wolnej  grupy
hydroksylowej pólacetalu jest przyczyną, Ŝe cukry nieredukujące nie reagują, stąd np. sacharoza tak
długo  nie  wchodzi  w  ciąg  reakcji  ciemnienia  nieenzymatycznego,  jak  długo  nie  zostanie
zhydrolizowana  do  glukozy  i  fruktozy.  Kwasy  uronowe  i  estry  fosforanowe  cukrowców  reagują
łatwiej  niŜ  odpowiadające  im  cukry  wolne.  Im  dalej  od  grupy  karboksylowej  połoŜona  jest  grupa
aminowa,  tym  szybciej  reaguje  aminokwas,  przy  czym  aminokwasy  zasadowe  są  bardziej
reaktywne niŜ kwaśne. DuŜa reaktywność lizyny jest przyczyną powaŜnych strat tego egzogennego
aminokwasu w Ŝywności.

Drugą reakcją jest przegrupowanie Amadori, które prowadzi do wytworzenia się

fruktozoglicyny, będącej chemicznie 1-amino-l-deoksyfruktozą:

REAKCJE MAILLARDA

maleje  stęŜenie  substratów,  hamując  szybkość  ciemnienia.  Efekt  zmniejszającej  się  szybkości
ciemnienia  przy  małych  zawartościach  wody  trudno  wytłumaczyć  wyłącznie  zmniejszoną  dyfuzją
substratów.  W  pewnych  stadiach  reakcji  Maillarda  ma  bowiem  miejsce  wydzielanie  się  wody,
zatem  jej  usuwanie  powinno  sprzyjać  reakcji.  Z  rozkładu  jednego  mola  cukru  podczas  reakcji
dehydratyzacji tworzy się ponad 3,5 mola wody w róŜnych fazach ciemnienia nieenzymatycznego,
działając  jako  inhibitor  reakcji.  Obecność  tlenu  nie  wpływa  zasadniczo  na  szybkość  procesu
ciemnienia  nieenzymatycznego.  JednakŜe  w  niektórych  przypadkach  moŜna  wykazać  zwiększoną
szybkość ciemnienia w obecności tlenu, podczas gdy w innych przypadkach działa on jak inhibitor.
Niewątpliwie tlen sprzyja reakcji ciemnienia spowodowanej rozkładem kwasu askorbinowego.

Fosforany, kwasy karboksylowe i ich sole zwiększają zarówno szybkość ciemnienia, jak teŜ

intensywność  końcowej  barwy  roztworu.  Miedź  przyspiesza  ciemnienie  jedynie  w  przypadku
obecności  kwasu  askorbinowego.  Cyna  wydaje  się  opóźniać  ciemnienie  soków  owocowych
prawdopodobnie  z  uwagi  na  wytwarzanie  środowiska  redukującego.  JednakŜe  najlepszym
inhibitorem,  w  praktyce  przemysłowej,  jest  dwutlenek  siarki  lub  siarczyny.  Inhibicja  procesu
zachodzi w stadium tworzenia się 3-deoksyozuloz, a takŜe nienasyconych ozuloz.

W pierwszym przypadku siarczyn łączy się z deoksyozulozą w sposób odwracalny, opóźniając

reakcje ciemnienia. W drugim przypadku powstaje nieodwracalny produkt addycji trwały tak długo,
jak długo siarczyn nie zostanie utleniony. Ponadto SO

wykazuje właściwości redukujące, co jest

szczególnie waŜne w przypadku ciemnienia wywołanego rozkładem kwasu askorbinowego:

Reakcje Maillarda w procesach przetwarzania i składowania Ŝywności

Reakcje Maillarda towarzyszą wielu procesom technologicznym w przemyśle Ŝywnościowym.

Często  mają  one  dodatni  wpływ  na  produkt  wskutek  wytwarzania  tzw.  aromatów  wtórnych  oraz
nadawania  produktom  odpowiedniej  barwy.  Reakcjom  tym  przypisuje  się  polepszenie  cech
sensorycznych  podczas  wypieku  chleba,  czy  przyrządzania  tostów,  praŜenia  ziarna  kawowego  i
orzechów ziemnych, wyrobu płatków śniadaniowych kukurydzianych lub innych, biszkoptów, przy
obróbce  termicznej  ziarna  kakaowego  i  herbaty,  przygotowywaniu  słodów  w  browarnictwie,
wyrobie  whisky  i  wielu  innych.  Z  niepoŜądanych  skutków  ciemnienia  nieenzymatycznego  naleŜy
wymienić  spadek  wartości  odŜywczej  takich  przetworów,  jak  soki  owocowe  (straty  witaminy  C),
wiązanie  deficytowej  lizyny  w  produktach  zboŜowych,  podczas  smaŜenia  lub  pieczenia  mięsa  itp.
W takich przypadkach zapobieganie ciemnieniu wysuwa się na pierwszy plan.

Najlepszym sposobem zapobiegania ciemnieniu wydaje się schładzanie Ŝywności czy teŜ jej

zamraŜanie. Gdy w grę wchodzi kondensacja cukrów z białkami lub aminokwasami, obniŜenie pH
sprzyja spowolnieniu procesu ciemnienia. W przypadku soków owocowych, w których ciemnieniu
uczestniczy kwas askorbinowy, obniŜenie pH nie jest celowe, gdyŜ stymuluje ono ciemnienie. Tak,

EAKCJE

AILLARDA

12 luty 2010

więc soki pomarańczowe (pH = 3,4) ciemnieją znacznie wolniej niŜ soki grapefruitowe (pH = 2,9)
czy cytrynowe (pH = 2,15). Z tego teŜ powodu soki grapefruitowe i cytrynowe zatęŜa się w
stosunku 4:1, podczas gdy soki pomarańczowe mogą być zatęŜane w stosunku 6:1.

JeŜeli cukier redukujący stanowi nieistotny składnik artykułu (np. jaja, mięso), to utlenienie

grupy aldehydowej zapobiega skutecznie reakcji Maillarda. Bardzo efektywnie działa dodatek
oksydazy glukozowej i katalazy, dzięki którym powstają produkty nieszkodliwe dla zdrowia (kwas
glukonowy, woda i tlen), a środowisko zostaje pozbawione grup aldehydowych.

Zastąpienie glukozy nieredukującą sacharozą, czy mniej aktywną fruktozą, jest równieŜ

efektywnym sposobem zahamowania czy opóźnienia reakcji Maillarda. W tym przypadku jednak
dalsza obróbka technologiczna nie powinna prowadzić do hydrolizy sacharozy.

Ciemnienie soków cytrusowych łączy się ściśle z obecnością powietrza (tlenu). W

doświadczenia Joslyna i in. obserwowano prostą zaleŜność między ciemnieniem a ubytkiem kwasu
askorbinowego. Natomiast w warunkach beztlenowych soki nie ciemniały nawet po upływie
jednego roku. Z kolei soki malinowe, truskawkowe i porzeczkowe ciemniały bardzo szybko mimo
dokładnej deaeracji. Wynika z tego, Ŝe ten problem jest bardzo złoŜony i nie moŜe być wyjaśniony
jednoznacznie.

Ciemnienie suszonych owoców, koncentratów owocowych zwykle łączy się z wydzielaniem

dwutlenku  węgla.  MoŜna  obserwować  pojawianie  się  wybrzuszeń  na  całkowicie  sterylnych
konserwach  koncentratów  pomarańczowych  podczas  długotrwałego  przechowywania.  Istnieje
bezpośredni  związek  wydzielającego  się  CO

z ciemnieniem koncentratów. Równocześnie ma

miejsce rozkład kwasu askorbinowego. Natomiast dwutlenek siarki powstrzymuje wydzielanie się
CO

i w takim samym stopniu hamuje ciemnienie.

Znacznie trudniej jest wykazać wpływ cukrów redukujących na szybkość ciemnienia soków

owocowych. Przyczyna tkwi w zbyt duŜym stęŜeniu cukrów, maskujących ewentualne straty, jakie
moŜna by wykazać analitycznie.

Trzeba, bowiem pamiętać, Ŝe wystąpienie reakcji Maillarda, nawet w małym stopniu, pociąga

za  sobą  znaczne  ściemnienie  produktu  z  uwagi  na  intensywną  barwę  tworzących  się  melanoidyn.
Tym  moŜna  wytłumaczyć  niepowodzenie  doświadczenia  Joslyna  i  Marsna,  którzy  badali  wpływ
usunięcia  cukrów  przez  fermentacje  na  szybkość  ciemnienia  soków  pomarańczowych.  Zarówno
sfermentowane,  jak  i  niesfermentowane  soki  ciemniały  w  tym  samym  stopniu.  Podobne
doświadczenie  przeprowadzili  Stadtman  i  in.  na  syropach  morelowych  wykazując,  Ŝe  usunięcie
cukrów przez fermentację spowodowało zmniejszenie się intensywności ciemnienia o około połowę
w  porównaniu  z  próbkami  nieodfermentowanymi.  Dodatek  fruktozy  i  glukozy  przywrócił
ciemnienie  sfermentowanych  syropów  do  wartości  próbek  nieodfermentowanych.  Doświadczenie
to  wykazało,  Ŝe  część  reakcji  ciemnienia  była  spowodowana  innymi  czynnikami  niŜ  cukry
redukujące.

Znaczne trudności analityczne napotyka się podczas analizy frakcji azotowych soków

owocowych, suszonych owoców itp. w celu wykazania ich udziału w ciemnieniu
nieenzymatycznym. Trudne są równieŜ do interpretacji wyniki badań ź dodanymi ilościami róŜnych
związków azotowych do soków. Do ciekawych wniosków prowadzi analiza tabeli:

Czas o

Czas ogrzewania

[h]

Barwa

roztworu
jednostki

umowne

Składniki soku pomidorowego

cukry

ogółem

azot

całkowity

azot

aminowy

koloidy

3,33

0,095

0,050

0,295

3,01

0,088

0,032

92,1

2,88

0,080

0,025

0,612

65,7

2,83

0,070

0,025

0,425

wytraca się

osad

EAKCJE

AILLARDA

12 luty 2010

1.2.

YKONANIE OZNACZENIA

Celem ćwiczenia jest określenie wpływu pH i rodzaju cukrów na nieenzymatyczne ciemnienie

produktów i ich enolizację.

Wykonanie ćwiczenia.

1. NaleŜy przygotować 3 kolbki stoŜkowe na 100 mL, a następnie do kolbek odwaŜyć

odpowiednio: do pierwszej 5 g fruktozy, do drugiej 5 g sacharozy i do trzeciej 5 g glicyny.
Kolbki naleŜy jednoznacznie i wyraźnie podpisać. NawaŜki w kaŜdej kolbce naleŜy rozpuścić w
objętości 50 mL wody destylowanej aŜ do uzyskania roztworów rzeczywistych.

2. NaleŜy przygotować 25 probówek w statywach. Probówki naleŜy podpisać według planu

doświadczenia tak samo jak opisano próbki w poniŜszych tabelach. W przypadku pojedyńczych
składników (fruktozy, sacharozy i glicyny, Tab. 1) w kaŜdej probówce będzie znajdowało się 8
mL odpowiedniego buforu i 2 mL odpowiedniego roztworu (pierwsza tabelka), zaś w
przypadku roztworu cukru i aminokwasu (Tab. 2) w kaŜdej probówce będzie znajdowało się 6
mL odpowiedniego buforu, 2 mL roztworu cukru i 2 mL roztworu glicyny (Tab.2).

Tab. 1 Roztwory 1-składnikowe.

Dodaj 2mL

roztworu:

Do probówki dodaj 8 mL buforu o pH:

fruktozy

B2 F

B4 F

B6F

B8 F

B10 F

sacharozy

B2 S

B4 S

B6 S

B8S

B10 S

glicyny

B2 G

B4 G

B6 G

B8 G

B10 G

Tab. 2. Roztwory zawierające cukier i aminokwas.

Dodaj:

Do probówki dodaj 6 mL buforu o pH:

2mL r-ru fruktozy

2mL r-ru glicyny

B2 F G

B4 F G

B6 F G

B8 F G

B10 F G

2mL r-ru sacharozy

2mL r-ru glicyny

B2 S G

B4 S G

B6 S G

B8 S G

B10 S G

3. Statywy z probówkami (25 sztuk) naleŜy zakorkować korkami aluminiowymi lub z waty,

umieścić w autoklawie nagrzanym do temp 135°C (0,75 at) i autoklawować przez 30 minut.
Uwaga! Autoklaw obsługuje wyłącznie osoba prowadząca ćwiczenie.

4. Po tym czasie zredukować ciśnienie w autoklawie, wyjąć próbki i ochłodzić wstawiając je do

naczynia z wodą.

5. NaleŜy ocenić aromat poszczególnych próbek- ocena organoleptyczna (wykonać w formie

opisowej- tabelka).

6. NaleŜy zmierzyć ekstynkcję kaŜdej z próbek wobec wody destylowanej. (sporządzić tabelę z

ekstynkcjami).

7. Proszę zanotować wyniki i wykreślić zaleŜność pomiędzy ekstynkcją a wartościami pH (wykres-

ekstynkcja odłoŜona na osi y, wartość pH uŜytych buforów- na osi x).

REAKCJE MAILLARDA

1.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

Wyniki oznaczeń umieścić w sprawozdaniu w formie oddzielnych punktów z tabelkami,

wykresem  i  opisową  charakterystyką  próbek)  i  przedłoŜyć  osobie  prowadzącej  ćwiczenia  w  celu
sprawdzenia  (wzór,  załącznik  1  na  stronie  121).  NaleŜy  takŜe  zaznaczyć  wszelkie  odstępstwa  od
metod podanych w opracowaniu ćwiczeń. Na końcu sprawozdania z ćwiczeń naleŜy podać wnioski
w formie zwięzłych punktów.

1.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

Aparatura i odczynniki:

•

autoklaw

•

pH metr laboratoryjny

•

spektrofotometr „Spekol"

•

waga analityczna

•

kolby stoŜkowe o poj. 100 cm

5 sztuk

•

pipeta l cm

•

probówki

20 sztuk

•

metalowy statyw do probówek

•

łyŜeczka wagowa

1 sztuka

•

cylinder miarowy o poj. 100 cm

2 sztuki

•

glukoza

•

fruktoza

•

sacharoza

•

galaktoza

•

glicyna (kwas aminooctowy)-0,1 n roztwór HCL

•

-0,1 n roztwór NaOH

KSTRAKCJA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

EKSTRAKCJA W PRZEMYŚLE SPOśYWCZYM

2.1.

PROWADZENIE

Ekstrakcja polega na częściowym lub całkowitym rozdzieleniu mieszaniny stałej lub ciekłej

przy uŜyciu rozpuszczalnika, w którym składniki mieszaniny mają niejednakową rozpuszczalność.
W  wyniku  ekstrakcji  otrzymuje  się  ekstrakt,  czyli  roztwór  składnika  w  rozpuszczalniku,  oraz
rafinat,  czyli  pozostałość  pozbawioną  znacznej  ilości  składnika  rozpuszczonego.  Ekstrakt  i  rafinat
tworzą  w  rozpuszczalniku  dwie  odrębne  fazy,  w  związku  z  czym  mogą  być  oddzielone  pod
działaniem  sił  cięŜkości  lub  bezwładności.  Fazę  rozpuszczalnika  poddaje  się  następnie  destylacji
lub  rektyfikacji,  otrzymując  prawie  czysty  ekstrakt  składników  i  odzyskując  znaczną  część
rozpuszczalnika  uŜytego  do  ekstrakcji.  Rafinat  po  oddestylowaniu  z  niego  rozpuszczalnika  jest
poddawany suszeniu i wykorzystywany jako produkt uboczny.

W zaleŜności od stanu skupienia rozróŜnia się ekstrakcję w układzie ciecz-ciecz i ekstrakcję w

układzie ciało stałe-ciecz. W przemyśle spoŜywczym ciałem stałym jest materiał biologiczny
charakteryzujący się budową tkankową, w związku z czym w procesie ekstrakcji zjawisku dyfuzji
towarzyszą równieŜ zjawiska osmozy i dializy.

W technologii Ŝywności podstawowe znaczenie ma ekstrakcja w układzie ciało stałe-ciecz.

Przykładem tego rodzaju ekstrakcji jest wydzielanie cukru z buraków cukrowych, tłuszczu z nasion
roślin oleistych oraz białek z surowców zwierzęcych i roślinnych. W procesach przetwarzania
ekstrakcja typu ciało stałe-ciecz odgrywa waŜną rolę w produkcji koncentratów witaminowych i
mięsnych, napojów alkoholowych, np. wina, piwa, wódek gatunkowych, oraz uŜywek, np. ekstrakty
kawy i herbaty.

Ekstrakcja w układzie ciecz-ciecz jest stosowana w produkcji alkoholu, wina, olejów i do

wydzielania produktów fermentacji. W procesie ekstrakcji w układzie ciecz-ciecz wykorzystuje się
selektywność rozpuszczalnika i zjawisko niecałkowitego rozpuszczania się w sobie obydwu cieczy,
które tworzą wówczas dwie fazy ciekłe.

Selektywność rozpuszczalnika oznacza zdolność niejednakowo intensywnego rozpuszczania

składników mieszaniny ciekłej lub stałej. Selektywność zaleŜy od budowy chemicznej substancji
tworzących dany układ ekstrakcyjny i od temperatury. Selektywność maleje z reguły ze wzrostem
temperatury. Rozpuszczalniki o budowie polarnej stosuje się do ekstrakcji składników polarnych, a
rozpuszczalniki niepolarne do ekstrakcji składników niepolarnych.

Dyfuzja jest zjawiskiem w wyniku którego ustala się równowaga rozkładu stęŜenia elementów

układu wskutek ich bezładnej wędrówki i wynika z ruchu cieplnego elementów układu (atomów,
cząsteczek, cząsteczek makroskopowych), zawieszonych w gazie lub w cieczy.
Prędkość dyfuzji określa pierwsze prawo Ficka, wyraŜone wzorem:

gdzie:

dm/dt - prędkość przenoszenia substancji (kmol/h),
D - współczynnik dyfuzji (m

/h),

S - powierzchnia prostopadła do kierunku x (m

dc/dx - gradient stęŜenia c (kmol/m

), w kierunku x (m).

Znak minus wskazuje, Ŝe przenoszenie elementów układu zachodzi w kierunku od większego

do mniejszego stęŜenia.

W technologii Ŝywności dyfuzja jest wykorzystywana do rozdziału składników Ŝywności

metodami ekstrakcji, destylacji, sorpcji, odwadniania i membranowymi.

KSTRAKCJA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

Ruch składnika rozpuszczonego zachodzi z jednej fazy do drugiej wskutek róŜnicy stęŜeń do

momentu  ustalenia  równowagi.  Stan  równowagi  w  układach  fazowych  określa  prawo  podziału
Nernsta, które brzmi: substancja rozpuszczalna w dwóch cieczach nie mieszających się ze sobą, w
stanie  równowagi  dzieli  się  miedzy  nimi  w  stałym  stosunku,  określanym  współczynnikiem
podziału.

Wartość współczynnika podziału wyraŜa się wzorem:

gdzie:

c - stęŜenie składnika w ekstrakcie (kmol/m

- stęŜenie składnika w rafinacie (kmol/m

Teoretycznie wartość współczynnika podziału w danym układzie rozpuszczalników jest

wielkością stałą w stałej temperaturze i nie zaleŜy od stęŜenia tego składnika jak równieŜ od
obecności innych substancji. W rzeczywistości stwierdza się odstępstwa od tej zasady. Przyczyną
zmiany

wartości

współczynnika

podziału

jest

częściowa

wzajemna

rozpuszczalność

rozpuszczalników  polarnych  i  niepolarnych  oraz  zmiany  prędkości  rozpuszczania,  zachodzące
wskutek  solwatacji,  asocjacji,  dysocjacji,  reakcji  kompleksowania  i  reakcji  z  rozpuszczalnikiem
składnika  rozpuszczonego.  W  roztworach  elektrolitów  współczynnik  podziału  zaleŜy  równieŜ  od
stałej  dysocjacji  i  pH.  Współczynnik  podziału  jest,  podobnie  jak  selektywność  rozpuszczalnika,
kryterium  skuteczności  rozdziału  składników.  Pomiędzy  selektywnością  a  współczynnikiem
podziału istnieje zaleŜność wyraŜona wzorem:

gdzie:

β - współczynnik selektywności.
KB - współczynnik podziału składnika 3 mieszaniny w danym rozpuszczalniku,
kA - współczynnik podziału składnika A mieszaniny w danym rozpuszczalniku.

Współczynnik selektywności informuje o stopniu trudności w przebiegu ekstrakcji. Ekstrakcja

jest  niemoŜliwa  do  przeprowadzenia,  ze  względu  na  brak  selektywności  rozpuszczalnika,  jeŜeli
β=1. Ekstrakcja rozpuszczalnikiem o współczynniku selektywności większym od jedności zachodzi
łatwo.  Gdy  wartość  współczynnika  selektywności  jest  zbliŜona  do  jedności,  proces  ekstrakcji  jest
utrudniony  i  wymaga  zastosowania  ekstrakcji  frakcjonowanej,  tj.  przy  uŜyciu  kilku
rozpuszczalników w kolejności zwiększającej się selektywności.

Rozpuszczalniki stosowane do ekstrakcji powinny charakteryzować się inną niŜ surowiec

gęstością, małą rozpuszczalnością w surowcu i rafinacie oraz duŜą selektywnością.

Prędkość ekstrakcji jest wprost proporcjonalna do róŜnicy stęŜeń składnika ekstrahowanego w

ekstrakcie i rafinacie oraz odwrotnie proporcjonalna do oporu dyfuzyjnego.

RóŜnica stęŜenia składnika ekstrahowanego w ekstrakcie i rafinacie zaleŜy od kierunku

wzajemnego ruchu faz (współprądowego, przeciwprądowego) oraz stosunku ilościowego faz (ilości
surowca i rozpuszczalnika). Przeciwprądowy kierunek przepływu rozpuszczalnika i zwiększenie
ilości rozpuszczalnika wpływają na utrzymywanie względnie wysokiej róŜnicy stęŜenia składnika
między substancją ekstrahowaną a ekstraktem, a tym samym intensyfikują proces.

Opór dyfuzyjny jest określany przez współczynnik dyfuzji w przypadku ekstrakcji w układzie

ciecz-ciecz. Podczas ekstrakcji w układzie ciało stałe-ciecz, opór dyfuzyjny zwiększa się wskutek
ruchu masy w substancji ciała stałego. Zmniejszenie oporu dyfuzyjnego uzyskuje się przez

KSTRAKCJA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

wymuszenie ruchu burzliwego rozpuszczalnika, zwiększenie powierzchni faz oraz eliminowanie
procesów dializy i osmozy.

Wzrost temperatury zwiększa prędkość ekstrakcji wskutek zwiększania prędkości rozpuszczania

składnika, obniŜania lepkości roztworu oraz niszczenia błon komórkowych w przypadku ekstrakcji
w układzie ciało stałe-ciecz. Ze wzrostem temperatury zmniejsza się jednak selektywność
rozpuszczalnika, co powoduje ekstrakcję równieŜ innych składników surowca.

Czas ekstrakcji zaleŜy od zawartości składnika ekstrahowanego, załoŜonego stopnia

wyekstrahowania, jakości surowca, sposobu przygotowania surowca do ekstrakcji oraz metody
ekstrakcji.

Najprostszym przemysłowym sposobem ekstrakcji w układzie ciało stałe-ciecz jest maceracja.

Maceracja  (wymoczenie  lub  zmiękczenie)  polega  na  zalaniu  rozdrobnionego  surowca
rozpuszczalnikiem  o  temp.  15-20°C  na  określony  czas,  a  następnie  oddzieleniu  ekstraktu  przez
sączenie, wyciskanie lub odwirowanie. Wagowa proporcja rozpuszczalnika do surowca wynosi 5:1
lub 10:1. Rozpuszczalnikami są woda lub wodne roztwory soli i alkoholu. Macerację przeprowadza
się  w  maceratorze  z  perforowaną  przegrodą  lub  maceratorze  obiegowym  (rys.  1).  Formami
maceracji  są  digestia,  infuzja  i  dekokcja,  stosowane  głównie  w  procesach  przetwarzania,  np.
podczas zacierania słodu na brzeczkę piwną i gotowania w produkcji koncentratów obiadowych.

Rys. 1. Schematy maceratorów:

a  -  macerator  z  perforowaną  przegrodą;  1-surowiec  do  ekstrakcji,  2-rozpuszczalnik,  3-dopływ
rozpuszczalnika, 4- odpływ ekstraktu. 5– wkłady perforowane,
b  -  macerator  obiegowy:  1-  korpus  maceratora,  2-  płaszcz  parowy  grzejny,  3-  sita,  4-  właz,  5-
pokrywa,  6-  doprowadzenie  ekstraktu,  7-  odprowadzenie  ekstraktu,  8-  pompa,  9-
doprowadzenie pary grzejnej, 10- odprowadzenie kondensatu, 11– chłodnica

Digestia (wytrawienie) polega na maceracji w podwyŜszonej temp. 30-40°C. Infuzja

(naparzanie) polega na zalaniu surowca wrzącą wodą i ewentualnie krótkotrwałym ogrzewaniu.
Dekokcja (wygotowywanie) róŜni się od infuzji dłuŜszym czasem ekstrakcji. Temperatura podczas
infuzji i dekokcji wynosi powyŜej 60°C.

Do bardziej wydajnych metod ekstrakcji naleŜy perkolacja (wypieranie). Podczas perkolacji

rozpuszczalnik spływa pod wpływem siły grawitacji przez masę surowca.

Miernikiem wydajności ekstrakcji jest współczynnik wyekstrahowania lub stopień czystości

rafinatu, który określa się stosunkiem wyekstrahowanej ilości składników do ilości ogółem zawartej
w surowcu. W praktyce przemysłowej stopień czystości rafinatu ustala się na poziomie poniŜej 1%.
Czas ekstrakcji dla takiego stopnia wyekstrahowania nie przekracza na ogół 100 min.

KSTRAKCJA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

2.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest określenie zawartości tłuszczu surowego w nasionach roślin oleistych

takich jak: rzepak, słonecznik, len, rzepik, gorczyca, rzodkiew oleista, mak, rącznik itp.

Metodyka.

Oznaczenie zawartości tłuszczu w nasionach roślin oleistych moŜna przeprowadzać metodą

Soxhleta według poniŜszego opisu:

Rys. 2. Aparat Soxhleta: A-ekstraktor, B-kolba, C-chłodnica, a–syfon

Kolbę ekstrakcyjną (B- patrz rys.) wysuszoną do stałej masy naleŜy zwaŜyć a wynik zanotować.

10g dokładnie rozdrobnionych nasion naleŜy przenieść ilościowo do gilzy ekstrakcyjnej i przykryć
odtłuszczoną watą, Ŝeby zapobiec wypłynięciu części stałych podczas ekstrakcji. Gilzę umieścić w
ekstraktorze (A) aparatu Soxhleta (rys. 2). Kolbę (B) z próbką w gilzie naleŜy podłączyć do zesta-
wu ekstrakcyjnego. Następnie do ekstraktora naleŜy wlewać rozpuszczalnik tak długo, aŜ rurką
syfonu (a) przeleje się on do kolby, następnie dodać jeszcze połowę tej objętości. Aparat połączyć z
chłodnicą (C) i kolbę podgrzewać w maszynce elektrycznej czaszowej prowadząc ekstrakcję przez
1,5 godziny z prędkością 8-10 przelewów rozpuszczalnika przez rurkę syfonu a (patrz rysunek) na
godzinę.

Po zakończeniu ekstrakcji:

NaleŜy zdjąć chłodnicę z kolby bez zdejmowania kolby z maszynki elektrycznej, umoŜliwiając

w ten sposób odparowanie rozpuszczalnika, pozostałość w kolbie zaś wysuszyć początkowo pod
dygestorium, a potem w suszarce w temp. 100°C do stałej masy i zwaŜyć. Z róŜnicy mas kolby po
ekstrakcji i pustej naleŜy obliczyć procentową zawartość tłuszczu surowego w badanej próbce
nasion.

2.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

Wynik oznaczenia naleŜy umieścić w sprawozdaniu wraz z przeliczeniami i przedłoŜyć osobie

prowadzącej  ćwiczenia  w  celu  sprawdzenia  (wzór,  załącznik  1  na  stronie  121).  NaleŜy  takŜe
zaznaczyć  wszelkie  odstępstwa  od  metody  podanej  w  opracowaniu  ćwiczenia.  Na  końcu
sprawozdania z ćwiczeń naleŜy podać wniosek.

ARUNKI POWSTAWANIA

ELU PEKTYNOWEGO

12 luty 2010

WARUNKI POWSTAWANIA śELU PEKTYNOWEGO

3.1.

PROWADZENIE

Substancje pektynowe są szeroko rozpowszechnione w świecie roślin. Tworzą one lepiszcze

ścian  komórek  roślinnych  i  występują  w  postaci  tzw.  protopektyny.  Protopekryna  jest
nierozpuszczalna  w  wodzie.  Przechodzi  w  formę  rozpuszczania  zwaną  pektyną  pod  wpływem
działania słabych kwasów, meta i pirofosforanów oraz enzymów. Pektyna składa się głównie z reszt
kwasu  galakturonowego  połączonych  wiązaniami  1-4-glikozydowymi,  w  których  większość  grup
karboksylowych jest zestryfikowana alkoholem metylowym i częściowo zneutralizowana zasadami.
Dalsza degradacja związków pektynowych w wyniku reakcji biochemicznych (np. nasilających się
bardzo  w  owocach  w  czasie  dojrzewania),  jak  i  reakcji  chemicznych  prowadzi  do  powstania
kwasów pektynowych (kwasy poligalaturonowe) i kwasu galakturonowego.

W procesach Ŝelifikacji, w technologii wykorzystuje się związki pektynowe zwane pektyną. W

krajowym przemyśle preparaty produkowane są z wytłoków jabłecznych. Ponadto wykorzystuje się
do tego celu albedo owoców cytrusowych, łuski i kwiatostany słonecznika. Proces otrzymywania
preparatów polega na uwolnieniu pektyn z protopektyny poprzez łagodną hydrolizę, a następnie
rozpuszczone w wodzie pektyny są ekstrahowane, oczyszczane, zagęszczane i suszone.

Pektyna jest estrem metylowym kwasu poligalakturonowego. Preparaty pektynowe są zaliczane

do liofilnych koloidów, które łatwo pęcznieją i rozpuszczają się w zimnej i gorącej wodzie. Wodne
roztwory pektyn odznaczają się wysoką trwałością, którą zawdzięczają zdolności wiązania przez
micele pektynowe wielkiej liczby cząsteczek wody na swej powierzchni, częściowo zaś równieŜ
jednolitemu ładunkowi elektrycznemu.

Na temat mechanizmu tworzenia się Ŝelu, a ścisłe powstawania wiązań pektynowych, istnieją

róŜne  hipotezy,  jednakŜe  Ŝadna  z  nich  nie  wyjaśnia  w  pełni  tego  zjawiska.  Twierdzi  się,  Ŝe  w
przypadku pektyn o wysokim stopniu zestryfikowania w reakcji biorą udział grupy -COOH i -OH i
tworzą  się  tzw.  wiązania  poboczne.  Przypuszcza  się  takŜe,  Ŝe  w  przypadku  pektyn  o  wyŜszym
stopniu  zestryfikowania  w  tworzeniu  wiązań  biorą  równieŜ  udział  jony  wapniowe  i  jony  innych
metali.  W  przypadku  pektyn  o  niskim  stopniu  zestryfikowania  w  wiązaniu  cząsteczek  uczestniczą
tylko  grupy  karboksylowe  łączone  jonami  wapniowymi  lub  innymi  metalami  dwu-  i  mniej
wartościowymi;  są  to  tzw.  wiązania  główne.  Przyjmuje  się,  Ŝe  siatka  powstała  w  przestrzeni  w
wyniku połączenia łańcuchów pektynowych obudowuje ciecz, którą najczęściej jest roztwór cukru i
innych składników.

Pektyna rozpuszczona w wodzie lub roztworze cukru tworzy układ koloidalny, w którym

cząsteczki  kwasów  pektynowych  są  zdysocjowane  i  przybierają  ujemny  ładunek  elektryczny,  a  to
powoduje, Ŝe są one ciałami odpychającymi się wzajemnie. Dodatkowym zjawiskiem jest, Ŝe grupy
karboksylowe  i  wodorotlenowe  są  zhydratowane,  czyli  otoczone  osłonkami  wodnymi.  Cząsteczki
kwasów pektynowych wykonują w roztworze ruchy drgające i ruchy Browna, a energia kinetyczna
tych  cząsteczek  wzrasta  w  miarę  wzrostu  temperatury  (podgrzewania  roztworu).  Wszystkie
wymienione  i  opisane  zjawiska  nie  sprzyjają  łączeniu  się  łańcuchów  pektynowych  i  wytworzeniu
Ŝelu  o  prawidłowej  strukturze.  Chcąc  zatem  doprowadzić  do  wzajemnego  powiązania
poszczególnych  cząsteczek  pektyny,  naleŜy  stworzyć  takie  warunki  technologiczne,  podczas
których cząsteczki mogłyby się do siebie zbliŜyć i trwale połączyć.

Czynnikami warunkującymi powstanie tych połączeń są:

•

dodatek kwasu w celu osiągnięcia optymalnego pH,

•

odpowiedni dodatek cukru,

•

obniŜenie temperatury.

ARUNKI POWSTAWANIA

ELU PEKTYNOWEGO

Dodatek kwasu, np. cytrynowego, powoduje cofnięcie dysocjacji cząsteczek pektynowych, a

tym samym ich neutralizację. Jednocześnie dodatek kwasu rozszerza i wzmacnia włókna struktury
Ŝelu,  ułatwiając  przez  to  zatrzymanie  syropu  w  tak  powstałej  siatce.  Dodatek  cukru  likwiduje
osłony wodnej czyli dehydratyzuje grupy -OH i -COOH kwasów pektynowych, które w ten sposób
mogą  łatwiej  wytworzyć  silne  wiązania.  ObniŜające  temperaturę,  uzyskuje  się  zmniejszenie
wartości  energii  kinetycznej  cząsteczek  kwasu  pektynowego  a  przez  to  wiązania  tworzące  siatkę
pektynową są trwalsze.

Warunki tworzenia Ŝelu przez pektyny

Z technologicznego punktu widzenia, najwaŜniejszą właściwością pektyn jest zdolność

tworzenia w określonych warunkach ścisłego i zwartego Ŝelu. Zdolność tworzenia Ŝelu nazywa się
Ŝelowaniem. Biorąc pod uwagę budowę chemiczną pektyny, siła Ŝelowania zaleŜy, przede
wszystkim, od stopnia jej zestryfikowania. Jak juŜ podawano wcześniej, podstawowymi warunkami
powstawania Ŝelu są:

•

właściwe pH roztworu,

•

dodatek cukru, który odbiera wodę z drobin pektyny, umoŜliwiając tym samym

odpowiednie zbliŜanie się cząsteczek obdarzonych ładunkami i powstanie wiązań
chemicznych. Wymagane stęŜenie ekstraktu roztworu jest w granicach 60-75%.

Trwałość i wytrzymałość Ŝel jest zaleŜna od:

•

długości łańcucha, z którego jest zbudowana drobina pektyn,

•

stopnia estryfikacji grup karboksylowych znajdujących się w cząsteczce pektyny,

•

substancji balastowych,

•

zawartości kwasu.

Pektyny dobrej jakości mają długi łańcuch połączonych glikozydowo reszt kwasu

galakturonowego,  który  wykazuje  w  60-80%  zestryfikowanie  z  alkoholem  metylowym.  CięŜar
cząsteczkowy  takich  pektyn  powinien  być  wyŜszy  od  150  000.  Wysoki  cięŜar  cząsteczkowy  i
odpowiedni  stopień  estryfikacji  wykazują  przede  wszystkim  pektyny  otrzymane  z  owoców
wyrośniętych, lecz niedojrzałych.

Pomimo Ŝe pektyny są estrami alkoholu metylowego i kwasu galakturonowego, to w większości

pektyn stwierdza się po hydrolizie równieŜ grupy acetylowe (CH

CO).

W zaleŜności od stopnia estryfikacji rozróŜniamy następujące typy pektyn (tab.1.):

•

szybko Ŝelujące — zestryfikowane w 75-85% (powyŜej 2 min);

•

średnio Ŝelujące — zestryfikowane w ok. 70% (powyŜej 12 min);

•

wolno Ŝelujące - zestryfikowane w ok. 65% (powyŜej 20 min).

Oprócz pektyn wysokometylowanych o zawartości 10-12% grup metoksylowych

(zestryfikowanie  60-75%  grup  karboksylowych),  są  produkowane  pektyny  niskometylowane  o
zawartości grup metoksylowych 3-7%, czyli poniŜej 44% zestryfikowania.
Bardzo  często  preparaty  pektynowe  są  zanieczyszczone  tzw.  substancjami  balastowymi.
Najczęściej są to węglowodany, jak np. araban i galaktany, które nie będąc związane chemicznie z
kwasem  poligalakturonowym  nie  mają  wpływu  na  zdolności  Ŝelowania  pektyny.  Ponadto  mogą
równieŜ  występować  grupy  związków  organicznych,  które  są  połączone  z  cząsteczkami  kwasu
galakturonowego  trwałymi  wiązaniami  chemicznymi.  Wówczas  taka  pektyna  ma  wprawdzie  duŜy
cięŜar cząsteczkowy, ale nie tworzy Ŝelu o trwałej strukturze.

ARUNKI POWSTAWANIA

ELU PEKTYNOWEGO

12 luty 2010

Tabela 1. Podział pektyn w zaleŜności od stopnia zestryfikowania i szybkości Ŝelowania w

określonych warunkach

Stopień

zestryfikowania kwasu

pektynowego

Typ

preparatu

Czas Ŝelowania

[min]

Temperatura

Ŝelowania fC]

Ekstrakt

dŜemu

wolno

Ŝelujący

37
32

70
70

3,0
2,8

65
65

średnio

Ŝelujący

12
17

70
70

3,0
2,8

65
65

szybko

Ŝelujący

5-6

70
70

3,0
2,8

65
65

Zmniejszanie lub utrata siły Ŝelowania są równoznaczne z obniŜeniem cięŜaru drobinowego,

czyli rozkładem łańcuchów, z których są zbudowane pektyny. Degradacja łańcucha pektyny moŜe
być spowodowana przez: kwasy, zasady, enzymy i temperaturę. Odporność pektyny na działanie
kwasów zaleŜy od pH roztworu i temperatury środowiska.

Pektyna jest najbardziej wytrzymała w środowisku o pH 3, lecz w niŜszym pH następuje rozpad

łańcucha  na  krótkie  drobiny.  Stabilność  pektyny  wobec  kwasów  maleje  wraz  ze  wzrostem
temperatury.  Środowisko  zasadowe  równieŜ  wpływa  niekorzystnie  na  wielkość  cząstek  pektyny.
Okazało  się  jednak,  Ŝe  stabilność  pektyny  względem  zasad  jest  mniejsza  niŜ  względem  kwasów.
Innym czynnikiem mogącym powodować skracanie łańcucha pektynowego jest obecność enzymów
pektynolitycznych  w  tkance  owocowej.  Zapobieganie  szkodliwemu  działaniu  enzymów  polega  na
termicznej obróbce wstępnej surowca (80-85°C w ciągu kilku minut) oraz niszczeniu pleśni, które
wydzielają  znaczne  ilości  enzymów  hydrolizujących.  Wysoka  temperatura  równieŜ  wpływa
destrukcyjnie  na  cząsteczki  pektyny.  Niebezpieczną  granicą  jest  w  tym  przypadku  temp.  70°C,
powyŜej której następuje szybki rozpad drobin. Z tego powodu zaleca się ograniczenie do minimum
czasu gotowania dŜemu i galaret oraz schłodzenie częściowo przed rozlewem i dalsze po rozlewie.

Znaczenie pH w tworzeniu Ŝelu pektynowego

Decydujący wpływ na powstawanie Ŝelu pektynowego ma pH środowiska. Optymalne warunki

pH wynoszą:

•

przy zawartości ekstraktu 68-72% - 3,1-3,3

•

przy zawartości ekstraktu 65-68%- 3,0-3,2

•

przy zawartości ekstraktu 60-65%- 2,8-3,0

PoniŜej pH 2.8 następuje hydroliza pektyny i nie zachodzi Ŝelowanie dŜemu lub galarety.

Regulować  pH  moŜna  dodając  kwas,  którego  ilość  musi  być  ściśle  określona,  gdyŜ
przedawkowanie  moŜe  spowodować  synerezę.  Do  dokwaszania  dŜemów  moŜna  stosować  kwasy,
takie  jak:  cytrynowy,  winowy  i  mlekowy.  NaleŜy  jednak  pamiętać,  Ŝe  wymienione  kwasy  mają
róŜny wpływ na redukcję pH, a jednocześnie mogą zmieniać smak gotowego wyrobu.

Kwas powinno się dodawać jak najpóźniej, tzn. po zakończeniu gotowania i bezpośrednio przed

rozlewem. Zalecenie takie jest uzasadnione niebezpieczeństwem redukcji siły Ŝelowania oraz
wzrostem inwersji podczas zakwaszenia środowiska.

Cukry odgrywają bardzo waŜną rolę w tworzeniu Ŝelu. Do dosładzania wyrobów owocowo-

warzywnych  i  cukierniczych  stosuje  się  przede  wszystkim  sacharozę,  ale  i  inne;  cukry  wywołują
Ŝelowanie  roztworów  pektynowych.  Do  produkcji  przetworów  wysokosłodzonych  najchętniej  jest
wykorzystywana  sacharoza  ze  względu  na  jej  wysoką  rozpuszczalność  i  słodycz.  Obowiązuje
zasada, Ŝe przy stałej ilości pektyny, a jednocześnie niskim pH środowiska jest wymagany wyŜszy

ARUNKI POWSTAWANIA

ELU PEKTYNOWEGO

12 luty 2010

3.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest porównanie Ŝelowania preparatu pektynowego w róŜnych warunkach.

Metodyka

NaleŜy wytarować zlewkę wraz z bagietką. OdwaŜyć 0,5-1 g preparatu pektynowego (dokładną

ilość jak i rodzaj pektyny wyznaczy prowadzący ćwiczenia) z dokładnością do 1mg, 30 g cukru i
0,4g kwasu winowego. Cukier naleŜy rozetrzeć w moździerzu. Do zlewki na 100 cm

naleŜy

przenieść część cukru (ok. 4g) i nawaŜkę pektyny, dobrze wymieszać, dodać około 18 cm

gorącej

wody destylowanej zwilŜając najpierw mieszaninę niewielką jej ilością, następnie mieszając
bagietką doprowadzić do całkowitego rozpuszczenia pektyny i cukru. Dodać pozostałą część cukru,
rozpuścić go mieszając i podgrzewając w łaźni wodnej (około 90°C) następnie dodać kwas winowy
i rozpuścić go. Zawartość zlewki uzupełnić do 50 g gorącą wodą destylowaną. Próbę wymieszać i
pozostawić w spokoju przez godzinę w chłodnym miejscu, po czym opisać jej konsystencję.

UWAGA: W zaleŜności od rodzaju otrzymanego preparatu pektynowego naleŜy powyŜszy

przepis zmodyfikować, bazując na teoretycznej znajomości właściwości pektyn.

Następnie naleŜy powyŜsze operacje powtórzyć wraz z następującymi modyfikacjami:

•

nie dodając kwasu winowego,

•

dodając połowę cukru (15 g),

•

stosując zimną wodę do rozpuszczenia i uzupełnienia.

Porównać uzyskane wyniki, naleŜy wyjaśnić przyczyny obserwowanych róŜnic. Konsystencja

prób moŜe być płynna o róŜnej gęstości lub stała, tj. w postaci Ŝelu. śel ocenia się obserwując jego
kształt po wyjęciu z naczynia i wykonaniu przekroju - słaby Ŝel rozlewa się, a mocniejszy osiada
tylko pod wpływem własnego cięŜaru.

3.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

Wyniki oznaczeń umieścić w sprawozdaniu (wzór, załącznik 1 na stronie 121)w formie

oddzielnych punktów i przedłoŜyć osobie prowadzącej ćwiczenie w celu sprawdzenia. NaleŜy takŜe
zaznaczyć wszelkie odstępstwa od metod podanych w opracowaniu ćwiczeń. Na końcu
sprawozdania z ćwiczeń naleŜy podać wnioski w formie zwięzłych punktów.

SZCZANIE ROZTWORÓW W TECHNOLOGII

YWNO

ZAGĘSZCZANIE ROZTWORÓW W TECHNOLOGII śYWNOŚCI

4.1.

PROWADZENIE

Większość znanych metod zagęszczania polega na usuwaniu wody, a tylko nieliczne-na

zwiększeniu stęŜenia składników suchej substancji przez dodatek składników, np. sacharozy w
technologii dŜemów lub galaretek owocowych. Często zagęszczanie cieczy jest etapem pośrednim
przed suszeniem i decyduje o jakości gotowego produktu (koncentratu) oraz o zmniejszeniu
kosztów usuwania wody.

Proces zagęszczania charakteryzuje się stopniem koncentracji, który określa się stosunkiem

masy roztworu przed zagęszczaniem do masy roztworu zagęszczonego lub stosunkiem procentowej
zawartości suchej substancji w koncentracie i w roztworze przed zagęszczeniem. Procentową
zawartość suchej substancji oznacza się metodą suszenia w temp. 105°C, refraktometrycznie lub
areometrycznie.
Ilość wody usuwanej podczas zagęszczania oblicza się ze wzorów:

(kg)

)

lub

⋅

−

S - ilość jednostek wagowych roztworu (kg),
s - ilość jednostek wagowych koncentratu (kg),
b - zawartość suchej substancji w roztworze (%),
B - zawartość suchej substancji w koncentracie (%).

W  technologii  Ŝywności  roztwory  zagęszcza  się  najczęściej  do  zawartości  30-45%  suchej

substancji w koncentracie, co odpowiada 2-3-krotnemu zagęszczeniu masy roztworu.

Metody zagęszczania

W praktyce stosuje się wiele metod zagęszczania. Do najpowszechniejszych zalicza się

zagęszczanie przez odparowanie lub wymraŜanie wody oraz zagęszczanie metodami
membranowymi.

Odparowanie wody z cieczy jest związane z przejściem wody ze stanu ciekłego w postać pary, a

wiec wymaga pokonania sił wiąŜących cząsteczki w cieczy, które są większe w sianie ciekłym niŜ
w  gazowym.  Proces  odparowania  wody  z  roztworu  wymaga  doprowadzenia  określonej  ilości
energii, która najczęściej jest przekazywana od czynnika grzejnego do roztworu przez konwekcję i
przewodzenie. Niezbędna do tego celu energia odpowiada utajonemu ciepłu parowania wody. które
w temp. 100°C wynosi 2300 kJ/kg. Zakładając,  Ŝe z S kg cieczy (roztworu o zawartości b % s.s.)
otrzymuje  się  s  kg  koncentratu  o  B  %  s.s.  oraz  Ŝe  proces  odbywa  się  bez  strat,  moŜna  zapisać
następującą zaleŜność:

100

⋅

Odparowanie wody w cieczy moŜna prowadzić w naczyniach otwartych pod normalnym

ciśnieniem w temp. 100°C co niekorzystnie wpływa na jakość koncentratu i na koszty dehydratacji.

Aktualnie do zagęszczania roztworów stosuje się aparaty wyparne, w których proces prowadzi

się  pod  obniŜonym  ciśnieniem,  a  ciepło  niezbędne  do  odparowania  wody  dostarcza  się  za
pośrednictwem pary.
Wyparki, stosowane w przemyśle spoŜywczym cechują się:

•

wysoką intensywnością wymiany ciepła przy ustalonej róŜnicy temperatur,

•

minimalnymi stratami ciepła,

•

duŜą zawartością konstrukcji,

SZCZANIE ROZTWORÓW W TECHNOLOGII

YWNO

12 luty 2010

•

ciągłym i skutecznym odprowadzeniem skroplin z komory grzejnej,

•

łatwością czyszczenia powierzchni grzejnej bez zatrzymywania ciągłości pracy.

W zaleŜności od sposobu działania rozróŜnia się wyparki o działaniu okresowym i ciągłym. W

wyparkach o działaniu okresowym proces odparowania przebiega w sposób nierównomierny, gdyŜ
temperatura roztworu, jego gęstość, lepkość oraz ilość odprowadzonego rozpuszczalnika zmieniają
się  cyklicznie  podczas  procesu.  W  wyparkach  o  działaniu  ciągłym  doprowadzenie  roztworu  przed
zagęszczeniem  i  odprowadzeniem  koncentratu  odbywa  się  w  sposób  nieprzerwany.  Wyparki  te  ze
względu na mniejsze straty energii związane zuŜyciem ciepła na okresowe rozgrzewanie aparatu, są
bardziej ekonomiczne od wyparek o działaniu okresowym.
W zaleŜności od ciśnienia wewnątrz aparatu, wyparki moŜna podzielić na pracujące pod ciśnieniem
podwyŜszonym, atmosferycznym i obniŜonym.
Ciśnienie  podwyŜszone  stosuje  się  tylko  wtedy,  gdy  opary  mogą  być  wykorzystane  jako  czynnik
grzejny w innych aparatach. ObniŜone ciśnienie stosuje się wówczas, gdy:

•

w roztworze zagęszczonym mogą wystąpić: denaturacja białek, tworzenie się połączeń

białkowo-cukrowych, rozkład substancji zawartych w roztworze, zmiany barwy lub
zapachu;

•

dostępny jest czynnik grzejny o wymaganych parametrach; konieczne jest zwiększenie

uŜytecznej róŜnicy temperatur między czynnikiem grzejnym i ogrzewanym;

•

naleŜy zwiększyć intensywność odparowania wody.

Stosując obniŜone ciśnienie, a tym samym niŜsze od 100°C temperatury wrzenia roztworów, nie

uzyskuje się duŜej oszczędności energii niezbędnej przy odparowaniu wody, poniewaŜ do zamiany
1 kg wody w parę potrzeba więcej wody i ciepła niŜ pary o temp. 100°C. Podczas zagęszczania w
temp. 100° C zuŜywa się 2260 kJ/kg. Gdy wrzenie zachodzi w temp. 80°C, zuŜywa się 2309 kJ/kg,
w  temp.  60°C-2356  kJ/kg.  W  zagęszczaniu  przy  obniŜonym  ciśnieniu  zuŜywa  się  jednak  mniej
ciepła  na  podgrzanie  roztworu  do  temperatury  wrzenia,  i  dlatego  -  w  miarę  obniŜania  ciśnienia  i
temperatury  wrzenia  roztworu-całkowite  zuŜycie  ciepła  jest  coraz  mniejsze.  Przyspieszenie  tempa
odparowania  wody  przy  zastosowaniu  obniŜonego  ciśnienia  następuje  wskutek  znacznie  większej
róŜnicy  temperatur  czynnika  grzejnego  i  środowiska  ogrzewanego,  poniewaŜ  wrzenie  zachodzi  w
temperaturze niŜszej niŜ 100°C. Ilość ciepła doprowadzonego zaleŜy od róŜnicy tych temperatur, i
dlatego ogrzewając roztwór parą (w płaszczu grzejnym) - np. o temp. 120°C, gdy wrzenie zachodzi
przy  100°C-róŜnica  temperatury  wynosi  120-100°C=20°C,  przy  wrzeniu  w  temp.  60°C  róŜnica
wynosi 60°C i jest 3 razy większa, co w przybliŜeniu pozwala doprowadzić w tym samym czasie 3
razy więcej ciepła i odprowadzić 3 razy większą ilość wody.

ObniŜenie temperatury wrzenia roztworu zmniejsza zapotrzebowanie na ciepło niezbędne do

doprowadzenia  go  do  wrzenia  oraz  powoduje  mniejsze  straty  na  promieniowanie  z  powodu
mniejszej róŜnicy temperatur pomiędzy ośrodkiem wrzącym a otoczeniem. Wadą odparowania przy
obniŜonym  ciśnieniu  są  dodatkowe  nakłady  na  urządzenia  skraplające  i  utrzymujące  próŜnię  oraz
wyŜsze  koszty  eksploatacyjne,  wyraŜające  się  dodatkowym  zuŜyciem  wody  w  skraplaczu  oraz
energii na poruszenie pompy próŜniowej.

Wyboru typu wyparki dokonuje się przede wszystkim na podstawie właściwości

fizykochemicznych roztworu takich, jak: lepkość, gęstość, napięcie powierzchniowe. Decyzja
wyboru odpowiedniego rozwiązania konstrukcyjnego musi być podjęta po przeprowadzeniu pełnej
analizy warunków techniczno-ekonomicznych.

Oceniając wyparki rozpatruje się trzy podstawowe problemy: wymianę ciepła pomiędzy

czynnikiem  grzejnym  a  roztworem  zagęszczanym,  oddzielenie  roztworu  od  pary  oraz
wykorzystanie  energii  cieplnej  oparów.  Energię  cieplną  oparów  moŜna  wykorzystać  do
zagęszczania tego samego roztworu albo przez obniŜenie temperatury wrzenia roztworu, albo przez
podwyŜszenie  temperatury  oparów.  Pierwszy  sposób  realizuje  się  w  wielodziałowych  instalacjach
wyparnych, drugi-w wyparkach ze spręŜaniem. W wyparkach ze spręŜaniem równieŜ wykorzystuje
się utajone ciepło oparów. Opary spręŜa się w celu podwyŜszenia ich temperatury do wymaganego

SZCZANIE ROZTWORÓW W TECHNOLOGII

YWNO

poziomu. SpręŜanie oparów stosuje się zarówno w wyparkach jednodziałowych, jak równieŜ w
wyparkach wielodziałowych w celu zmniejszenia zuŜycia pary.

W obydwu rozwiązaniach opary spręŜa się za pomocą termo- lub turbospręŜarki, wykorzystując

energie pary o wysokich parametrach lub energię mechaniczną, lub elektryczną. Zastosowanie
spręŜania oparów w wododziałowej instalacji wyparnej pozwala obniŜyć (od 30 do 45%)
zapotrzebowanie pary świeŜej. Najkorzystniejsze efekty otrzymuje się stosując termospręŜanie.

Wyparki pracujące w polskim przemyśle spoŜywczym wykazują bardzo duŜą energochłonność,

niekiedy sięgająca 11-18 MJ/kg odparowanej wody. DąŜąc do racjonalnego gospodarowania
energią, naleŜy zmniejszyć nieuzasadnione wysokie zuŜycie wody chłodzącej skraplacz i
zagospodarować ciepłą wódę barometryczną.

Postęp w konstrukcji wyparek zmierza do oszczędności energii, jak równieŜ do przyspieszenia

tempa zagęszczania np. czas przetrzymywania cieczy w wyparkach tradycyjnych jodnodziałowych
wynosi od 1 do kilku godzin, a w nowoczesnych wyparkach kilkanaście sekund.

Zagęszczanie roztworów zawierających lotne z parą wodna substancje aromatyczne prowadzi

do ich strat, w przybliŜeniu proporcjonalnych do ilości usuwanej wody. Straty substancji
aromatycznych podczas zagęszczania w wyparkach powodują pogorszenie jakości koncentratów w
porównaniu z surowcem. Właściwości koncentratów moŜna poprawić przez odzysk substancji
aromatycznych i dodanie ich do gotowego produktu.

Procesy odzysku aromatu moŜna podzielić następująco:

•

procesy prowadzone pod ciśnieniem atmosferycznym,

•

procesy częściowo lub całkowicie prowadzone pod obniŜonym ciśnieniem w niskiej
temperaturze,

•

procesy oparte na adsorpcji na węglu drzewnym substancji aromatycznych oraz ich ekstrakcji,

•

procesy oparte na ekstrakcji substancji aromatycznych gazem obojętnym,

•

destylacja frakcjonowana, która jest najbardziej przydatną metodą odzysku składników
aromatycznych, wydzielających się podczas odparowania wody w wyparce.

W celu wyeliminowania strat substancji aromatycznych podczas zagęszczania roztworów, np.

soków  owocowych,  zaproponowano  inne  metody,  np.  kriokoncentrację,  czyli  zagęszczanie  przez
wymraŜanie  wody.  Zagęszczanie  przez  wymraŜanie  jest  procesem  zmierzającym  do  otrzymania
wysokowartościowych  koncentratów  przy  zmniejszonym  zuŜyciu  energii  w  porównaniu  z
odparowaniem  w  wyparkach.  Stwierdzono,  Ŝe  w  nowoczesnych  rozwiązaniach  kriokoncentracji
soków  owocowych  zuŜycie  energii  jest  mniejsze  niŜ  w  trzydziałowej  wyparce  wyposaŜonej  w
urządzenie do odzysku aromatu, a zawartość suchej substancji w koncentracie wynosi 45%.

Zagęszczanie przez wymraŜanie oparte jest na równowadze składników suchej substancji i

cieczy.  Roztwór  zagęszczany,  zawierający  duŜo  składników  rozpuszczonych,  rozpatruje  się  jako
pseudodwuskładnikowy,  w  którym  wszystkie  substancje  rozpuszczone  w  wodzie  uwaŜa  się  jako
komponent.  Uproszczony  schemat  zamraŜania  mieszaniny  dwuskładnikowej  przedstawiono  na
rysunku 1. JeŜeli taka mieszaninę ochładzamy w warunkach zbliŜonych do równowagi, to „czyste"
kryształy  lodu  (wody)  są  wydzielane  w  punkcie,  który  odpowiada  składowi  WA  i  temperaturze
zamraŜania tego roztworu TA. Dalsze obniŜanie temperatury powoduje wydzielanie większej ilości
kryształów, a skład cieczy jest zgodny z obszarem wyznaczonym przez linie (WA, TA), (WB, TB).
Natomiast w punkcie WE kryształy mają ten sam skład jak roztwór.

Na rysunku 2 przedstawiono doświadczalne krzywe zamraŜania niektórych soków.

Stwierdzono, Ŝe temperatura zamraŜania soku z czarnych porzeczek o zawartości suchej substancji
10% wynosiła -2°C. Po obniŜeniu temperatury do -14°C zawartość suchej substancji w fazie cieczy
(przy stanie równowagi) osiąga 50%, a 90% wody obecnej w soku znajduje się w postaci
wydzielonych kryształów lodu. ZamraŜanie soków prowadzi się powyŜej punktu eutektycznego.

PrzewaŜnie ze względu na problemy związane z wydzielaniem lodu z roztworów o duŜej

lepkości, proces moŜna prowadzić tylko nieco poniŜej tego punktu. Niekiedy konieczna jest
depektynizacja soku przed wymraŜaniem, co zapobiega jego gęstnieniu podczas zagęszczania i po

SZCZANIE ROZTWORÓW W TECHNOLOGII

YWNO

(%)

−

gdzie:

W - ilość wody usuwanej jako lód (%),
C

- stęŜenie suchej substancji w koncentracie (%),

- początkowa zawartość suchej substancji w cieczy (%),

- zawartość suchej substancji w usuwanej wodzie (%).

Zakładając, Ŝe ilość strat suchej substancji w usuwanej wodzie jest niewielka, powyŜsze równanie
moŜna przedstawić następująco:

(%)

−

Typowy zestaw urządzenia do zagęszczania metodą wymraŜania składa się z trzech

podstawowych części:

krystalizatora, w którym otrzymuje się kryształy lodu,

wirówki do oddzielania kryształów lodu,

wymiennika ciepła do ochładzania cieczy, w celu usuwania ciepła krystalizacji oraz ciepła
powstającego podczas tarcia i oporów transportowanej cieczy.

W praktyce stosuje się krystalizatory z bezpośrednim, tj. kontaktowym, lub pośrednim

odbiorem ciepła. W krystalizatorach bezpośrednich zagęszczoną ciecz wprowadza się do czynnika
zamraŜającego, np. do butanu. Krystalizatory tego typu nie są odpowiednie do zagęszczania soków,
poniewaŜ  istnieje  moŜliwość  zniszczenia  produktu  przez  kontakt  z  czynnikiem  zamraŜającym.  W
krystalizatorach  pośrednich  ciecz  zagęszczana  kontaktuje  się  z  czynnikiem  zamraŜającym,  którym
jest  najczęściej  freon,  przez  metalową  ścianę.  Typowy  krystalizator  jest  zbudowany  jako  rurowy
wymiennik ciepła. Wewnątrz kaŜdej rury jest umieszczony obracający się skrobak, który systemem
ciągłym usuwa lód z wewnętrznej powierzchni ścian.

W celu otrzymania regularnych, moŜliwie duŜych kryształów lodu prowadzi się kontrolę

krystalizacji polegająca na regulacji temperatury, strumienia zasilania i turbulencji cieczy.

Kryształy lodu zagęszczanego roztworu oddziela się za pomocą pras, wirówek lub kolumn

przemywających.  Stosuje  się  prasy  filtracyjne,  wyposaŜone  w  pompy  tłokowe  lub  śrubowe.  Pras
uŜywa  się  do  oddzielania  kryształów  lodu  z  wymroŜonych  soków  owocowych  oraz  napojów
alkoholowych. Straty składników rozpuszczalnych oznacza się jako ilość zagęszczonego roztworu,
która  została  zatrzymana  w  zaprasowanym  „płacie"  lodu.  W  zaleŜności  od  stopnia  zagęszczenia  i
rozmieszczenia kryształów lodu i ilości zatrzymanych składników roztworu wynosi od 0,03 do 0,1
kg  na  1  kg  zaprasowanego  lodu.  Straty  substancji  aromatycznych  są  znikome,  poniewaŜ  prasy  są
szczelne.

Wirowanie jest powszechnym sposobem wydzielania kryształów z zagęszczonego roztworu.

Stosuje się w tym celu  wirówki pracujące okresowo lub systemem  ciągłym. Konstrukcja wirówek
zapewnia zastosowanie siły odśrodkowej w granicach 1000g, a tym samym skuteczne wydzielanie
kryształów  lodu.  Niekiedy  składniki  roztworu  zagęszczanego  mogą  pod  wpływem  sił  powierzch-
niowych  pozostawać  na  powierzchni  kryształów.  Składniki  te  moŜna  odzyskać  stosując
przemywanie  kryształów  lodu  przed  ich  rozmroŜeniem  w  kondensatorze.  Po  przemywaniu  wodą
kieruje się ponownie do krystalizatora. Do wad przedstawionej metody oddzielania kryształów lodu
moŜna  zaliczyć  straty  aromatu  i  dlatego  wskazane  jest  wirowanie  w  układzie  zamkniętym
(hermetycznym).

Kolumny przemywające stosuje się do oddzielania lodu podczas zagęszczania cieczy o niskiej

lepkości, np. piwa czy wina. Suspensję z kryształami oraz roztwór zagęszczany wprowadza się z
jednego końca kolumny. Na drugim końcu kolumny zbiera się lód, który jest zaprasowany na siatce

SZCZANIE ROZTWORÓW W TECHNOLOGII

YWNO

Tabela 1.
Porównanie właściwości soków owocowych zagęszczonych metodą kriokoncentracji i przez
odparowanie w wyparce próŜniowej

Wyszczególnienie

Cukry

ogółem, %

Zawartość

kwasów

Zawartość

kwasu

askorbinowego

mg/ 100 g

Substncje

aromatyczne

mg/ 100 g

Sok przed zagęszczaniem

9,24

3,72

169,8

13,20

3,10

Sok po kriokoncentracji

31,23

13,00

596,2

21,36

2,82

Sok po zagęszczeniu

w wyparce

38,70

10,64

493,8

2,08

3,06

Tabela 2.
Straty substancji lotnych z soków zagęszczonych róŜnymi metodami

Sok

Straty w %

wymraŜanie

dyfuzja

membranowa

osmoza

odwrócona

osmoza

Jabłkowy

Wiśniowy

Gruszkowy

Do wad kriokoncentracji moŜna zaliczyć trudności w zagęszczaniu soków zawierających

większe  ilości  składników  nierozpuszczalnych,  np.  włókna  w  nektarach.  Niedogodności  tego
rodzaju  moŜna  złagodzić  przez  oddzielanie  kryształów  lodu  w  wirówce,  a  po  rozmroŜeniu  lodu
przez  dodanie  nierozpuszczalnych  składników  do  koncentratu.  Niekiedy  zaleca  się  filtrację  soku
przed zagęszczaniem i dodanie wydzielonych składników do koncentratu.

Jakość zagęszczanych soków zaleŜy od tempa zamraŜania w krystalizatorze. Powolne

zamraŜanie  powoduje  zwiększoną  retencję  składników.  Większość  autorów  tłumaczy  to
powstawaniem  tzw.  mikroobszarów  wywoływanych  asocjacją  cząsteczek  rozpuszczalnych,  np.
węglowodanów,  w  zaleŜności  od  wielkości  kryształów  lodu,  która  zaleŜy  od  tempa  zamraŜania.
Szybkie  zamraŜanie  powoduje  powstawanie  małych  kryształów  lodu,  czyli  duŜej  liczby
mikroregionów.

Koszty zagęszczania zaleŜą od wielu zmiennych parametrów, np. zawartości suchej substancji

w  surowcu,  stopnia  zagęszczania  produktu,  dopuszczalnej  tolerancji  stosowanych  temperatur,
właściwości,  jakości  i  przeznaczenia  koncentratu.  Kriokoncentracja  zalicza  się  do  procesów
energochłonnych,  a  więc  w  celu  zmniejszenia  kosztów  opracowano  metody  odzysku  utajonego
ciepła  topnienia.  Stwierdzono,  Ŝe  7%  energii  pracy  spręŜarki  moŜna  odzyskać  wówczas,  gdy
zagęszczany  sok  będzie  ochłodzony,  np.  z  8°C  do  0°C,  przez  wydzielone  kryształy  lodu.
Oszczędności  te  będą  jeszcze  większe,  gdy  temperatura  zagęszczonego  soku  będzie  wynosiła  np.
20°C.  Autorzy  proponowanych  rozwiązań  twierdzą,  Ŝe  kriokoncentracja  moŜe  być  procesem
bardziej  ekonomicznym  od  zagęszczania  w  wyparkach  próŜniowych.  Aktualnie  koszty  inwestycji
typowego  urządzenia  do  kriokoncentracji  soków  owocowych  są  dwukrotnie  wyŜsze  od  kosztów
wyparki rurowej, łącznie z wieŜą rektyfikacyjną  do odzysku substancji aromatycznych. Natomiast
koszty zagęszczania soków porównywalnymi metodami są zbliŜone. Wysokie koszty inwestycyjne
kriokoncentracji  mogą  być  częściowo  zrekompensowane  przez  oszczędności  energetyczne.
Korzystne  efekty  ekonomiczne  moŜna  uzyskać  stosując  kriokoncentrację  do  wstępnego
zagęszczania cieczy przed suszeniem sublimacyjnym, np. soków, kawy i herbaty.

W ostatnich latach szczególną uwagę przywiązuje się do zagęszczania roztworów metodami

membranowymi takimi, jak ultrafiltracja, diafiltracja, osmoza, odwrócona osmoza.

SZCZANIE ROZTWORÓW W TECHNOLOGII

YWNO

12 luty 2010

Do nietradycyjnych metod zagęszczania zalicza się działanie ultradźwięków. W praktyce

wykorzystano efekty cieplne powstające przy oddziaływaniu ultradźwięków z roztworami.
PodwyŜszanie temperatury roztworu zaleŜy od jego lepkości.

Tabela 3. PodwyŜszenie temperatury pod działaniem ultradźwięków

Obiekt działania

PodwyŜszenie

temperatury w

Obiekt działania

PodwyŜszenie

temperatury w °C

śelatyna (roztwór)

Ŝel

olej parafinowy

kwas steearynowy

Woda

Alkohol

3,5

gliceryna

parafina

* pochłanianie energii akustycznej wyraźnie wzrasta wraz ze zwiększeniem lepkości ciał,
przyczyniając się do podwyŜszenia temperatury. Wyjątek sianowi roztwór Ŝelatyny oraz Ŝel

W tabeli 3 przedstawiono dane dotyczące podwyŜszania temperatury roztworów (2 cm

)

poddanych  działaniu  ultradźwięków  w  czasie  10s,  przy  częstotliwości  drgań  250  kHz.  Drgania  -
ultradźwięki  są  wytwarzane  przez  specjalne  generatory,  skąd  są  przekazywane  do  roztworu
zagęszczanego.  Stosując  tę  metodę  moŜna  kilkakrotnie  zagęszczać  roztwory  bez  Ŝadnych  strat
smaku i zapachu. Zastosowanie ultradźwięków zapewnia pasteryzację koncentratów. Efekty cieplne
wywołane działaniem ultradźwięków umoŜliwiają wyjałowienie środowiska.

SZCZANIE ROZTWORÓW W TECHNOLOGII

YWNO

4.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest określenie wpływu wybranych metod zagęszczania płynnych produków

spoŜywczych na zawarte w nich składniki takie jak np. witamina C, cukry i białka.

Wykonanie ćwiczenia.

NaleŜy sporządzić 0,1 dm

10% roztworu z odpowiedniego koncentratu (rodzaj koncentratu i

jego rozcieńczenie wskazuje prowadzący ćwiczenia). Następnie z tego roztworu naleŜy pobrać
próbkę i oznaczyć w niej zawartość witaminy C (metoda poniŜej).

Zagęszczanie w wyparce próŜniowej:

0,2 dm

sporządzonego 10% roztworu koncentratu przelać do kolby rotowapora (laboratoryjny

aparat wyparny, OBSŁUGIWANY JEST PRZEZ OSOBĘ PROWADZĄCĄ ĆWICZENIE).
Instrukcja uruchamiania wyparki próŜniowej:

W łaźni wodnej podgrzewającej kolbę z zagęszczanym płynem ustawić temperaturę na

45°C.

OpróŜnić kolbę odbieralnika.

Smarem silikonowym przesmarować uchwyt kolby z próbką.

NałoŜyć kolbę z próbką, wlączyć pompkę wodną i przytrzymać chwilę do zassania przez

podciśnienie.

Powoli odkręcić wodę chłodzącą.

Opuścić kolbę do łaźni wodnej.

Ustawić obroty kolbki w łaźni wodnej na 3.

Po zagęszczeniu:

Zredukować ciśnienie w aparacie wyparnym poprzez obrót zaworu przy manometrze,

Zamknąć wodę dochodzącą do pompki wodnej.

10.

Wyłączyć wodę chłodzącą.

11.

Zdjąć kolbkę z próbką z uchwytu.

12.

Wyłączyć łaźnię wodną.

Zagęszczony roztwór naleŜy przelać do cylindra na 200 cm

i uzupełnić do kreski

wodą

destylowaną. Próbka ta jest przeznaczona do oznaczania zawartości witaminy C.

Zagęszczanie w otwartym naczyniu pod ciśnieniem atmosferycznym:

Do otwartego naczynia o poj. 1 dm

(moŜe być garnek) przelać 0,2 dm

sporządzonego 10%

roztworu koncentratu i zagęścić go ok. 5 krotnie gotując na kuchence elektrycznej. Po zagęszczeniu
naleŜy zagęszczony roztwór przelać do cylindra na 200 cm

i uzupełnić do kreski

wodą

destylowaną. Jest to trzecia próbka przeznaczona do oznaczania zawartości witaminy C.

Dodatkowo naleŜy określić takŜe barwę i zapach próbek zagęszczanych pod obniŜonym

ciśnieniem i w warunkach ciśnienia atmosferycznego.

Oznaczanie zawartości witaminy C.

Do kolby stoŜkowej odmierzyć 10 cm

badanego, klarownego roztworu. Dodać 40 cm

roztworu kwasu szczawiowego i szybko miareczkować roztworem 2-6-dwuchlorofenoloindofenolu
(0,250 g barwnika w 1 dm

wody w obecności 0,210 g NaHCO

) aŜ do wystąpienia lekko róŜowego

SZCZANIE ROZTWORÓW W TECHNOLOGII

YWNO

12 luty 2010

zabarwienia, nie znikającego w ciągu 30 sekund. Miareczkowanie powtórzyć 3 krotnie.
Jednocześnie naleŜy wykonać w ten sam sposób próbę zerową, uŜywając do miareczkowania 50cm

2% kwasu szczawiowego.
W  przypadku  gdy  na  miareczkowanie  próby  właściwej  zuŜyto  objętość  barwnika  równą  objętości
pipety, miareczkowanie naleŜy powtórzyć odpowiednio rozcieńczając miareczkowaną próbkę.
Miano  roztworu  barwnika  naleŜy  nastawić  uŜywając  roztworu  kwasu  L-askorbinowego  w  kwasie
szczawiowym (nawaŜka 0,1g kwasu L-askorbinowego/50cm

kwasu szczawiowego).

NaleŜy obliczyć zawartość kwasu L-askorbinowego [mg/100cm

niezagęszczonego] w próbie bez

zagęszczenia oraz w próbkach zagęszczanych.

4.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

Wyniki oznaczeń i analiz naleŜy umieścić w sprawozdaniu [wzór, rozdział Załącznik 1.

Załącznik  1.  ]  w  formie  oddzielnych  punktów  wraz  z  przeliczeniami  i  przedłoŜyć  osobie
prowadzącej ćwiczenia w celu sprawdzenia. NaleŜy takŜe zaznaczyć wszelkie odstępstwa od metod
podanych  w  opracowaniu  ćwiczeń.  Na  końcu  sprawozdania  z  ćwiczeń  naleŜy  podać  wnioski  w
formie zwięzłych punktów.

4.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

•

wyparka próŜniowa

•

pompka wodna do wytworzenia podciśnienia

•

łaźnia wodna

•

biureta do miareczkowania

•

statyw z uchwytem do biurety

•

zlewka 100 cm

•

zlewka 1 dm

•

termometr o zakresie pomiarowym 100 °C

•

lejek szklany

•

sączki z bibuły filtracyjnej

•

kuchenka elektryczna

•

cylinder miarowy 1 dm

kolba miarowa o pój. 50 cm

•

woda destylowana

•

roztwór 0,0015 n 2-6-dwuchlorofenoloindofenolu.

ROZMRAśANIE śYWNOŚCI

5.1.

PROWADZENIE

Wartość odŜywcza i organoleptyczna potraw przygotowanych z mroŜonek zaleŜy m.in. od

metody  rozmraŜania,  czy  teŜ  od  sposobu  restytucji  mroŜonej  Ŝywności.  Proces  rozmraŜania  jest
równieŜ  waŜną  operacją  technologiczną  w  przemyśle  spoŜywczym,  rybnym,  owocowo-
warzywnym,  mięsnym,  opartym  na  półproduktach  uzyskanych  przez  zamroŜenie.  Technologia
rozmraŜania moŜe przyczyniać się do pogorszenia jakości i obniŜenia wydajności produktu, dlatego
teŜ  zasługuje  na  szczególną  uwagę.  Celem  rozmraŜania  jest  podwyŜszenie  temperatury  produktu
zamroŜonego  powyŜej  krioskopowej,  przy  moŜliwie  maksymalnym  zachowaniu  korzystnych  cech
jakościowych surowca wyjściowego,

W procesie rozmraŜania produkty ulegają zmianom fizycznym, mikrobiologicznym, a takŜe

biochemicznym.  NajwaŜniejszą  zmianą  fizyczną,  zachodzącą  podczas  podwyŜszania  temperatury
mroŜonki  jest  przemiana  fazowa  lodu  w  wodę.  PoniewaŜ  całkowita  odwracalność  całokształtu
procesów zachodzących w poszczególnych fazach obróbki zamraŜalniczej nie jest moŜliwa, dlatego
pewna  ilość  wody  wydzielonej  w  przemianie  fazowej  nie  jest  powtórnie  wiązana  przez  składniki
Ŝywności  i  wypływa  na  zewnątrz  produktu,  jako  główny  składnik  wycieku  rozmraŜalniczego.
Podczas procesu rozmraŜania następuje na ogół zmniejszenie się wymiarów produktów, wynikające
ze  wzrostu  gęstości  wody  przy  przemianie  fazowej.  Zjawiska  występujące  równolegle,  takie  jak
utrata  turgoru,  zmniejszenie  wymiarów  i  zmiana  kształtu  produktów,  określane  są  niekiedy  jako
"skurczenie" rozmraŜalnicze, które równieŜ przyczynia się do wzrostu wielkości wycieku. Wyciek
traktowany  jest  jako  zewnętrzny  objaw  denaturacji  białka  i  zmian  w  obrębie  innych
wielkocząsteczkowych  substancji,  będących  składnikami  Ŝywności.  Pośrednio  wyciek  związany
jest  równieŜ  z  częściowym  zniszczeniem  struktury  produktu,  juŜ  w  trakcie  procesu  rozmraŜania.
Przyczyny tego faktu upatruje się we wzroście duŜych kryształów kosztem małych w temperaturach
bliskich  krioskopowej.  Najprawdopodobniej  wynika  to  z  większej  pręŜności  pary  wodnej  nad
powierzchnią  małych  kryształów.  W  skład  wycieku  wchodzą  składniki  rozpuszczalne  w  wodzie,
takie  jak:  witaminy,  barwniki,  sole  mineralne,  cukry,  aminokwasy,  niskocząsteczkowe  peptydy  i
białka oraz inne substancje. Do frakcji wycieku moŜe przechodzić w procesie rozmraŜania kilka do
kilkunastu  procent  całkowitej  zawartości  tych  substancji.  Innym  procesem  mogącym  zachodzić
podczas  rozmraŜania  jest  odparowywanie  wody  z  powierzchniowych  warstw  produktu,  co  jest
równoznaczne

zmniejszeniem

wydajności

ogół

niekorzystnymi

zmianami

organoleptycznymi.  WaŜną  zmianą  o  charakterze  fizycznym  zachodzącą  w  rozmraŜanej  Ŝywności
jest  zmiana  przewodnictwa  cieplnego.  Produkty  rozmroŜone  w  stosunku  do  zamroŜonych
charakteryzują się mniejszym współczynnikiem przewodzenia ciepła λ, co utrudnia wymianę ciepła
i  przy  zbyt  intensywnym  dostarczaniu  energii  moŜe  prowadzić  do  miejscowego  przegrzewania
rozmroŜonych  fragmentów  produktu.  Wraz  z  podwyŜszeniem  temperatury  produktu  wzrasta
szybkość  reakcji  chemicznych,  mogących  prowadzić  do  niekorzystnych  zmian  jakościowych.
Tempo  reakcji  enzymatycznych  w  Ŝywności  rozmroŜonej  jest  wypadkową  następujących
czynników:  stopnia  denaturacji  białek  enzymów,  wielkości  zniszczenia  struktury  produktu  i
dezagregacji układów koloidalnych, dostępnością substratów, obecnością inhibitorów reakcji itp.

Produkty po rozmroŜeniu są naraŜone na rozwój drobnoustrojów i związane z tym

konsekwencje. Wielu trudności związanych z rozmraŜaniem moŜna uniknąć bezpośrednio poddając
mroŜonki  właściwej  obróbce  termicznej  (gotowanie,  smaŜenie,  pieczenie).  Odnosi  się  to  jednak
głównie  do  gotowych  potraw  lub  ich  głównych  składników  (np.  mieszanki  warzywne).  Do
produktów,  które  muszą  być  rozmroŜone  przed  dalszym  przerobem  zalicza  się  ryby  i  mięso.
Bezpośrednio przed spoŜyciem rozmraŜa się natomiast: owoce, soki owocowe i warzywne, wyroby
piekarskie i cukiernicze, desery i inne.

Istnieją dwie zasadnicze grupy metod rozmraŜania: pierwsza, w której ciepło wprowadzane jest

do produktu przez jego powierzchnię oraz druga, w której ciepło wytwarzane jest wewnątrz pro-

12 luty 2010

duktu. W pierwszej grupie stosuje się zabiegi polegające na poddaniu produktu takim działaniom,
jak napromieniowanie od gorących powierzchni, ciepłe powietrze, ciepła woda, ogrzewane płyty
lub działanie parą wodną w podciśnieniu. W drugiej grupie ciepło wytwarzane jest w produkcie
przez zastosowanie zjawiska oporu elektrycznego, ogrzewania dielektrycznego lub mikrofalowego.
W praktyce metody powierzchniowego ogrzewania są stosowane częściej od metod wewnętrznego
ogrzewania.

Metody ogrzewania zewnętrznego

W metodach tych ciepło przenoszone jest za pomocą konwekcji, front topnienia zaś przesuwa

się od warstw zewnętrznych do wnętrza produktu. Stosowane czynniki rozmraŜalnicze to:
powietrze, woda lub roztwory wodne soli kuchennej oraz para wodna.

RozmraŜanie powietrzne. RozmraŜanie w powietrzu o ruchu grawitacyjnym w temperaturze

pokojowej  jest  mało  skuteczne  (niski  współczynnik  wnikania  ciepła  α).  Zewnętrzne  warstwy
produktu  długo  pozostają  w  temperaturze  otoczenia,  podczas  gdy  środkowe  partie  są  jeszcze
zamroŜone.  Sprzyja  to  rozwojowi  mikroflory  na  powierzchni  produktów.  Ponadto  produkty
przetrzymywane  przez  kilka  lub  kilkanaście  godzin  w  powietrzu  o  średniej  wilgotności  (50-70%)
ulegają  znacznej  ususzce.  Jedynie  do  celów  domowych  moŜna  polecić  rozmraŜanie  w  spokojnym
powietrzu o średniej wilgotności (w komorze chłodziarki o temperaturze bliskiej 0°C).

W warunkach przemysłowych stosuje się powietrze ogrzewane, nawilŜone, o wymuszonej

cyrkulacji. RozmraŜanie odbywa się w tunelach wyposaŜonych najczęściej w nagrzewnice wodne,
rozpylacze  do  nawilŜania  powietrza  i  wentylatory  (rys.  1).  Na  przykład  blok  mroŜonych  ryb  o
grubości 10 cm w powietrzu o ruchu grawitacyjnym i temperaturze 20°C rozmraŜa się ok 20 godz.,
w  powietrzu  zaś  o  takiej  samej  temperaturze,  lecz  wilgotności  bliskiej  100%  i  duŜej  liniowej
prędkości  przepływu  (ok.  5  m/s)  -  tylko  4  godz.,  co  spowodowane  jest  polepszeniem  warunków
wymiany ciepła  (wzrost współczynnika α).

Rys. 1. Schemat tunelu do rozmraŜania ryb w przepływie ciepłego wilgotnego powietrza: 1-

doprowadzenie

mroŜonych

ryb,

2-przenośnik

taśmowy,

3-odprowadzenie

ryb

rozmroŜonych, 4- wentylator, 5-nagrzewnica i nawilŜacz powietrza

Podczas rozmraŜania powietrznego tusz i półtusz mięsnych w warunkach kontrolowanych

programowane  są  róŜnice  temperatur  pomiędzy  powierzchnią  produktu  a  środowiskiem.  Zwykle
wraz  ze  wzrostem  temperatury  powierzchni  produktu  obniŜa  się  temperaturę  powietrza.  Aby
uniknąć  nadmiernego  rozwoju  mikroflory  w  niektórycn  tunelach  instalowane  są  promienniki
ultrafioletu.
RozmnaŜanie w warunkach kontrolowanych realizowane jest zwykle w dwóch fazach.
W  fazie  I  -  róŜnica  temperatur  pomiędzy  powietrzem  a  powierzchnią  rozmroŜonego  produktu  jest

duŜa (20-25°C), wilgotność względna powietrza zaś moŜliwie niska. Wpływa to na

zmniejszenie wykraplania się wilgoci na powierzchni produktu. Woda skraplająca się jest
stosunkowo szybko usuwana, gdyŜ prędkość przepływu powietrza jest wysoka (5 m/s),

W fazie II - następuje wzrost temperatury produktu i jednoczesne obniŜenie temperatury powietrza

oraz wzrost jego wilgotności względnej. Pod koniec tej fazy wyrównują się temperatury w całej
objętości rozmraŜanych tusz. W niektórych typach tuneli stosowanych głównie do rozmnaŜania
mięsa stosuje się wdmuchiwanie cieplejszego powietrza na najgrubsze partie tusz, co wpływa
na wyrównanie czasu rozmraŜania. Tunele uŜytkowane są okresowo. Typowa pojemność tunelu
wynosi od 20 do 30 t mięsa, czas zaś rozmraŜania ok. jednej doby. Parametry procesu
kontrolowanego rozmraŜania zostały przedstawione na rysunku 2.

Rys 2. Zaprogramowany i faktyczny przebieg kontrolowanego rozmraŜania mięsa: 1-temperatura

powietrza, 2-temperatura wewnątrz, tusz, 5-wilgotność powietrza. Uwaga: linią
przerywaną oznaczono zaprogramowany, zaś ciągłą faktyczny przebieg procesu
rozmraŜania.

RozmraŜanie wodne. Ten rodzaj rozmraŜania stosowany jest zazwyczaj do mięsa, ryb i masy

jajecznej opakowanej w puszki i realizowany jest przez immersję lub dyspersje. RozmraŜanie w ką-
pieli przeprowadza się w wannach w ciągłym powolnym przepływie wody (prędkość wody 0,1-0,3
m/s).  W  przypadku  produktów  nie  opakowanych  rozmraŜanie  wodne  wywiera  bardziej
niekorzystny  wpływ  niŜ  powietrzne,  gdyŜ  rozmraŜane  produkty  mogą  absorbować  wodę  i
jednocześnie  tracić  substancje  odŜywcze  w  procesie  wymywania  i  dyfuzji.  Przykładem  metody
rozmraŜania  wykorzystującej  natrysk  wodą  jest  rozmraŜanie  bloków  ryb.  Metoda  ta  polega  na
zraszaniu  bloków  wodą  rozpylaną  w  dyszach  (kropelki  o  średnicy  ok.  0,1  mm).  W  wyniku
dostarczonego  ciepła  ryby  ulegają  rozmroŜeniu  i  dzięki  specjalnej  konstrukcji  pojemników
swobodnie spadają na taśmę przenośnika odprowadzającego je do dalszej obróbki. Po rozmroŜeniu
i rozpadnięciu się jednego bloku do pojemnika usuwany jest blok następny. Całkowite rozmroŜenie
10 kg bloku o temperaturze -25°C do 0°C trwa ok. 1,5 godz.

W niektórych urządzeniach zamiast wody stosuje się 5% roztwór soli kuchennej. Proces ten

przeprowadzany jest w wannach kwasoodpornych, przy czym stosuje się w nim specjalną obróbkę
cieczy obiegowej mającą na celu zachowanie czystości mikrobiologicznej procesu.

Do metod rozmraŜania wodnego moŜna zaliczyć równieŜ prosty sposób rozmraŜania we

wrzącej  wodzie,  który  stosowany  jest  do  mroŜonych  potraw,  niektórych  warzyw  i  owoców
poddawanych  przed  spoŜyciem  gotowaniu.  Proces  rozmraŜania  przebiega  bardzo  szybko  i
połączony  jest  z  obróbką  termiczną.  Sposób  ten  stosowany  jest  głównie  w  gospodarstwach
domowych i Ŝywieniu zbiorowym.

RozmraŜanie parowe. Polega na bezpośrednim kontakcie zamroŜonego produktu z parą wodną,

która kondensuje się na powierzchni produktów oddając duŜe ilości ciepła. W przypadku

12 luty 2010

stosowania pary o temperaturze 100

C lub wyŜszej, proces powoduje miejscowe, znaczne

przegrzania  produktu,  prowadzące  do  obniŜenia  jego  jakości.  Ten  niekorzystny  wpływ
zastosowania  pary  moŜna  wyeliminować  stosując  rozmraŜanie  próŜniowe  z  parą  wodną,  które
polega na dostarczeniu ciepła z kondensującej pod próŜnią pary wodnej do zamroŜonego produktu.
W  ten  sposób  wykorzystuje  się  utajone  ciepło  skraplania  przy  temperaturach  nie  powodujących
zmian  na  powierzchni  produktu.  Podstawowymi  zaletami  tej  metody  jest  bardzo  wysoka  wartość
współczynnika  wymiany  ciepła,  krótki  czas  procesu  (kilkanaście  lub  kilkadziesiąt  minut),
gwarancja  nie  przekroczenia  danej  temperatury  (temperatura  pary  jest  ściśle  skorelowana  z
ciśnieniem  dającym  się  łatwo  regulować),  oraz  równomierność  procesu  i  brak  ususzki  produktu.
Urządzenia  do  rozmraŜania  próŜniowego  są  wykorzystywane  głównie  w  przemyśle  rybnym.  Ich
wydajność jest duŜa i moŜe wynosić do 2 t/godz.

RozmraŜanie kontaktowe. W tym typie rozmraŜania stosowane są urządzenia podobne do

wielopłytowych zamraŜarek kontaktowych. Temperatura cieczy krąŜących w płytach nie powinna
przekraczać +20

C. Metoda kontaktowa dotyczy prawie wyłącznie bloków ryb mroŜonych w

zamraŜarkach płytowych. Na przykład blok ryb o grubości 10 cm rozmraŜa się tą metodą ok. 5
godz.

Do metod kontaktowych moŜna równieŜ zaliczyć przeponowe (zwykle parowe) ogrzewanie

mroŜonki w otwartym zbiorniku. Przykładem takiego rozwiązania, stanowiącego połączenie
procesu rozmraŜania z dalszym procesem technologicznym, moŜe być produkcja dŜemów i
mroŜonych owoców.

Metody ogrzewania wewnętrznego

W metodach tych, które są bardziej skomplikowane od rozmraŜania powierzchniowego, ciepło

wytwarza się w całej masie produktu. Metody te moŜna podzielić aa następujące grupy:
rozmraŜanie dielektryczne, mikrofalowe i opornościowe.

RozmraŜanie dielektryczne. Metoda dielektrycznego rozmraŜania polega na poddaniu produktu

działaniu  pola  wysokiej  częstotliwości.  Produkty  przesuwane  są  między  dwiema  płytami  -  elek-
trodami,  do  których  przyłoŜone  jest  napięcie  o  wysokiej  częstotliwości  od  10  do  100  MHz.
RozmraŜane produkty są podgrzewane przez zmienne pole elektryczne i zachowują się w nim, jak
dielektryk  w  kondensatorze.  System  ten  moŜe  być  stosowany  do  jednorodnego  surowca  o
wyrównanym kształcie bloków (rys. 3).

Rys. 3. Schemat urządzenia do dielektrycznego rozmraŜania bloków mięsa lub ryb: 1 - przenośnik

taśmowy, 2 - bloki rozmraŜanego surowca, 3 - elektrody, 4 - mycie taśmy

System dielektrycznego rozmraŜania jest stosowany najczęściej do bloków ryb. Układane są

one  na  tacach  ze  specjalnego  szkła  i  po  napełnieniu  ich  wodą  przekazywane  są  na  przenośnik
przesuwający  je  przez  tunel.  W  urządzeniu  zainstalowane  są  elektrody  wytwarzające  pole
elektryczne oraz automatyczny system spłukiwania i mycia. Metoda ta jest bardzo szybka, wydajna
i umoŜliwia rozmraŜanie produktów wewnątrz opakowań, jest jednak bardzo energochłonna.

RozmraŜanie mikrofalami. Zakres widma elektromagnetycznego zawarty w granicach od 1 mm

do 1m nazywany jest mikrofalami. Aby wyeliminować moŜliwości zaburzeń w telekomunikacji do
zastosowania przemysłowego dopuszczono promieniowanie o określonej długości fali (λ= 33 cm,
12,5 cm i 1,35 cm). Mikrofale przechodzą przez warstwy powietrza, masy plastyczne, porcelanę i

szkło, odbijają się od powierzchni metalowych i są absorbowane przez substancje dielektryczne,
m.in. składniki Ŝywności.

Mikrofale oddziaływują głównie na dipole wody, powodując szybkie obracanie się ich i

drgania, co wywołuje duŜe siły tarcia.

Energia wytwarzana w całej masie produktu powoduje bardzo szybki wzrost jego temperatury.

W  procesie  rozmnaŜania  mikrofalowego  występuje  niekorzystny  czynnik  nierównomiernej
absorpcji  fal  przez  produkt.  Wynika    to  z    róŜnych    stałych  dielektrycznych  wody  (ε=88)    i    lodu
(ε=35). Powodować to moŜe miejscowe przegrzania produktu:  uwzględniając jednak bardzo krótki
czas  rozmraŜania,  zjawisko  to  nie  mają  większego  znaczenia.  W  najnowszych  rozwiązaniach
technicznych  tej  metody  powierzchnię  produktu  chłodzi  się  przez  niezbyt  intensywny  natrysk
skroplonych gazów, np.  ciekłego freonu lub azotu.
Metoda rozmraŜania mikrofalowego ma wiele zalet m.in.:

•

bardzo krótki czas procesu,

•

dość duŜą równomierność nagrzewania całej masy produktu

•

moŜliwość rozmraŜania produktów opakowanych

•

moŜliwość zachowania odpowiedniej higieny procesu.

Istnieje wiele rozwiązań technicznych rozmraŜania mikrofalowego zarówno o działaniu

okresowym,  jak  i  ciągłym.  W  typowych  urządzeniach  energia  mikrofal  wytwarzana  jest  w
magnetronie    i  przesyłana  falowodem  do  osłoniętego  ekranem  prostopadłościennego  pieca,  gdzie
uzyskuje  się  pole  wielokrotnych  odbić  mikrofal.  W  urządzeniach  ciągłych  rozmraŜany  produkt
przesuwany  jest  na  transporterze  przez  piec.  Mała  przenikalność  mikrofal  sprawia,  Ŝe  na
przenośniku  lub  tacy  pieca  moŜna  umieszczać  produkty  w  warstwie  nie  przekraczającej  kilku
centymetrów.

Metoda ze względu na konieczność wysokich nakładów inwestycyjnych oraz duŜe zuŜycie

energii, w warunkach przemysłowych nie jest stosowana na szeroką skalę. Metody mikrofalowego
rozmraŜania Ŝywności znalazły zastosowanie w Ŝywieniu zbiorowym, a takŜe w gospodarstwach
domowych.

RozmnaŜanie opornościowe. RozmraŜanie przez wykorzystanie oporności elektrycznej polega

na  przepuszczaniu  prądu  zmiennego  przez  blok  zamroŜonego  produktu.  Wykorzystuje  się  tu
wysoką  oporność  właściwą  produktów  zamroŜonych  w  stosunku    do  rozmroŜonych.  Na  przykład
zamroŜona  tkanka mięśniowa ryb w temperaturze -30oC wykazuje przy częstotliwości prądu 50 Hz
oporność 25x106 ohm/cm, w temperaturze natomiast 0°C tylko 800 ohm/cm. Metodę  rozmraŜania
opornościowego  wykorzystuje  się  głównie  do  bloków  ryb.  Blok  zanurzany  jest  w  wodzie  o
niewielkim  przepływie,  co  podnosi  jego  temperaturę,  a  zarazem  zmniejsza  oporność.  Jest  to
wstępne podgrzanie ryb. Następnie z obu stron bloku, w bezpośrednim z nim kontakcie, umieszcza
się  elektrody.  Powierzchnia  bloku  częściowo  rozmroŜona  zapewnia  dobry  przepływ  prądu.  Przez
blok  przepuszcza  się  prąd  zmienny  o  napięciu  10-40  V  i  natęŜeniu  10-20  A.  Metoda  ta  ma
zastosowanie dc rozmraŜania cienkich bloków ryb oraz pojedynczych ryb. Proces rozmraŜania trwa
w niej ok. kilkudziesięciu minut.

Rozwój i udoskonalanie metod rozmraŜania związane jest głównie z produkcją przemysłu

rybnego.  Ryby  dostarczane  są  do  przetwórni  znajdujących  się  na  lądzie  w  postaci  zamroŜonej,
gdzie  są  przetwarzane  i  opuszczają  przetwórnie,  jako  mroŜone  dania,  półprodukty,  potrawy  itp.
Istnieje zatem potrzeba szybkiego i wydajnego rozmroŜenia nie obniŜającego jakości produktu. W
tabeli 3 została przedstawiona charakterystyka róŜnych metod rozmraŜania Ŝywności.

W przyszłości naleŜy się spodziewać dalszych udoskonaleń technicznych pozwalających

skutecznie, szybko i tanio rozmraŜać Ŝywność. Do metod takich będą naleŜały z pewnością
skojarzone sposoby rozmraŜania, np. ogrzewania wewnętrznego na początku procesu, a następnie
rozmraŜanie w powietrzu kontrolowanym.

12 luty 2010

5.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się oraz porównanie róŜnych metod rozmraŜania Ŝywności.

Porównanie zostanie przeprowadzone dla róŜnych rodzajów mroŜonek.

Wykonanie ćwiczenia

Wymyć i osuszyć warzywa lub owoce. Warzywa np. marchew, pokroić w kostkę o wymiarze

boku ok. 1 cm. Krojonkę zamrozić w temp.-21°C na tydzień przed zajęciami (ta część ćwiczenia
jest juŜ wykonana i prowadzący ćwiczenie dostarczy zamroŜony produkt).

Zadanie 1. RozmraŜanie bezprzeponowe w powietrzu i w wodzie.

OdwaŜyć w sitkach plastikowych uprzednio zamroŜone truskawki i kostki marchwi (oba

produkty ok. 100 g z dokładnością do 0,01g). Następnie jedną z próbek naleŜy umieścić w wodzie o
temp. 20°C, a drugą umieścić na szalce Periego i pozostawić na powietrzu do rozmroŜenia. Po
rozmroŜeniu ponownie zwaŜyć i określić procent odcieku, a takŜe czas rozmraŜania.

Zadanie 2. RozmraŜanie mikrofalowe.

Do rozmraŜania tą metodą uŜyć kuchenki mikrofalowej. Na szalkach Petriego naleŜy odwaŜyć

uprzednio  zamroŜone  próbki  owoców  truskawek  i  kostek  marchwi  (oba  produkty  ok.  100  g  z
dokładnością  do  0,01g).  Szalki  umieścić  w  komorze  kuchenki  ustawionej  na  rozmraŜanie  i
kuchenkę  uruchomić  na  kilka  minut.  Po  rozmroŜeniu  przenieść  próbki  na  sitca  i  po  odsączeniu
określić procent odcieku (zwaŜyć próbki) oraz czas rozmraŜania.

Zadanie 3. RozmraŜanie przeponowe na podgrzewanej powierzchni metalowej.

OdwaŜyć próbki uprzednio zamroŜonych owoców truskawek i kostek marchwi do metalowych

naczynek(oba produkty ok. 100 g z dokładnością do 0,01g). Naczynka postawić na płycie
metalowej termostatu nagrzanego do temp. 30

C do rozmroŜenia. NaleŜy określić czas rozmraŜania

i procentowy odciek.

Z przeprowadzonych doświadczeń wyciągnąć wnioski i ocenić przydatność poszczególnych

metod rozmraŜania do praktyki przemysłowej.

5.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

Wyniki oznaczeń naleŜy umieścić w sprawozdaniu [wzór, rozdział Załącznik 1. Załącznik 1. ] w

formie oddzielnych punktów wraz z przeliczeniami i przedłoŜyć osobie prowadzącej ćwiczenie w
celu sprawdzenia. NaleŜy takŜe zaznaczyć wszelkie odstępstwa od metod podanych w opracowaniu
ćwiczeń. Na końcu sprawozdania z ćwiczeń naleŜy podać wnioski w formie zwięzłych punktów.

USZENIE PRODUKTÓW SPO

YWCZYCH

12 luty 2010

SUSZENIE PRODUKTÓW SPOśYWCZYCH

6.1.

PROWADZENIE

Suszenie jest procesem technologicznym zmierzającym do obniŜenia zawartości wody w

produktach do kilku lub kilkunastu procent w celu wyeliminowania lub zwolnienia procesów
mikrobiologicznych, fizykochemicznych i biochemicznych. Głównym celem suszenia produktów
spoŜywczych (zarówno cieczy jak i ciał stałych) jest dąŜenie do przedłuŜenia ich trwałości.

Produkty spoŜywcze stanowią złoŜone układy strukturalne, w których woda jest związana z

materiałem:

a/ chemicznie;
b/ fizykochemicznie - woda utrzymywana osmotycznie i woda strukturalna;
c/ mechanicznie - woda utrzymywana przez makrokapilary materiału (średni promień powyŜej

-5

cm)i mikrokapilary (średni promień poniŜej 10

-5

cm).

RóŜne rodzaje wilgoci warunkują mechanizm jej usuwania podczas suszenia, np. w celu

usunięcia wilgoci związanej adsorpcyjnie wewnątrz materiału trzeba ją przekształcić w parę, która
przemieszcza się wewnątrz materiału, głównie w postaci ciekłej.

Tak zwana woda wolna przemieszcza się wewnątrz materiału głównie w postaci ciekłej bez

uprzedniej zamiany w parę. Woda „kapilarna" przemieszcza się, w zaleŜności od warunków
suszenia, zarówno w postaci ciekłej (kosztem sił kapilarnych), jak równieŜ w postaci pary (kosztem
róŜnicy ciśnień).

Wilgotność produktu W w technice suszarnictwa przyjęto obliczać w odniesieniu do masy

absolutnie suchej substancji, która podczas suszenia nie powinna podlegać zmianie:

gdzie:
G

- masa wilgoci w produkcie (kg),

- masa absolutna suchej substancji w produkcie.

Suchą masę materiału (G

) oznacza się zazwyczaj przez suszenie w 105°C aŜ do momentu

uzyskania nie zmieniającej się wartości. Często w technologii suszarnictwa stosuje się pojęcie
wilgotności względnej. Wilgotność względną W

oblicza się w odniesieniu do początkowej masy

wilgotnego materiału. Jest ona powiązana z wilgotnością bezwzględną W następującymi
zaleŜnościami:

Bezwzględna zawartość wody w produkcie U jest to stosunek zawartej w nim wilgoci do suchej

masy produktu:

USZENIE PRODUKTÓW SPO

YWCZYCH

Zawartość wilgoci moŜe charakteryzować nie tylko cały produkt, lecz równieŜ dowolną

warstwę lub część jego objętości. Przy równomiernym rozłoŜeniu wilgoci W

całej objętości

produktu moŜemy przyjąć:

Szybkość suszenia

Szybkością suszenia nazywamy wyraŜenie określające wielkość zmiany średniej zawartości

wody w suszonym produkcie w jednostce czasu. Szybkość suszenia jest pochodną średniej
zawartości wody do czasu suszenia i moŜe być przedstawiona w postaci dW/dt.

Jedna z metod oznaczania szybkości suszenia polega na graficznym róŜniczkowaniu krzywej

suszenia przedstawionej na rysunku 1.

Krzywa suszenia przedstawia zaleŜności miedzy średnią zawartością wody w suszonym

produkcie a czasem suszenia. Przebieg krzywej suszenia najczęściej składa się z dwu odcinków,
tzn. odcinka prostoliniowego od W

do W

oraz odcinka krzywoliniowego od W

do W

Zawartość wody W

nazywamy krytyczną zawartością wody. Krytyczna zawartość wody

oddziela dwa etapy suszenia róŜniące się intensywnością wysychania produktu.

Zawartość wody W

nazywa się równowaŜną zawartością wody w produkcie i w czynniku

suszącym.

Wykonując graficzne róŜniczkowanie krzywej suszenia przedstawionej na rysunku 1

przedstawiając wynik w układzie współrzędnych prostokątnych: szybkość suszenia-zawartość
wody, uzyskujemy wykres szybkości suszenia przedstawiony na rysunku 1. Wykres składa się z
trzech części i linii wzrostu szybkości suszenia od 0 do pewnej stałej wartości; linii między W

i W

(I okres suszenia) oraz linii malejącej szybkości suszenia między W

i W

(II okres suszenia).

NaleŜy zaznaczyć, Ŝe przedstawiony przykład graficznego róŜniczkowania krzywej suszenia jest
adekwatny dla większości produktów spoŜywczych suszonych konwencyjnie.

Rys 1. Krzywa suszenia

Proces suszenia powinien przebiegać w warunkach uniemoŜliwiających powstawanie w

produktach spoŜywczych nieodwracalnych zmian, które mogłyby doprowadzić do pogorszenia ich
jakości. Zmiany powyŜsze związane są przede wszystkim z denaturacją białka i ze skleikowaniem
skrobi, co jest następstwem zbyt intensywnego nagrzewania materiału podczas suszenia.

USZENIE PRODUKTÓW SPO

YWCZYCH

12 luty 2010

Rys. 2. Wykres szybkości suszenia (I i II okres suszenia).

Maksymalna temperatura suszenia produktów spoŜywczych powinna być niŜsza od temperatury

denaturacji białek. WaŜne znaczenie ma takŜe szybkość nagrzewania produktu oraz czas suszenia w
dopuszczalnej temperaturze.

Dla produktów zawierających aktywne enzymy, od których zaleŜy ich aktywność biologiczna,

istnieje minimalna granica obniŜenia wilgoci do około 5%, przy niŜszej zawartości wody mogą
występować w produkcie suszonym nieodwracalne zmiany. Podczas suszenia większości
produktów spoŜywczych niedopuszczalne są zmiany ich zabarwienia.

W doborze odpowiedniej metody suszenia produktów spoŜywczych zwraca się uwagę warunki

procesu:  temperaturę,  wilgotność,  prędkość  przepływu  powietrza,  jak  równieŜ  na  właściwości
suszonych  produktów  i  zdolności  dyfuzji  wody  oraz  przenikania  masy.  Przy  wyborze  warunków
suszenia uwzględnia się nie tylko odporność termiczną produktu, jego cechy biologiczne, lecz takŜe
właściwości  strukturalno-mechaniczne,  od  których  zaleŜy  zachowanie  kształtu  i  wytrzymałości
produktu.

Podsumowując naleŜy stwierdzić, Ŝe wybór odpowiedniej metody suszenia oraz konstrukcja

suszarki powinny być uzaleŜnione od właściwości suszonego produktu.

Ogólnie suszenie Ŝywności moŜna podzielić na naturalne (słoneczno-powietrzne i wietrzno-

powietrzne)  oraz  suszenie  sztuczne.  Do  konwecjonalnych  sposobów  suszenia  przyjęto  zaliczać
suszenie kondukcyjne i konwekcyjne.
Suszenie kondukcyjne polega na odprowadzeniu wody z produktu poprzez przekazanie kontaktowe
ciepła z ogrzanego wewnętrznie materiału.

Suszenie  konwekcyjne  odbywa  się  za  pomocą  owiewu  suszonego  produktu  gorącym  powietrzem
(lub innym gazem). W procesie suszenia konwekcyjnego waŜną rolę odgrywa przenoszenie ciepła i
masy  między  czynnikiem  suszącymi  a  suszonym  produktem  oraz  przenoszenie  ciepła  i  wilgoci
wewnątrz produktu.
Przebieg suszenia konwekcyjnego  przedstawia się następująco:

•

przejmowanie ciepła od czynnika suszącego przez suszony produkt,

•

zamiany wody znajdującej się w produkcie na parę dzięki ciepłu przejętemu od czynnika
suszącego,

•

przejmowanie wody (w postaci pary) od ciała stałego przez czynnik suszący,

•

przemieszczanie się wody wewnątrz suszonego produktu od jego wnętrza w kierunku
powierzchni.

Proces  suszenia  jest  więc  procesem  wymiany  ciepła  i  masy  oraz  odbywającej  się  przemiany
fazowej  (parowanie  wody).  Suszenie  konwekcyjne  jest  procesem  niestacjonarnym,  to  znaczy,  Ŝe
zarówno  temperatura  produktu  suszonego,  jak  i  zawartość  wody  w  nim  ulegają  ciągłej  zmianie  w
czasie trwania procesu.

USZENIE PRODUKTÓW SPO

YWCZYCH

Urządzenia do realizacji suszenia produktów nazwano suszarkami. Są to suszarnie otwarte,
komorowe, tunelowe, karuzelowe, taśmowe, bębnowe, walcowe, rozpyłowe, fluidyzacyjne,
próŜniowe i sublimacyjne.

Suszenie fluidyzacyjne

Przy suszeniu rozdrobnionych materiałów w nieruchomej warstwie intensywność procesu jest

określana,  przede  wszystkim,  przez  zewnętrzne  przenoszenie  ciepła  między  materiałem  i
czynnikiem suszącym, unoszącym parę wodną z powierzchni między ziarnami.
W  ostatnich  latach  szerokie  zastosowanie  znalazło  suszenie  rozdrobnionych  materiałów  w  stanie
fluidalnym.  Zasada  suszenia  fluidyzacyjnego  polega  na  oddolnym  przepuszczeniu  przez  sypki,
ziarnisty  materiał  strumienia  powietrza  ogrzanego  (suchego)  o  takiej  prędkości,  Ŝe  cała  masa
ziarnista zostaje uniesiona; tworzy stan „półzawieszony" czyli fluidalny, w którym suszony materiał
zachowuje  stałą  swobodę  ruchów.  W  celu  lepszego  zrozumienia  istoty  procesu  fluidyzacji  na  ry-
sunku  3  zobrazowano  zmiany  zachodzące  w  strukturze  ładunku  ziarna  w  zaleŜności  od  prędkości
strumienia powietrza.

Rys. 3. Charakter zmian struktury ładunku ziarna w zaleŜności od prędkości strumienia powietrza

V: a-ładunek nieruchomy, b-ładunek spulchniony (ekspandowany), c-początek fluidyzacji
(przepływ powietrza kanałami), d-pierwsze stadium fluidyzacji, e-stadium intensywnej
fluidyzacji („burzliwego wrzenia")

JeŜeli przez warstwę składającą się z ciała stałego w postaci ziarnistej, umieszczoną w cylindrze

z dnem dziurkowanym, przepuszcza się z określoną prędkością powietrze, wówczas sypki ładunek
ulega  najpierw  spulchnieniu,  a  następnie  przy  zwiększaniu  prędkości  przepływu  powietrza,
przechodzi  w  etan  przypominający  wrzącą  ciecz.  Zjawisko  upłynniania  materiału  suszonego
nazywamy fluidyzacją. W stanie fluidalnym materiał suszony podlega intensywnemu mieszaniu, w
następstwie  czego  wszystkie  cząstki  materiału  są  owiewane  czynnikiem  suszącym.  Intensywne
mieszanie  się  oraz  kontakt  poszczególnych  cząstek  z  czynnikiem  suszącym  warunkują
wyrównywanie temperatury w całej masie suszonego materiału, co jest szczególnie waŜne podczas
suszenia  produktów  spoŜywczych.  Istotną  zaletą  suszenia  produktów  spoŜywczych  metodą
fluidyzacyjną  jest  fakt,  Ŝe  załadunek  materiału  moŜe  osiągać  100-120  kg/m

. Odpowiednio

załadunek surowca przy suszeniu w nieruchomej warstwie z zastosowaniem suszarek taśmowych,
tunelowych, szafkowych wynosi od 5 do 17 kg/m

Przenoszenie ciepła w suszarce fluidyzacyjnej jest uwarunkowane nie tylko intensywnym

ruchem cząstek i mieszaniem ładunku, lecz równieŜ wysoką zdolnością akumulowania ciepła przez
fazę  stałą  w  porównaniu  z  tą  zdolnością  fazy  gazowej.  Pakt  ten  umoŜliwia  łatwą  regulację
temperatury  suszonego  materiału.  Przy  suszeniu  produktów  spoŜywczych  metodą  fluidyzacji
powstaje  równieŜ  wiele  trudności  spowodowanych  z  jednej  strony  szybkością  procesu,  z  drugiej

USZENIE PRODUKTÓW SPO

YWCZYCH

12 luty 2010

strony specyficznymi właściwościami produktów spoŜywczych. Trudność termicznej obróbki
produktów spoŜywczych w fazie fluidalnej polega głównie na tym, Ŝe intensyfikacja procesu jest
ograniczona zbyt szybkim nagrzewaniem materiału do temperatury granicznie dopuszczalnej.

Ze względu na specyficzne właściwości produktów spoŜywczych, prowadzone są badania w

celu określenia dopuszczalnych temperatur nagrzewania materiału, sposobu doprowadzenia ciepła,
parametrów hydrodynamicznych oraz konstrukcji suszarki.
Suszarki fluidyzacyjne moŜemy podzielić następująco:
a/ suszarki o działaniu periodycznym, w których załadunek materiału prowadzony jest okresowo, a

po zakończeniu kaŜdego cyklu pracy suszarka jest całkowicie wyładowywana;

b/ suszarki o działaniu półciągłym - załadunek i wyładunek materiału jest prowadzony w sposób

ciągły,

c/ suszarki o działaniu ciągłym - załadunek i wyładunek materiału przebiegają w sposób ciągły; w

kaŜdym miejscu aparatu wilgotność materiału oraz parametry czynnika suszącego pozostają stałe
podczas całego procesu.

DuŜe zastosowanie w suszeniu produktów spoŜywczych znajdują suszarki o działaniu ciągłym przy
zachowaniu  oscylujących  warunków  suszenia.  Oscylujące  warunki  pracy  suszarki  polegają  na
podawaniu  na  przemian  nagrzanego  i  chłodnego  powietrza  do  odpowiednich  stref  suszarki.  Czas
trwania  poszczególnych  cykli  nagrzewania  i  chłodzenia  materiału  określa  się  czasem  jego
przebywania w kaŜdej strefie.
W  ostatnich  latach  do  suszenia  produktów  spoŜywczych  stosuje  się  tzw.  wibrofluidyzację.
Wibrofluidyzacja  róŜni  się  od  aerodynamicznej  zasady  zwykłej  fluidyzacji  tym,  Ŝe  potrzebne
spulchnienie  i  intensywne  mieszanie  ziarnistego  materiału  osiąga  się  zarówno  kosztem
przedmuchiwania  powietrza  przez  ładunek,  jak  równieŜ  poprzez  wibracyjne  oddziaływanie  na
materiał.

Suszenie promiennikowe w podczerwieni

Metoda ogrzewania za pomocą promieniowania podczerwonego została wykorzystana do

suszenia  produktów  spoŜywczych.  Suszony  materiał  umieszcza  się  w  suszarni  (najczęściej
suszarnię  stanowi  tunel  z  ruchomą  taśmą),  w  ścianach  której  umieszcza  się  promienniki  pod-
czerwieni.  Powierzchnia  suszonego  materiału  szybko  nagrzewa  się  przez  napromieniowanie,  w
wyniku  czego  w  pobliŜu  powierzchni  odbywa  się  szybkie  suszenie  materiału.  Jednocześnie  przez
suszarnie przepływa powietrze, do którego odparowuje woda z rozgrzanej powierzchni.
Ze  względu  na  fakt,  Ŝe  absorpcja  promieniowania  cieplnego  jest  najbardziej  intensywna  blisko
powierzchni,  metoda  ta  nadaje  się  głównie  do  suszenia  cienkich  warstw  materiałów.  Omawianą
metodę moŜna równieŜ stosować do suszenia grubszych warstw takich materiałów, w których ruch
wilgoci  w  fazie  stałej  ułatwiony  jest  np.  działaniem  sił  kapilarnych.  Do  suszenia  w  podczerwieni
natomiast  nie  nadają  się  materiały  w  postaci  grubych  warstw,  głównie  ze  względu  na  szybkie
schnięcie  miejsc  w  pobliŜu  powierzchni.  Wówczas  intensywne  odparowanie  wody  z  powierzchni
utrudnia  dopływ  wilgoci  z  wnętrza  warstwy  suszonego  materiału.  DuŜe  gradienty  stęŜeń  wilgoci
powstające  w  czasie  napromieniowania  mogą  powodować  pękanie  wraŜliwych  na  skurcz
materiałów, np. ziarna jęczmienia, rzepaku itp.
W  razie  stwierdzenia  pękania  materiału  naleŜy  zastosować  przerywane  naświetlanie  materiału.  W
czasie przerwy w naświetlaniu, ciepło przenika od powierzchni w głąb materiału i ułatwia dyfuzję
wody z wnętrza do powierzchni.
Omawiana  metoda  znalazła  bardzo  duŜe  zastosowanie  do  dosuszania  materiału  suszonego  innymi
metodami.

Ujemną  stroną  suszenia  w  podczerwieni  jest  znaczne  zuŜycie  energii-około  1  kWh/1kg
odparowanej  wody.  Zmniejszenie  zuŜycia  energii  moŜna  osiągnąć  przez  przerywane  naświetlanie

USZENIE PRODUKTÓW SPO

YWCZYCH

12 luty 2010

Urządzenie składa się z: sublimatora, kondensatora i pompy próŜniowej, połączonych w zamknięty
układ próŜniowy.

Rys. 5. Podstawowy schemat urządzenia do suszenia sublimacyjnego

Wstępnym  etapem  suszenia  sublimacyjnego  jest  zamraŜanie  produktów  suszonych.  ZamroŜenie
moŜna prowadzić w dwojaki sposób:
a/ stosując  zamraŜanie  produktów  kosztem  intensywnego  parowania  części  wody  w  następstwie

ciągłego zwiększenia próŜni w sublimatorze; w zaleŜności od postaci suszonego produktu
(produkt wstępnie zamroŜony lub o dodatniej temperaturze) stosuje się odmienną technologię
suszenia;

b/ stosując wstępne zamraŜanie produktów przed liofilizacją w specjalnych komorach pod

ciśnieniem atmosferycznym.

W  suszeniu  materiałów  nie  zamroŜonych  stosuje  się  bardzo  niskie  ciśnienie,  juŜ  w  pierwszym
etapie  suszenia,  w  celu  intensywnego  odprowadzenia  wilgoci  z  powierzchni  materiału,  a  tym
samym  do  ochłodzenia  produktu,  a  następnie  zamroŜenia  oraz  ochłodzenia  produktu  do  ujemnej
temperatury.  ObniŜanie  ciśnienia  nad  powierzchnią  parowania  powoduje  zwiększenie
intensywności  parowania.  Intensywne  parowanie  prowadzi  do  spadku  temperatury  aŜ  wreszcie
dochodzi do zamroŜenia wody. Opisane zjawisko nazywamy samozamroŜeniem.
Czas  procesu  zamraŜania  zaleŜy  od  geometrycznych  wymiarów  próbki.  Im  mniejsza  jest  grubość
produktu  i  większy  stosunek  jego  powierzchni  do  objętości,  tym  szybciej  przebiega  proces
zamraŜania.
Wykazano, Ŝe samozamraŜanie w sublimatorze jest niewskazane w suszeniu sublimacyjnym takich,
produktów  spoŜywczych,  jak:  surowe  mięso,  ryby,  soki  owocowe,  niektóre  jagody  i  owoce.
SamozamraŜanie prowadzi bowiem w tych wypadkach do znacznych zmian właściwości produktu.
W  suszeniu  produktów  wstępnie  zamroŜonych  proces  odwadniania  odbywa  się  z  pominięciem
etapu samozamraŜania. Podczas suszenia sublimacyjnego następuje intensywne odbieranie ciepła z
produktu, kosztem którego zachodzi proces odwadniania. Na początku procesu suszenia intensywna
sublimacja  zachodzi  w  strefie  bezpośrednio  przylegającej  do  wolnej  powierzchni  produktu.  W
miarę przebiegu procesu strefa sublimacji przesuwa się w głąb produktu, a tworząca się para przy
przenikaniu  do  wolnej  powierzchni  ponownie  napotyka  na  opór  juŜ  wysuszonej  warstwy.  Opory
przepływu  są  przede  wszystkim  zaleŜne  od  takich  czynników,  jak:  struktura  suszonego  produktu,
rodzaj i budowa kapilar, przez które musi przepłynąć para wodna wewnątrz materiału.
WaŜnym  zagadnieniem  w  procesie  dehydratacji  poprzez  sublimację  jest  dostarczanie  ciepła  do
suszonego  produktu  w  celu  wyrównania  jego  strat  w  procesie  parowania.  Ciepło  moŜe  być
doprowadzone do produktu przez przewodnictwo lub promieniowanie. Przy stosowaniu ogrzewania
istotne  jest  znalezienie  optymalnej  temperatury  procesu.  Proces  ogrzewania  winien  być  tak
prowadzony, aby maksimum ciepła doprowadzić we wczesnych stadiach, tzn. wtedy, gdy materiał
zawiera znaczne ilości wody. Podczas suszenia naleŜy zwracać szczególną uwagę na równomierne
nagrzewanie  całej  powierzchni  parowania.  Osobnym  zagadnieniem  w  procesie  suszenia

USZENIE PRODUKTÓW SPO

YWCZYCH

Klawiatura wagosuszarki

Przycisk Start/Stop – rozpocz

cie / zako

czenie procesu suszenia wg wybranego programu.

Przycisk Esc, słu

acy do rezygnacji z wprowadzanych zmian / wyj

cie o poziom wy

ej w menu wagi.

Grupa przycisków nawigacyjnych - zmiana warto

ci parametrów; poruszanie si

po menu

wagosuszarki.

Przycisk Print/Enter – przesyłanie stanu wy

wietlacza do urz

dzenia zewn

trznego (Print) lub zatwierdzenie

wybranej warto

ci parametru lub funkcji (Enter).

Przycisk TARA - zerowanie wskaza

wagi.

Przycisk On/Off, słu

acy do zał

czenia / wył

czenia wy

wietlacza wagosuszarki. Po wył

czeniu wy

wietlacza

inne podzespoły s

zasilane, a wagosuszarka pozostaje w stanie gotowo

ci.

Przycisk Display - zmienia rodzaj danych eksponowanych w trakcie i po procesie suszenia.

Przycisk Setup - przycisk słu

Ŝą

cy do wej

cia w menu główne.

Przycisk Test menu - przycisk słu

Ŝą

cy do uruchomienia wyboru programów suszenia.

Proces suszenia:
1. Włączyć wagosuszarkę
2. Ustawić odpowiedni program suszenia (wskazuje prowadzący ćwiczenia)

IKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII

YWNO

MIKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII

śYWNOŚCI

7.1.

PROWADZENIE

W ostatnich latach obserwuje się tendencję do poszukiwania nowych metod przetwarzania

Ŝywności.  Współczesny  człowiek  poświęcający  coraz  więcej  czasu  pracy  zawodowej  pragnie  do
minimum  skrócić  czas  potrzebny  do  sporządzania  posiłków.  Nauka  i  technika  starają  się
zadośćuczynić  temu  wyzwaniu. Jedną  z  propozycji  usprawnienia  obróbki  kulinarnej  w  warunkach
domowych  stały  się  powszechnie  juŜ  dzisiaj  stosowane  kuchenki  mikrofalowe.  Znajdują  one
wszechstronne  zastosowanie  do  gotowania,  podgrzewania,  pieczenia,  suszenia  i  rozmraŜania.  Na
skalę  przemysłową  energię  mikrofalową  zaczęto  stosować  niedawno,  gdyŜ  wymagało  to
wprowadzenia  niezbędnych  do  generowania  mikrofal  magnetronów  o  duŜej  mocy-urządzeń
całkiem nowego typu. Nie znano równieŜ dobrze właściwości dielektrycznych Ŝywności i obawiano
się  wysokich  kosztów  wytwarzania  mikrofal.  Dopiero  wzrost  cen  paliw  tradycyjnych  pomógł
dostrzec zalety tej metody ogrzewania. Wykazano, Ŝe stosowanie mikrofal jest bardzo ekonomiczne
w  przypadku  temperyzacji  mroŜonej  Ŝywności.  Jest  to  operacja,  która  polega  na  doprowadzeniu
głęboko  zamroŜonego  produktu  do  temperatury  ok.  -3°C,  kiedy  daje  się  on  juŜ  bez  trudu  kroić,
odkostniać  i  rozdrabniać.  Inne  etapy  obróbki  technologicznej,  w  których  w  większym  lub
mniejszym  zakresie  wykorzystuje  się  ogrzewanie  mikrofalowe,  to  wstępne  podgotowywanie,
gotowanie,  pieczenie,  suszenie,  pasteryzacja,  sterylizacja,  blanszowanie  i  rozmraŜanie.  Czasami
stosuje się układy kombinowane wraz z ogrzewaniem konwencjonalnym, co ma na celu osiągnięcie
poŜądanych cech organoleptycznych i poprawę jakości mikrobiologicznej.

Pomimo wielu zalet ogrzewanie mikrofalowe nie zawsze spełnia oczekiwania technologów,

dlatego ciągle prowadzi się badania nad optymalizacją wykorzystania tej formy energii w
przemyśle spoŜywczym.

Stosowanie promieniowania podczerwonego do przetwarzania Ŝywności ma znacznie dłuŜszą

historię. Od wieków ludzie wykorzystywali energię słoneczna do suszenia ryb, mięsa i owoców, a
wiadomo, Ŝe ok. 48% tej energii przypada na zakres podczerwieni. Obecnie podczerwień stosuje się
na skalę przemysłową w technologii Ŝywności do suszenia produktów o małej zawartości wilgoci,
takich jak: ziarno, mąka, słód, makarony i herbata, do pieczenia oraz ogrzewania opakowaniowej
folii termokurczliwej. Ogrzewanie podczerwienią stosuje się teŜ w kombinacji z mikrofalowym, co
w pewnych przypadkach daje bardzo dobre rezultaty.

Właściwości mikrofal i podczerwieni

Mikrofale i podczerwień są formami energii elektromagnetycznej (rys. 1).

Rys. 1. Umiejscowienie

mikrofal

podczerwieni

(IR)

spektrum

promieniowania

elektromagnetycznego

IKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII

YWNO

12 luty 2010

Rozchodzą się one w postaci fal, które w zetknięciu z Ŝywnością wykazują zdolność jej ogrzewania.
Główne róŜnice między mikrofalami i podczerwienią są następujące:

•

dla celów przemysłu spoŜywczego generuje się mikrofale tylko o określonych

częstotliwościach  (najczęściej  2450  i  915  MHz),  aby  wyeliminować  moŜliwość  zakłócania
innych  urządzeń  pracujących  w  tym  zakresie  widma  elektromagnetycznego  (np.  urządzenia
radiolokacyjne,  diatermia  mikrofalowa).  Promieniowanie  podczerwone  natomiast  wytwarza
się bez Ŝadnych ograniczeń dotyczących częstotliwości.

•

głębokość penetrowania Ŝywności przez mikrofale ściśle wiąŜe się z częstotliwością - im

niŜsza częstotliwość, tym głębsza penetracja. Podczerwień natomiast jest pochłaniana na
powierzchni produktu.

•

mikrofale wywołują rotacje cząsteczek wody i tarcie molekularne między nimi, na skutek

czego wydziela się ciepło, natomiast podczerwień jest bez pośrednio absorbowana i
przetwarzana na ciepło.

•

efekt ogrzewania mikrofalowego jest uzaleŜniony od zawartości wilgoci, a w przypadku

ogrzewania przez promienie podczerwone zaleŜy od charakteru powierzchni i jej koloru.

•

powierzchniowe pochłanianie promieniowania podczerwonego sprawia,

•

Ŝe przy tej metodzie ogrzewania termiczne przewodnictwo Ŝywności jest czynnikiem duŜo

bardziej istotnym niŜ 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 przedłuŜania trwałości Ŝywności (np. suszenie, blanszowanie,

pasteryzacja),  a  podczerwień  zwykle  do  zmiany  właściwości  organoleptycznych,  takich  jak
kolor  powierzchni,  smak,  aromat.  Mikrofale  wytwarza  się  w  urządzeniach  zwanych
magnetronami, które przemieniają energię elektryczną o niskich częstotliwościach (50, 60 Hz)
w pole elektromagnetyczne o częstotliwości rzędu miliardów Hz. Jest to cylindryczna dioda,
w której katodą jest gorący, metalowy walec wytwarzający wolne elektrony, umieszczony  w
pierścieniowej  anodzie  stanowiącej  rezonator  wnękowy.  Po  przyłoŜeniu  wysokiego  napięcia
elektrony  tracą  energię  i  generują  szybko  oscylujące  pole  mikrofalowe,  które  dalej  jest
kierowane  przez  elektromagnesy  do  kanału  wprowadzającego  je  do  komory  grzewczej.  W
celu  wyeliminowania  nierównomierności  w  natęŜeniu  mikrofal  w  komorze  stosuje  się  tzw.
mieszadła  mikrofal  (wirujące  anteny)  i/lub  produkt  wprowadza  się  w  ruch  na  taśmach  lub
specjalnych obrotowych  talerzach. O zachowaniu się produktu w polu elektromagnetycznym
decyduje  jego  przenikalność  elektryczna,  zwana  teŜ  stałą  dielektryczną,  i  ściśle  z  nią
związany  współczynnik  strat  dielektrycznych,  które  zaleŜne  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 Ŝywności (np. Na

, Cl

) równieŜ migrują w polu

mikrofalowym i przez to dodatkowo przyczyniają się do wytwarzania ciepła. TakŜe i niektóre
inne niewodne składniki Ŝywności o budowie polarnej mogą absorbować mikrofale, ale
znacznie słabiej od wody i dlatego ich efekt ogrzewający w produktach o duŜej zawartości
wody jest pomijany.

IKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII

YWNO

12 luty 2010

się, Ŝe mogą dochodzić do głębokości od 10 do 30 cm. Grubość produktu naleŜy dobrać
odpowiednio do moŜliwości penetrowania go przez mikrofale. Gdy jest on zbyt gruby, to na skutek
absorpcji przez warstwy zewnętrzne mikrofale praktycznie nie osiągają jego środka.

Wytworzone w wyniku działania mikrofal ciepło rozchodzi się dalej poprzez przewodnictwo.

Odbywa  się  to  tym  szybciej,  im  większa  jest  dyfuzyjność  cieplna,  czyli  im  większe  jest
przewodnictwo,  a  mniejsza  pojemność  cieplna  i  gęstość  produktu.  śywność  o  małej  zawartości
wilgoci  charakteryzuje  się  właśnie  takimi  parametrami  i  dlatego  ogrzewa  się  ona  bardziej
równomiernie od Ŝywności bogatej w wodę. Ponadto w tym ostatnim przypadku na skutek bardziej
intensywnego  parowania  wody  następują  ubytki  ciepła  na  powierzchni.  Stałe  składniki  Ŝywności
prawie  nie  absorbują  energii  mikrofalowej  w  produktach  o  duŜej  i  średniej  zawartości  wilgoci,
jednakŜe  w  Ŝywności  suchej  jest  inaczej-energia  mikrofalowa  moŜe  nawet  doprowadzić  do
zapalenia  się  jej.  Sposób  transformacji  energii  mikrofalowej  w  cieplną  nie  jest  jeszcze  w  tych
przypadkach dobrze poznany.

Reasumując, szybkość i równomierność ogrzewania produktu zaleŜy od jego składu,

temperatury, kształtu, struktury, rozmiarów oraz mocy i częstotliwości padających mikrofal.

Promieniowanie podczerwone jest formą energii elektromagnetycznej emitowanej przez

obiekty gorące. Podczas absorpcji na powierzchni materiału ogrzewanego traci ono swoją energię.
Szybkość ogrzewania tą metodą zaleŜy od temperatury ciała emitującego i absorbującego
podczerwień oraz od kształtu i właściwości powierzchni obu tych ciał.
Równanie Stefana-Boltzmanna określa ilość ciepła emitowanego przez ciało doskonale czarne:

gdzie: Q — ilość energii wyemitowana w jednostce czasu [J/s], σ = 5,710

-8

[J/s·m

·K

]-stała

Stefana-Boltzmanna, A - czynna powierzchnia emitera [m

], T-temperatura absolutna [K].

PowyŜsze równanie pozwala takŜe wyliczyć ilość ciepła absorbowanego przez ciało doskonałe

czarne. JednakŜe ani uŜywane w praktyce źródła podczerwieni nie są idealnymi emiterami, ani teŜ
Ŝywność nie jest idealnym absorberem, w związku z tym tylko część energii określonej powyŜszym
równaniem jest przenoszona. W celu uwzględnienia tego odstępstwa od stanu idealnego wprowadza
się tzw. współczynnik emisji ε i równy mu liczbowo współczynnik absorpcji, które przyjmują
wartości od 0 do 1. Tak zmodyfikowane równanie Stefana-Boltzmanna przyjmuje postać:

Promieniowanie, które nie zostaje zaabsorbowane, ulega odbiciu. Ilość energii zaabsorbowanej,

a  więc  i  stopień  ogrzania,  zaleŜy  od  składu  Ŝywności,  bowiem  róŜne  jej  składniki  absorbują
podczerwień  w  róŜnym  stopniu,  oraz  od  długości  fali  padającego  promieniowania.  Długość  fali  z
kolei  zaleŜna  jest  od  temperatury  źródła-im  jest  ona  wyŜsza,  tym  maksimum  emitowanej  energii
przesuwa  się  w  kierunku  fal  krótszych.  Ilość  ciepła  netto  przekazana  do  Ŝywności  równa  jest
róŜnicy energii zaabsorbowanej i wyemitowanej przez nią i wyraŜa się wzorem:

gdzie: ε

— emisyjność zastępcza, zaleŜna od emisyjności obu ciał i ich geometrii, T

- temperatura

emitera [K], T

— temperatura Ŝywności absorbującej podczerwień [K].

Źródła promieniowania podczerwonego stosowane w przemyśle ta płaskie i rurowe grzejniki z

metalowym elementem grzejnym, grzejniki ceramiczne oraz urządzenia halogenowe wyposaŜone w
kwarcowe rury wypełnione Ŝarnikami elektrycznymi. W gastronomii często stosuje się
zminiaturyzowane promienniki podczerwieni o mocy kilkuset W.

IKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII

YWNO

Wpływ mikrofal na drobnoustroje

UwaŜa się powszechnie, Ŝe energia mikrofal niszczy drobnoustroje jedynie na skutek

wywoływanego  przez  nią  wzrostu  temperatury.  Zostało  to  stwierdzone  na  podstawie  badań
przeŜywalności  komórek  wegetatywnych  i  spor  poddawanych  działaniu  mikrofal  i  ogrzewaniu
konwencjonalnemu  w  tym  samym  zakresie  temperatur.  Najnowsze  badania  wskazują  jednak  na
moŜliwość  istnienia  pewnych  efektów  atermicznych.  Przedmiotem  obserwacji  były  wegetatywne
komórki  Staphylococcus  aureus,  Escherichia  coli,  spory  Bacillus  stearothermophilus,  a  takŜe
kolonie  Aspergillus  niger.  Odnotowano  większe  uszkodzenia  komórek  poddawanych  działaniu
mikrofal,  wyŜszy  poziom  białek  w  uwalnianych  płynach  wewnątrzkomórkowych,  stwierdzono
takŜe wpływ mikrofal na aktywność enzymów. Zmian tych nie udało się wyjaśnić jedynie efektem
działania  temperatury.  Z  drugiej  strony  istnieją  publikacje  dokumentujące  większą  przeŜywalność
drobnoustrojów  na  powierzchni  produktów  ogrzewanych  mikrofalowo  w  porównaniu  z
ogrzewaniem  konwencjonalnym.  Na  nieopakowanym  mięsie  wieprzowym  ogrzewanym
mikrofalami  do  osiągnięcia  temperatury  77°C  w  środku  termicznym  stwierdzono  przeŜywanie
włośni (Trichinelta spiralis), podczas gdy juŜ po dwuminutowym tradycyjnym ogrzewaniu do 60°C
były  one  niszczone.  Przypuszcza  się,  Ŝe  zjawisko  to  spowodowane  było  obniŜeniem  temperatury
powierzchni  na  skutek  pobierania  z  niej  ciepła  parowania.  Natomiast  przy  ogrzewaniu
konwencjonalnym,  gdzie  ciepło  w  głąb  produktu  transportowane  jest  przez  powierzchnię,  jej
temperatura  przez  cały  czas  pozostaje  wysoka.  Operacja  ogrzewania  mikrofalowego  trwa  zwykle
krócej  niŜ  przy  wykorzystaniu  metod  tradycyjnych,  a  domowe  kuchenki  mikrofalowe  często
wykorzystuje się do odgrzewania potraw. Aby wyeliminować moŜliwość niedogrzania powierzchni
na skutek pobierania z niej ciepła parowania, wskazane jest nieco dłuŜsze ogrzewanie produktów w
opakowaniach lub równoczesne stosowanie ogrzewania konwencjonalnymi elementami grzejnymi,
w  które  coraz  częściej  wyposaŜa  się  nowoczesne  kuchenki  mikrofalowe.  W  przypadku
przygotowywania do spoŜycia mroŜonych lub chłodzonych dań gotowych (tzw. Ŝywność wygodna)
ze  względów  bezpieczeństwa  mikrobiologicznego  wymagane  jest  utrzymywanie  temperatury
powyŜej  70°C  przez  co  najmniej  2  minuty  w  kaŜdym  miejscu  produktu.  UŜytkownik  kuchenki
mikrofalowej  powinien  to  osiągnąć  poprzez  ustawienie  mocy  i  czasu  ogrzewania  zgodnie  z
instrukcją umieszczoną na opakowaniu zakupionego przez siebie wyrobu.

Bezpieczeństwo mikrofal dla człowieka

Pomimo spotykanych w literaturze przedmiotu doniesień biologów informujących o tym, Ŝe

mikrofale, podobnie jak promieniowanie jonizujące, wywoływać mogą efekty atermiczne, takie jak
interakcje  z  udziałem  DNA  i  białek,  powszechnie  uwaŜa  się,  Ŝe  oddziaływają  one  na  organizmy
wyŜsze  głównie  poprzez  efekt  temperaturowy.  Energia  kwantowa  mikrofal  jest  bowiem  znacznie
mniejsza  od  energii  wymaganej  do  rozrywania  kowalencyjnych  wiązań  chemicznych.  Dlatego
moŜliwość  zachodzenia  wywoływanych  przez  mikrofale  reakcji,  które  mogłyby  prowadzić  do
tworzenia się w Ŝywności produktów toksycznych, jest bardzo mało prawdopodobna.

Bezpośrednie działanie na człowieka mikrofal o duŜej mocy objawia się hipertermią. PoniewaŜ

absorpcja energii mikrofalowej w środowisku zaleŜy od stałej dielektrycznej i współczynnika strat
dielektrycznych, to te tkanki i organy, które zawierają duŜo wilgoci i soli, ogrzewają się najsilniej i
pierwsze ulegają zniszczeniu. Szczególnie jest to widoczne w organach,  w których ze względu na
ich  budowę  cyrkulacja  płynów  ustrojowych  jest  ograniczona  (oczy,  uszy,  jądra).  W  badaniach  na
zwierzętach  wykazano,  Ŝe  na  skutek  działania  mikrofal  najwcześniej  następuje  denaturacja  białek
soczewek ocznych, powstawanie katarakty, uszkodzenie słuchu i sterylizacja spermy.

W medycynie, w diatermii mikrofalowej, bez Ŝadnych ubocznych efektów szkodliwych

rutynowo wykorzystuje się mikrofale o mocy do l W/cm

. Ekspozycja całego ciała człowieka w

polu mikrofalowym o mocy 10 mW/cm

jest bezpieczna przez nieograniczony czas. Jednak

wprowadzono dodatkowy margines bezpieczeństwa, ograniczając w normach „wyciek" mikrofal w
czasie eksploatacji urządzeń domowych i przemysłowych do 5 mW/cm

w odległości 5cm od ich

IKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII

YWNO

12 luty 2010

powierzchni. Konstrukcja aparatury mikrofalowej zawiera podwójne zabezpieczenia i w razie
niewłaściwej obsługi magnetron wyłącza się.

Zastosowanie mikrofal w technologii Ŝywności

W ostatnich latach stosowanie urządzeń mikrofalowych w przemyśle staje się bardziej

opłacalne,  gdyŜ  koszty  kapitałowe  ulegają  zmniejszeniu  dzięki  rosnącej  produkcji  magnetronów  o
budowie  modułowej  i  wysokiej  niezawodności.  Postępy  w  konstruowaniu  wyposaŜenia
mikrofalowego, trendy w kształtowaniu się cen energii elektrycznej w stosunku do innych jej form
oraz  coraz  lepsza  znajomość  właściwości  dielektrycznych  Ŝywności  pozwalają  na  takie
modelowanie procesów mikrofalowych, aby mogły być one zastosowane w przemyśle spoŜywczym
w coraz większym zakresie. Większość urządzeń mikrofalowych przypada na temperyzację mięsa i
ryb, suszenie produktów o niskiej zawartości wilgoci oraz podgotowywanie i gotowanie mięsa. Inne
operacje z udziałem mikrofal- suszenie próŜniowe, liofilizacja, pasteryzacja, sterylizacja, pieczenie,
blanszowanie, wytapianie tłuszczu są coraz częściej wdraŜane. Wiele z powyŜszych procesów łączy
ogrzewanie mikrofalowe z tradycyjnym. W takich przypadkach konwencjonalne źródło ciepła słuŜy
do  wytwarzania  poŜądanego  czasem  zbrązowienia  oraz  chrupkości  powierzchni,  a  takŜe  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 niŜszej z tych częstotliwości penetracja mikrofal sięga do głębokości ok. 10-30
cm,  podczas  gdy  przy  wyŜszej  tylko  do  ok.  3  cm.  W  zaleŜności  od  charakteru  surowca
poddawanego  obróbce  i  jego  ilości  stosuje  się  odpowiednią  częstotliwość  i  moc.  Ogrzewanie
omawianą  tu  metodą  jest  szybkie  i  nie  powoduje  przegrzewania  się  powierzchni,  co  mogłoby
prowadzić  do  jej  uszkodzeń.  Instalacje  są  małe,  zwarte  i  łatwe  do  montaŜu,  a  produkt  przez  cały
czas przebywa w warunkach higienicznych.

PoniŜej omówiono krótko najwaŜniejsze aspekty zastosowania mikrofal w niektórych procesach

technologicznych.

Temperyzacja

Temperyzacja mroŜonej Ŝywności stosowana jest często w warunkach przemysłowych zamiast

całkowitego  rozmraŜania.  W  urządzeniu  mikrofalowym  przystosowanym  do  tego  celu  moŜe  być
wykonana  w  czasie  od  kilku  do  kilkudziesięciu  minut  w  porównaniu  z  wieloma  godzinami,  jakie
wymagane są do rozmraŜania duŜych elementów w tradycyjnej rozmraŜalni. Z tego względu oraz z
uwagi  na  to,  Ŝe  temperyzację  mikrofalową  prowadzić  moŜna  bez  usuwania  opakowań,  znacznie
mniejsze  są  moŜliwości  powierzchniowego  rozwoju  mikroorganizmów.  Do  zalet  naleŜy  zaliczyć
takŜe  ograniczenie  strat  wagowych,  duŜą  retencję  soków  komórkowych,  utrzymywanie  pH  mięsa
na  właściwym  poziomie  i  większą  elastyczność  procesu  produkcyjnego,  co  oznacza  dzie-
sięciokrotne  zmniejszenie  potrzebnej  powierzchni  produkcyjnej  oraz  umoŜliwienie  dalszego
przerobu  głęboko  zamroŜonych  produktów  w  ciągu  bardzo  krótkiego  czasu.  Wadą  wykorzystania
mikrofal  do  temperyzacji  jest  to,  Ŝe  w  temperaturach  bliskich  0°C  warstwa  zewnętrzna  absorbuje
znaczną ilość energii i produkt na powierzchni moŜe 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.  Typowe  urządzenia  o  mocy  od  30  do  120  kW  umoŜliwiają  przetworzenie  w  ciągu
godziny od l do 4 ton mięsa lub od 1,5 do 6 ton masła.

Suszenie

Najlepsze efekty osiąga się przy suszeniu produktów o zawartości wilgoci mniejszej niŜ 20%.

Mechanizm suszenia z uŜyciem mikrofal istotnie róŜni się od konwencjonalnego, poniewaŜ z
łatwością przechodzą one przez warstwy wysuszone, docierając do nieodparowanej wilgoci i tam

IKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII

YWNO

generują  ciepło.  Ponadto  obserwuje  się  kilkakrotne  zmniejszenie  czasu  trwania  procesu  i  ok.  30-
procentowe zmniejszenie zuŜycia energii, m.in. dlatego Ŝe ogrzewaniu ulegają jedynie mokro części
produktu, natomiast części suche, powietrze w suszarni i jej wnętrze nie są ogrzewane. Wysuszony
produkt  charakteryzuje  się  mniej  twardą  powierzchnią,  gdyŜ  nie  styka  się  ona  z  otaczającym
gorącym  środowiskiem,  jak  ma  to  miejsce  przy  metodach  tradycyjnych.  Najczęściej  suszone
mikrofalowo  asortymenty  to  makaron,  przyprawy,  koncentrat  pomidorowy,  ryŜ,  bekon  i  Ŝywność
przekąskowa  (snack  foods).  W  niektórych  przypadkach  stosuje  się  razem  z  mikrofalami
konwencjonalne źródła ciepła, aby osiągnąć zamierzony cel technologiczny.

Na rycinie 3 przedstawiono schemat urządzenia do ciągłego mikrofalowego dosuszania

Ŝywności.  Przemieszcza  się  ona  na  perforowanej  taśmie  w  strumieniu  powietrza  wytwarzanym
przez  wentylator.  Mikrofale  padają  na  produkt  od  góry,  generując  w  nim  ciepło  i  zwiększając
pręŜność  pary  wodnej,  która  opuszcza  urządzenie  specjalnym  otworem.  Produkt  wysuszony
odbierany  jest  z  taśmy  perforowanej  na  końcu  urządzenia.  Szczególnie  istotne  jest  zapewnienie
szczelności instalacji, aby mikrofale nie wydostawały się na zewnątrz i nie stwarzały zagroŜenia dla
zdrowia obsługi.

Rys. 3. Schemat urządzenia do ciągłego mikrofalowego dosuszania Ŝywności.

Gotowanie

Mikrofale stosuje się z dobrym skutkiem do wstępnego gotowania bekonu, mięsa i części drobiu

z  przeznaczeniem  na  rynek  detaliczny  i  dla  Ŝywienia  zbiorowego.  Zaletami  tej  operacji  jest  duŜa
wydajność,  krótki  okres  przygotowywania,  mała  pracochłonność  oraz  wysoka  jakość  produktów.
Moc  i  czas  gotowania  mikrofalowego  naleŜy  dobierać  stosownie  do  asortymentu.  Większe  i
grubsze  elementy  wymagają  więcej  energii  niŜ  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  takŜe  linie  technologiczne  wykorzystujące  do  tego  celu  ogrzewanie  mikrofalowe.  JuŜ  sam
etap  rośnięcia  ciasta  moŜna  przyspieszyć  dzięki  zastosowaniu  mikrofal.  W  trakcie  wypieku
natomiast mikrofale mogą działać równocześnie z ogrzewaniem konwencjonalnym lub poprzedzać
go. Pozwala to na skrócenie czasu wypieku nawet o 60% i istotne zaoszczędzenie energii. Pieczywo
takie  jest  bardziej  wyrośnięte,  a  jego  wartość  odŜywcza  jest  większa  niŜ  produkowanego
tradycyjnie,  ze  względu  na  ograniczenie  zachodzenia  reakcji  Mailarda  i  strat  lizyny.  Dobre  efekty

IKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII

YWNO

12 luty 2010

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.

Blanszowanie mikrofalowe znalazło zastosowanie w ograniczonym stopniu, gdyŜ nie uzyskuje

się  tą  metodą  lepszych  jakościowo  produktów  niŜ  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 zapo-
trzebowania  na  produkty  liofilizowane  stwarza  duŜe  moŜliwości  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  praŜy  się  kawę  i  kakao  uzyskując  po  5-10  minutach  produkt  z  większą
wydajnością  i  wyŜszej  jakości  niŜ  przy  praŜeniu  tradycyjnym.  Na  podstawie  pozytywnie
zakończonych  prób  technicznych  przewiduje  się  w  ciągu  najbliŜszych  kilku  lat  wzrost
wykorzystania  mikrofal  do  sterylizacji  mleka  i  róŜnych  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.

Domowe kuchenki mikrofalowe

DuŜe zainteresowanie kuchenkami mikrofalowymi na świecie sprawiło, Ŝe przeróŜne ich

modele produkuje się obecnie w ogromnych ilościach. Ich pojemność waha się najczęściej od 10 do
40l, a moc od 400 do 1000W. Badania wykazały, Ŝe stosowanie kuchenek mikrofalowych pozwala
zaoszczędzić średnio 63% energii w porównaniu z ogrzewaniem tradycyjnymi metodami, niemniej
jednak są potrawy, których przyrządzanie metodami tradycyjnymi jest mniej energochłonne.

Odpowiadając na wzrost zainteresowania kuchenkami mikrofalowymi, technolodzy

ukierunkowali swoją produkcję na wytwarzanie Ŝywności nadającej się do wygodnego i szybkiego
przyrządzania z ich wykorzystaniem (micro-waveable foods). Obecnie juŜ na szeroką skalę
produkuje się chłodzone, mroŜone i suszone dania obiadowe, zupy, zakąski i desery pakowane
oddzielnie, na specjalnych tackach.

Tworzywa opakowaniowe muszą spełniać wymagania norm dotyczących ewentualnej migracji

materiału  opakowaniowego  do  Ŝywności.  Często  stosuje  się  wprowadzanie  do  nich  ferrytu  lub
proszku  aluminiowego  w  miejscach,  gdzie  wymagane  jest  osłonięcie  przed  mikrofalami  lub
zogniskowanie ich w celu bardziej jednorodnego ogrzewania produktu o niejednorodnej zawartości
wilgoci  (np.  pizza).  Z  uwagi  na  to,  Ŝe  wiele  gospodarstw  domowych  w  Europie  Zachodniej  i
Ameryce  wyposaŜonych  jest  juŜ  w  skomputeryzowane  kuchenki  mikrofalowe,  producenci  często
podają  na  opakowaniach  swoich  wyrobów  parametry,  jakie  naleŜy  wprowadzić  do  wejścia
mikroprocesora, aby uzyskać produkt o najwyŜszej jakości i gotowy do spoŜycia.

UŜytkownik kuchenki mikrofalowej wie, Ŝe istotną róŜnicą między ogrzewaniem tradycyjnym a

mikrofalowym jest to, Ŝe mikrofalówka zwykle nie daje zbrązowienia i kruchości produktu.
RóŜnica ta wynika z faktu, Ŝe powietrze wewnątrz kuchenki mikrofalowej nie jest ogrzewane przez
mikrofale, podczas gdy w metodach tradycyjnych jest gorące, ponadto na skutek odparowywania
wilgoci z powierzchni dodatkowo obniŜa się jej temperatura.

Czasami przeprowadzane w warunkach domowych rozmraŜanie, ogrzewanie lub gotowanie

przebiega niewłaściwie, co jest związane z jednym z poniŜszych efektów.

efekt powierzchniowy - wiąŜe się z tym, Ŝe większość mikrofal jest absorbowana i

przekształcana w ciepło przy powierzchni (zwykle do głębokości 3 cm). Zatem w niektórych
przypadkach, szczególnie przy stosowaniu częstotliwości 2450 MHz, obserwuje się
mocniejsze ogrzewanie powierzchni niŜ warstw głębszych.

efekt ostrego rogu - polega na nadmiernym ogrzewaniu części wystających (np. skrzydełko

kurczaka), które wyeksponowane są na działanie mikrofal ze wszystkich stron, podczas gdy

IKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII

YWNO

na resztę produktu padają one tylko z jednego kierunku. Efekt ten moŜna osłabić przez
ekranowanie (np. folią aluminiową) fragmentów naraŜonych na nadmiar mikrofal.

efekt róŜnicowy - obserwuje się go w Ŝywności posiadającej obszary o róŜnej aktywności

dielektrycznej.  Jeden  region  absorbuje  mniej  lub  więcej  energii  niŜ  inny  i  w  konsekwencji
ogrzewają się one z róŜną szybkością. Przykładem moŜe być mikrofalowe ogrzewanie pizzy.
Aby ograniczyć wpływ tego efektu, stosuje się dodatki do materiału opakowaniowego, które
poprzez  ekranowanie  wybranych  fragmentów  przed  mikrofalami  lub  ich  zogniskowanie  do
prowadzają  do  bardziej  równomiernego  ogrzewania.  MoŜna  takŜe  przesłaniać  składniki
łatwiej ogrzewające się składnikami słabiej absorbującymi mikrofale (tzw. cieniowanie).

MroŜona Ŝywność poddawana ogrzewaniu mikrofalowemu moŜe wykazywać specyficzne dla

niej  zachowanie  wynikające  z  róŜnicy  w  penetracji  i  absorpcji  mikrofal  przez  wodę  i  lód  oraz
roztwory wodne. Mikrofale penetrują głębiej lód niŜ wodę, a ich absorpcja przez wodę jest znacznie
większa.  Dlatego  obszary,  które  zaczęły  się  juŜ  rozmraŜać,  absorbują  więcej  energii  niŜ  nie
rozmroŜone,  a  zatem  ulegają  przegrzewaniu,  podczas  gdy  fragmenty  lodu  pozostają  niedogrzane.
Ponadto  jeśli  w  czasie  składowania  zamraŜalniczego  występowały  wahania  temperatury,  to  na
skutek  rekrystalizacji  lodu  powstać  mogły  obszary  o  zwiększonym  stęŜeniu  soli  (tzw.  kieszenie
solne).  Obszary  takie  podczas  rozmraŜania  mikrofalowego  topnieją  pierwsze  i  w  ich  okolicach
występuje nadmierne przegrzewanie produktu. Aby ograniczyć występowanie powyŜszych zjawisk,
rozmraŜanie naleŜy przeprowadzać powoli przy niewielkiej mocy mikrofal lub stosować przerwy w
celu  umoŜliwienia  wyrównywania  się  temperatury  przez  przewodzenie.  Kuchenki  mikrofalowe
mają  najczęściej  podany  zakres  mocy,  przy  jakiej  naleŜy  rozmraŜać  Ŝywność,  lub  są  tak  zapro-
gramowane, Ŝe proces ten przebiega z przerwami.

Zachowanie wartości odŜywczej przez Ŝywność ogrzewaną mikrofalowe było tematem wielu

prac badawczych. Eksperci z Instytutu Technologów śywności (IFT) z USA wydali opinię, Ŝe
Ŝywność taka zachowuje więcej witamin i termicznie labilnych składników, poniewaŜ ogrzewanie
mikrofalowe z reguły trwa krócej niŜ tradycyjne i nie wywołuje zbrązowienia powierzchni. Istnieją
jednak i inne opracowania, które sugerują, Ŝe ten korzystny efekt Ŝywieniowy jest niewielki.

Jakkolwiek szybkość jest najbardziej atrakcyjną cechą ogrzewania mikrofalowego, nie naleŜy

bezkrytycznie jej wykorzystywać. RozmraŜanie, gotowanie, pieczenie i inne czynności kuchenne są
złoŜonymi procesami fizykochemicznymi wymagającymi często zajścia właściwych przemian i
reakcji. Powinny one następować w odpowiedniej kolejności i we właściwych relacjach czasowo-
temperaturowych. Nadmiernie szybkie ogrzewanie moŜe zaburzać tok przemian, co przejawiać się
moŜe pęknięciami produktu, przegrzewaniem oraz występowaniem niekorzystnych cech tekstury.

IKROFALE I ICH ZASTOSOWANIE W TECHNOLOGII

YWNO

12 luty 2010

7.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

1. Określanie równomierności nagrzewania mikrofalami:

a) przy uŜyciu miazgi ziemniaczanej.

Utarte i odciśnięte ziemniaki ułoŜyć równomierną warstwą o grubości ok. 0,5 cm na całej

powierzchni  płytki  Petriego  i  umieścić  w  komorze  roboczej.  Prowadzić  nagrzewanie  mikrofalami
przez  kolejne  okresy  2-minutowe  przy  drugim  poziomie  nagrzewania,  aŜ  do  chwili  wystąpienia
pierwszych  wyraźnych  zmian  w  wyglądzie  powierzchni  ziemniaków.  Po  kaŜdym  cyklu
nagrzewania notować zmiany w wyglądzie warstwy ziemniaków nanosząc odpowiednio oznaczenia
na arkuszu odpowiadającym powierzchni komory roboczej kuchni.

DOŚWIADCZENIACH NR

1A,

NALEśY UśYWAĆ WODY DESTYLOWANEJ

b) przy podgrzewaniu wody.

NaleŜy umieścić w komorze roboczej (zgodnie z rysunkiem) pięciu identycznych zlewek

szklanych, zawierających po 150 cm

wody. Prowadzić nagrzewanie przez kolejne okresy 2-

minutowe przy drugim poziomie nagrzewania i mierzyć temperaturę w zlewkach po zakończeniu
kaŜdego cyklu ogrzewania. Termometry moŜna wprowadzać do komory tylko podczas przerw w
działaniu magnetronu.

Rys. 1. Schemat rozmieszczenia zlewek z wodą w komorze grzejnej.

Pomiar zakończyć z chwilą uzyskania w jednej ze zlewek temp. 100°C. Badanie przeprowadzić

dwukrotnie. NaleŜy sporządzić wykres wzrostu temperatury w funkcji czasu w poszczególnych
punktach pomiarowych. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów naleŜy wykreślić mapę
równomierności nagrzewania powierzchni komory.

2. Określanie wpływu masy produktu na czas nagrzewania

W środku komory roboczej naleŜy umieszczać kolejno zlewki zawierające: 100, 200 i 300 cm

wody.  Prowadzić  nagrzewanie  przez  kolejne  okresy  2-minutowe  przy  drugim  poziomie
nagrzewania  aŜ  do  chwili  uzyskania  temp.  100°C.  Badania  przeprowadzić  dwukrotnie.  NaleŜy
sporządzić  wykres  wzrostu  temperatury  w  funkcji  czasu  w  poszczególnych  porcjach  nagrzewanej
wody.

3. Określanie wpływu kształtu naczynia na czas nagrzewania

Przygotować 5 naczyń szklanych o zróŜnicowanym kształcie, ale posiadających ścianki

jednakowej grubości, np. zlewka, erlenmajerka, kolba płaskodenna itp. KaŜde naczynie napełniać
wodą w ilości 200 cm

o określonej temperaturze. Następnie naleŜy umieszczać naczynia kolejno w

geometrycznym środku komory roboczej i nagrzewać przez 2 minuty przy drugim poziomie

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

WODA W PRZEMYŚLE SPOśYWCZYM

8.1.

PROWADZENIE

Wymagania dotyczące wody stosowanej w przemyśle spoŜywczym

Woda jest jednym z najwaŜniejszych surowców w Ŝyciu codziennym człowieka. Związana

bezpośrednio  z  wieloma  dziedzinami  Ŝycia  gospodarczego  zapewnia  jego  prawidłowe
funkcjonowanie  i  moŜliwości  dalszego  rozwoju.  Woda  jest  potrzebna  w  kaŜdej  branŜy  przemysłu
spoŜywczego.  MoŜe  stanowić  mniej  lub  bardziej  istotny  składnik  otrzymywanego  produktu  lub
stykać  się  z  nim  w  określonej  fazie  produkcji  -  mówimy  wtedy  o  stosowaniu  wody  do  celów
bezpośrednich, a wodę taką nazywamy wodą technologiczną. Wodę stosowaną do zasilania kotłów
parowych,  mycia  naczyń  i  pomieszczeń,  tzn.  tę  wodę,  która  nie  bierze  bezpośredniego  udziału  w
produkcji,  nazywa  się  wodą  energetyczną  (do  kotłów)  lub  wodą  technologiczną  do  celów
pomocniczych (do mycia).

Wymagania stawiane wodzie zaleŜą od jej przeznaczenia i zmieniają się nie tylko w obrębie

poszczególnych branŜ przemysłu spoŜywczego, ale nawet w poszczególnych działach tego samego
zakładu. Fakt, Ŝe woda wchodzi w skład organizmu i poŜywienia człowieka oraz to, Ŝe woda
występująca w przyrodzie zawiera rozpuszczalne związki chemiczne, zobowiązuje do stałej
kontroli jakości wody uŜywanej do produkcji w określonym zakładzie przemysłowym.

Postawą charakterystyki wody są wskaźniki organoleptyczne, fizyczne, mikrobiologiczne i

chemiczne.

•

wskaźniki organoleptyczne – zaliczamy do nich smak i zapach. Woda do picia powinna być bez
zapachu i bez obcego posmaku. W wodzie najczęściej występują następujące zapachy: gnilny -
pochodzący od siarkowodoru, roślinny- spowodowany obecnością wodorostów i mchów,
specyficzny - wywołany związkami chemicznymi.

•

wskaźniki  fizyczne  –do  wskaźników  tych  charakteryzujących  jakość  wody  zaliczamy:
temperaturę,  przezroczystość,  mętność  oraz  barwę.  Zmętnienie  wody  jest  spowodowane
występowaniem w niej zawiesiny piasku, drobnych cząsteczek roślinnych. Woda do picia oraz
bezpośredniej  produkcji  środków  Ŝywności  nie  moŜe  wykazywać  Ŝadnego  zmętnienia.  Barwa
wody  pochodzi  od  rozpuszczalnych  w  niej  substancji  organicznych  i  mineralnych  oraz  od  ich
formy. Naturalną barwą wody klarownej jest barwa zielonkawoŜółtawa z róŜnymi odcieniami.

•

wskaźniki mikrobiologiczne – oceniają jakość wody na podstawie ogólnej liczby zawartych w
niej drobnoustrojów i miana coli.

•

wskaźniki chemiczne – do tych wskaźników zaliczamy odczyn, twardość, zasadowość,
utlenialność, pozostałość po odparowaniu, zawartość związków azotowych, związków Ŝelaza,
manganu i krzemu oraz soli (chlorków, siarczanów), a takŜe zawartość rozpuszczonych gazów i
innych pierwiastków.

Odczyn wód naturalnych waha się w granicach pH 6,8-7,3. Inne wartości pH wody świadczą o

sztucznym jej zanieczyszczeniu.

Twardość jest to właściwość wody spowodowana zawartymi w niej jonami, głównie

wapniowymi i magnezowymi. Sole tych pierwiastków nie są szkodliwe  dla zdrowia, lecz większe
ich  stęŜenie  moŜe  wykluczyć  zastosowanie  wody  do  celów  technicznych  i  technologicznych.  Za
jednostkę  twardości  wody  przyjmuje  się  twardość,  jaką  nadaje  wodzie  l  miligramorównowaŜnik
jonów  Ca

lub Mg

w l dm

wody (tj. 20,04 mg/dm

Ca lub 12,16 mg/dm

Mg). Dopuszcza się

wyraŜanie twardości w stopniach niemieckich (°n), odpowiadających ilości gramów CaO w 100dm

wody (1°n=0,357mval/dm

lub l mval/dm

= 2,804°n).

RozróŜnia się następujące rodzaje twardości wody:

•

twardość wapniową (tw

) spowodowaną obecnością jonów Ca

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

•

twardość magnezową (tw

) spowodowaną obecnością jonów Mg

•

twardość węglanową (tw

) spowodowaną obecnością kwaśnych węglanów, siarczanów i

krzemianów wapnia i magnezu;

•

twardość przemijającą (tw

przem

) tj. twardość wody ustępującą po rozkładzie wodorowęglanów

wskutek zagotowania:

Ca(HCO

)

→ CaCO

+ CO

+ H

Mg(HCO

)

→ MgCO

+ CO

+ H

•

twardość stałą (tw

) tj. twardość pozostającą po zagotowaniu wody

•

twardość ogólną (tw

) - wyraŜającą ogólną zawartość jonów twardości wody.

ZaleŜność pomiędzy poszczególnymi rodzajami twardości wody moŜna przedstawić

następująco:

= tw

+ tw

= tw

+ tw

= tw

przem

+ tw

Przyjmując za kryterium twardość, wody naturalne moŜna podzielić na: miękkie (do 10°n),

średnio twarde (10-15°n), twarde (15-30°n), bardzo twarde (powyŜej 30°n).

Zasadowość jest to właściwość wody spowodowana obecnością wodorotlenków, kwaśnych

węglanów, węglanów wapniowych i potasowców. RozróŜnia się zasadowość wobec fenoloftaleiny
(Z

), będącą miarą zawartości w wodzie jonów wodorotlenowych i węglanowych, oraz zasadowość

wobec oranŜu metylowego (Z

), spowodowaną obecnością wodorowęglanów.

DuŜe znaczenie podczas oceny wody ma obecność związków azotowych, tj. amoniaku,

azotynów i azotanów. Występowanie ich świadczy o zanieczyszczeniu wody produktami rozkładu
azotowych substancji organicznych, które wskutek działalności drobnoustrojów ulegają
mineralizacji.

Chlorki i siarczany ze względu na duŜą rozpuszczalność występują we wszystkich wodach

naturalnych, lecz nadmierna ich zawartość wpływa ujemnie na smak wody. Wykazują one działanie
korodujące na konstrukcje betonowe i stalowe urządzeń.

śelazo występuje w wodzie w postaci Ŝelazawych soli nieorganicznych (głównie jako

Fe(HCO

)

, rzadziej jako FeSO

) lub organicznych (w połączeniu z kwasami humusowymi). Wody

naturalne mogą zawierać dziesiątki miligramów Ŝelaza i kilkanaście mg manganu w l dm

ZaleŜnie od przeznaczenia woda stosowana w przemyśle powinna odpowiadać określonym

wymaganiom pod względem fizycznym, chemicznym i mikrobiologicznym.

Do zasilania kotłów wykorzystuje się skropliny pary technologicznej, uzupełniając ich niedobór

wodą surową. Obecność w wodzie kotłowej zawiesin krzemionki, soli wapnia i magnezu oraz
rozpuszczonych gazów (O

, CO

, H

S) powoduje korozję ścian kotła oraz powstawanie mułu i

kamienia kotłowego. Przy wytwarzaniu pary wodnej naleŜy stosować czystą, miękką wodę, przy
czym w miarę jak wzrasta ciśnienie pary w kotle i obciąŜenie powierzchni ogrzewalnej, jakościowe
wymagania stawiane wodzie zasilającej kotły są coraz wyŜsze.

Woda stosowana do chłodzenia nie powinna zawierać zawiesin i drobnoustrojów oraz mieć

właściwości korodujących. Zasadniczym warunkiem jakościowym tej wody jest niska temperatura,
warunkująca

odprowadzanie

ciepła.

Woda

chłodnicza

powinna

charakteryzować

się

termostabilnością, tj. zarówno podczas ogrzewania (40-60°C), jak i chłodzenia (10-0°C) nie
powinna tworzyć osadu węglanu wapniowego. Do wód termostabilnych naleŜą wody, których
twardość węglanowa nie przekracza 2,8 mval/dm

, czyli 7,84°n.

Woda uŜywana do celów porządkowych, mycia opakowań i picia powinna odpowiadać

warunkom wody do picia i potrzeb gospodarczych, zawartym w rozporządzeniu Ministra Zdrowia i
Opieki Społecznej:

•

ogólna liczba kolonii bakterii nie moŜe przekraczać 25 po 48 h hodowli w temperaturze 20

przy wysiewie 1cm

nierozcieńczonej wody na podłoŜe z Ŝelatyną,

•

ogólna liczba kolonii bakterii nie moŜe przekraczać 5 po 24 h hodowli w temperaturze 37

przy wysiewie 1cm

nierozcieńczonej wody na podłoŜe agarowe,

•

miano coli nie moŜe być mniejsze niŜ 100,

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

•

zapach moŜe naleŜeć tylko do grupy zapachów naturalnych roślinnych,

•

mętność wody w skali krzemionkowej nie moŜe przekraczać 3 mg/dm

•

barwa wg skali platynowo-kobaltowej nie moŜe przekraczać 20 mg Pt/dm

•

temperatura wody powinna wahać się od 7 do 12°C,

•

odczyn pH powinien wynosić od 6,5 do 9,0

•

zawartość związków Ŝelaza nie moŜe przekraczać 0,3 mg Fe/dm

•

zawartość związków manganu nie moŜe przekraczać 0,1 mg Mn/dm

•

twardość ogólna nie powinna przekraczać 7,1 mval/dm3 (20°n),

•

woda nie moŜe zawierać agresywnego CO

•

sucha pozostałość po odparowaniu w temp. 105°C nie powinna przekraczać 500 mg/dm

•

woda uŜywana w przemyśle spoŜywczym powinna być uprzednio chlorowana.

NiezaleŜnie od tego, w niektórych branŜach przemysłu spoŜywczego woda uŜywana do ściśle

określonych celów musi odpowiadać dodatkowym wymaganiom związanym ze specyfiką danej
branŜy.

W przemyśle droŜdŜowym woda technologiczna jest stosowana do przygotowania brzeczki

droŜdŜowej oraz płukania droŜdŜy i powinna odpowiadać warunkom wody do picia. Nie moŜe
zawierać azotanów i azotynów, które hamują rozwój droŜdŜy. Obecność Ŝelaza i manganu
powoduje ciemnienie gotowego produktu, co ma szczególnie ujemne znaczenie podczas produkcji
droŜdŜy piekarskich.

Woda technologiczna stosowana w przemyśle spirytusowym do przygotowania zacierów

powinna odpowiadać jakości wody do picia i wymaganiom dla wody technologicznej w przemyśle
droŜdŜowym.  Podczas  przygotowania  nalewów,  wapń,  magnez  oraz  metale  cięŜkie  pochodzące  z
wody i uŜywanych naczyń reagują z pektyną, garbnikami oraz kwasami pochodzącymi z owoców.
Powstałe  związki  wytrącają  się  w  postaci  osadów,  powodujące  wydatne  obniŜenie  właściwości
smakowych  nalewów.  Węglany  i  siarczany  wapnia  i  magezu  oraz  sole  Ŝelaza  mogą  powodować
zmętnienie o charakterze fizycznym wskutek zmniejszenia się ich rozpuszczalności po zmieszaniu
spirytusu i wody.

W przemyśle owocowo-warzywnym woda technologiczna stosowana do produkcji klarownych

pitnych  soków  owocowych,  szczególnie  napojów  uzyskiwanych  z  uprzednio  zagęszczonego  soku
owocowego,  wymaga  specjalnej  korekty.  Woda  uŜywana  do  produkcji  konserw  groszkowych,
blanszowania  groszku  i  zalewy  konserw  powinna  mieć  twardość  poniŜej  20°n.  W  celu
wyeliminowania  zmętnień  wywołanych  przechodzeniem  skrobi  z  ziaren  stosuje  się  utwardzanie
wody  solami  wapnia.  Powoduje  to  minimalne  utwardzanie  skórki  ziaren,  ale  dzięki  powstałym  w
skórce  nierozpuszczalnym  pektynianom  wapnia  czyni  ją  mniej  przepuszczalną  dla  skrobi.
Wytworzenie  pektynianów  wapnia  powoduje  poprawienie  konsystencji  niektórych  owoców
miękkich, np. truskawek.

Podstawowe wymagania stawiane wodzie technologicznej stosowanej w przemyśle

piwowarsko-słodowniczym, oprocz wymagań przewidzianych dla wody  do picia, dotyczą  głównie
zasadowości  i  twardości,  obecności  azotynów,  azotanów  i  krzemianów.  Zasadowość  ogólna
powinna  być  niska,  mniejsza  od  twardości  ogólnej.  Zasadowość  alkaliczna  powinna  być  równa
zero,  poniewaŜ  w  przeciwnym  razie  następuje  alkalizacja  zacieru  i  brzeczki.  Niekorzystna  jest
obecność wapnia i magnezu w postaci kwaśnych węglanów (działanie alkalizujące) korzystna zaś w
postaci siarczanów i chlorków. Obecność magnezu powoduje zwiększenie intensywności goryczki
piwa. Azotyny i azotany wpływają niekorzystnie na proces fermentacji, utrudniając rozwój droŜdŜy,
a oprócz tego działają ujemnie na smak piwa. Krzem, podobnie jak Ŝelazo, działa niekorzystnie na
przebieg fermentacji i powoduje zmętnienie piwa.

Woda technologiczna stosowana w przemyśle cukrowniczym do ekstrakcji powinna mieć

moŜliwie niską suchą pozostałość, niską zawartość siarczanu wapnia i chlorku magnezu, azotanów

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

oraz związków organicznych. Siarczany, chlorki, a szczególnie azotany, utrudniania krystalizację
cukru.

Woda technologiczna stosowana w przemyśle ziemniaczanym do produkcji krochmalu powinna

odpowiadać  wymaganiom  stawianym  dla  wody  do  picia,  a  ponadto  powinna  mieć  moŜliwie  niska
temperaturę,  małą  twardość  i  małą  zawartość  soli  mineralnych  oraz  nie  powinna  zawierać
związków  Ŝelaza  i  manganu.  DuŜa  twardość  i  duŜa  ilość  soli  mineralnych  zwiększają  zawartość
popiołu w krochmalu. Związki Ŝelaza i manganu są przyczyną Ŝółtego zabarwienia krochmalu oraz
ciemnych plam powstałych z Ŝelaza.

W przemyśle mleczarskim ze względu na duŜą podatność surowca na zakaŜenia zaostrza się

wymagania mikrobiologiczne dla wody technologicznej. Największe wymagania stawia się wodzie
słuŜącej  do  płukania  masła.  Woda  ta  nie  powinna  zawierać  Ŝelaza,  manganu  i  miedzi,  których
obecność  wpływa  katalizująco  na  proces  utleniania  tłuszczu.  Związki  Ŝelaza  nadają  masłu
specyficzny  posmak  oraz  mogą  być  źródłem  rdzawych  plam  na  maśle,  serze  i  twarogu.  RównieŜ
duŜa zawartość soli magnezowych nadaje masłu  nieprzyjemny,  gorzkawy smak, w związku z tym
ogranicza  się  zawartość  magnezu  w  wodzie  do  40  mg  MgO/dm

. Ogólna twardość wody do

płukania masła nie powinna przekraczać 10°n.

Inne branŜe przemysłu spoŜywczego, jak: mięsna, drobiarska, rybna zuŜywają duŜe ilości wody

do celów technologicznych. Woda ta, oprócz wymagań dla wody do picia, powinna być czysta pod
względem mikrobiologicznym. PoŜądana jest niŜsza twardość stosowanej wody oraz brak w niej
Ŝelaza, które nawet w minimalnej ilości moŜe wpływać na zmianę smaku i zapachu wyrobów
produkowanych w tych przemysłach.

Uzdatnianie wody na potrzeby przemysłu spoŜywczego

Dobra woda, nadająca się dla przemysłu spoŜywczego, nie powinna wywierać ujemnego

wpływu na organizm ludzki, przebieg procesów technologicznych i jakość wytwarzanego produktu.
Ponadto nie moŜe powodować korozji przewodów i urządzeń oraz dawać osadów na ich
powierzchniach.

1. Zmiękczanie wody

Najczęściej stosowanym procesem uzdatniania wody w zakładach przemysłu spoŜywczego jest

zmiękczanie wody przeznaczonej do zasilania kotłów oraz niektórych celów technologicznych.
Zmiękczanie wody polega na całkowitym lub częściowym usunięciu z wody kationów, głównie
wapnia i manganu, powodujących twardość.
Znane są następujące metody uzdatniania wody:

•

termiczne

•

chemiczne

•

fizykochemiczne.

Metody termiczne stosuje się do zmiękczania wody o duŜej twardości przemijającej, a

jednocześnie znikomej twardości stałej. Pod wpływem podwyŜszonej temperatury, juŜ powyŜej
40°C, następuje termiczny rozkład wodorowęglanów wapnia i magnezu i wytrącenie obojętnych
węglanów wapnia i magnezu, zgodnie z reakcjami:

Ca(HCO

)

→ CaCO

+ CO

+ H

2Mg(HCO

)

→ Mg

(OH)

+ 3CO

(OH)

+ H

O → 2Mg(OH)

+ CO

Rozkład Mg(HCO

)

przebiega 1,5 raza wolniej niŜ Ca(HCO

)

. Najpierw powstaje zasadowy

węglan magnezu, który po dłuŜszym gotowaniu ulega hydrolizie i strąca się w postaci trudniej
rozpuszczalnego wodorotlenku magnezowego Mg(OH)

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

Schemat urządzenia do termicznego zmiękczania wody przedstawiono na rys. 1. Woda surowa

o temp. 100°C przepływa między elastycznymi płytami, umocowanymi w ramkach do
wyjmowania. Strącający się osad CaCO

opada do lejów osadnikowych, częściowo zaś osiada na

płytach, które są elastycznie umocowane i okresowo wyjmowane w celu oczyszczenia.

Metody chemiczne polegają na strąceniu nierozpuszczalnych osadów lub wiązaniu

kompleksowe związki jonów wapnia i magnezu za pomocą róŜnych reagentów, jak np.
wodorotlenek wapnia (wapno), węglan sodu (soda), wodorotlenek sodu (soda kaustyczna),
fosforany, sole baru.

Najtańszym i najbardziej rozpowszechnionym chemicznym sposobem zmiękczania wody jest

wytrącanie jonów odpowiedzialnych za twardość wody za pomocą wapna i sody. Wapno dodaje się
zwykle w postaci mleka wapiennego, które strąca kwaśne węglany wapnia i magnezu oraz wiąŜe
wolny CO

, zgodnie z reakcjami:

Ca(HCO

)

+ Ca(OH)

→ 2CaCO

+ 2H

Mg(HCO

)

+ Ca(OH)

→ MgCO

+ CaCO

+ 2H

MgCO

+ Ca(OH)

→ Mg(OH)

+ CaCO

Ca(OH)

+CO

→ CaCO

Rys. 1. Schemat aparatury do termicznego zmiękczania wody: l - dopływ wody, 2 - para grzejna, 3

- świeŜa para, 4 - opary, 5 - odszlamianie, 6 - odpływ wody, 7 - przelew

Proces wytrącania składników twardości nazywa się dekarbonizacacją. Twardość stałą usuwa

się przez dodanie sody, zgodnie z reakcjami:

CaCl

+ Na

→ CaCO

+ 2NaCl

MgSO

+ Na

→ MgCO

+ Na

Proces zmiękczania wody tą metodą przebiega w dwóch fazach:

•

powstawanie trudno rozpuszczalnych osadów CaCO

i Mg(OH)

•

krystalizacji CaCO

i narastania kryształów, które mogą być zatrzymane w osadniku lub na

powierzchni filtru.

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

Proces moŜna przyspieszyć przez podgrzanie wody oraz dodanie do wody katalizatora w postaci
zawiesiny węglanu wapniowego.
Schemat instalacji do zmiękczania wody metodą wapienno-sodową przedstawiono na rysunku 2.

Rys. 2. Schemat instalacji do zmiękczania wody metodą wapienno-sodową: l - przewód

doprowadzający wodę surową, 2 - zbiornik rozdzielczy, 3 - zbiornik nasyconego roztworu
sody, 4 - zbiornik na wodę wapienną, 5 - saturator, 6 - reaktor, 7 - przewód, 8 - przewód, 9 -
rura przelewowa, 10-przelew z reaktora na filtr, 11 - filtr Ŝwirowo-piaskowy, 12 - przewód
odpływowy

Woda surowa wprowadzana jest przewodem (1) do zbiornika rozdzielczego (2), skąd rurą

centralną jest kierowana do reaktora (6), a przewodem (8) do saturatora (5). W saturatorze surowa
woda  miesza  się  z  mlekiem  wapiennym,  doprowadzonym  do  zbiornika  (4)  przewodem  (7).  Rurą
przelewową  (9)  roztwór  wodorotlenku  wapniowego  dopływa  do  reaktora.  Ze  zbiornika  (3)  przez
filtr  jest  dozowany  do  reaktora  nasycony  roztwór  sody.  Woda  w  reaktorze  jest  ogrzewana
bezpośrednio  parą,  aby  proces  zmiękczania  przebiegał  w  temp.  90-95°C  Wytrącane  osady
gromadzą  się  w  stoŜkowym  dnie  reaktora  i  w  postaci  szlamu  są  okresowo  usuwane  do  kanału.
Zmiękczona  woda  odpływa  z  reaktora  przelewem  (10)  na  filtr  Ŝwirowo-piaskowy  (11).  Po
oddzieleniu osadów na filtrze czysta, zmiękczona woda odpływa przewodem (12).

Zmiękczanie wody za pomocą fosforanów polega na strącaniu praktycznie nierozpuszczalnych

fosforanów wapnia i magnezu (ich iloczyny rozpuszczalności są wielokrotnie mniejsze niŜ CaCO

dzięki czemu woda charakteryzuje się bardzo małą twardością resztkową.

Do zmiękczania stosuje się fosforan trójsodowy Na

•10H

O, który reaguje z solami Ca i

Mg, zgodnie z równaniami reakcji:

3Ca(HCO

)

+ 2Na

→ Ca

(PO

)

+ 6NaHCO

3Mg(HCO

)

+ 2Na

→ Mg

(PO

)

+ 6NaHCO

3CaSO

+ 2Na

→ Ca

(PO

)

+ 3Na

3MgCl

+ 2Na

→ Mg

(PO

)

+ 6NaCl

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

Powstający w reakcjach wodorowęglan sodowy w wyŜszych temperaturach rozkłada się,

tworząc węglan sodowy obojętny, który moŜe likwidować twardość niewęglanową, zmniejszając w
ten sposób zuŜycie fosforanu. Rozkład termiczny NaHCO

zachodzi wg reakcji:

6NaHCO

→ 3Na

+ 3CO

+ H

Metoda fosforanowa zapewnia 2-3-krotnie większą szybkość procesu zmiękczania niŜ metoda

wapno-soda, nie wymaga teŜ bardzo ścisłego dozowania fosforanu. Fosforany nie powodują korozji
blachy Ŝelaznej, a w wodzie zapobiegają tworzeniu się kamienia kotłowego.

Metody fizyczno-chemiczne – znalazły tu zastosowanie wymieniacze jonowe, czyli jonity.

Jonity są to ciała stałe nierozpuszczalne w wodzie, które maja zdolność wymiany własnych jonów z
jonami  otaczającego  je  roztworu  elektrolitu.  Jonit  poglądowo  moŜna  przedstawić  jako  gąbkę,
zawierającą  w  porach  wodę  albo  inny  rozpuszczalnik.  Do  ścianek  tej  gąbki  są  „przytwierdzone”
wiązaniami atomowymi grupy jonogenne. W warunkach sprzyjających jonizacji grupy te dysocjują
na  jony,  przy  czym  tylko  jony  jednego  znaku  wykazują  ruchliwość  (jony  znaku  przeciwnego
połączone są ze szkieletem jonitu wiązaniami atomowymi). Mogą one być wymienione przez inne
jony tego samego znaku i dostawać się do wnętrza „gąbki” z zewnętrznego roztworu. Jeśli pewna
ilość  jonów  z  zewnętrznego  roztworu  przechodzi  do  wnętrza  fazy  jonitu,  to  równocześnie
równowaŜna  ilość  jonów  opuszcza  fazę  jonitu,  przechodząc  do  roztworu  zewnętrznego,  podczas
wymiany bowiem musi być zachowana elektryczna obojętność układu. Jony jednakowego znaku z
jonami nieruchliwymi mają bardzo utrudniony „wstęp” do wnętrza fazy jonitu, gdyŜ są odpychane
siłami kulombowskimi.

Wymieniacze jonowe moŜna podzielić na nieorganiczne i organiczne, a następnie na naturalne,

półsyntetyczne i syntetyczne. ZaleŜnie od znaku ładunku zjonizowanych grup rozróŜnia się
kationity i anionity. Kationity jako grupy czynne mają następujące grupy ujemne: sulfonowe -SO

karboksylowe –COO

–

, aminodwuoctanowe -N(CH

COO

–

)

, fosforanowe -PO

. Anionity mają

grupy czynne, charakteryzujące się ładunkiem dodatnim: czwartorzędowe amoniowe -NR

drugorzędowe aminowe –NR

, fosfoniowe -PR

. Kationity mające grupy funkcyjne ujemne będą

wymieniać kationy, anionity zaś dzięki dodatnio naładowanym grupom funkcyjnym wymieniają
aniony.

W zaleŜności od właściwości grup funkcyjnych kationity dzielimy na silnie i słabo kwasowe,

anionity zaś na silnie zasadowe i słabo zasadowe (średnio zasadowe). Kationity silnie kwasowe są
mocnymi kwasami lub solami mocnych kwasów. Anionity silnie zasadowe są mocnymi zasadami
lub solami mocnych zasad. Kationity słabo kwasowe i anionity słabo zasadowe (średnio zasadowe)
to odpowiednio słabe kwasy lub słabe zasady i ich sole.

Oprócz jonitów monofunkcyjnych znane są jonity polifufikcyjne, mające grupy funkcyjne o

róŜnych właściwościach, np. grupy karboksylowe i sulfonowe lub amoniowe i aminowe.

Jonity amfoteryczne (amfolity) mogą zawierać grupy ujemne i dodatnie, które występują obok

siebie. Przejawiają one wówczas w zaleŜności od pH roztworu, albo charakter kationitu, albo
anionitu.

W zaleŜności od metody otrzymywania polimeru, stanowiącego szkielet jonitu, jonity dzielą się

na polimeryzacyjne i polikondensacyjne. JeŜeli suchy jonit umieści się w roztworze elektrolitu, to
zachodzą następujące zjawiska:

•

pęcznienie jonitu,

•

przenikanie elektrolitu do wnętrza jonitu,

•

wymiana jonów.

JeŜeli jonit RA umieścić w roztworze zawierającym jony B, to zastąpią one częściowo jony A,

którymi początkowo był obsadzony jonit. Nastąpi, więc wymiana jonów, zgodnie z ogólnym
równaniem:

RA + B

→ RB + A

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

a w konkretnym przypadku wymiana jonów Na

na jony Ca

2RNa + Ca

→ R

Ca + 2Na

Osiągnięta równowaga nie zaleŜy od kierunku wymiany. Stan równowagi, czyli podział jonów
pomiędzy jonit i roztwór, zaleŜy od takich czynników, jak:

•

ładunek jonów - w roztworach rozcieńczonych jony o większym ładunku są silniej wiązane
przez jonit, np. Ca

jest silniej wiązany niŜ Na

•

wielkość jonów - większe jony organiczne są zwykle wiązane silniej, natomiast
powinowactwo jednowartościowych kationów nieorganicznych maleje ze wzrostem
promienia jonu uwodnionego i rośnie w miarę powiększania się liczby atomowej pierwiastka,

•

hydratacja - im mniejszy jest stopień hydratacji jonu, tym silniej jest on wiązany przez jonit,

•

charakter  grup  funkcyjnych - kationity  słabo  kwasowe  wykazują  duŜe  powinowactwo  do
jonów  wodorowych,  a  anionity  słabo  zasadowe  do  jonów  wodorotlenowych.  Jony  tworzące
kompleksy  z  grupami  funkcyjnymi  są  wiązane  bardzo  silnie  (wymieniacze  jonowe
chelatujace),

•

stopień  usieciowania  jonitu - w  miarę  powiększania  się  stopnia  usieciowania  zmniejsza  się
zdolność  jonitu  do  wiązania  jonów  większych.  Ogólna  zdolność  wymienna  takiego
wymieniacza  wzrasta, poniewaŜ zwiększa się ilość grup funkcyjnych,

•

stęŜenie roztworu - podział jonów między jonit i roztwór zaleŜy od stęŜenia roztworu. Wpływ
stęŜenia jest szczególnie duŜy jeśli jony uczestniczące w wymianie mają róŜną wielkość
ładunku, np. równowaga pomiędzy jonami Ca

i Na

jest przesunięta na korzyść wapnia

tylko w roztworach rozcieńczonych.

Powinowactwo kationitów silnie kwasowego R-SO

–

do poszczególnych jonów przedstawia się

następująco:

> H

> Na

> K

> NH

> Ag

> Ca

Powinowactwo kationitów słabo kwasowych R-COO

–

do poszczególnych jonów przedstawia się

następująco:

> Mg

> Ca

> H

Kationit słabo kwasowy wykazuje szczególnie duŜe powinowactwo do jonów wodorowych.
Powinowactwo anionitów słabo zasadowych do jonów OH wzrasta odpowiednio w miarę obniŜania
się zasadowości amin.

Wymiana jonowa moŜe zachodzić w warunkach statycznych lub dynamicznych. Wymiana

jonowa  w  warunkach  statycznych  polega  na  wstrząsaniu  roztworu  z  jonitem  aŜ  do  momentu
ustalenia  równowagi  stęŜeń  wymienianego  jonu  w  roztworze  i  w  fazie  jonitu.  Dynamiczna
wymiana  jonowa  zachodzi  podczas  przepływu  roztworu  przez  kolumnę  wypełnioną  jonitem.
Przebieg wymiany jonów w czasie przepływu roztworu chlorku sodowego przez złoŜe kationitu w
formie  wodorowej  pokazano  na  rysunku  3.  Jony  Na

wprowadzone na kolumnę są wymieniane

początkowo  w  górnej  warstwie  złoŜa  jonitowego.  Po  całkowitym  obsadzeniu  grup  funkcyjnych
wymieniacza górne jego warstwy tworzą tzw. strefę powymienną. W dół kolumny spływa roztwór
uboŜszy w wymieniane jony i kontaktuje się zawsze ze świeŜymi warstwami jonitu (strefa wymiany
właściwej). Proces wymiany jonów przebiega więc kaŜdorazowo przy maksymalnej róŜnicy stęŜeń,
gdyŜ  w  dolnych  warstwach  złoŜa  (strefa  przedwymienna)  stęŜenie  wymienianego  jonu  w  fazie
jonitu  wynosi  zero.  W  miarę  przepuszczania  roztworu  przez  kolumnę  następuje  przesuwanie  się
strefy  wymiany  ku  dołowi,  a  w  poszczególnych  warstwach  kolumny  ustala  się  od  góry  stan
równowagi  miedzy  stęŜeniem  jonów  Na

w roztworze i w fazie jonitu. JeŜeli nastąpi ustalenie

równowagi przy znacznej przewadze wymienianego jonu w roztworze, pojawi się on w wycieku z
kolumny. Jest to tzw. punkt przebicia, na którego podstawie określana jest robocza zdolność

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

wymienna kolumny jonitowej, wyraŜająca w gramorównowaŜnikach ilość wymienionego jonu do

momentu przebicia.

Rys. 3. Przebieg wymiany jonów w czasie przepływu roztworu chlorku sodowego przez kolumnę

kationową w formie H

: a - schematyczny obraz rozmieszczenia jonów Na

i H

w strefach

kolumny (strzałka wskazuje kierunek przepływu roztworu chlorku sodowego), b- wykres
zmian stęŜenia jonów Na

wzdłuŜ kolumny: h - wysokość kolumny, C

- stęŜenie jonów Na

w roztworze chlorku sodowego, C - stęŜenie jonów Na

w roztworze przepływającym przez

kolumnę.

Robocza zdolność jonowymienna jest zawsze mniejsza od całkowitej zdolności wymiennej

złoŜa i zaleŜy od warunków procesu wymiany, jak: temperatura, pH roztworu i jego stęŜenie, rodzaj
innych jonów obecnych w roztworze, szybkość przepływu roztworu, wielkość ziarn jonitu i
geometryczny kształt kolumny.

Zmiękczanie wody za pomocą jonitów jest najprostszym sposobem jej uzdatniania,

polegającym na usunięciu z wody jonów wapnia i magnezu przez wymianę ich na jony zasadowe
kationitu w formie sodowej. Wymianę w cyklu sodowym moŜna opisać następującymi reakcjami:

2KtNa + Ca(HCO

)

→ Kt

Ca + 2NaHCO

2KtNa + Mg(HCO

)

→ Kt

Mg + 2NaHCO

2KtNa + CaSO

→ Kt

Ca + Na

2KtNa + MgSO

→ Kt

Mg + Na

2KtNa + CaCl

→ Kt

Ca + 2NaCl

2KtNa + MgCl

→ Kt

Mg + 2NaCl

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

2. OdŜelazianie wody

SpoŜywanie wody Ŝelazistej w zasadzie nie jest szkodliwe dla zdrowia, jednakŜe ze względów

smakowych woda do picia nie powinna zawierać więcej niŜ ok. 0,3 mg Fe/dm

. Wody Ŝelaziste

wywierają ujemny wpływ na jakość produktów spoŜywczych. Do najwaŜniejszych metod
odŜelaziania wody naleŜą:

Napowietrzanie i filtrowanie - Ŝelazo w postaci wytrącalnej jako Fe(HCO

)

ulega hydrolizie i

utlenianiu w czasie napowietrzania. Kolejne fazy zachodzących reakcji ilustrują równania:

Fe(HCO

)

+ 2H

O → Fe(OH)

+ 2H

O + 2CO

Dzięki temu, Ŝe tworzący się w wyniku hydrolizy CO

uchodzi do atmosfery, proces hydrolizy

przebiega praktycznie do końca. W czasie napowietrzania tlen rozpuszcza się w wodzie i utlenia
Ŝelazo:

4Fe(OH)

+ O

+ 2H

O → 4Fe(OH)

↓

Strącający się wodorotlenek Ŝelazowy odfiltrowuje się.

OdŜelazianie przez napowietrzanie i nawapnianie - niekiedy w wodach naturalnych Ŝelazo

moŜe występować w postaci związków bardzo trudnych do wytrącania lub nie dających się wcale
wytrącać przez zwykłe napowietrzanie. Gdy związki Ŝelaza są pochodzenia nieorganicznego, dobre
wyniki daje nawapnianie, polegające na dodawaniu wody wapiennej bezpośrednio po
napowietrzeniu. Zachodzą wówczas następujące reakcje:

2FeSO

+ 2Ca(OH)

→ 2Fe(OH)

+ 2CaSO

4Fe(OH)

+ 2H

O → 4Fe(OH)

↓

OdŜelazianie za pomocą koagulacji - sposób ten stosuje się do wód, w których Ŝelazo występuje

w postaci związków koloidowych albo bardzo drobnych zawiesin Fe(OH)

, Fe(OH)

, FeS albo w

postaci koloidowych związków organicznych. Do odŜelaziania metodą koagulacji stosuje się
koagulanty: Al

(SO

)

, Fe

(SO

)

, FeCl

, przy czym pH środowiska powinno być utrzymywane w

zakresie 5,7 - 7,5.

Odmanganianie wody - w wodach naturalnych związkom Ŝelaza często towarzyszą związki

manganu, zwykle jako Mn(HCO

)

, rzadziej jako MnSO

. Według większości higienistów,

zawartość związków Mn w większych ilościach jest szkodliwa dla zdrowia.

Odmanganianie wody polega na hydrolizie jonów Mn

do związków Mn

w środowisku

alkalicznym, zgodnie z reakcjami:

2Mn(HCO

)

+ O

+ 4Ca(OH)

→ 2Mn(OH)

+ 4CaCO

+2H

2MnSO

+ O

+ 2H

O + 2Ca(OH)

→ 2Mn(OH)

↓ + 2CaSO

Wytrącający się wodorotlenek manganowy przechodzi następnie w uwodniony dwutlenek

manganu tzw. brunatniał:

Mn(OH)

→ MnO

+ 2H

Najczęściej stosuje się metody odmanganiania: napowietrzania z nawapnianiem i filtrowaniem,
przepuszczanie przez kationit manganowy, koagulacje, filtrowanie przez aktywne złoŜe.

3.

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

Dezynfekcja wody

Dezynfekcja czyli odkaŜanie wody ma na celu zniszczenie i usuniecie z wody bakterii

chorobotwórczych. Bakterie obecne w wodzie zostają częściowo usunięte razem z zawiesinami w
procesach koagulacji i filtrowania. Całkowite ich usuniecie wymaga zastosowania specjalnych
metod fizycznych i chemicznych.

Do metod fizycznych odkaŜania wody naleŜą: ogrzewanie, naświetlanie promieniami

ultrafioletowymi, stosowanie filtrów ceramicznych i oddziaływanie ultradźwiękami na wodę.

Dezynfekcja metodami chemicznymi polega na wprowadzeniu do wody substancji

chemicznych,  przewaŜnie  silnych  utleniaczy,  które  przenikają  do  wnętrza  bakterii  i  utleniają
substancje  wchodzące  w  skład  jej  protoplazmy.  Metody  chemiczne  umoŜliwiają  takŜe  utlenianie
zawartych  w  wodzie  związków  organicznych  i  mineralnych  (Ŝelaza,  manganu),  a  takŜe  poprawę
smaku wody.
Skuteczność działania środków chemicznych zaleŜy od:

•

rodzaju, stęŜenia i czasu kontaktu środka odkaŜającego z wodą,

•

ilości i rodzaju mikroorganizmów w wodzie,

•

rodzaju i stęŜenia substancji zanieczyszczającach wodę.

Do metod chemicznych odkaŜania wody zalicza się ozonowanie i chlorowanie. Ozonowanie jest

jednym z najbardziej przyszłościowych sposobów dezynfekcji wody. Zaletą tej metody jest bardzo
duŜa aktywność utleniająca ozonu. Ponadto ozon nie pozostawia w wodzie szkodliwych produktów
ubocznych i korzystnie wpływa na cechy organoleptyczne wody. Wadą ozonowania jest
krótkotrwale działanie tego zabiegu oraz stosunkowo wysoki koszt.

Chlor i niektóre jego związki po wprowadzeniu do wody działają silnie utleniająco i

bakteriobójczo. Ponadto chlor dodany do wody w odpowiedniej ilości usuwa obce posmaki, ułatwia
usuwanie Ŝelaza i manganu, zapobiega - w pewnym stopniu - korozji, usuwa śluz z urządzeń oraz
ułatwia mycie urządzeń, pomieszczeń i opakowań.

Chlor w wodzie surowej podlega następującym przemianom:

•

ulega hydrolizie zgodnie z równaniem:

+ H

O → HClO + HCl

•

przy czym tworzący się kwas podchlorawy ulega dysocjacji:

HClO ↔ H

+ ClO

–

•

łączy się ze związkami azotowymi, tworząc chloroaminy lub chloroiminy:

+ Cl

↔ NH

Cl + HCl

+ 2Cl

↔ NHCl

+ 2HCl

Chlor zawarty w chloroaminach jest chlorem uŜytecznym związanym, który moŜe stopniowo, w
wyniku hydrolizy, przemienić się w działający bakteriobójczo chlor uŜyteczny wolny;

Cl + H

O → NH

OCl → HClO

+ NH

Bakteriobójcze i utleniające działanie chloru jest spowodowane rozpadem kwasu podchlorowego, z
wydzielaniem aktywnego tlenu:

HClO → HCl +O

Do chlorowania wody moŜna uŜywać samego chloru lub jego związków, zawierających tzw.
czynny chlor, takich jak: wapno chlorowane, dwutlenek chloru, chloraminy organiczne.

W zaleŜności od pochodzenia wody oraz jej przeznaczenia stosuje się róŜne metody

chlorowania:

•

chlorowanie stałe w celu dezynfekcji i oczyszczania wody wodociągowej;

•

chlorowanie okresowe do zwalczania odrostów biologicznych oraz dezynfekcji przewodów,
róŜnych zbiorników i urządzeń;

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

•

chlorowanie wstępne;

•

chlorowanie wielostopniowe wykonuje się przed kolejnymi procesami uzdatniania w celu
utleniania zawartych w wodzie zanieczyszczeń i poprawienia jej właściwości
organoleptycznych (barwy, smaku);

•

chlorowanie końcowe przeprowadza się po uprzednim uzdatnieniu wody pod względem
fizykochemicznym;

•

chlorowanie normalną dawką stosuje się przewaŜnie przy chlorowaniu końcowym wody
wodociągowej, przeznaczonej do picia. Normalna dawka jest to ilość miligramów chloru,
jaką trzeba dodać do l dm

wody, aby po związniu części chloru przez związki znajdujące się

w wodzie, czyli po pokryciu tzw. zapotrzebowania na chlor, pozostało 0,1 mg Cl/dm

postaci chloru uŜytecznego. W tych ilościach chlor jest prawie niewyczuwalny w wodzie
surowej, a zanika zupełnie podczas jej ogrzewania;

•

chlorowanie  zwiększoną  dawką  ma  na  celu  skuteczniejsze  odkaŜanie  wody,  poprawę  jej
właściwości  i  zabezpieczenie  urządzeń  przed  obrostami  hydrobiologicznymi.  Stosowane
bywa  podczas  wstępnego  chlorowania  wody  do  picia  silnie  zanieczyszczonej,  a  ponadto  do
wody chłodniczej i przeznaczonej do celów sanitarno-porządkowych.

Nadmiar chloru w wodzie przeznaczonej do picia musi być po zakończeniu uzdatniania

zredukowany do 0,1-0,3 mg/dm

aktywnego chloru. Dechlorację wody przeprowadza się przez

napowietrzanie albo za pomocą węgla aktywnego, albo tiosiarczynu sodu oraz siarczynu sodu.

Ilość chloru pozostałego w wodzie stosowanej w przemyśle spoŜywczym reguluje się zaleŜnie

od przeznaczenia wody. Woda uŜywana w przemyśle owocowo-warzywnym do celów
technologicznych powinna zawierać 2-5 mg/dm

uŜytecznego chloru, natomiast woda do mycia -

10-20 mg/dm

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

8.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

Zakres ćwiczenia obejmuje:

1. Przygotowanie wody dejonizowanej
2. Oznaczenie twardości ogólnej wody: wodociągowej, destylowanej i dejonizowanej metodą

Wartha-Pfeiffera

3. Oznaczenie zawartości chlorków metodą Mohra w wyŜej wymienionych próbkach wody.

1. Przygotowanie wody dejonizowanej.

Aparatura:
- Stanowisko do dejonizacji wody: dwie kolumny w kaskadzie, wypełnione anionitem i kationitem,
- statyw laboratoryjny,
- uchwyty, rurki silikonowe

Pobrać próbkę wody wodociągowej o objętości 0,5 dm

. Poddać ją procesowi dejonizacji

wprowadzając na kolumny ze złoŜem jonowymiennym. Odciek poddać poniŜszym analizom.

2. Oznaczenie twardości ogólnej wody z uŜyciem mieszaniny sodowej (metoda

Warha-Pfeiffera)

Zasada metody:

Mieszanina sodowa węglanu sodu z wodorotlenkiem sodu (Na

+ NaOH) dodana do wody

pozbawionej węglanów i dwutlenku węgla wytrąca z jonami wapnia i magnezu nierozpuszczalne
osady w postaci węglanów i wodorotlenków. Twardość wody oblicza się na podstawie ilości
zuŜytej mieszaniny.

Oznaczanie przeprowadza się w dwóch etapach: w pierwszym usuwa się węglany i dwutlenek

węgla na drodze miareczkowania 0,1-molowym  roztworem kwasu solnego wobec metyloranŜu, w
drugim  oznacza  się  twardość  ogólną  przez  dodanie  mieszaniny  sodowej,  która  reaguje  z  jonami
wapnia  i  magnezu,  dając  nierozpuszczalny  osad.  Osad  odsącza  się,  a  przesącz  miareczkuje  0,l-
molowym roztworem kwasu solnego.

Przygotowanie mieszaniny sodowej.

Zmieszać równe objętości 0,l-molowego roztworu wodorotlenku sodu i 0,05-molowego

roztworu Na

i sprawdzić miano. W tym celu do kolby stoŜkowej odmierzyć 100cm

wody

destylowanej, dodać pipetą 25cm

mieszaniny sodowej, gotować w ciągu 3 min, przenieść do kolby

miarowej o poj. 200 cm

i uzupełnić do kreski wodą destylowaną wolną od CO

(świeŜo

przegotowaną). Do kolby stoŜkowej o pój. 300 cm

odmierzyć 100 cm

tego roztworu, dodać 3

krople metyloranŜu i miareczkować 0,l-molowym roztworem kwasu solnego.
Współczynnik miana (f) mieszaniny sodowej oblicza się według wzoru:

⋅

gdzie: a - liczba cm

0,l-molowego roztworu kwasu solnego zuŜytego do miareczkowania.

Jeśli roztwór NaOH jest ściśle 0,1-molowy, a roztwór Na

jest ściśle 0,05-molowy, to

współczynnik f = 1.

Wykonanie oznaczenia

Do kolby stoŜkowej o pój. 300 cm

odmierzyć 100 cm

badanej wody, dodać 3 krople oranŜu

metylowego  i  miareczkować  0,l-molowym  roztworem  kwasu  solnego  do  wyraźnej  zmiany
zabarwienia.  Następnie  zmiareczkowaną  próbkę  ogrzewać  do  wrzenia,  gotować  3  min  i  ostudzić.
Jeśli  Ŝółte  zabarwienie  powróci,  to  próbkę  naleŜy  miareczkować  ponownie  do  wyraźnej  zmiany

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

zabarwienia. Odnotować ilość zuŜytego 0,1 molowego roztworu HCL, na podstawie której moŜna
obliczyć zasadowość ogólną M próbki. Następnie do zmiareczkowanej próbki dodać 25 cm

mieszaniny sodowej. Ponownie ogrzewać do wrzenia i gotować w ciągu 3 min. Całość ostudzić,
przenieść ilościowo do kolby miarowej o pój. 200 cm

, dopełnić do kreski wodą destylowaną wolną

od CO

(świeŜo przegotowaną) i odstawić na kilkanaście minut Po opadnięciu osadu sączyć

zawartość kolby do suchego naczynia przez suchy sączek, odrzucając pierwsze 20 cm

przesączu.

Następnie do kolby miarowej o poj. 250 cm

odmierzyć 100 cm

przesączu, dodać 2 krople oranŜu

metylowego i miareczkować 0,l-molowym roztworem kwasu solnego.

Obliczanie wyniku.

Twardość ogólną wody (T

) w stopniach twardości, oblicza się według wzoru:

100

⋅

−

⋅

gdzie:
f - współczynnik miana mieszaniny sodowej,
a - ilość mieszaniny sodowej dodana do próbki (w cm

c - ilość 0,1-molowego roztworu kwasu solnego zuŜyta do miareczkowania 100 cm

przesączu

(w cm

v - ilość próbki wody zuŜyta do oznaczania (w cm

3. Oznaczenie zawartości chlorków metodą Mohra

Zasada metody:

Jony chlorkowe miareczkuje się azotanem (V) srebra wobec chromianu (VI) potasu K

CrO

jako wskaźnika. W roztworze obojętnym lub słabo zasadowym (pH = 6,5-10) azotan (V) srebra
strąca najpierw biały osad chlorku srebra, a po całkowitym strąceniu chlorków jon srebrowy reaguje
z dwuchromianem (VI) potasu, wytracając czerwonobrunatny osad chromianu (VI) srebra. Zmiana
zabarwienia z Ŝółtozielonego na czerwonobrunatne świadczy o całkowitym strąceniu jonów
chlorkowych.

W oznaczaniu przeszkadzają: siarkowodór, siarczki, barwa powyŜej 30mg/dm

Pt i mętność

powyŜej 10 mg/dm

Wykonanie oznaczenia

Odczynnik 1. Przygotowanie roztworu mianowanego chlorku sodu:

1,6486 g NaCl wysuszonego do stałej masy rozpuścić w wodzie destylowanej, przenieść do

kolby miarowej o poj. l dm

i uzupełnić do kreski wodą destylowaną (l cm

roztworu zawiera l mg

–

Odczynnik 2. Roztwór mianowany azotanu (V) srebra

4,791 g AgNO

rozpuścić w wodzie destylowanej, przenieść do kolby miarowej o poj. l dm

uzupełnić do kreski wodą destylowaną (l cm

tego roztworu powinien odpowiadać l mg Cl

–

Miano roztworu azotanu (V) srebra ustala się za pomocą mianowanego roztworu NaCl (odczynnik
1).

W tym celu odmierzyć dokładnie 10cm

mianowanego roztworu NaCl, dodać 1cm

roztworu

CrO

(odczynnik 3), dopełnić wodą destylowaną do obj. 100 cm

i miareczkować roztworem

AgNO

do zmiany zabarwienia na czerwonobrunatne. Miano roztworu (f), w mg na l cm

–

oblicza się według wzoru:

gdzie a - ilość roztworu AgNO

zuŜyta do zmiareczkowania 10cm

roztworu NaCl (w cm

ODA W PRZEMY

LE SPO

YWCZYM

12 luty 2010

Odczynnik 3. Roztwór 10-procentowy chromianu (VI) potasu.

Do kolby stoŜkowej o pój. 300 cm

odmierzyć 100 cm

badanej wody (jeŜeli zawartość

chlorków w próbce przekracza 30 mg, naleŜy odmierzyć odpowiednio mniejszą ilość i uzupełnić do
100 cm

wodą destylowaną). Następnie dodać do kolby l cm

roztworu K

CrO

i miareczkować

mianowanym roztworem AgNO

do zmiany zabarwienia na czerwonobrunatne.

Obliczanie wyniku. Zawartość jonów chlorkowych w wodzie (X), w mg na l dm

–

oblicza się

według wzoru:

1000

0,3)

⋅

−

⋅

gdzie: f - miano roztworu AgNO

a - ilość mianowanego roztworu AgNO

zuŜyta do zmiareczkowania próbki (w cm

v - ilość próbki wody zuŜyta do oznaczania (w cm

0,3 - ilość mianowanego roztworu AgNO

potrzebna do wytworzenia chromianu (VI) srebra

AgCrO

w 100cm

wody destylowanej

8.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

Wyniki oznaczeń i analiz naleŜy umieścić w sprawozdaniu w formie oddzielnych punktów wraz

z przeliczeniami i przedłoŜyć osobie prowadzącej ćwiczenia w celu sprawdzenia (wzór, załącznik 1
na stronie 121). NaleŜy takŜe zaznaczyć wszelkie odstępstwa od metod podanych w opracowaniu
ćwiczeń. Na końcu sprawozdania z ćwiczeń naleŜy podać wnioski w formie zwięzłych punktów.

8.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

1. Oznaczenie twardości ogólnej wody z uŜyciem mieszaniny sodowej (metoda

Warha-Pfeiffera)

Aparatura i odczynniki:
- 0,1 M roztwór wodorotlenku sodowego
- 0,05M roztwór węglanu sodu
- roztwór metylooranŜu
- 0,1M roztwór kwas solnego
- kolba stoŜkowa 200cm

-2 sztuki

- pipeta 25 cm

- 2 sztuki

- kolba miarowa 200 cm

- 2 sztuki

- biureta do miareczkowania
- palnik gazowy
- trójnóg
- siatka azbestowa
- statyw + uchwyt

2. Oznaczenie zawartości chlorków metodą Mohra

Aparatura i odczynniki
- 1,6486 NaCl w 1,9 dm3 wody destylowanej
- 4,791 g AgNO3 w 1,0 dm3 wody destylowanej
- 10 % roztwór chromianu potasu (IV)
- kolba stoŜkowa 300cm3 - l sztuka
- pipeta 1,0 cm3 - l sztuka
- biureta do miareczkowania
- statyw + uchwyt

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

UTRWALANIE śYWNOŚCI PRZEZ ZAKWASZENIE

9.1.

PROWADZENIE

Zakwaszanie naleŜy do najstarszych (tradycyjnych) metod utrwalania Ŝywności znanych od

wieków.  W  ostatnich  latach  było  ono  rzadziej  stosowane  ze  względu  na  obecność  wielu  innych
sposobów  utrwalania,  ale  obecnie  zaznacza  się  tendencja  do  częstszego  wykorzystania  tej  grupy
metod.

Utrwalające oddziaływanie środowiska kwaśnego

Środowisko kwaśne działa antymikrobiologicznie. Większość drobnoustrojów wykazuje

optimum  wzrostu  przy  pH  wynoszącym  pomiędzy  6,5-7,5,  czyli  w  warunkach  zbliŜonych  do
środowiska  obojętnego.  Są  oczywiście  równieŜ  drobnoustroje,  które  rozwijają  się  w  środowisku
kwaśnym oraz zasadowym. Kwasolubne są na przykład bakterie fermentacji mlekowej i octowej, a
takŜe bakterie siarkowe. W środowisku kwaśnym mogą takŜe rozwijać się liczne droŜdŜe i grzyby
strzępkowe  których  wzrost  notuje  się  w  szerokim  zakresie  pH  wynoszącym  od  2  do  9.  Ogólnie
przyjmuje  się,  Ŝe  pH  środowiska  o  wartości  4,2-4,5  jest  wystarczające  do  zahamowania  rozwoju
bakterii gnilnych, enteropatogennych i częściowo bakterii fermentacji masłowej.

Oddziaływanie hamujące na rozwój drobnoustrojów jest związane z obecnością w środowisku

cząsteczek  niezdysocjowanych  kwasów  i  ich  zdolnością  do  przenikania  do  komórek
mikroorganizmów.  Cząsteczki  niezdysocjowane  wykazują  bowiem  cechy  związków  lipofilnych,
dzięki  czemu  mogą  przenikać  przez  osłony  do  wnętrza  komórki,  gdzie  przy  wyŜszym  pH
(zbliŜonym  do  obojętnego)  ulegają  dysocjacji  zakwaszając  treść  komórki.  Obecność  jonów
wodorowych  (H

) w komórce hamuje wiele przemian metabolicznych oraz powoduje zakłócenie

proporcji  pomiędzy  wytwarzaniem  a  zuŜyciem  ATP  w  komórce  (czyli  w  przemianach
energetycznych), działa więc toksycznie.
Liczba  niezdysocjowanych  cząsteczek  kwasu  jest  związana  z  pH  środowiska.  Dotyczy  to
wszystkich kwasów wykorzystywanych do utrwalania Ŝywności (czyli mlekowego, octowego, czy
konserwantów  chemicznych  –  np.  kwasu  sorbowego  czy  benzoesowego).  Najwięcej  cząsteczek  w
formie  niezdysocjowanej  notuje  się  przy  pH  w  granicach  4,  w  związku  z  czym  taki  odczyn
środowiska jest juŜ skutecznym czynnikiem utrwalającym.
ObniŜone  pH  jest  korzystne  równieŜ  z  innych  względów  –  wynikających  z  oddziaływania
podwyŜszonej  kwasowości  środowiska  na  przemiany  enzymatyczne  zachodzące  w  komórkach
surowców.  Zmiana  pH  powoduje  zahamowanie  procesów  oddechowych  w  tkankach  Ŝywności  –
zmienia  tempo  wszystkich  procesów  enzymatycznych  prowadzących  do  utleniania  się  (np.
witaminy  C)  lub  brunatnienia  powierzchni  surowców.  Zahamowane  zostają  zmiany  hydrolityczne
(takŜe  enzymatyczne),  które  mogą  być  przyczyną  niekorzystnych  przemian  sensorycznych  w
surowcach, czyli mięknięcia i rozpadu tkanek bądź zmian składników odpowiedzialnych za  cechy
smakowo-zapachowe. Kiszonkę czy marynatę dodatkowo stabilizują warunki beztlenowe. Dlatego
na  skutek  zakwaszania  uzyskuje  się  produkt  trwały  przez  długi  okres,  o  dobrze  zachowanych
cechach  sensorycznych  oraz  (w  przypadku  procesów  fermentacyjnych)  niewiele  zmienionej  w
stosunku do surowca wartości odŜywczej.
W praktyce przemysłowej oraz przetwórstwie domowym utrwalanie surowców spoŜywczych przez
zakwaszenie moŜna podzielić na dwie grupy:

•

wykorzystanie procesów fermentacyjnych,

•

stosowanie kwasów organicznych.

Obydwie grupy metod są zupełnie róŜne i w ich wyniku uzyskuje się produkty o
róŜnych cechach sensorycznych i róŜnej wartości odŜywczej. Ich cechą wspólną jest natomiast
utrwalenie przez obniŜenie pH środowiska.

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

12 luty 2010

Procesy fermentacyjne

Historia wykorzystania procesów fermentacyjnych do utrwalania Ŝywności bądź w celu nadania

jej poŜądanych cech sięga zamierzchłych czasów. Stosowano je zdecydowanie wcześniej niŜ
opisano sam proces fermentacji, który odkryto stosunkowo niedawno (w XIX w.).

Z zastosowaniem fermentacji utrwala się wiele surowców roślinnych (w Polsce głównie kapustę

i  ogórki,  na  świecie:  buraki  ćwikłowe,  kalafiory,  cebulę,  selery,  pomidory  zielone  i  czerwone,
paprykę  i  wiele  innych),  jabłka  nasiona  roślin  strączkowych  (fasola,  soja  i  sos  sojowy),  oliwki,
kawę,  herbatę,  mięso  (fermentowane  wędliny,  mięso,  ryby),  mleko  (uzyskuje  się  mleczne  napoje
fermentowane),  a  takŜe  sery  czy  pasze  dla  zwierząt.  Procesy  fermentacyjne  wykorzystuje  się  do
produkcji  pieczywa  oraz  alkoholu  (wódki,  piwa,  wina),  a  w  ostatnich  latach  zaczyna  rozwijać  się
produkcja  fermentowanych  soków  owocowych  (z  buraków,  marchwi,  selerów,  pietruszki,
pomidorów i ich mieszanek).

Końcowym produktem fermentacji jest zazwyczaj kwas mlekowy fermentacja mlekowa), ale

takŜe inne związki, np. kwas octowy (fermentacja octowa), alkohol etylowy (fermentacja
alkoholowa) lub ich mieszaniny. Skład związków otrzymanych po fermentacji jest zaleŜny od
charakteru procesu i rodzaju utrwalanych (czy przerabianych) surowców.

Procesom fermentacji mlekowej moŜna poddawać wiele surowców spoŜywczych, zwłaszcza

roślinnych.  Głównym  warunkiem  ich  przydatności  do  zakwaszania  jest  odpowiednia  zawartość
węglowodanów, które są substratem do przebiegu procesu. Podczas fermentacji wykorzystywane są
cukry  proste,  disacharydy  oraz  niektóre  tri-  i  polisacharydy.  Rozkład  cukrów  następuje  na  skutek
działania  enzymów  wydzielanych  przez  drobnoustroje  rozkładających  heksozy,  a  końcowym
produktem reakcji jest kwas mlekowy i niekiedy inne związki.

Kwas mlekowy oraz inne substancje będące wynikiem fermentacji, jak wspomniano powyŜej,

działają utrwalająco na produkt przez zahamowanie wzrostu drobnoustrojów, a takŜe ograniczając
zmiany zachodzące w tkankach surowców.

Oprócz oddziaływania utrwalającego, istotny jest równieŜ wpływ kwasu mlekowego na ustrój

człowieka. Powoduje on zmiany pH w organizmie, aktywując działanie enzymów oddechowych w
mitochondriach komórek, wywołuje zmiany ciśnienia osmotycznego oraz wydzielanie
niemetabolicznego nadmiaru CO2.

Związek ten ma równieŜ istotne znaczenie technologiczne. W procesach przemysłowych kwas

mlekowy stosuje się do dokwaszania, konserwowania, regulowania pH, poprawiania smaku,
zapachu i struktury produktów spoŜywczych. Charakteryzuje się on niskim progiem wyczuwalności
kwaśności. Jest mniej „ostry" w smaku niŜ kwas octowy, w związku z czym jego zastosowanie do
marynat zdecydowanie polepsza ich smak, wzmagając jednocześnie działanie utrwalające.

W badaniach naukowych stwierdzono ponadto, Ŝe przetrzymywanie warzyw w roztworze

kwasu mlekowego o pH 3-4 w ciągu 30-60 minut powoduje usunięcie z nich szkodliwych dla
zdrowia azotanów.

Cechy produktów utrwalonych na skutek fermentacji mlekowej

Produkty utrwalone na drodze fermentacji mlekowej charakteryzują się wieloma zaletami, które

częściowo podano juŜ powyŜej. Kiszonki, oprócz tego, Ŝe są trwałe, zawierają wiele dodatkowych
substancji  powstających  w  wyniku  fermentacji,  nadających  produktowi  końcowemu  szczególne  i
niepowtarzalne  cechy  smakowo-zapachowe.  Produkty  fermentowane  charakteryzują  się  wysoką
wartością  odŜywczą  i  składem  zbliŜonym  do  surowca.  Kiszenie  stabilizuje  witaminę  C  i
prowitaminę A, dzięki czemu nie ulegają one rozkładowi. Podczas fermentacji mlekowej powstają
witaminy  B2  i  PP,  czyli  produkty  fermentowane  są  wzbogacone  w  te  składniki  w  stosunku  do
surowca  wyjściowego.  Substancją  powstającą  podczas  fermentacji  jest  równieŜ  acetylocholina,
która  korzystnie  oddziałuje  na  mechanizm  przekazywania  bodźców  nerwowych,  poprawia
perystaltykę jelit i obniŜa ciśnienie krwi.

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

Ponadto, składniki Ŝywności z produktów fermentowanych są lepiej przyswajalne przez

organizm - kiszenie zwiększa strawność i pozwala wyeliminować niektóre substancje z surowców
roślinnych  uwaŜane  za  niepoŜądane  (hemaglutyniny,  cyjanki,  tioglikozydy,  substancje
gazotwórcze).  Wraz  z  Ŝywnością  uzyskaną  na  drodze  fermentacji  dostarcza  się  do  organizmu
drobnoustroje  kwasu  mlekowego,  które  korzystnie  wpływają  na  procesy  metaboliczne  i  na
środowisko w jelitach, regulując skład mikroflory przewodu pokarmowego, hamują rozwój bakterii
patogennych.  Kolejną  niezwykle  korzystną  cechą  jest  niewielka  wartość  energetyczna  takich
produktów  (dotyczy  to  fermentowanych  surowców  roślinnych  i  mleka),  w  przypadku  surowców
roślinnych  -  znaczna  zawartość  błonnika  oraz  ich  atrakcyjne  właściwości  sensoryczne  (te  ostatnie
dotyczą takŜe przetworów mlecznych).

Produkty utrwalone na drodze fermentacji zalicza się do Ŝywności przetworzonej w sposób

naturalny (za pomocą metod biologicznych), co w dobie wyrobów otrzymywanych w złoŜonych
procesach technologicznych ma ogromne znaczenie. Kiszenie ponadto jest tanie - nie wymaga
kosztownych nakładów energetycznych i finansowych. Wymaga natomiast stałej kontroli przebiegu
procesu i przechowywania.

Wobec powyŜszych zalet produkcja Ŝywności fermentowanej ma przed sobą przyszłość i

pozwala na zwiększenie asortymentu wyrobów na rynku.

Drobnoustroje fermentacji mlekowej

Mikroorganizmami odpowiedzialnymi za przebieg fermentacji mlekowej a nieprzetrwalnikujące

bakterie kwasu mlekowego. Jest to grupa drobnoustrojów, których wspólną cechą jest zdolność do
przeprowadzania  beztlenowej  fermentacji  mlekowej.  Do  podstawowej  grupy  bakterii  fermentacji
mlekowej  zalicza  się  ziarniaki  i  pałeczki  naleŜące  do  rodzajów  Lactobacillus,  Lactococcus,
Leuconostoc,  Pediococcus,  Streptococcus  oraz  niektóre  gatunki  z  rodzajów  Enterococcus  i
Carnobacterium.

Wśród drobnoustrojów fermentacji mlekowej są bakterie homo- i heterofermentatywne. W

wyniku procesów metabolicznych przeprowadzanych udziałem bakterii homofermentatywnych
powstaje jedynie kwas mlekowy.

Na skutek rozwoju bakterii heterofermentatywnych dodatkowo produktami ubocznymi procesu

mogą być: alkohol etylowy, kwas octowy, mannit, gliceryna i inne związki. Nadają one kiszonkom
korzystne cechy aromatyczne i smakowe.

Fermentację moŜna przeprowadzać, wykorzystując mikroflorę rodzimą produktu, jest to tzw.

fermentacja  spontaniczna,  a  jej  przebieg  zaleŜy  od  składu  chemicznego  środowiska  i  warunków
otoczenia.  Fermentację  spontaniczną  prowadzi  się  przy  kiszeniu  kapusty  i  ogórków  (chociaŜ  nie
zawsze),  natomiast  do  otrzymywania  innych  produktów  (np.  mleczne  napoje  fermentowane,  wę-
dliny,  soki)  wykorzystuje  się  szczepionki  uzyskiwane  na  skalę  przemysłową  w  procesach
biotechnologicznych. Są to tzw. startery lub zakwasy, które zawierają zagęszczoną liczbę komórek
w formie utrwalonej przez liofilizację lub zamroŜenie.

Produkcja kiszonej kapusty

O jakości uzyskanego produktu końcowego decyduje wiele czynników, do których naleŜy

zaliczyć dobrą jakość surowca, dobór odpowiedniej odmiany, sposób uprawy, prawidłowy przebieg
procesu technologicznego oraz właściwe warunki przechowywania surowca po ukwaszeniu.

Proces technologiczny rozpoczyna się od mechanicznego poszatkowania kapusty i dodatku do

surowca soli w ilości 1,5-3%. Dodatek soli jest niezbędny - powoduje wyciek soku komórkowego
zawierającego  cukry  i  sole  mineralne.  Cukru  w  kapuście  jest  zazwyczaj  od  3,5  do  6,5%.  JeŜeli
kapusta  jest  uboga  w  cukry,  naleŜy  zastosować  1%  dodatek  sacharozy.  Proces  przebiega  bez  do-
datku wody. Poszatkowanie dezintegruje komórki i usprawnia wydzielanie soku. Takie środowisko
stwarza  odpowiednie  warunki  do  rozwoju  poŜądanej  mikroflory.  Sól  ponadto  wzmaga  rozwój
bakterii mlekowych, a hamuje rozwój drobnoustrojów niepoŜądanych.

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

12 luty 2010

W początkowym etapie pH tak przygotowanej mieszaniny wynosi ok. 6,5, co sprawia, Ŝe rozwijają
się róŜne formy drobnoustrojów. Mogą wówczas oprócz bakterii fermentacji mlekowej rozwijać się
drobnoustroje  z  grupy  coli  (pałeczki),  bakterie  gnilne  (tlenowe  bakterie  proteolityczne)  oraz
droŜdŜe wytwarzające alkohol i dwutlenek węgla.
W miarę wzrostu kwasowości rozwój bakterii gnilnych i coli jest hamowany. PrzewaŜają wówczas
heterofermentatywne  bakterie  mlekowe  z  gatunku  Leuconostoc  mesenteroides.  Jednocześnie
następuje rozwój paciorkowców homofermentatywnych.
JuŜ w pierwszym okresie fermentacji oprócz kwasu mlekowego powstają róŜnorodne estry nadające
produktowi  smak  i  zapach.  Temperatura  fermentacji  )rzez  pierwsze  dwa  dni  procesu  powinna
wahać się w granicach 18-20°C.
Intensywny  rozwój  drobnoustrojów  mlekowych  powoduje  nasilenie  fermentacji  mlekowej  -
zachodzi  wówczas  fermentacja  burzliwa.  Zaczynają  przewaŜać  bakterie  homofermentatywne  -
Streptobacterium  plantarum.  Następuje  intensywne  wydzielanie  gazów  i  powstawanie  piany  na
powierzchni. Pianę naleŜy  usuwać,  gdyŜ sprzyja  ona rozwojowi mikroflory  gnilnej. Gazy równieŜ
naleŜy sukcesywnie odprowadzać, w przeciwnym razie następuje gorzknienie kapusty.
W tym czasie na skutek produkcji kwasu mlekowego pH obniŜa się z 6 do około 4. Zwiększające
się  stęŜenie  kwasu  hamuje  intensywną  fermentację  mlekową.  Zaczyna  się  etap  fermentacji  cichej.
Rozwijają  się  pałeczki  heterofermentatywne  z  gatunku  Betabacterium  brevis,  które  wytwarzają
kwas mlekowy octowy. Następuje wówczas dofermentowywanie cukrów i wytworzenie związków
aromatycznych nadających produktowi cechy smakowo-zapachowe.
Czas trwania fermentacji jest ściśle skorelowany z temperaturą i moŜe rwać 5-60 dni.

Podczas przemysłowej produkcji kapusty naleŜy kontrolować skład mikroflory, pH (po

tygodniu powinno ono wynosić 3,5 - 4) oraz kwasowość miareczkową, która w przeliczeniu na
kwas mlekowy po upływie 2 tygodni powinna wynosić około 1,5% (jest to końcowa zawartość
kwasu mlekowego).

Po zakończeniu fermentacji naleŜy obniŜyć temperaturę w pomieszczeniu, - którym jest

składowana kapusta. Warunki chłodnicze zdecydowanie zwiększają trwałość produktu.
Temperaturę naleŜy kontrolować i regulować tak, Ŝeby nie następował wzrost kwasowości.
Temperatura przechowywania powinna być bliska 0°C.

Podczas przechowywania naleŜy kontrolować równieŜ ilość piany i obecności koŜucha, który

świadczy  o  przebiegu  procesów  gnilnych.  WaŜna  jest  pointo  ilość  i  jakość  soku.  Powierzchnia
niepokryta  sokiem,  ułatwiająca  dostęp  powietrza  do  kapusty,  powoduje  rozwój  droŜdŜy  i  pleśni
(stąd  obecność  koŜucha.  DroŜdŜe  i  pleśnie  rozkładają  kwasy,  powodując  wzrost  pH  i  psucie  się
produktu.  Podczas  przechowywania  kiszonek  niezwykle  istotne  jest  zachowane  czystości  w
pomieszczeniach.

Trwałość kiszonej kapusty moŜna zwiększyć przez pasteryzację, którą przeprowadza się w

opakowaniach jednostkowych. Przed pasteryzacją ukwaszoną kapustę naleŜy poddać blanszowaniu.
Zblanszowaną kapustą napełnia się pakowania i zalewa gorącym sokiem. Pasteryzację
przeprowadza się w temperaturze 80-95°C. Pasteryzowana kapusta jest trwalsza, ale charakteryzuje
się gorszymi cechami smakowo-zapachowymi od niepasteryzowanej.

Skład prawidłowo ukwaszonej kapusty jest następujący:

•

kwasy nielotne (w przeliczeniu na kwas mlekowy) 1-1,3%,

•

kwasy lotne (w przeliczeniu na kwas octowy) 0,2 - 0,3%,

•

alkohol 0,5 - 0,6%,

•

cukier 0,0 - 0,2%,

•

związki azotowe 1,5%,

•

sól 2-3%,

•

sucha masa 10-12%,

•

witamina C 20-30 mg/100 g.

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

Produkcja kiszonych ogórków

Do kiszenia powinno się wybierać właściwe odmiany ogórków (np. Przybyszewskie,

Monastyrskie),  których  cechy  sensoryczne  nie  będą  ulegały  niekorzystnym  zmianom  podczas
przechowywania  produktu  końcowego.  Ogórki  zawierają  mniej  cukru  niŜ  kapusta  (1-2%),  co
powoduje, Ŝe ich pH po ukwaszeniu jest nieco wyŜsze niŜ pH kapusty.
Operacją  wstępną  w  produkcji  kiszonych  ogórków  jest  ich  moczenie.  Pozwala  ono  na  częściowe
usunięcie zanieczyszczeń z ich powierzchni i poprawia jędrność tkanek. Moczenie trwa zwykle od
30 minut do 4 godzin. Po wymoczeniu ogórki naleŜy opłukać, przebrać i poddać kalibracji w celu
ujednoliceni.: ich wielkości. Korzystną operacją jest nakłuwanie ogórków, co ułatwia dyfuzję soku
komórkowego z ich wnętrza.

Do kiszenia ogórków wykorzystuje się przyprawy. Wśród nich najwaŜniejszymi są korzeń i

liście  chrzanu,  koper,  czosnek,  liście  laurowe  oraz  inne  liście  (np.  dębu,  wiśni,  porzeczki,
winorośli).  Przyprawy  muszą  być  czyste  -  nie  mogą  stanowić  źródła  dodatkowego  zakaŜenia
mikrobiologicznego. Dodatek przypraw przyczynia się do lepszego przebiegu procesu fermentacji,
wpływając  na  zwiększenie  trwałości  ogórków  oraz  nadając  im  korzystne  cechy  smakowo  -
zapachowe.

Ogórki zalewa się roztworem soli o stęŜeniu 4-7%. Woda stosowana kwaszenia powinna mieć

odpowiednią twardość - nie mniejszą niŜ 10° niemieckich (jeden stopień twardości niemiecki - °n -
oznacza  ilość  jonów  wapnia  i  magnezu  równowaŜną  zawartości  10  mg  CaO  w  1  dm3  wody).  W
razie  potrzeby  twardość  wody  moŜna  zwiększyć,  dodając  węglan  wapnia  (CaCO3)  lub  chlorek
wapnia  (CaCl2).  Odpowiednia  twardość  wody  zapobiega  mięknięciu  ogórków  -  jon  wapniowy
przez  połączenie  się  z  pektyną  i  kwasem  pektynowym  podwyŜsza  twardość  skórek  i  miąŜszu.
Zwiększenie  twardości  wody  umoŜliwia  przefermentowanie  całej  ilości  cukru  znajdującego  się  w
surowcu.

Sól powoduje dyfuzję cukrów i soli mineralnych z komórek, stwarzając warunki do rozwoju

mikroflory fermentacji mlekowej.

Bakterie przetwarzają cukier zawarty w ogórkach na kwas mlekowy. Etapy fermentacji są

analogiczne  jak  w  przypadku  kiszenia  kapusty:  najpierw  rozwijają  się  bakterie  z  grupy  coli  i
peptonizujące  (czyli  rozkładające  białko),  później  zaczynają  przewaŜać  bakterie  fermentacji
mlekowej.  Najpierw  rozwijają  się  heterofermentatywne  Leuconostoc  menesteroides,  następnie
homofermentatywne Lactobacillus plantarum, na koniec heterofermentatywne Lactobacillus brevis.
Optymalna  temperatura  procesu  powinna  wynosić  15-18°C.  W  temperaturze  20°C  rozwijają  się
bakterie  gnilne  i  pleśnie,  stąd  zachowanie  odpowiednich  warunków  temperaturowych  jest
gwarancją  prawidłowego  przebiegu  procesu.  Korzystne  jest  nawet  obniŜenie  temperatury  do  ok.
12°C lub niŜszej, co wydłuŜa proces, ale pozwala na wyeliminowanie ewentualnych zmian w pro-
dukcie.

pH ogórków po procesie jest równe 3,4-4, zawartość kwasu mlekowego waha się w granicach

od 0,8 do 1%, ilość kwasu octowego wynosi ok. 0,15-0,25%, natomiast zwartość soli: 1,5-3,5%.

Po fermentacji ogórki magazynuje się w temperaturze 6-8°C, a najlepiej w warunkach

chłodniczych (około 0°C).

Podczas przechowywania ukwaszone ogórki naleŜy kontrolować i w razie potrzeby uzupełniać

zalewę lub ją wymieniać, bądź teŜ spasteryzować, gdyby była śluzowata.

Marynaty

Marynaty są drugą grupą produktów utrwalanych za pomocą zakwaszania. Ich wytwarzanie

polega na dodawaniu roztworów kwasów organicznych do surowców bez przeprowadzania procesu
fermentacji.

Kwasem dodawanym najczęściej jest kwas octowy, rzadziej stosuje się inne kwasy lub ich

mieszaniny. Innymi kwasami mogą być kwasy: cytrynowy, jabłkowy, winowy. Dobre efekty
utrwalające i korzystną jakość sensoryczną marynat moŜna otrzymać, łącząc kwas octowy z

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

12 luty 2010

mlekowym. Połączenie takie daje silniejszy efekt antymikrobiologiczny przy mniejszej
wyczuwalnej kwasowości produktu.

Spośród wyŜej wymienionych kwasów organicznych kwas octowy najsłabiej dysocjuje w

środowisku wodnym, w związku z czym jego działanie utrwalające jest najskuteczniejsze, co
wyjaśniono opisując mechanizm oddziaływania środowiska kwaśnego na drobnoustroje.

UwaŜa się, Ŝe marynaty, ze względu na zawartość kwasu octowego, są produktem mniej

wartościowym  pod  względem  Ŝywieniowym  niŜ  kiszonki  lub  surowce,  z  których  zostały
sporządzone.  Stanowią  głównie  dodatek  do  potraw,  np.  serwuje  się  je  jako  produkt  pobudzający
apetyt  oraz  wydzielanie  soków  trawiennych  i  uatrakcyjniający  posiłek.  Niektórzy  uwaŜają  je  za
uŜywki.

Marynaty sporządza się głównie z surowców roślinnych (warzywa i owoce), rzadziej z ryb.

Spośród warzyw wykorzystuje się ogórki, buraki ćwikłowe, dynię, cebulę, paprykę i inne oraz ich
mieszanki.  Owoce  najczęściej  stosowane  do  produkcji  marynat  to:  śliwki  węgierki,  gruszki  i  ich
mieszanki.  Popularną  marynatą  są  grzyby  leśne  i  produkowane  znacznie  częściej  pieczarki.
Niekiedy  surowcem  do  sporządzania  marynat  są  kiszonki.  Produkty  takie  (wytworzone  na  bazie
kiszonek) charakteryzują się specyficznymi, korzystnymi cechami sensorycznymi.

W produkcji marynat odpowiednio przygotowany (umyty i rozdrobniony) surowiec łączy się z

zalewą czyli roztworem kwasu octowego w wodzie z dodatkami smakowymi. Kwas octowy
wykorzystywany do produkcji marynat ma postać 10% wodnego roztworu, natomiast stęŜenie
kwasu mlekowego, jeŜeli się go dodatkowo stosuje, wynosi zazwyczaj 50-80%.

Podstawowym składnikiem zalewy, oprócz octu, jest woda, której jakość wpływa na cechy

uzyskiwanego produktu końcowego. NaleŜy pamiętać, Ŝe woda musi spełniać wszelkie wymagania
normatywne wody pitnej.

Składnikami dodatkowymi zalewy są zazwyczaj cukier, sól kuchenna oraz przyprawy -

stosowane w odpowiednich ilościach. Do sporządzania marynat warzywnych spośród przypraw
wykorzystuje się kwiatostany i suche nasiona kopru, liście i korzenie chrzanu, estragon, majeranek,
liście laurowe, czosnek, pieprz, ziele angielskie, gorczycę i inne. Marynaty owocowe natomiast
mają w swoim składzie przyprawy korzenne: goździki, cynamon i imbir.

Zalewa, którą dodaje się do surowca powinna być zawsze gorąca (najodpowiedniejsza

temperatura wynosi 90°C). W ten sposób usuwa się powietrze z opakowań. Przy sporządzaniu
zalewy naleŜy pamiętać, Ŝe kwas octowy jest lotny, dlatego moŜna dodawać go dopiero w
końcowej fazie przygotowywania zalewy.

Marynaty, ze względu na zawartość kwasu octowego, dzieli się na następujące grupy:

•

łagodne, zawierające w swoim składzie 0,45-0,8% kwasu octowego, 0,5-2% cukru oraz 0,5-1,5 % soli;

•

średnio kwaśne o składzie: 1-3% kwasu octowego, 0,7-2% cukru oraz sól;

•

ostre: 3% i więcej kwasu octowego, 3% cukru i 2% soli.

Marynaty charakteryzują się ograniczoną trwałością dlatego powinno się przechowywać je w

warunkach  chłodniczych.  Podczas  składowania  w  temperaturze  pokojowej  mogą  rozwijać  się
bakterie  octowe,  które  w  środowisku  pozbawionym  etanolu  mogą  asymilować  kwas  octowy,
rozkładając  go  do  CO2  i  H2O.  Dobrym,  dodatkowym  czynnikiem  utrwalającym  zwiększającym
trwałość  marynat,  zwłaszcza  łagodnych,  jest  pasteryzacja.  Niekiedy  dodaje  się  kwas  benzoesowy
lub  benzoesan  sodu,  zwłaszcza  w  przypadku  produktów  w  duŜych  opakowaniach  (dotyczy  to
głównie ogórków).

Marynaty grzybowe

Jakkolwiek ocet, czasem takŜe sok z cytryn i kwas mlekowy, słuŜą przede wszystkim do

przyrządzania marynat z surowców roślinnych (grzybów, ogórków) to w pewnych okolicznościach

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

są  wykorzystywane  równieŜ  do  warunkowego  utrwalania  produktów  mięsnych.  Marynaty
grzybowe  mogą  być  ostre  i  łagodne.  Marynaty  ostre  zawierają  2-3%  kwasu  octowego  i  przy
opakowaniu naczyniach niehermetycznych znoszą dłuŜsze przechowywanie w temperaturze niŜszej
od  10°C.  Łagodne  marynaty  grzybowe  (0,5-1%  kwasu  octowego)  do  utrwalenia  wymagają
opakowań hermetycznych (słojów, puszek) oraz dodatkowo zabiegu pasteryzacji.

Grzyby wymagają bardzo starannego uprzedniego spreparowania (przebierania, czyszczenia

noŜem, płukania, przycinania i 5-20-minutowego, zaleŜnie od gatunku grzybów, obgotowywania w
wodzie z ewentualnym jej zakwaszeniem kwasem cytrynowym). Impregnowanie grzybów octem (z
dodatkiem kilku procent soli kuchennej i przypraw korzennych) odbywa się na zimno w ciągu 2-3
dni, przy stopniowym zwiększaniu stęŜenia kwasu Pasteryzację prowadzi się w temp. 75-80°C w
ciągu 15-20 min. Normy ustalają m.in. maksymalną ilość zalewy w stosunku do samych grzybów
(np. 15-18% zalewy).

Marynaty ogórkowe

RozróŜnia się kilka kategorii marynat:

Łagodne marynaty ogórkowe w puszkach i słojach, czyli tzw. ogórki konserwowane, mają duŜe

znaczenie w przetwórstwie krajowym, jak równieŜ stanowią waŜny przedmiot eksportu. Zawierają
zwykle  tylko  0,3-0,6%  kwasu  octowego,  przy  czym  część  kwasu  octowego  moŜe  być  zastąpiona
przez  spoŜywczy  kwas  mlekowy.  WaŜne  jest  staranne  wyjałowienie,  moŜliwe  wskutek  znacznego
zakwaszenia  ogórków,  z  wykluczeniem  zbytniego  ich  rozgotowania,  powodującego  m.in.  utratę
poŜądanej „chrupkości" i „świeŜości” smakowej.

Ogórki-korniszony stanowią przykład ostrych marynat o zawartości 2,5-3% kwasu octowego,

soli, przypraw, niekiedy marchwi. Ogórki są małe, długości 3-7 cm i grubości do 2,5 cm. Produkt
ten w opakowaniu szklanym jest poddawany pasteryzacji.

Marynaty z innych warzyw

Mixed pickles - ostra marynata (3% i więcej kwasu octowego) z pokrajanych warzyw: selera,

jarmuŜu, cebuli i małych ogórków.

wikła buraczana - krajane, uprzednio ugotowane i obrane buraki ćwikłowe z dodatkiem

tartego chrzanu, soli, ok. 5% cukru, przypraw i octu, po opakowaniu w słojach poddawane
pasteryzacji.

Buraczki młode i cebula w zalewie kwasu octowego.

Marynaty owocowe

Odgrywają one rolę raczej w przetwórstwie domowym. Sporządza się je z takich owoców, jak

śliwki, gruszki, brzoskwinie, melony i in. Owoce impregnuje się zalewą octową z duŜym dodatkiem
cukru (10-50%) i przypraw korzennych.

Marynaty rybne

Od dawna jest znane i praktykowane utrwalanie całych, oczyszczonych, mniejszych ryb lub

płatków mięsa w zalewie octowej, przy prowadzeniu impregnacji mięsa ryb octem na zimno lub na
gorąco. RównieŜ w przypadku ryb część octu moŜe być zastąpiona kwasem mlekowym. Z uwagi na
duŜą zawartość białka w marynowanym materiale, dość silnie występuje działanie buforujące ze
strony wolnych grup aminowych białek i stąd kwasowość aktywna przy określonej dawce, np.

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

9.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem utrwalania Ŝywności za pomocą zakwaszania przy
zastosowaniu kwasów organicznych (mlekowy, octowy i cytrynowy) oraz ocena róŜnic
sensorycznych produktów tak zakwaszonych.

Zakres ćwiczenia

Na ćwiczeniach zostaną wykonane marynaty warzywne, w których będzie naleŜało zmierzyć

pH (produktu i zalewy) oraz ocenić cechy sensoryczne.

Przed przystąpieniem do zadania naleŜy przygotować 3 słoiki typu twist-off, myjąc je dokładnie

(wraz z pokrywkami) i wyparzając gorącą wodą (operacja taka wyjaławia opakowania i hartuje
zabezpieczając je przed pękaniem podczas sterylizacji).

NaleŜy wykonać 3 słoiki marynaty warzywnej według przepisu podanego przez osobę

prowadzącą ćwiczenia. Przed sporządzaniem marynat naleŜy poddać ocenie surowiec
wykorzystywany do procesu oraz zalewę wykonaną według przepisu.

Ocena surowców przed procesem

Surowiec naleŜy ocenić, mierząc jego pH i określając jego cechy sensoryczne.

Pomiar pH surowca

Surowiec przed pomiarem pH musi zostać dokładnie rozdrobniony blenderem. Rozdrobniona

ilość surowca powinna wynosić co najmniej 5 g.

pH próbki surowca powinno się mierzyć w naczyniu, w którym przeprowadzono rozdrabnianie,

gdyŜ przemieszczanie próbki wiąŜe się z utratą soku komórkowego, który jest podstawowym
materiałem do pomiaru.

Oznaczenia pH dokonuje się przy uŜyciu pehametru, zwracając szczególną uwagę na zasady

pomiaru  zawarte  w  instrukcji  obsługi  aparatu.  Istotnymi  czynnościami,  o  których  naleŜy
bezwzględnie  pamiętać,  są  przemywanie  elektrody  wodą  destylowaną  i  jej  osuszanie  po
kaŜdorazowym pomiarze oraz przetrzymywanie jej w roztworze KCl w okresie, w którym nie jest
wykorzystywana.  Przed  pomiarem  naleŜy  upewnić  się,  czy  temperatura  nastawiona  na  suwaku
pehametru jest odpowiednia i dopiero wówczas moŜna dokonać kalibracji aparatu.

Ocena sensoryczno surowców

Badane wyróŜniki sensoryczne surowca naleŜy ocenić w skali pięciopunktowej uwzględniając

określenia odpowiadające poszczególnym stopniom jakości (5 – nota najwyŜsza, 1 – nota
najniŜsza).

Zgodnie ze schematem podanym w tabeli 1 naleŜy ocenić zarówno owoce, jak i warzywa,

wybierając odpowiednie dla nich określenia.

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

12 luty 2010

Tabela 1. Punkty i odpowiadające im określenia słowne charakteryzujące poszczególne wyróŜniki
sensoryczne surowca.

Liczba

punktów

Wygląd ogólny

Zwrócić uwagę na

wygląd produktu

dokonując oględzin

zewnętrznych, włączając

kształt i barwę

Zapach

Ocenić intensywność i

typowość wraŜeń węcho-

wych produktu

Konsystencja

Określić soczystość,

miękkość lub twardość,

jędrność i spoistość -

przez dotyk oraz rozgry-

zienie i miaŜdŜenie w

jamie ustnej

Smakowitość

Ocenić intensywność i

typowość wraŜeń

doustnych dostarczanych

przez produkt

typowy dla danego

rodzaju surowca; barwa,

wygląd zewnętrzny i

kształt; właściwe,

atrakcyjne, zachęcające

do spoŜycia

bardzo aromatyczny,

typowy dla danego su-

rowca, zachęcający do

spoŜycia

prawidłowa, soczysta,

odpowiednio miękka lub

odpowiednio twardawa

(w zaleŜności od rodzaju

surowca), jędrna, spręŜy-

sta, spoista

właściwa dla danego

produktu, z wyczu-

walnym, przyjemnym

posmakiem

charakterystycznym dla

surowca

typowy dla danego

surowca z niewielkimi

odchyleniami od

kształtu; barwa i wygląd

zewnętrzny nieco

zmienione

aromatyczny,

charakterystyczny dla

tego typu surowca

soczysta, miękka lub

twarda, dość jędrna, dość

spręŜysta, dość spoista

właściwa dla danego

rodzaju produktu

typowy dla danego

produktu z widocznymi

odchyleniami od

kształtu; barwa i wygląd

zewnętrzny zmienione

mniej aromatyczny

trochę zbyt miękka lub

zbyt twarda, mało soczy-

sta, mało jędrna, mało

spoista

smakowitość nieco

zmieniona

wygląd zewnętrzny,

barwa i kształt

nietypowe, wyraźnie

zmienione

zmieniony, mniej

atrakcyjny

wyraźnie zbyt miękka

lub zbyt twarda,

niesoczysta, niespoista

smakowitość wyraźnie

zmieniona

nietypowy, nie-

atrakcyjny, o wyraźnie

zdeformowanym

kształcie, barwa

całkowicie zmieniona

nieswoisty, obcy

nietypowa, wyraźnie

zmieniona, niewłaściwa

nietypowa, z obcym

nieprzyjemnym

posmakiem

Wygląd ogólny – zespół wszystkich istotnych dla danego produktu cech decydujących o jego wartości uŜytkowej dla

konsumenta.

2 Zapach – wraŜenie odbierane przez zmysł powonienia lub wąchania określonych substancji lotnych.
3 Konsystencja – tekstura – spójność pomiędzy cząsteczkami oraz budowa produktu oceniana za pomocą czucia

głębokiego lub czucia doustnego, w niektórych przypadkach równieŜ wzrokowo; na teksturę produktu
składa się wiele cech jednostkowych, np. twardość, elastyczność, soczystość, kruchość, chrupkość,
miałkość, włóknistość, smarowność, lepkość.

4 Smakowitość – kompleksowe wraŜenia doustne odczuwane przez zmysł powonienia, smaku i powierzchni jamy

ustnej, które moŜe zawierać równieŜ ból, temperaturę i wraŜenia dotykowe.

Przygotowanie surowca do marynat

Surowiec (pietruszkę, ziemniaki, buraki, marchew itp.) naleŜy obrać i odpowiednio rozdrobnić,

np. marchew umyć w strumieniu bieŜącej wody, oczyścić, obrać i pokroić w kostkę o boku ok. 0,5

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

cm. Marchew przenieść do sita i przeprowadzić blanszowanie, zanurzając w garnku z wodą o
temperaturze 90˚C przez 5 min. Po zakończeniu blanszowania marchew ostudzić do temperatury
ok. 20˚C przez zanurzenie w naczyniu z zimną wodą. Próbki warzyw umieścić po 40 g w słoikach.

Sporządzenie zalewy i przygotowanie surowca do utrwalenia

Zalewę do sporządzenia marynaty oraz odpowiednie przygotowanie surowca naleŜy

przeprowadzić zgodnie z instrukcją otrzymaną na ćwiczeniach.

Wybraną przez prowadzącego ćwiczenia marynatę wykonać następujących składników

(dokładne ilości składników poda prowadzący):

•

marynata łagodna: 0,45-0,8% kwasu, 0,5-2% cukru oraz 0,5-1,5 % soli;

•

marynata średnio kwaśna: 1-3% kwasu, 0,7-2% cukru oraz sól;

•

marynata ostra: 3% i więcej kwasu, 3% cukru i 2% soli.

NaleŜy wykonać po 100 cm3 marynat zawierających kaŜdy z kwasów.
W obliczeniu niezbędnej ilości zalewy mogą pomóc poniŜej podane wzory, z których moŜna
wyliczyć dokładną ilość octu (lub innego kwasu) i wody potrzebnych do jej sporządzenia.

Obliczenie ilości octu do przygotowania zalewy:

)

(

gdzie:

O - masa octu potrzebnego do sporządzenia zalewy [g],
W- masa warzyw przeznaczonych do marynowania [g],
Z - masa zalewy [g],
p - końcowa (Ŝądana) zawartość kwasu octowego w produkcie [%],
P - procentowa zawartość kwasu octowego w occie [%].

Ilość wody potrzebnej do sporządzenia zalewy:

W = Z-(O + C)

gdzie:
W- ilość wody [g],
Z - masa zalewy [g],
O - masa octu [g],
C-masa cukru [g].

50 cm3 przygotowanej zalewy naleŜy pozostawić przelewając do niewielkiej zlewki, a

następnie dokonać jej oceny. Ocenę zalewy wykonuje się po obniŜeniu jej temperatury do
temperatury otoczenia, mierząc pH i cechy sensoryczne w skali trój-punktowej.

Jednocześnie powinno się pamiętać, Ŝe zalewa wykorzystywana do napełniania opakowań musi

być gorąca!

Zalewy zawierające kwas mlekowy i cytrynowy przygotować w analogiczny sposób.

Ocena zalewy przed procesem

Ocena pH

Przy ocenie pH istotne jest przestrzeganie odpowiedniej temperatury próbki (zalewa musi być

schłodzona do temperatury pokojowej, o czym wspomniano powyŜej). Ocenę pH wykonuje się przy

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

12 luty 2010

uŜyciu niewielkiej zlewki o objętości 50 cm3, zachowując wszelkie zasady pomiaru, o których
wspomniano juŜ wcześniej.
Ocena sensoryczna zalewy

Ocenę sensoryczna naleŜy przeprowadzić zgodnie z tabelą 2, posługując się skalą trójpunktową:

3 punkty - najwyŜsza nota, 1 punkt - najniŜsza. Skala 5-punktowa w przypadku zalewy byłaby zbyt
rozbudowana.

Tabela 2. Punktacja i odpowiadające poszczególnym punktom określenia słowne do oceny jakości zalewy

Liczba
punktów

Barwa

Ocenić barwą zalewy

Zapach

Ocenić intensywność i
typowość

wraŜeń

wę-

chowych zalewy

Smakowitość

Ocenić intensywność i typo-
wość wraŜeń doustnych dos-
tarczanych przez zalewę

typowa, prawie bezbarw-
na, nieco zmieniona przez
dodanie przypraw

przyjemny, aromatyczny,

typowy dla danej zalewy,
atrakcyjny, odpowiednio
kwaśny

właściwa, dobrze doprawio-
na, nie za słodka, nie za
słona, odpowiednio kwaśna
itp.

widocznie zmieniona
przez dodanie przypraw,
mniej atrakcyjna

mniej atrakcyjny, lekko
draŜniący, trochę zbyt
kwaśny

gorzej doprawiona, nieco za
słodka, nieco za słona, trochę
za kwaśna itp.

nietypowa, zbyt mocno
zmieniona przez dodanie
przypraw, nieatrakcyjna

zmieniony, nieatrakcyjny,
mocno draŜniący, zbyt
kwaśny

niewłaściwie doprawiona: za
słodka, za słona, zbyt mocno
kwaśna itp.

Przygotowane marynaty powinno się poddać pasteryzacji zgodnie z instrukcją. Po jednym ze

słoików przygotowanych produktów, czyli jedną konserwę warzywną i jedną owocową naleŜy
ocenić pod koniec zajęć (po ich ostudzeniu do temperatury pokojowej).

Schładzanie marynaty musi zostać przeprowadzone bardzo ostroŜnie, trzeba uwaŜać, Ŝeby słoiki

nie pękły - przede wszystkim nie naleŜy ich wstawiać do zimnej wody bezpośrednio po
pasteryzacji!

Oceny skuteczności procesu dokonuje się mierząc pH zalewy i produktów, badając

instrumentalnie barwę utrwalonej Ŝywności, a takŜe zwracając uwagę na cechy sensoryczne, tj.
barwę, zapach oraz smak zarówno zalewy, jak i utrwalonych produktów. Cechy sensoryczne ocenia
się w skali 5-punktowej, przyjmując skalę od 1 do 5 (1 - najniŜsza nota, 5 - wartość najwyŜsza).
Schemat postępowania podano poniŜej.

Ocena produktu po utrwaleniu i ostudzeniu

Pomiar pH produktu po procesie

Oznaczenie pH musi być przeprowadzone tak jak opisano powyŜej, naleŜy pamiętać, Ŝe produkt

przed pomiarem pH powinno się dokładnie rozdrobnić i ostudzić.

Ocena sensoryczna produktów po procesie

Ocenę sensoryczną przeprowadza się zgodnie z tabelą 3, biorąc pod uwagę zawarte w niej

wyróŜniki sensoryczne.

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

Tabela 3. WyróŜniki sensoryczne i określenia odpowiadające poszczególnym wartościom punktowym dla
produktu bezpośrednio po utrwaleniu i po próbie trwałościowej

Liczba
punktów

Wygląd ogólny

Zwrócić uwagę na wy-

gląd produktu
dokonując oględzin
zewnętrznych,
włączając kształt i
barwę

Zapach

Ocenić intensywność i

typowość wraŜeń
węchowych produktu

Konsystencja

Określić soczystość,

miękkość, jędrność i
spoistość -przez dotyk
oraz rozgryzienie i
miaŜdŜenie w jamie
ustnej

Smakowitość

Ocenić intensywność i

typowość wraŜeń doustnych
dostarczanych przez produkt

typowy dla danego ro-
dzaju produktu; barwa,
wygląd zewnętrzny i
kształt zbliŜone do su-
rowca, niezmienione w
wyniku przeprowa-
dzonego procesu (lub po
próbie trwałościowej)

bardzo aromatyczny,

świeŜy, typowy dla da-
nego produktu,
odpowiednio
(przyjemnie) kwaśny

prawidłowa, soczysta,

odpowiednio miękka,
jędrna, spręŜysta,
spoista, zbliŜona do
surowca

właściwa dla danego pro-

duktu, z wyczuwalnym,
przyjemnym posmakiem
kwaśnym

typowy dla danego pro-
duktu z niewielkimi
odchyleniami od kształ-
tu; barwa i wygląd zew-
nętrzny nieco zmienione
w stosunku do surowca
przed procesem

bardzo aromatyczny,
charakterystyczny dla
produktu mary-
nowanego

soczysta, miękka, dość
jędrna, dość spręŜysta,
dość spoista, nieco
zmieniona w porównaniu
z surowcem przed
procesem

właściwa dla danego pro-
duktu, smakowitość cha-
rakterystyczna, nieco
zmieniona po utrwaleniu
(trochę zbyt lub za mało
kwaśna)

typowy dla danego pro-
duktu z widocznymi
odchyleniami od kształ-
tu; barwa i wygląd ze-
wnętrzny zmienione w
stosunku do surowca
przed procesem

mniej aromatyczny,
charakterystyczny dla
produktu mary-
nowanego, lekko
draŜniący (trochę zbyt
kwaśny lub za mało
kwaśny)

trochę zbyt miękka, mało
soczysta, mało jędrna,
nieco za rzadka, mało
spoista

wyczuwalny posmak
octowy, produkt zbyt
kwaśny lub za mało kwaśny

wygląd zewnętrzny,
barwa i kształt nietypo-
we, wyraźnie zmienione
w stosunku do surowca

zmieniony w wyniku

przeprowadzonego
procesu, wyraźnie zbyt
kwaśny lub w inny
sposób nietypowy

wyraźnie zbyt miękka,

za rzadka, mazista

smakowitość wyraźnie

zmieniona,
nieprzypominająca smaku
surowca; dominujący smak
zalewy octowej

nietypowy, nieatrakcyj-
ny, o wyraźnie zdefor-
mowanym kształcie,
barwa całkowicie zmie-
niona w porównaniu z
surowcem

nieswoisty, obcy,

draŜniący, nieprzyjemny

nietypowa, bardzo

mazista, cieknąca

nietypowa, z nieprzyjemnym

posmakiem

Ocena zalewy po utrwaleniu

Zalewę naleŜy ocenić, mierząc jej pH i określając cechy sensoryczne, tak jak przed procesem.

Pomiar pH zalewy przy uŜyciu pehametru

Przed pomiarem pH zalewę naleŜy schłodzić do temperatury pokojowej.

Ocena sensoryczna zalewy

Ocenę sensoryczna zalewy wykonuje się zgodnie z określeniami zawartymi w tabeli 2.

TRWALANIE

YWNO

CI PRZEZ ZAKWASZENIE

12 luty 2010

9.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

Wyniki oznaczeń umieścić w sprawozdaniu w formie oddzielnych punktów wraz z

przeliczeniami i przedłoŜyć osobie prowadzącej ćwiczenie w celu sprawdzenia (wzór, załącznik 1
na stronie 121). NaleŜy takŜe zaznaczyć wszelkie odstępstwa od metod podanych w opracowaniu
ćwiczeń. Na końcu sprawozdania z ćwiczeń naleŜy podać wnioski w formie zwięzłych punktów.

Przykładowe zestawienie wyników badań

Surowiec

Marynata z kw.

mlekowym

Marynata z kw.

octowym

Marynata z kw.

cytrynowym

pH zalewy

Ocena sensoryczna
zalewy

•

barwa

•

zapach

•

smak

pH produktu/surowca

Ocena sensoryczna
produktu/surowca

•

wygląd ogólny

•

zapach

•

konsystencja

•

smakowitość

9.4.

PRZĘT I ODCZYNNIKI

Aparatura i odczynniki:

•

autoklaw

•

słoiki

•

duŜa zlewka

•

duŜa kolba

•

pipeta

•

maszynka elektryczna

•

garnek + sitko

•

pH-metr laboratoryjny

•

waga analityczna + łyŜeczka + szkiełko zegarkowe

•

sól

•

sacharoza

•

kwas octowy

•

kwas cytrynowy

•

kwas mlekowy

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

10.

EMULSJE

10.1.

WPROWADZENIE

Emulsjami nazywamy dwufazowe, ciekłe układy dyspersyjne, czyli mówiąc bardziej

przystępnym językiem układy, w których w jednej cieczy, zwanej fazą ciągłą lub zewnętrzną,
zawieszone są subtelne kropelki drugiej cieczy, zwanej fazą rozproszoną lub wewnętrzną. Emulsją
jest mleko, majonez, kremy, maści, tzw. mleczka itp.

Układ emulsyjny dwóch nie mieszających się cieczy określamy jako olej w wodzie (O/W) jeŜeli

hydrofobowa faza, zwana "olejem" jest zawieszona w postaci rozproszonej w fazie hydrofilowej,
zwanej "wodą". Dla przypadku, gdy fazą ciągłą, zewnętrzną jest ciecz hydrofobowa ("olej") a
cieczą zdyspergowaną jest ciecz hydrofilowa ("woda") mówimy o emulsji woda w oleju (W/O).

Określenia typu emulsji moŜna dokonać pod mikroskopem, oglądając warstwę emulsji

zabarwiona barwnikiem rozpuszczalnym w olejach (np. Sudan IV) lub w wodzie (np. oranŜ
metylowy). Zabarwieniu ulegnie oczywiście ta faza, która rozpuszcza barwnik.

Drugi sposób na określenie typu emulsji polega na sprawdzeniu przewodności elektrycznej emulsji.
Emulsje typu O/W, gdzie fazą zewnętrzna, ciągłą, jest rozpuszczalnik polarny (najczęstszy
przypadek to wodny roztwór elektrolitów) będzie przewodzić prąd elektryczny. Emulsja W/O
będzie wykazywać duŜą oporność.

Emulgatory

PoniewaŜ w emulsjach powierzchnia styku dwóch faz (niemieszajacych się składników) jest

bardzo  duŜa,  układ  moŜe  być  trwały  tyko  w  przypadku,  gdy  siły  napięcia  powierzchniowego
między  fazami  będą  bliskie  zeru.  W  przypadku  przeciwnym  faza  rozproszona  w  bardzo  krótkim
czasie  łączy  się  w  fazę  ciągłą  i  emulsja  rozdziela  się  na  dwie  fazy  ciągłe  (zjawisko  zwane
koalescencją). Tak w przyrodzie, jak i w emulsjach tworzonych przez człowieka w celu obniŜenia
napięcia  powierzchniowego  między  fazami  wykorzystuje  się  substancje  trzecie,  zwane
emulgatorami,  tenzydami,  środkami  powierzchniowoczynnymi,  których  budowa  powoduje,  Ŝe
umieszczają  się  one  na  granicy  faz,  jedną  częścią  "zanurzone"  w  fazie  hydrofilowej  a  drugą  w
hydrofobowej. Tworząc taką monomolekularną warstewkę przyjmują na siebie "bycie granicą faz",
a  poniewaŜ  ich  powinowactwo  do  obu  faz  jest  podobne,  powodują  praktycznie  zanik  napięcia
powierzchniowego  (dobre  emulgatory)  lub  przynajmniej  jego  powaŜne  obniŜenie  (środki

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

Kationowe

Czwartorzędowe sole amoniowe lub
czwartorzędowe heterocykliczne
związki amoniowe (pochodne
pirydyny)

Niejonowe

Fragment hydrofilowy cząsteczki to
najczęściej ugrupowanie alkoholu
wielowodorotlenowego lub łańcuch
poli(oksymetylenowy)

Amfolityczne

Wykazują charakter anionowy lub
kationowy w zaleŜności od pH
roztworu. Sole wewnętrzne

Trwałość układów emulsyjnych

JeŜeli emulsja została wytworzona świadomie, jako postać np. leku czy kosmetyku to zaleŜy

nam  na  długim  okresie  trwałości.  Bywa  jednak  i  tak,  Ŝe  emulsja  powstała  samorzutnie  w  trakcie
jakiegoś  procesu  technologicznego  (częsty  przypadek  w  czasie  pracy  z  surowcami  naturalnymi
zawierającymi  często  substancje  spełniające  role  niepoŜądanego  w  tym  przypadku  emulgatora)  i
jest  powaŜnym  utrudnieniem  w  procesie  produkcyjnym.  Dość  często  obserwujemy  takie  zjawisko
podczas  procesu  ekstrakcji,  dokonywanego  metodą  wytrząsania.  W  tych  przypadkach  zaleŜy  nam
na  szybkim  zniszczeniu  emulsji  i  doprowadzeniu  do  rozdzielenia  faz.  Pamiętając,  Ŝe  głównym
czynnikiem  wpływającym  na  trwałość  emulsji  jest  napięcie  międzyfazowe  (powierzchniowe),
zarówno  przy  tworzeniu,  jak  i  niszczeniu  emulsji  będziemy  się  starać  wpływać  na  wielkość  tego
parametru.  Drugim  czynnikiem  warunkującym  trwałość  emulsji  jest  wielkość  kulek  fazy
rozproszonej.  Emulsja  o  większej  dyspersji  będzie  trwalsza,  ze  względu  na  mniejsza  masę
pojedynczej kuleczki i związaną z tym większą ich ruchliwość.

Szybkość rozkładu emulsji jest proporcjonalna do kwadratu promienia kuleczek fazy

rozproszonej, róŜnicy gęstości obu faz i przyspieszenia działającego na emulsję (zazwyczaj
przyspieszenia ziemskiego, chyba Ŝe wirujemy emulsje, wtedy jest to przyspieszenie nadawane
przez wirówkę) a odwrotnie proporcjonalna do lepkości fazy rozpraszającej.

JeŜeli zaleŜy nam na szybkim zniszczeniu niepoŜądanej emulsji moŜemy starać się zniszczyć

ochronną  warstewkę  emulgatora  wokół  kropel  fazy  zdyspergowanej.  MoŜemy  teŜ  starać  się
zmieniać  pozostałe  parametry  warunkujące  trwałość  (lepkość,  przyspieszenie),  niestety  jednak
najczęściej  zdarza  się  tak,  Ŝe  emulsje,  na  trwałości  których  nam  zaleŜy  rozwarstwiają  się  zbyt
szybko  (wie  to  niejedna  gospodyni,  która  samodzielnie  próbowała  ukręcić  majonez,  wie  to  teŜ
niejeden  student  farmacji),  zaś  niepoŜądane  emulsje  opierają  się  najczęściej  bardzo  skutecznie
naszym staraniom, mającym doprowadzić do ich złamania.

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

12 luty 2010

Procesy starzenia emulsji

Procesy starzenia emulsji to powolne, stopniowe przemiany jej struktury prowadzące do jej

rozdziału, zŜelowania, koagulacji lub tylko subtelnych zmian rozmiarów tworzących ją miceli.
Procesy starzenia dzieli się na:

•

śmietankowanie i sedymentację

•

flokulację

•

koalescencję

•

inwersję faz

•

dojrzewanie Ostwaldowskie

Śmietankowanie i sedymentacja emulsji

JeŜeli dwie fazy tworzące emulsję róŜnią się znacznie cięŜarem właściwym, to cięŜsza faza

przemieszcza się pod wpływem grawitacji do dolnej części naczynia. Śmietankowanie emulsji
moŜna łatwo odwrócić przez zmieszanie warstwy górnej i dolnej. Śmietankowanie moŜna
rozpatrywać jako pewien rodzaj sedymentacji.

Szybkość śmietankowania zwiększają elektrolity, których działanie zaleŜy od ładunku kationu.

Zapobieganie śmietankowaniu polega na rozdrobnieniu emulsji do rozmiaru 0,1 µm, zwiększeniu
lepkości ośrodka dyspersyjnego i zwiększeniu gęstości fazy ciągłej.

Sedymentacja przebiega we wszystkich emulsjach, a czynnikiem determinującym ten proces

jest ziemskie pole grawitacyjne. Proces ten przebiega, gdy krople fazy rozproszonej zaczynają się
zbierać na dole lub górze układu emulsyjnego. Sedymentację zmniejsza się poprzez zmiany
niektórych parametrów emulsji, takich jak:

•

gęstość jednej lub obu faz,

•

rozmiar miceli,

•

ładunek miceli,

•

lepkość fazy zewnętrznej.

Flokulacja emulsji

Koagulacja emulsji polega na łączeniu się cząstek fazy zdyspergowanej, co prowadzi do

powstania duŜych agregatów i przebiega ona w dwóch etapach. Pierwszym etapem jest flokulacja,
w  której  micele  łączą  się  ze  sobą  i  tworzą  zgęstniałe  bryłki.  Czasami  flokulacja  powoduje
początkowe zwiększenie pozornej lepkości. Proces ten wpływa bardzo źle na strukturę, właściwości
uŜytkowe  i  stabilność  emulsji.  Flokulację  moŜna  łatwo  odwrócić  poprzez  wstrząsanie  całego
układu,  ale  agregacja  kropelek  sprzyja  sedymentacji.  Dla  uniknięcia  tego  zjawiska  zwiększa  się
stęŜenie emulgatora lub dobiera taki, który tworzy pełniejszą otoczkę solwatacyjną.

Koalescencja emulsji

Koalescencja emulsji wiąŜe się z procesem flokulacji, poniewaŜ jest to drugi etap koagulacji

emulsji. JeŜeli emulsja nie posiada wystarczającej ilości stabilizatora to występuje jego brak na

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

powierzchni micel. Dzięki ruchom Browna micele zderzają się ze sobą, a brak emulgatora
powoduje, Ŝe nie mają Ŝadnych przeszkód w łączeniu się ze sobą. Jest to proces nieodwracalny,
który zmniejsza liczbę micel i w konsekwencji prowadzi do rozbicia emulsji. Koalescencję moŜna
ograniczyć poprzez zmniejszenie sedymentacji, zwiększenie wzajemnego odpychania się micel czy
wybór lepszego stabilizatora. Czasami na proces koalescencji dobrze wpływa zwiększenie lepkości
fazy zewnętrznej.

Inwersja faz emulsji

Inwersja faz emulsji polega na nagłej zmianie typu emulsji. Wcześniejsza faza rozproszona staje

się rozpuszczalnikiem, a dawna faza ciągła grupuje się w micele. Inwersję wywołują takie czynniki,
jak:  zbyt  mała  ilość  surfaktanta  lub  nieodpowiedni  jego  rodzaj,  duŜe  zmiany  temperatury,  za
wysokie  stęŜenie  fazy  wewnętrznej.  Proces  ten  zachodzi  ze  wzrostem  stęŜenia  fazy  rozproszonej,
kiedy  micele  zaczynają  zbliŜać  się  do  siebie.  Cząsteczki  z  miceli  przenikają  przez  powierzchnię
międzyfazową i łączą się ze sobą tworząc fazę zewnętrzną. Po tym procesie typ emulsji zmienia się.
Zjawisko  obserwuje  się  dzięki  pomiarowi  lepkości  zmieniając  jednocześnie  objętość  jednej  z  faz.
Podczas inwersji moŜna wyróŜnić trzy etapy:

•

zniszczenie filmu powierzchniowego na granicy dwóch faz,

•

rozwarstwienie się emulsji,

•

ponowne zemulgowanie faz.

Ostwaldowskie dojrzewanie emulsji

Ostwaldowskie dojrzewanie emulsji ma związek z ciśnieniem wewnątrz miceli, które jest

wyŜsze niŜ w fazie zewnętrznej. W związku z tym rozpuszczalność fazy wewnętrznej jest wyŜsza w
mniejszych micelach niŜ w większych. Podczas długiego przechowywania emulsji róŜnica ciśnień
prowadzi do dyfuzji składników emulsji fazy wewnętrznej z mniejszych miceli do większych.
Podczas tego procesu następuje wyrównanie ciśnień wewnątrz niejednorodnych miceli. Proces ten
prowadzi do zaniku małych miceli na rzecz duŜych. Prowadzi to do sedymentacji lub tzw.
odstawania

się

emulsji.

Zapobieganie

temu

zjawisku

polega

wprowadzeniu

wielocząsteczkowego surfaktanta lub zamraŜaniu emulsji.

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

12 luty 2010

100

10.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z operacją wytwarzania emulsji na przykładzie majonezu, z
zastosowaniem zmiennej ilości składników i róŜnego czasu mieszania.

Próba I

Składniki: 1/3 jaja, 83 cm

oleju, 1,7 g musztardy, 3,4 cm

octu, 1,7 cm

przegotowanej wody o

temperaturze pokojowej. Musztarda jest składnikiem stabilizującym układ.
Wykonanie: Jajo z musztardą wodą i octem dokładnie zmiksować do chwili uzyskania jednolitej,
gładkiej masy. Zanotować czas operacji. Uzyskany półprodukt przenieść dokładnie do naczynia
miarowego i zmierzyć jego objętość w cm

. Wynik umieścić w tabeli 1 jako V

Próbę ponownie przenieść do naczynia, w którym poprzednio była mieszana, a następnie, ciągle
mieszając, kroplami dozować olej, przy czym w pierwszych 5 minutach mieszania naleŜy dodać 8,3
cm

oleju, w następnych 5 minutach dodać 33,4 cm

oleju, natomiast w ostatnich 5 minutach –

pozostały olej. Objętość oleju wykorzystaną do wytworzenia emulsji naleŜy wpisać do tabeli 1
(V

). W taki sposób naleŜy postąpić w przypadku kaŜdej próby.

Dokładnie naleŜy notować czas trwania poszczególnych operacji. Uzyskany wynik wpisać do tabeli
3.

Próbę odstawić na 30 minut, a następnie poddać ocenie.

Próba II

Składniki: 1/3 jaja, 83 cm

oleju, 1,7 g musztardy, 3,4 cm

octu, 1,7 cm

przegotowanej wody o

temperaturze pokojowej.

Jajo z musztardą, wodą i octem dokładnie zmiksować do chwili uzyskania jednolitej, gładkiej

masy. Następnie, ciągle mieszając, kroplami dozować olej, przy czym czas mieszania (podczas
dodawania oleju) nie moŜe przekraczać 10 minut. W pierwszych 5 minutach mieszania naleŜy
dodać 41,5 cm

oleju i w następnych 5 minutach równieŜ 41,5 cm

oleju.

Dokładnie notować czas trwania poszczególnych etapów procesu. Wynik wpisać do tabeli 3.

Informacja ta dotyczy równieŜ pozostałych prób.

Próbę, jak poprzednio, odstawić na 30 minut, a następnie poddać ocenie. Tak samo naleŜy

postąpić z pozostałymi dwiema emulsjami.

Próba III

Składniki: 2/3 jaja, 83 cm

oleju, 1,7 g musztardy, 3,4 cm

octu, 1,7 cm

przegotowanej wody o

temperaturze pokojowej.

Jajo z musztardą, wodą i octem dokładnie zmiksować do chwili uzyskania jednolitej, gładkiej

masy. Następnie, ciągle mieszając, kroplami dozować olej. Przy czym w pierwszych 5 minutach
mieszania naleŜy dodać 8,3 cm

oleju, w następnych 5 minutach dodać 3,4 cm

oleju, natomiast w

ostatnich 5 minutach - pozostały olej.

Dokładnie notować czas trwania poszczególnych etapów procesu.

Próba IV

Składniki: 2/3 jaja, 83 cm

oleju, 1,7 g musztardy, 3,4 cm

octu, 1,7 cm

przegotowanej wody o

temperaturze pokojowej.

Jajo z musztardą, wodą i octem dokładnie zmiksować do chwili uzyskania jednolitej, gładkiej masy.
Następnie, ciągle mieszając, kroplami dozować olej, przy czym czas mieszania (podczas dodawania

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

oleju) nie moŜe przekraczać 10 minut. W pierwszych 5 minutach mieszania naleŜy dodać 41,5 cm

oleju i w następnych 5 minutach równieŜ 41,5 cm

oleju.

Szczegółowo notować czas operacji.
Dokładny sposób przygotowania emulsji wyjaśni prowadzący ćwiczenia.

Tabela 1. Objętość fazy tłuszczowej i wodnej dla poszczególnych prób.

Składniki

Próba I

Próba II Próba III Próba IV

[cm

]

(jaja + musztarda + woda +ocet)

[cm

] (olej)

Ocena konsystencji emulsji

Ocenę konsystencji naleŜy przeprowadzić zgodnie z określeniami zawartymi w tabeli 2, a

uzyskane wyniki (w punktach) wpisać do tabeli VII.5.

Tabela 2. WyróŜniki charakteryzujące konsystencję.

Liczba
punktów

Konsystencja

gładka, aksamitna, jednorodna

w miarę jednorodna

zauwaŜalne, ale nieznaczne rozdzielanie się

składników - układ nie stanowi jednolitej całości

wyraźne rozdzielenie się składników

produkt „zwarzony"

Klasyfikacja emulsji

Na podstawie wzoru i danych zamieszczonych w tabeli 1 dokonać klasyfikacji wykonanych

emulsji na emulsje o małej ilości fazy rozproszonej, emulsje o średniej zawartości fazy
rozproszonej bądź emulsje o znacznej ilości fazy rozproszonej.

gdzie:
V

- objętość fazy rozproszonej,

- objętość fazy ciągłej.

Na podstawie wartości F moŜna podzielić emulsje na trzy grupy:

•

F<0,3 – emulsje o małej ilości fazy rozproszonej; zalicza się do nich mleko, lody, sery,
masło i margarynę;

•

0,3<F<0,7 – emulsje o średniej zawartości fazy rozproszonej (kremy)

•

F>0,7 – emulsje o znacznej ilości fazy rozproszonej – np. majonezy i dressingi.

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

12 luty 2010

102

Uzyskaną wartość F dla kaŜdej próby wpisać do tabeli 3.

Nr próby

Czas mieszania

(łącznie z dodatkiem

wody) [min]

Konsystencja [pkt]

Próba I

Próba II

Próba III

Próba IV

Test rozpuszczalności (Wygląd makroskopowy)

Umieścić bagietkę w próbce majonezu i mieszając dodawać powoli po 1 ml wody kranowej (max.
10 ml), obserwując wygląd majonezu. Emulsja W/O będzie unosić się na wodzie, zaś emulsja O/W
wymiesza się, powodując zmętnienie wody. NaleŜy opisać wynik w sprawozdaniu.

Barwienie (Wygląd mikroskopowy)

Umieścić kroplę mieszaniny z poprzedniego testu na szkiełku podstawowym, dodać dwie krople
1% błękitu metylenowego (w wodzie), dokładnie wymieszać, przykryć szkiełkiem nakrywkowym.
Obserwować pod mikroskopem (450x). Wykonać rysunek spod mikroskopu (kształt, regularność i
kolor kropelek). Powtórzyć wszystko z barwnikiem Sudan III.

Opracowanie wyników

Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia naleŜy:

Omówić, czy zaobserwowano zaleŜności między czasem mieszania a konsystencją uzyskanej
emulsji.

Ocenić, czy zmienna zawartość jaj zawierających środek emulgujący wpływała na konsystencję
produktu końcowego.

Omówić wartości współczynnika F dla poszczególnego rodzaju majonezu.

Ocenić, która z podanych receptur i technologii pozwoliła na uzyskanie produktu o najlepszej
jakości. Spróbować wyjaśnić, dlaczego.

Podać uwagi (zastrzeŜenia) do pozostałych procedur, wskazując na rozwiązanie zaistniałych

problemów.

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

11.

TERMICZNE UTRWALANIE śYWNOŚCI

11.1.

PROWADZENIE

Pasteryzacja i sterylizacja są operacjami jednostkowymi, w których Ŝywność jest poddana

działaniu dostatecznie wysokiej temperatury i przez dostatecznie długi czas w celu zwiększenia jej
trwałości  w  czasie  przechowywania.  Podstawowym  załoŜeniem  utrwalania  Ŝywności  przez
ogrzewanie  jest  osiągnięcie  jej  mikrobiologicznej  stabilności.  Proces  ten  moŜna  podzielić  na  3
kategorie:  ogrzewanie  do  temperatur  niŜszych  niŜ  100°C,  ogrzewanie  w  temperaturze  100°C  i
powyŜej  100°C.  Proces  ogrzewania  poniŜej  100°C  jest  nazywany  pasteryzacją  i  powoduje
inaktywację  wszystkich  mikroorganizmów  patogennych  oraz  niektórych  ich  gatunków
powodujących  psucie  Ŝywności.  Dobrym  jej  przykładem  jest  utrwalanie  mleka.  Drugi  sposób,
apertyzacja, którego wynalazcą był Nicholas Appert, ciągle jest wykorzystywany w przetwórstwie
domowym,  a  na  skalę  przemysłową  do  produkcji  konserw  kwaśnych,  np.  owocowo-warzywnych.
Trzeci sposób, ogrzewanie powyŜej 100°C, przeznaczony jest dla konserw o pH wyŜszym od 4,5 i
określany jest terminem sterylizacja. W czasie sterylizacji giną nie tylko wegetatywne, ale równieŜ
przetrwalnikujące  formy  mikroorganizmów.  Dzięki  bardziej  surowym  warunkom  termicznym
sterylizacji utrwalona w ten sposób Ŝywność zachowuje dobrą jakość, co najmniej 6 miesięcy.

Wpływ  wysokiej  temperatury  na  mikroorganizmy  i  niektóre  składniki  produktów
spoŜywczych

Najprostsze ujęcie kinetyczne procesu sterylizacji zakłada, Ŝe mszczenie mikroorganizmów

przebiega  według  kinetyki  reakcji  pierwszego  rzędu.  Jest  to  usprawiedliwione  takim  charakterem
reakcji  termicznej  denaturacji  białek.  Utrwalające  działanie  ciepła  polega  właśnie  na  denaturacji
białek, co pociąga za sobą inaktywację  enzymów i mikroorganizmów występujących w Ŝywności.
JednakŜe  złoŜoność  budowy  drobnoustrojów,  moŜliwość  występowania  róŜnych  form  o  róŜnej
termoodporności  moŜe  spowodować,  Ŝe  przebieg  rzeczywistego  procesu  odbiega  czasem  od
kinetyki  pierwszego  rzędu.  W  myśl  tej  kinetyki  zmiana  liczby  drobnoustrojów  w  czasie  jest
proporcjonalna do ich chwilowej liczby:

⋅

−

gdzie: -dN/dt - szybkość, z jaką zmniejsza się liczba drobnoustrojów,

N -liczba mikroorganizmów,
k - stała szybkość reakcji pierwszego rzędu.

Podobne równanie opisuje termiczną denaturację witamin i enzymów. Stała szybkości k zaleŜna

jest od rodzaju i formy drobnoustrojów oraz od temperatury i innych czynników środowiskowych.
Zakładając, Ŝe proces sterylizacji przebiega okresowo i w stałej temperaturze, powyŜsze równanie
moŜna całkować, przyjmując, Ŝe na początku sterylizacji liczba drobnoustrojów jest równa N.
Wówczas:

⋅

−

PowyŜsze równanie wskazuje, Ŝe w danym czasie jest niszczony taki sam procent komórek

niezaleŜnie  od  ich  liczebności  na  początku  procesu.  Zjawisko  to,  zgodne  z  rzeczywistym
zachowaniem  się  ogrzewanych  do  odpowiednio  wysokiej  temperatury  komórek,  określa  się  jako
logarytmiczne  tempo  umierania,  a  opisuje  je  tzw.  krzywa  przeŜycia  drobnoustrojów.  Przedstawia
ona  zaleŜność  między  liczbą  komórek  przeŜywających  proces  termiczny  w  stałej  temperaturze  a
czasem jej działania (rys.1).

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

w  tempie  logarytmicznym,  praktycznie  nie  jest  moŜliwe  uzyskanie  absolutnej  sterylności,  gdyŜ
jeŜeli liczba komórek zbliŜa się do zera, to czas ogrzewania dąŜy do nieskończoności. Dlatego teŜ
wprowadzono  pojęcie  sterylności  handlowej  albo  sterylności  technicznej,  przez  które  rozumie  się
zniszczenie wszystkich drobnoustrojów chorobotwórczych i zredukowanie mikroflory saprofitycz-
nej  (łącznie  z  jej  formami  przetrwalnikowymi)  do  określonego,  dostatecznie  niskiego  poziomu,
gwarantującego bardzo małe ryzyko zepsucia się zakonserwowanej Ŝywności, np. l opakowanie na
10 000 opakowań.

Czas dziesięciokrotnej redukcji, czyli oporność cieplna D, jest takŜe funkcją temperatury

ogrzewania  D  =  φ(T).  Jego  zmienność  temperaturowa  charakteryzowana  jest  przez  współczynnik
ciepłooporności  z.  PoniewaŜ  na  ogół  przyjmuje  się,  Ŝe  wartość  D  zmienia  się  w  tempie
logarytmicznym wraz z temperaturą (zaleŜność lgD= φ(T) jest prostoliniowa), zatem współczynnik
z  definiowany  jest  jako  przyrost  temperatury  odpowiadający  dziesięciokrotnej  zmianie
współczynnika  D.  ZaleŜny  jest  od  rodzaju  drobnoustrojów.  Jego  graficznym  obrazem  jest  krzywa
określana jako krzywa oporności cieplnej lub krzywa czasu śmierci cieplnej TDT (rys. 2). Wynika z
niej,  Ŝe  w  wyŜszych  temperaturach  komórki  giną  szybciej  (np.  działanie  temperaturą  102,5°C  w
czasie  100  min  daje  ten  sam  letalny  efekt,  co  temperatura  113°C  w  czasie  10  min).  Nachylenie
krzywej,  które  moŜna  wyrazić  wielkością  tangensa  kąta

, stanowi o wielkości wskaźnika z. Im

bardziej  stromy  jest  przebieg  krzywej,  tym  mniejsza  jest  wartość  z.  Wartość  z  łatwo  moŜna
odczytać  z  rysunku  krzywej  TDT  (czasu  śmierci  cieplnej)  w  skali  półlogarytmicznej  jako  zmianę
temperatury  potrzebną,  aby  czas  dziesięciokrotnej  redukcji  D  zmniejszył  się  o  jeden  cykl
logarytmiczny, czyli dziesięciokrotnie (na rys. 5.2 wynosi on 10,5°C).

Rys. 2. Krzywa czasu śmierci cieplnej drobnoustrojów.
Wartości D i z są stosowane do charakterystyki ciepłooporności enzymów, mikroorganizmów

lub składników chemicznych Ŝywności (tab. 1).

Do opisania zaleŜności stałej szybkości k od temperatury najczęściej stosowane jest równanie

Arrheniusa:













⋅

−

exp

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

12 luty 2010

106

gdzie: E - energia aktywacji, R - stała gazowa i T - temperatura (K), k

-stała.

Wielkości energii aktywacji dla wegetatywnych form komórek oraz ich przetrwalników

mieszczą  się  w  zakresie  210-420  kJ/mol  i  są  większe  od  energii  aktywacji  dla  enzymów  lub
witamin  (8,4-110  kJ/mol).  RóŜnica  między  tymi  wartościami  tłumaczy,  dlaczego  moŜliwe  jest
prowadzenie  sterylizacji  przy  jednoczesnym  częściowym  zachowaniu  właściwości  odŜywczych
Ŝywności.  Im  wyŜsza  jest  temperatura  procesu,  tym  szybciej  przebiega  ten  z  procesów,  który  ma
wyŜszą energię aktywacji, i dlatego proces sterylizacji powinien być prowadzony jak najkrócej oraz
w  jak  najwyŜszych  temperaturach.  Szybkość  procesu  o  wyŜszej  energii  aktywacji  szybciej  się
zmienia  przy  podwyŜszeniu  temperatury  niŜ  szybkość  procesu  o  małej  energii  aktywacji  (mniej
czułego na zmiany temperatury). Na rycinie 3 przedstawiono przykładową zaleŜność pomiędzy 10-
12 krotnym czasem redukcji Cl. botulinum a czasem 90-procentowej denaturacji tiaminy (witaminy
B1).

Tabela.1. Wartości D i z dla niektórych mikroorganizmów i składników chemicznych Ŝywności

Składnik

Źródło

[°C]

121

[min]

Zakres

temperatur

[°C]

Tiamina

marchew

5,9

158

109-149

Lizyna

ziarno soi

—

786

100-127

Chlorofil a

szpinak

6,5

1.3,0

127-149

Chlorofil b

szpinak

5,5

14,7

127-149

Antocyjany

sok grejpfrutowy

nat.

23,2

17,8*

20-121

Betanina

sok buraczany

5.0

58,9

46,6*

50-100,

Karotenoidy

papryka

nat.

18,9

0,038

52-65

Peroksydaza

groszek

nat.

37,2

3,0

110-138

Clostridium botulinum

róŜne

>4,5

5,5-10

0,1-1,3

104

B. stearothermophilus

róŜne

>4,5

7-12

4,0-5,0

110

* Wskaźnik D dla temperatur innych niŜ 121°C

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

Rys. 3. ZaleŜność między 10-12 krotnym czasem redukcji Cl. botulinum a czasem 90-% denaturacji

tiaminy

Na wykresie widać, Ŝe dla temperatur wyŜszych niŜ 115°C osiąga się wymagany stopień

sterylności przy minimalizacji strat witaminy B1. Straty innych witamin będą jeszcze mniejsze ze
względu na ich mniejsze energie aktywacji.

Dlatego teŜ w nowoczesnych systemach pasteryzacji i sterylizacji dąŜy się do zastąpienia

ogrzewania w niŜszych temperaturach letalnych i w dłuŜszym czasie przez ogrzewanie w wysokich
temperaturach i w krótszym czasie przy takim samym efekcie biologicznym. Postępowanie takie
przyczynia się do ochrony składników odŜywczych w procesie wyjaławiania cieplnego i jest znane
pod nazwą zasady wysokiej temperatury i krótkiego czasu albo HTST (High Temperaturę Short
Time), względnie systemu ultrawysokiej temperatury, czyli UHT (Ultra High Temperature)

Zasada UHT znalazła zastosowanie praktyczne w metodzie sterylizacji produktów płynnych

(np. mleka) przed ich zapakowaniem.
Na oporność cieplną mikroorganizmów mają wpływ następujące czynniki:
1.

Rodzaj  drobnoustrojów  i  forma,  w  jakiej  występują.  Przetrwalniki  bakteryjne  są  bardziej
ciepłooporne  niŜ  komórki  wegetatywne.  Spory  pleśni  mają  niską  ciepłooporność,  zbliŜoną  do
cieplooporności  komórek  wegetatywnych  bakterii  mezofilnych.  Najmniej  oporne  na  ogrzewanie  są
droŜdŜe i to zarówno formy wegetatywne, jak i przetrwalnikowe.

Warunki środowiska, w jakich przebywają podczas traktowania ciepłem, a są to:

•

Zawartość wody tak w środowisku, jak i w komórkach drobnoustrojów. Większą oporność
cieplną przetrwalników tłumaczy się między innymi tym, Ŝe zawierają one mniej wody niŜ
komórki wegetatywne. Podczas niszczenia przetrwalników ogrzewanie za pomocą pary wodnej
jest bardziej efektywne niŜ tzw. „ciepło suche";

•

Składniki Ŝywności. Obecność tłuszczów, białek i wysoka koncentracja cukru zwiększa
oporność

cieplną

mikroorganizmów.

Szczególnie

tłuszcze

chronią

komórki

drobnoustrojów, tworząc dookoła nich otoczki pozbawione wody;

•

pH Ŝywności. Bakterie patogenne i gnilne są bardziej ciepłooporne w środowisku o pH

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

12 luty 2010

108

bliskim naturalnego, droŜdŜe i grzyby tolerują bardziej kwaśne środowisko, ale są mniej
ciepłooporne niŜ przetrwalniki bakteryjne.

W zaleŜności od pH Ŝywność dzieli się na trzy zasadnicze grupy:

Ŝywność niekwaśna i mało kwaśna - o pH większym od 4,6, np. mleko, drób, ryby, groszek,
fasola, szpinak, buraki;

Ŝywność kwaśna - o pH od 3,7 do 4,6, do której zalicza się gruszki, morele, pomidory,
czerwoną kapustę;

Ŝywność bardzo kwaśna - o pH mniejszym od 3,7, np. kwaszona kapusta, kwaszone ogórki,
większość owoców.

śywność mało kwaśna do termicznego utrwalenia wymaga ogrzewania w temperaturze powyŜej

100°C, natomiast w przypadku Ŝywności kwaśnej ten sam efekt moŜna osiągnąć przez ogrzewanie
w temperaturach nie przekraczających 100°C. Niektóre rodzaje bardzo kwaśnej Ŝywności czy teŜ
Ŝywność o niskiej aktywności wodnej, jak słodzone zagęszczone mleko oraz suszone produkty, do
utrwalenia nie wymagają wcale lub teŜ wymagają bardzo delikatnego ogrzewania głównie ze
względu na obecność droŜdŜy, pleśni czy enzymów powodujących ich psucie.

Większość enzymów występujących w Ŝywności ma wartości D i z zbliŜone do tychŜe dla

mikroorganizmów i dlatego ulegają inaktywacji podczas normalnego procesu ogrzewania. JednakŜe
niektóre z nich są bardziej ciepłooporne i szczególnie w kwaśnej Ŝywności moŜe zachodzić
niecałkowita ich denaturacja w związku ze stosunkowo krótkim czasem ogrzewania i niŜszą tempe-
raturą stosowaną do inaktywacji mikrobiologicznej.

Znajomość ciepłooporności drobnoustrojów lub enzymów znajdujących się w produktach

spoŜywczych  jest  wykorzystywana  do  ustalania  warunków  termicznych  gwarantujących  ich
zniszczenie.  W  praktyce  problem  ten  sprowadza  się  do  ustalenia  takiego  mikroorganizmu  spośród
szkodliwej mikroflory występującej w danym asortymencie Ŝywności, którego zniszczenie wymaga
stosunkowo  największej  dawki  ciepła.  Taki  drobnoustrój  uznaje  się  za  krytyczny  i  dla  niego  jest
ustalana  wielokrotność  wartości  D  (czasu  dziesięciokrotnej  redukcji).  W  tabeli  2  przedstawiono
przykłady  bakterii  przyjmowanych  za  krytyczne  przy  sterylizacji  cieplnej  mało  kwaśnych
produktów spoŜywczych.

Tabela 2. Bakterie przetrwalnikowe uznane za mikroflorę krytyczną w procesie termicznego

utrwalania mało kwaśnej Ŝywności (w nawiasach podano optimum temperaturowe)

Rodzaj bakterii

[°C]

D121
[min]

Rodzaj
Ŝywności

Bakterie termofilne (35-55°C):

Bacillus stearothermophilus

10,0

4,0

jarzyny, mleko

Cl. thermosaccharolyticum

5 7,2-10,0

3,0-4,0 jarzyny

Bakterie mezofilne (10-40°C):

Clostridium sporogenes

5 8,8-11,1

0,8-1,5 mięso

Bacillus subtilis

4,1-7,2

0,5-0,76 produkty mleczne

Clostridium botuiinum typ A i B

12 7,7-10,0

0,1-0,2 Ŝywność mało kwaśna

W Ŝywności mało kwaśnej za najbardziej niebezpieczny, ciepłooporny i wytwarzający

przetrwalniki  mikroorganizm  jest  uznawany  Clostridium  botulinum,  produkujący  w  warunkach
beztlenowych  bardzo  silne  egzotoksyny.  W  praktyce  międzynarodowej  przyjęto,  Ŝe  wielokrotność
redukcji  dziesiętnej  w  jego  przypadku  powinna  wynosić  12,  czyli  l  przetrwalnik  na  10-12  tys.
opakowań, zakładając, Ŝe przed sterylizacją w opakowaniu znajduje się l przetrwalnik. JednakŜe ze

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

względu na prawdopodobieństwo występowania jeszcze bardziej ciepłoopornych bakterii, np.
Clostridium sporogenes, istnieje konieczność dodatkowego wydłuŜenia czasu ogrzewania.

W Ŝywności kwaśnej i bardzo kwaśnej czynnikiem ograniczającym trwałość konserwy jest

działalność enzymów, stąd teŜ warunki ogrzewania są łagodniejsze (wystarcza pasteryzacja).

Obliczanie czasu sterylizacji

W zaleŜności od sposobu prowadzenia procesu sterylizacji (okresowo lub przepływowo)

podstawowym parametrem technologicznym jest odpowiednio czas trwania procesu oraz czas
przebywania w aparacie. W pewnym przybliŜeniu czas przebywania moŜna obliczać tak samo, jak
czas trwania procesu okresowego, zakładając, Ŝe przepływ produktu w sterylizatorze jest tłokowy.
Dokładniejsze obliczenia wymagają uwzględnienia rozkładu czasów przebywania (np. dla past lub
skoncentrowanych soków).

Czas trwania sterylizacji (dla danego poziomu redukcji liczby drobnoustrojów równego 10n)

zaleŜy od temperatury procesu i ciepłooporności drobnoustrojów.

W warunkach zapewniających stałość współczynnika z i temperatury T czas sterylizacji moŜna

obliczyć z zaleŜności:

przy czym n = lg(N

/N),

gdzie: N

- początkowa liczba mikroorganizmów,

N - końcowa liczba mikroorganizmów. Początkowa liczba drobnoustrojów powinna

uwzględniać tylko spory, gdyŜ formy wegetatywne giną w niŜszych temperaturach.

ZałoŜony efekt sterylizacji zostanie osiągnięty tylko wówczas, gdy w całej masie

sterylizowanego produktu osiągnięta zostanie ta sama temperatura. Ponadto, jeśli produkt nie jest
jednorodny (np. zawiesina, ciało stałe), to spory mogą być izolowane od bezpośredniego działania
pary wodnej i łatwiej przeŜyć sterylizację.

Proces sterylizacji prowadzony bywa czasem w innej temperaturze niŜ ta, dla której znana jest

wartość współczynnika D. Wymagany czas sterylizacji F

moŜna przeliczyć z czasu F

, stosując

współczynnik z, za pomocą zaleŜności

PowyŜsze wielkości wiąŜą się równieŜ z współczynnikiem Q

Wprowadza się kolejną wielkość zwaną szybkością śmierci termicznej i wówczas:

Jest ona zatem stosunkiem czasu trwania procesu w temperaturze T

(najczęściej 121°C) do

czasu jego trwania w temperaturze T. JeŜeli np. temperatura produktu wynosi 111°C, to oznacza, Ŝe
1,0 min sterylizacji przy temperaturze 111°C daje ten sam efekt letalny co 0,1 min przy 121°C.
Innymi słowy, jeŜeli F

dla danego procesu równa się 1,0 min, wtedy L = 0,1 jest ułamkiem

jednostki sterylności spełnionym dla l min przy temperaturze T (tu 111°C). Natomiast jednostką
sterylności jest dawka ciepła powodująca śmierć mikroorganizmu w ciągu l min w
temperaturze121°C.

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

12 luty 2010

110

Przy obliczaniu dawki ciepła potrzebnej do uzyskania sterylności handlowej umownie przyjęto

symbol F

oznaczający liczbę minut potrzebną, aby w temperaturze 121°C zniszczyć

mikroorganizm, którego z=10. Przykładowe wielkości F

przedstawiono w tabeli 3. Przy produkcji

nowego asortymentu wartość F

naleŜy ustalić doświadczalnie.

Tabela 3. Wartości Fo stosowane dla uzyskania słerylności handlowej niektórych konserw

Produkt

Wielkość puszki

[min]

Fasola w sosie pomidorowym

wszystkie

4-6

Groszek w zalewie

220 g

Marchewka

wszystkie

3-4

Grzyby w zalewie

8-10

Siedź w pomidorach

owalne

6-8

Mięso w sosie

wszystkie

12-15

Rzeczywisty proces sterylizacji składa się z trzech etapów: ogrzania do zadanej temperatury,

przetrzymania w niej i następnie chłodzenia. Sumaryczny efekt działania temperatury podczas tych
trzech etapów moŜna obliczyć na dwa sposoby, wykorzystując równanie pierwotne kinetyki
pierwszego rzędu lub podane wyŜej zaleŜności.

W pierwszej metodzie przyjmuje się, Ŝe stała szybkości reakcji k jest zmienna wraz z

temperaturą, zatem znając róŜne wartości k dla róŜnych temperatur T i wartość temperatury w
danym czasie t, oblicza się efekt sterylizacji z zaleŜności:

Całka ta moŜe być obliczona analitycznie, numerycznie lub graficznie.
PoniŜej pokazany jest drugi sposób. Przeliczenie takie moŜe być konieczne w przypadku, gdy
sterylizowany produkt jest czuły na wysoką temperaturę i nie powinien w niej przebywać dłuŜej niŜ
potrzeba.

Jeśli rozpatruje się chwilowe wartości L, to ekwiwalentny czas sterylizacji moŜna obliczyć z

wzoru:

Przechodząc do skończonych wartości przyrostu czasu, moŜna uznać, Ŝe w przedziałach ∆t

szybkość śmierci termicznej jest liniowa. Wartość F

moŜna obliczyć, stosując zaleŜność (wzór

trapezów):

Jeszcze prościej oblicza się całkę, stosując wzór prostokątów:

jednakŜe jest on wystarczająco dokładny przy duŜej liczbie przedziałów czasu ∆t. Oczywiście

tak uproszczony sposób rozwiązania całki dt nie zawsze jest wystarczająco dokładny. NaleŜy
wówczas skorzystać z innych metod numerycznych. Tych samych obliczeń moŜna dokonać, rysując
krzywą szybkości śmierci termicznej w układzie współrzędnych: szybkość śmierci termicznej (L) –
czas (t). Powierzchnia poniŜej krzywej równa jest co do wartości F

(rys. 4).

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

Rys .4. Graficzne wyznaczanie wartości F

Metody sterylizacji

Obecnie w przemyśle są stosowane dwie podstawowe metody sterylizacji cieplnej:

•

sterylizacja Ŝywności w opakowaniach hermetycznych, czyli tzw. apertyzacja,

•

sterylizacja Ŝywności przed zapakowaniem i aseptyczne pakowanie.

•

w niektórych przypadkach stosuje się tzw. sterylizację dwustopniową, będącą
kombinacją obu wyŜej wymienionych metod.

Proces apertyzacji

Jako opakowania do konserw mogą słuŜyć puszki metalowe, naczynia szklane i zgrzewalne

opakowania z tworzyw sztucznych. Puszki przeznaczone do pakowania produktów zawierających
barwniki antocjanowe są dodatkowo powlekane od wewnątrz róŜnymi odmianami emalii i
lakierów, dzięki czemu nie ulegają korozji, a produkty nie zmieniają barwy.

W przygotowaniu warzyw, a niekiedy owoców, mięsa i innych surowców przeznaczonych do

puszkowania bardzo waŜnym procesem jednostkowym jest blanszowanie będące takŜe wstępem do
mroŜenia  i  suszenia.  Głównym  jego  zadaniem  jest  inaktywowanie  enzymów  albo  rozłoŜenie
substratów enzymatycznych, np. nadtlenków. Obecne w Ŝywności czynne enzymy mogą spowodo-
wać niekorzystne zmiany barwy, zapachu i smaku podczas przerobu i przechowywania produktów.
Ogrzewanie  we  wrzącej  wodzie  inaktywuje  np.  oksydazę  o-difenolową  i  przez  to  zapobiega
późniejszemu  ciemnieniu  surowców  o  jasnym  miąŜszu  (np.  jabłka,  ziemniaki,  groszek)  w  wyniku
enzymatycznego  utleniania  związków  fenolowych.  Konsekwencją  blanszowania  jest  takŜe:
zmniejszenie zakaŜeń mikrobiologicznych, usuwanie gazów z komórek, zmiękczanie Ŝywności i jej
kurczenie  się,  co  ułatwia  napełnianie  opakowań,  ale  równieŜ  straty  rozpuszczalnych  w  wodzie
składników odŜywczych.

W konserwach z zalewą w zamkniętej puszce powinna pozostać nieduŜa przestrzeń wolna

wynosząca ok. 0,25 cm. Jej brak moŜe prowadzić do bombaŜy technicznych, natomiast zbyt duŜa
przestrzeń wolna moŜe być przyczyną uszkodzeń stałych części konserwy podczas transportu.

Bardzo istotną operacją w procesie apertyzacji jest odpowietrzenie napełnionych opakowań. Ma

ono na celu:

•

ograniczenie szkodliwych procesów oksydacyjnych,

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

Rys. 5. Sterylizator pionowy (autoklaw) przystosowany do chłodzenia pod ciśnieniem: 1-zawór

bezpieczeństwa,  2  -zawór  parowy,  3-  manometr,  4-termometr,  5-kontrolujący  sensor,  6-
skrzynka  z  czujnikami  temperaturowymi,  7-doprowadzenie  pary,  8-wejście  powietrza  do
chłodzenia pod ciśnieniem.

Autoklawy mogą być pionowe lub poziome, z przystosowaniem do sterylizacji w wodzie, parze

lub  homogennej  mieszaninie  powietrza  i  pary  wodnej,  z  automatycznym  załadowaniem  i
wyładowaniem.  Ich  wadą  jest  większe  zuŜycie  pary  i  wody  niŜ  w  nowoczesnych  urządzeniach  do
pracy ciągłej. Pionowe (rys. 5) zajmują mniej miejsca niŜ poziome, lecz te drugie są łatwiejsze do
załadowania  i  wyładowania.  Urządzenia  do  pracy  ciągłej  pozwalają  na  ścisłą  kontrolę  warunków
procesu.  Ciśnienie  wewnątrz  opakowań  zmienia  się  w  sposób  łagodny,  dzięki  czemu
prawdopodobieństwo  wystąpienia  odkształceń  czy  teŜ  zniszczenia  puszek  jest  mniejsze  w
porównaniu z autoklawami wsadowymi.

Podstawowymi wadami urządzeń do pracy ciągłej są: znaczne załadowanie produktami, które w

razie  awarii  sterylizatora  mogłyby  ulec  zniszczeniu,  korozja  metalu  oraz  zanieczyszczenie
bakteriami  termofilnymi  o  ile  nie  są  prowadzone  właściwe  pomiary.  W  praktyce  sterylizatory  do
pracy  ciągłej  są  stosowane  tam,  gdzie  nie  zachodzi  konieczność  zmiany  rozmiarów  opakowań  i
gdzie  warunki  procesu  są  stałe.  Przykładem  tego  typu  urządenia  jest  sterylizator  hydrostatyczny
oraz śluzowy.
Czas sterylizacji w autoklawie τ dzieli się na trzy okresy:

•

czas ogrzewania konserw τ

do temperatury sterylizacji τ

•

czas utrzymywania konserw w temperaturze sterylizacji τ

•

czas chłodzenia τ

co zapisuje się wzorem:

Szybkość przenikania ciepła do sterylizowanego produktu i tym samym czas nagrzewania

konserw zaleŜy od następujących czynników:

•

Konsystencja konserwy. Im jej treść jest bardziej płynna, w tym większym stopniu moŜe

zachodzić konwekcyjne przenoszenie ciepła, dzięki czemu czas nagrzewania jest krótszy niŜ
w przypadku konserw o stałej konsystencji, w których przenoszenie ciepła odbywa się na
drodze przewodzenia.

•

Wielkość opakowań. Im opakowanie jest większe, tym czas potrzebny do jego nagrzania jest

dłuŜszy.

•

Wytrząsanie opakowań podczas sterylizacji zwiększa szybkość przenoszenia ciepła na

drodze konwekcji w produktach półstałych i o duŜej lepkości (np. fasola w sosie
pomidorowym), dzięki czemu moŜna skrócić czas ogrzewania.

•

RóŜnica temperatur. Im wyŜsza jest temperatura w autoklawie, a niŜsza w puszce, tj. im

większa jest róŜnica temperatur, tym szybsze jest tempo nagrzewania konserwy.

•

Kształt opakowania. Wysokie opakowania wzmagają przewodzenie konwekcyjne w

Ŝywności o konsystencji płynnej i półpłynnej.

•

Typ opakowania. RóŜnice w przewodności cieplnej i grubości ścianek opakowań sprawiają,

Ŝe czas sterylizacji dla konserw w opakowaniach metalowych jest o ok. 50% krótszy niŜ w
szklanych.

Po upływie czasu wymaganego do utrwalenia danej partii konserw rozpoczyna się proces

studzenia,  który  musi  być  prowadzony  w  warunkach  uniemoŜliwiających  powstawanie  bombaŜy
technicznych  czy  teŜ  uszkodzenia  podwójnej  zakładki.  Puszki  o  pojemności  ponad  l  L,  a
szczególnie  duŜe  opakowania  5-10  l,  wymagają  studzenia  od  temperatury  121-115°C  najpierw  do
ok.  100°C,  a  następnie  dalszego  chłodzenia  do  ok.  20-30°C  przy  utrzymywaniu  nadciśnienia

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

12 luty 2010

114

zewnętrznego.  Studzenie  pod  ciśnieniem  przeprowadza  się  w  sposób  ciągły  w  autoklawach
sprzęŜonych  z  urządzeniami  do  chłodzenia.  W  sterylizatorach  do  pracy  okresowej  studzenie
przeprowadza  się  przez  stopniowe  doprowadzenie  chłodnej  wody  od  spodu  z  jednoczesnym
wypieraniem górą pary lub gorącej wody, przy bardzo wolnym obniŜaniu nadciśnienia.

W celu sprawdzenia trwałości konserw wykonuje się tzw. próbą termostatową, która polega na

przetrzymywaniu  reprezentatywnie  wybranych  opakowań  przez  3-8  dni  w  temperaturze  37-40°C.
W  produkcji  konserw  przeznaczonych  do  krajów  tropikalnych  stosuje  się  temperaturę  55°C.  Jeśli
proces  sterylizacji  nie  został  przeprowadzony  właściwie,  mogą  się  pojawić  puszki  z  objawami
zepsuć.  Próbę  termostatową  uwaŜa  się  za  pozytywną,  jeŜeli  ilość  pojawiających  się  wad  konserw
nie przekracza 2%.
W Ŝywności utrwalanej metodą apertyzacji mogą wystąpić trzy rodzaje zepsuć:

•

bombaŜe objawiające się wydęciem puszek;

•

zepsucia płasko-kwaśne;

•

zepsucia płaskie niekwaśne.

W zaleŜności od przyczyny zepsucia wyróŜnia się bombaŜ techniczny, chemiczny i

mikrobiologiczny.
BombaŜe techniczne są spowodowane przeładowaniem puszek, brakiem odpowietrzenia, a więc

obecnością nadmiernej ilości tlenu lub zbyt szybkim obniŜaniem ciśnienia w autoklawie i mogą
przyczyniać się do rozwoju bombaŜy chemicznych lub mikrobiologicznych.

BombaŜe chemiczne lub inaczej wodorowe są spowodowane przez gromadzący się wodór, który

powstaje w wyniku reakcji między kwaśnymi związkami konserwy a metalowymi ściankami
opakowania. Tempo korozji zaleŜy od porowatości blachy (miejsca nie pokryte cyną), od rodzaju
produktu w puszce, stopnia odpowietrzenia itp. Obecność tlenu, barwników antocyjanowych i
kwasów organicznych przyspiesza reakcje towarzyszące korozji.

BombaŜe mikrobiologiczne spowodowane są przez drobnoustroje wytwarzające produkty gazowe.

W przypadku niedogrzania mogą to być droŜdŜe wytwarzające C0

lub bakterie mlekowe.

JednakŜe zepsucie konserw mało kwaśnych następuje najczęściej pod wpływem ciepłoopornych
bakterii beztlenowych z rodzaju Clostridium, wśród których mogą występować gatunki nie-
bezpieczne dla zdrowia, jak C. perfingens lub C. botulinum produkujące egzotoksyny o duŜej
zjadliwości.

Innym  rodzajem  zepsuć,  którym  nie  towarzyszą  wydęcia  puszek,  są  zepsucia  płasko-kwaśne  i
płaskie  niekwaśne.  Pierwsze  z  nich  spowodowane  są  działalnością  względnych  beztlenowców
wytwarzających przetrwalniki i powodujących zakwaszenie konserw, natomiast drugie są skutkiem
działania  bakterii  tlenowych  przetrwalnikujących  powodujących  rozluźnienie  konsystencji
konserwy i powstanie nieprzyjemnych zapachów.

Sterylizacja Ŝywności przed zapakowaniem i aseptyczne pakowanie

Charakterystyka procesu

Podstawowym problemem podczas apertyzacji produktów o stałej konsystencji lub duŜej

lepkości  jest  mała  szybkość  przenikania  ciepła  do  centrum  termicznego  konserwy,  czego
następstwem  jest  utrata  wartości  odŜywczych  i  sensorycznych  Ŝywności,  zwłaszcza  warstw
znajdujących  się  bezpośrednio  przy  ściankach  naczynia,  oraz  długi  czas  procesu.  PodwyŜszenie
temperatury  w  sterylizatorach  pozwoliłoby  na  skrócenie  czasu  procesu  i  zmniejszyłoby  straty
jakościowe Ŝywności, ale wiązałoby się takŜe ze zwiększeniem stosowanego ciśnienia, a w dalszej
konsekwencji ze wzrostem kosztów opakowań i wyposaŜenia. Problem ten został rozwiązany dzięki

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

wprowadzeniu  sterylizacji  produktu  przed  jego  zapakowaniem,  a  następnie  pakowaniu  w  sposób
aseptyczny. Tego rodzaju metoda pozwala na wykorzystanie zasady HTST (sterylizację polegającą
na  błyskawicznym  nagrzaniu,  a  potem  schłodzeniu  i  aseptycznym  pakowaniu  określa  się  jako
fasteryzację).  W  przemyśle  spoŜywczym  ten  sposób  utrwalania  znalazł  szerokie  zastosowanie.
Systemem  UHT  sterylizuje  się  produkty  płynne,  jak  mleko,  soki  owocowe,  wino,  praŜ  Ŝywność
zawierającą  cząstki  o  średnicy  mniejszej  od  l  cm,  np.  odŜywki  dziecięce,  przetwory  pomidorowe,
desery ryŜowe. Wysoka jakość Ŝywności utrwalanej systemem UHT współzawodniczy z Ŝywnością
chłodzoną i utrwalaną przez napromienienie, ale ma dodatkową zaletę, a mianowicie zachowuje do-
brą  jakość  przez  przynajmniej  6  miesięcy,  nie  wymagając  chłodniczego  zabezpieczenia  w  tym
czasie. Drugą waŜną zaletą jest to, Ŝe warunki procesu nie są uzaleŜnione od rozmiarów opakowań.
Wreszcie  proces  ten  charakteryzuje  wysoka  wydajność  ze  względu  na  pełną  automatyzację  i
oszczędność energetyczną, np. ekonomiczność produkcji mleka systemem UHT wiąŜe się z tym, Ŝe
jego  dystrybucja  nie  wymaga  transportu  chłodniczego  w  przeciwieństwie  do  mleka
pasteryzowanego.  Wadami  tej  metody  są  wysoki  koszt  i  złoŜoność  urządzeń  wynikające  z
konieczności  sterylizacji  materiałów  opakowaniowych,  rurociągów  i  zbiorników,  konieczność
utrzymywania powietrza i urządzeń napełniających w stanie sterylnym. Ponadto urządzenia te musi
obsługiwać wysoko wyspecjalizowany personel. Utrwalana Ŝywność ogrzewana jest w stosunkowo
cienkich warstwach w wymiennikach ciepła z jednoczesną ścisłą kontrolą temperatury sterylizacji i
czasu jej utrzymywania. PoniewaŜ opakowania nie muszą być wytrzymałe na warunki sterylizacji,
dlatego teŜ powszechnie są stosowane laminowane kartony. Kartony są wstępnie sterylizowane za
pomocą nadtlenku wodoru, a ich napełnianie odbywa się w warunkach sterylnych utrzymywanych
dzięki działaniu ultrafioletu i filtrowanego powietrza.

Urządzenia stosowane w procesie UHT dzielą się w zaleŜności od sposobu doprowadzania

ciepła na:

•

bezpośrednie (ciepło doprowadzane przez iniekcję lub infuzję pary);

•

pośrednie (ciepło doprowadzane w wymiennikach ciepła, np. rurowych, płytowych);

•

inne (ciepło doprowadzane przez ogrzewanie dielektryczne, indukcyjne lub mikrofalowe).

Urządzenia do bezpośredniego ogrzewania produktów

Zasada działania urządzeń naleŜących do tej grupy polega na dokładnym wymieszaniu produktu

z oczyszczoną parą wodną, co moŜe odbywać się na dwa sposoby:
I. Metoda iniekcyjna. Para o ciśnieniu 965 kPa jest wprowadzana przez iniekcję do wstępnie

ogrzanego (do 76°C) płynnego produktu np. mleka, powodując jego natychmiastowe ogrzanie do
temperatury  150°C.  Po  odpowiednim  czasie  przetrzymywania  w  tej  temperaturze  (np.  po  2,5  s)
produkt  ze  skroploną  parą  przechodzi  do  komory  o  zredukowanym  ciśnieniu,  zwanej  komorą
ekspansyjną.  Ciśnienie  w  komorze  odpowiada  temperaturze  nieco  niŜszej  od  temperatury  mleka
przed  iniekcją  pary,  co  powoduje  odparowanie  takiej  ilości  wody,  jaka  została  wprowadzona  ze
skraplającej  się  pary.  Odparowanie  wody  pod  zredukowanym  ciśnieniem  powoduje
natychmiastowe oziębienie produktu do temperatury 76°C.
Zaletami tej metody są:

•

bardzo szybkie ogrzanie, a potem schłodzenie, dzięki czemu jest ona odpowiednia dla
większości produktów wraŜliwych na wysoką temperaturę,

•

z produktu są usuwane gazy, co w przypadku niektórych produktów jest zaletą (np. z
mleka usuwany jest m.in. tlen, co hamuje proces utleniania). ,

JednakŜe:

•

metoda ta jest odpowiednia tylko dla produktów o niskiej lepkości,

•

kontrola warunków procesu jest stosunkowo słaba,

•

mogą wystąpić trudności z utrzymaniem sterylności w niskociśnieniowych częściach
wyposaŜenia,

•

wymagania dotyczące czystości pary znacznie podraŜają koszty procesu,

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

12 luty 2010

116

•

moŜliwa jest regeneracja mniej niŜ 50% energii w porównaniu z ponad
90-procentowym odzyskiem w systemie pośrednim,

•

moŜliwości dokonywania zmian dla róŜnych typów produktów są małe.

II. Metoda infuzyjna. Produkt jest rozpylany w postaci swobodnie opadającej „błonki" wewnątrz

komory,  w  której  znajduje  się  para  wodna  o  ciśnieniu  450  kPa.  W  tych  warunkach  produkt
natychmiast (0,3 s) ogrzewa się do temperatury 142-146°C i utrzymywany jest w niej przez 3 s, po
czym  przechodzi  do  komory  ekspansyjnej,  gdzie  następuje  błyskawiczne  oziębienie  go  do
temperatury  65-70°C.  Ciepło  odzyskane  z  chłodzonego  produktu  jest  wykorzystywane  do
wstępnego ogrzania wchodzącego materiału.
Przewaga  tej  metody  nad  iniekcyjna  polega  na  tym,  Ŝe  utrwalany  płyn  nie  kontaktuje  się  z

gorącymi powierzchniami urządzenia, w związku z czym nie następuje jego przypalanie się.

Inne zalety tej metody to:

•

prawie natychmiastowe ogrzanie surowca do temperatury pary wodnej i bardzo
szybkie schłodzenie, dzięki czemu zostają zachowane jego właściwości sensoryczne i
odŜywcze,

•

lepsza kontrola warunków procesu niŜ w metodzie iniekcyjnej,

•

mniejsze ryzyko miejscowego przegrzania produktu,

•

metoda ta jest bardziej odpowiednia dla Ŝywności o wyŜszej lepkości niŜ iniekcyjna.

Podstawową wadą tej metody jest zatykanie się dyszy rozpyłowej urządzenia i rozdzielanie

składników w niektórych produktach.

Urządzenia do pośredniego ogrzewania produktów

1. Wymienniki płytowe

Stosowanie wymienników płytowych wiąŜe się z wieloma ograniczeniami wynikającymi ze

stosowania wyŜszej temperatury i ciśnienia. Ponadto mogą być one wykorzystywane tylko do
ogrzewania płynów o małej lepkości. Wymienniki płytowe obok tych wad mają wiele zalet, a
mianowicie:

•

są stosunkowo niedrogie,

•

są ekonomiczne pod względem zajmowanej powierzchni i zuŜywanej wody,

•

są oszczędne pod względem energetycznym (ponad 90% energii ulega regeneracji),

•

istnieją moŜliwości dopasowania wydajności produkcji dzięki zmiennej ilości płyt.

2. Wymienniki rurowe

Zastosowanie wymienników rurowych pozwala na pracę przy wyŜszym ciśnieniu (7 000-10 000

kPa),  a  to  powoduje  większą  szybkość  przepływu  cieczy  sterylizowanej,  czego  konsekwencją  jest
bardziej  równomierne  przenoszenie  ciepła  i  nieosadzanie  się  produktu  na  ściankach  rur.  Lecz  w
tego  rodzaju  urządzeniach  nie  ma  moŜliwości  regulowania  wydajności  procesu,  tak  jak  to  ma
miejsce w przypadku wymienników płytowych (np. przez podłączenie dodatkowego pakietu płyt).
Chcąc  zwiększyć  wydajność  sterylizacji  wymiennika  rurowego,  naleŜy  zamontować  drugie  takie
samo  urządzenie,  gdyŜ  zwiększenie  średnicy  rur  wymagałoby  wyŜszego  ciśnienia  do  utrzymania
szybkości  przepływu  na  tym  samym  poziomie,  a  przewody  o  zwiększonej  średnicy  są  mniej
wytrzymałe na zwiększone ciśnienie.

Sterylizacja systemem dwustopniowym

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

Obok metody apertyzacji i aseptycznego wyjaławiania na uwagę zasługuje równieŜ sterylizacja

systemem dwustopniowym. Obejmuje ona:

•

sterylizację

wstępną

produktu

przed

jego

zapakowaniem

zachodzącą

w wymiennikach płytowych bądź rurowych w temperaturze 135-141°C,

•

rozlew do opakowań i ich zamknięcie,

•

sterylizację końcową produktu zamkniętego hermetycznie, która odbywa się w
autoklawach.

Dzięki zastosowaniu sterylizacji wstępnej warunki ogrzewania w autoklawach są łagodniejsze,

a to z kolei sprawia, Ŝe zmiany organoleptyczne produktu są niniejsze, a składniki pokarmowe
wraŜliwe na wysokie temperatury lepiej zachowane.

Zmiany w Ŝywności spowodowane działaniem wysokiej temperatury

Efektem cieplnego utrwalania Ŝywności są zmiany jej koloru, smaku, zapachu i konsystencji,

przy czym stosowanie metod UHT pozwala na lepsze zachowanie wielu tych wskaźników, które
decydują o walorach sensorycznych i odŜywczych. W mniejszym stopniu ulegają zmianie barwniki,
np. karoteny i betanina, które pozostają prawie nie zmienione, a chlorofil i antocjany są lepiej
zachowane. Sterylizowane aseptycznie mleko, soki owocowe i warzywa zachowują swój naturalny
smak. RównieŜ straty witamin są znacznie mniejsze.

Pasteryzacja

Pasteryzacja jest łagodniejszym sposobem termicznego utrwalania Ŝywności, lecz okres

przydatności  do  spoŜycia  produktów  pasteryzowanych  jest  kilkakrotnie  krótszy  niŜ
sterylizowanych,  a  ponadto  wymagają  one  dodatkowo  zabezpieczenia  chłodniczego.  Jedynie
surowiec  o  pH  niniejszym  od  4,5  uzyskuje  tą  drogą  trwałość  równą  produktom  sterylizowanym.
Pasteryzacji poddaje się mleko, piwo, soki owocowe, ogórki konserwowe.

W technologii mleczarstwa rozróŜnia się następujące jej rodzaje:

•

pasteryzacja niska lub długotrwała, która polega na przetrzymywaniu mleka w
temperaturze 63-65°C przez 30 min,

•

pasteryzacja krótkotrwała to działanie temperaturą 72°C przez 15-40 s,

•

pasteryzacja wysoka przebiegająca w temperaturze 80-85°C w czasie od 15-20s do
kilkunastu min,

•

pasteryzacja momentalna, czyli działanie temperaturą 85-90°C bez przetrzymywania.

Pasteryzacja powoduje znaczne zmniejszenie aktywności enzymów występujących w mleku,

np.  termiczne  warunki  zniszczenia  fosfatazy  alkalicznej  pokrywają  się  z  warunkami  pasteryzacji
krótkotrwałej,  a  zupełna  inaktywacja  laktoperoksydazy  występuje  po  13-sekundowym  działaniu
temperatury 85°C. Właściwości tych enzymów zostały wykorzystane w przemyśle mleczarskim do
określania  skuteczności-w  pierwszym  przypadku  pasteryzacji  niskiej  i  krótkotrwałej,  a  w  drugim-
wysokiej.

Urządzenia, w których przeprowadza się ten proces, noszą nazwę pasteryzatorów i dzielą się

na:

•

pasteryzatory płytowe i rurowe,

•

pasteryzatory tunelowe,

•

pasteryzatory wannowe.

Zasadniczą częścią składową pasteryzatorów płytowych są płyty o charakterystycznym profilu,

dzięki któremu po zestawieniu ich w pakiet (zestaw) tworzą się kanały, którymi przepływają

ERMICZNE UTRWALANIE

YWNO

11.2.

YKONANIE ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z prędkością ogrzewania się najwolniej ogrzewającego się

miejsca w produkcie spoŜywczym umieszczonym w słoju.

Wykonanie oznaczenia

NaleŜy napełnić słoik w 90% produktem spoŜywczym (sok owocowy, mleko, kostki marchwi w
zalewie NaCl, buraczki w zalewie octowej itp.) w środku geometrycznym czujnika temperatury.
Podłączyć czujnik temperatury do układu pomiarowego.

Zmierzyć i zapisać wymiary i masę słoja wg wzoru:

Wymiary słoja: Wartość . cm. średnio ......
Masa słoja:       Napełniony, ....g,       pusty.........g.
Masa Ŝywności w słoju:..............g.
Skład produktu spoŜywczego:
Inne parametry produkty takie jak pH, lepkość itp.
Temperatura łaźni wodnej

temperatura początkowa produktu .................................................... °C.
Czas ogrzewania w łaźni wodnej....... min.

Umieścić słój w łaźni o temperaturze ok. 90°C. Początkowo temperaturę produktu wewnątrz
słoja zapisywać w odstępach czasu 0,5-1 minuty, później co 2 minuty. Temperaturę naleŜy
notować do momentu uzyskania temperatury pasteryzacji.

UWAGA!!

ALEśY STALE KONTROLOWAĆ POZIOM WODY W ŁAŹNI WODNEJ

WENTUALNE JEJ BRAKI NALEśY UZUPEŁNIĆ WODĄ DESTYLOWANĄ

Po odpowiednim okresie ogrzewania w łaźni słój naleŜy chłodzić do temperatury ok. 20°C. W
czasie schładzania takŜe naleŜy co minutę zapisywać temperaturę (tabelka)

Czas, min.

Temperatura produktu

…

10 itd...

NaleŜy wykreślić krzywą zaleŜności czasu od temperatury (T=

C, czas w minutach).

Otrzymany wykres naleŜy zinterpretować.

11.3.

RZEDSTAWIENIE WYNIKÓW

Wyniki oznaczeń umieścić w sprawozdaniu [wzór, Załącznik 1. Załącznik 1. s.121] w formie

oddzielnych punktów wraz z przeliczeniami i przedłoŜyć osobie prowadzącej ćwiczenia w celu
sprawdzenia. NaleŜy takŜe zaznaczyć wszelkie odstępstwa od metod podanych w opracowaniu
ćwiczeń. Na końcu sprawozdania z ćwiczeń naleŜy podać wnioski w formie zwięzłych punktów.

AŁ

CZNIK

ZAŁĄCZNIKI

Załącznik 1.

ZÓR SPRAWOZDANIA Z ĆWICZEŃ

Nazwisko i Imię:

Symbol podgrupy: 1A

Malinowska Agnieszka

Data(-y) wykonywania ćwiczenia: 28.02.2009

Kowalik Piotr
Osoba prowadząca ćwiczenia:

stopień naukowy, imię i nazwisko

Temat i numer ćwiczenia:

Wpływ pH i temperatury na aktywność glukoamylazy (ćwiczenie nr 6)

1. Cel ćwiczenia (nie więcej niŜ 1-3 zdania)

Nie naleŜy zamieszczać teoretycznego opisu dotyczącego ćwiczenia!

2. Zadania do realizacji (w formie podpunktów)

np.:
a)

przygotowanie próbek piw do analiz

oznaczenie gęstości piwa

oznaczenie zawartości ekstraktu w piwie

oznaczenie zawartości etanolu w piwie

oznaczenie barwy piwa

itd.

3. Wprowadzone zmiany w metodykach

NaleŜy w wyraźnie wydzielonych podpunktach wyszczególnić wprowadzone
zmiany w metodykach w stosunku do metod dostarczonych w tekście ćwiczenia.

4. SpostrzeŜenia i obliczenia

SpostrzeŜenia  takie  jak  np.  zmiana  barwy,  wygląd  hodowli  jak  równieŜ  pełne
przeliczenia  wyników,  rysunki,  wykresy,  tabele  naleŜy  przedstawić  w  wyraźnie
wydzielonych  podpunktach,  adekwatnie  do  punktu  2  „Zadania  do  realizacji”.
Uwaga:  NaleŜy  zamieszczać  pełne  obliczenia  rachunkowe  bez  stosowania
skrótów myślowych.

5. Wnioski

Wnioski naleŜy przedstawić w formie zwięzłych punktów.

W  przypadku  braku  moŜliwości  poprawnego  wnioskowania  np.  na  skutek
uzyskania  błędnych lub  niepewnych  wyników eksperymentu naleŜy  przedstawić
na  podstawie  dogłębnej  analizy  przebiegu  eksperymentu  prawdopodobne
przyczyny uzyskania nieprawidłowego wyniku. Analizę błędów popełnionych w
czasie eksperymentu naleŜy wyraźnie oddzielić od wniosków.

ITERATURA

12 luty 2010

122

LITERATURA

Ogólna technologia Ŝywności. Skrypt do ćwiczeń pod red. Ewy Hajduk. Wyd. AR w Krakowie.
Kraków 1998.

Ogólna technologia Ŝywności. Część II. Pod red. Włodzimierza Bednarskiego. Skrypt Akademii
Rolniczo-Technicznej w Olsztynie, Olsztyn 1991.

Higiena produkcji Ŝywności. Pod red. Danuty KołoŜyn Krajewsiej. Wyd. SGGW. Warszawa
2001.

Biotechnologia Ŝywności. Praca zbiorowa pod red. Włodzimierza Bednarskiego i Arnolda
Repsa. Wyd. Naukowo-Techniczne. Warszawa 2001.

Mikrobiologia i higiena w przemyśle spoŜywczym. Pod red. Zofii Zakowskiej i heleny
Stobińskiej. Wyd. Politechniki Łódzkiej, Łódź 2000.

Przewodnik do ćwiczeń z ogólnej technologii Ŝywności. Praca zbiorowa pod red. Gustawa
Sobkowicza. Wyd. AR we Wrocławiu. Wrocław 1998.

Substancje dodatkowe i składniki funkcjonalne Ŝywności. Rutkowski A., Gwiazda S., Dąbrowski
K., Czapski J., Kamiński E., Pluta A. Agro & Food Technology, Warszawa 1997.

Handbook of food preservation. Edited by Shafiur Rahman. Marcel Dekker, Inc. New York-
Basel, 1999.

Microbiological risk assessment in food processing. Ed. by Martyn Brown i Mike Stringer.
Woodhead Publishing Ltd.Cambridge England 2002.

10.

Handbook of Fermented Functional Foods. Edited by Edward R. Farnworth. CRC Press. Boca
Raton- London-N.Y.-Washington D.C. 2003.

11.

Modern Food Microbiology. James M. Jay. Sixth edition. Aspen Publishers Gaithers burg
Maryland 2000.

12.

The nutrition handbook for ford processors. C.J.K. Henry, C. Chapman. CRC Press. Boca
Raton- London-N.Y.-Washington D.C. 2000.

13.

Technologia Ŝywności – wybrane zagadnienia. E. Biller. Wyd SGGW, Warszawa 2005

14.

Ogólna technologia Ŝywności. E. Pijanowski, M. DłuŜewski, A. DłuŜewska, A. Jarczyk WNT,
Warszawa, 1996