1 of 72
CORNELIA LUNGU
PRINCIPII GENERALE DE CONSERVARE A PRODUSELOR ALIMENTARE
2002
2 of 72
CUPRINS 1. Principii generale de conservare a produselor alimentare 2. Conservarea prin frig a produselor alimentare 2.1. ConsideraŃii generale 2.2. Carne şi produse din carne inclusiv grăsimi 2.2.1. Carne în carcase 2.2.2. Carne tranşată 2.2.3. Păsări 2.3. Lapte şi produse lactate 2.3.1. Lapte de consum 2.3.2. Smântâna 2.3.3. Untul 2.3.4. Brânzeturi 2.3.5. ÎngheŃata 2.4. Ouă 2.5. Peşte 2.6. Fructe şi legume 2.7. Alte domenii de utilizare a frigului 3. Conservarea prin sărare a produselor alimentare 4. Conservarea produselor alimentare prin afumare 5. Conservarea cu ajutorul zahărului 6. Conservarea prin acidificare artificială 7. Conservarea prin acidificare naturală 8. Conservarea cu ajutorul substanŃelor antiseptice 9. Conservarea sub presiune de CO2 10. Filtrarea sterilizantă 11. Conservarea prin concentrare 12. Conservarea prin uscare 12.1. ConsideraŃii generale 12.2. Tehnici de uscare utilizate în industria alimentară 12.3. Depozitarea produselor uscate 12.4. Rehidratarea produselor uscate 13. Conservarea produselor alimentare prin pasteurizare şi sterilizare termică 13.1. ConsideraŃii generale 13.2. Pasteurizarea produselor alimentare 13.3. Sterilizarea produselor alimentare 13.3.1. ConsideraŃii generale 13.3.2. Factorii care influenŃează regimul de sterilizare 13.3.3.Factorii care influenŃează distrugerea termică a microorganismelor 14. Metode moderne de conservare 14.1. Conservarea cu ajutorul presiunilor înalte 14.2. Conservarea cu ajutorul câmpului magnetic 14.3. Conservarea cu ajutorul radiaŃiilor ionizante 14.4. Conservarea cu ajutorul câmpului electric pulsatoriu de înaltă intensitate (pef)
3 of 72
14.5. Conservarea cu impulsuri ultrascurte de lumină 14.6. Folosirea radiaŃiilor ultraviolete în industria cărnii pentru sterilizare şi prelungirea duratei de conservare 14.7. Conservarea prin încălzire cu microunde şi curenŃi de înaltă frecvenŃă 14.7.1. ConsideraŃii generale 14.7.2. Deosebirile dintre încălzirea cu microunde şi curenŃi de înaltă frecvenŃă 14.7.3. Utilizarea microundelor în scop de conservare 14.7.4. Alte utilizări ale microundelor 14.7.5. Avantajele folosirii microundelor 14.8. Conservarea prin încălzire ohmică . 14.8.1. Principiul încălzirii ohmice 14.8.2. Avantajele încălzirii ohmice 14.9. Conservarea prin încălzire cu unde de frecvenŃă radio 14.10. Conservarea prin încălzire indirectă cu efect joule (actijoule) 14.11. Conservarea cu radiaŃii infraroşii
4 of 72
1. PRINCIPII GENERALE DE CONSERVARE A PRODUSELOR ALIMENTARE Procedeele de conservare au fost grupate de către I.I. Nikitinschi pe baza principiilor biologice ce le caracterizează şi anume: - Anabioza reprezintă principiul biologic al vieŃii latente a agenŃilor biovătămători care pot produce alterarea alimentelor. Anabioza se poate realiza prin mijloace fizice (fizioanabioza) şi chimice (chimioanabioza). - Cenoanabioza constă în crearea în produsele alimentarea unor condiŃii sau produxcerea unor substanŃe care împiedică dezvoltarea microorganismelor şi se poate realiza prin mijloace fizice (fiziocecoanabioza) sau chimice şi biochimice (chimiocenoanabioza). - Abioza (lipsa de viaŃă) se realizează prin procedee fizice (fizioabioza), chimice (antiseptoabioza) şi mecanice (mecanoabioza). În tabelul următor se arată aplicaŃiile celor trei principii de bază la conservarea produselor alimentare.
5 of 72
Principii biologice de conservarea produselor alimentare Principiile biologice Procedee de conservare AplicaŃii practice Psihroanabioza Refrigerarea produselor alimentare şi depozitarea în stare refrigerată a acestora Crioanabioza Congelarea produselor alimentare Deshidratarea parŃială a produselor alimentare, în principal concentrare prin evaporare, crioconcentrare, concentrare prin FIZIOANABIOZA Xeroanabioza tehnici de membrană. Uscarea produselor alimentare prin tehnici convenŃionale (cu ajutorul aerului cald) şi prin tehnici neconvenŃionale (uscare cu infraroşii, microunde, etc.). Conservarea produselor alimentare cu ANABIOZA ajutorul sării (Haloosmoanabioza). Conservarea produselor alimentare cu Osmoanabioza ajutorul zahărului (Saccharoosmoanabioză). CHIMIOANABIOZA Acidoaanabioza Conservarea cu ajutorul oŃetului. Anoxianabioza Conservarea alimentelor în atmosferă de CO2 sau N2 Narcoanabioza Conservarea sucurilor de fructe cu ajutorul CO2
Principiile biologice FIZIOCENO-ANABIOZA
Procedee de conservare Halocenoanabioza Acidocenoanabioza
CENOANABIOZA
CHIMIO-ANABIOZA Alcoolocenoanabioza
ABIOZA
Termoabioza FIZIOABIOZA
6 of 72
Atermoabioza
AplicaŃii practice Conservarea unor produse alimentare prin sare Conservarea unor produse alimentare prin fermentaŃie lactică (produse de origine vegetală – murături, castraveŃi, varză), sucuri fermentate lactic, salamuri crude (parŃial), produse lactate acide (parŃial) Conservarea unor produse alimentare prin fermentaŃie alcoolică (vinuri, bere, cidru, etc.) Conservarea unor produse alimentare cu ajutorul presiunilor înalte, cu ajutorul câmpului magnetic, cu ajutorul câmpului electric pulsatoriu, cu ajutorul impulsurilor ultrascurte de lumină. Conservarea unor produse alimentare cu ajutorul căldurii (pasteurizare şi sterilizare) prin tehnici clasice şi moderne (microunde, radiaŃii IR, încălzire ohmică, cu unde de frecvenŃă radio, încălzire indirectă cu efecte joule sau actijoule).
Principiile biologice
CHIMIOABIOZA
7 of 72
MECANOABIOZA
Procedee de conservare AplicaŃii practice Radioabioza (procedee Conservarea unor produse alimentare atermice) (radicidaŃie, radurizaŃie, radapertizare) cu ajutorul radiaŃiilor gama şi electroni acceleraŃi, cu radiaŃii ultraviolete. Antiseptoabioza Conservarea unor produse alimentare cu ajutorul antisepticilor, cu ajutorul bacteriocinelor (parŃial) şi antibioticelor secretate de microorganisme (parŃial). Sestoabioza Îndepărtarea microorganismelor prin filtrare sterilizantă (diferite tehnici de membrană). Aseptobioza Ambalarea produselor deja conservate în condiŃii aseptice (incinte aseptice).
8 of 72
2. CONSERVAREA PRIN FRIG A PRODUSELOR ALIMENTARE 2.1. CONSIDERAłII GENERALE Conservarea prin frig a produselor alimentare are la bază principiul anabiozei (fizioanabiozei), procedeele de conservare prin frig fiind psihroanabioza (refrigerarea şi depozitarea în stare refrigerată) şi crioanabioza (congelarea şi depozitarea în stare congelată). Refrigerarea este caracterizată prin răcirea produsului la temperaturi cuprinse de regulă între 0-4°C şi chiar mai mult. Refrigerarea produce: încetinirea dezvoltării microflorei provenită din contaminări interne şi externe; reducerea vitezei reacŃiilor hidrolitice şi oxidative catalizate de enzime; diminuarea unor procese fizice. Congelarea este caracterizată prin scăderea temperaturii produsului sub 0°C (în general aproape de -18°C)putându-se realiza o durată de conservare de câteva luni şi chiar mai mult. Congelarea produce blocarea multiplicării microorganismelor şi distrugerea unor germeni sensibili (criosterilizare); oprirea celor mai multe dintre reacŃiile biochimice. De remarcat că prin frig nu se pot controla reacŃiile chimice ca urmare a atacului oxigenului, deoarece autooxidarea implică un lanŃ de reacŃii chimice a căror energie de activare este mică, şi în consecinŃă, aceste reacŃii (contrar reacŃiilor enzimatice) sunt mai puŃin sensibile la acŃiunea frigului, adică nu urmează regula lui Van’t Hoff ( legea Q10).
2.2. CARNE ŞI PRODUSE DIN CARNE INCLUSIV GRĂSIMI 2.2.1. CARNE ÎN CARCASE Refrigerarea cărnii în carcase. Refrigerarea semicarcaselor de carne se realizează curent prin răcire cu aer, în încăperi frigorifice prevăzute cu linii aeriene, cu respectarea unor norme de încărcare. La refrigerarea cărnii se poate aplica refrigerarea lentă şi rapidă (într-o singură fază şi în două faze). În prezent se practică refrigerarea rapidă în tunele cu convecŃie forŃată a aerului şi mai ales refrigerarea rapidă în două faze, avantajele acestei modalităŃi de refrigerare fiind: reducerea pierderilor în greutate; calitate microbiologică mai bună. Depozitarea cărnii refrigerate. Depozitarea poate fi făcută în acelaşi spaŃiu în care s-a făcut refrigerarea sau în spaŃii diferite prevăzute cu linii aeriene. În timpul depozitării carnea iese din rigiditate şi intră în faza de maturare. La depozitarea carcaselor refrigerate se au în vedere următoarele: circulaŃia aerului redusă (1m3 aer/h pentru fiecare Kcal/h frig produsă de răcitor); necesarul de frig este de 25-35 Kcal/h pentru fiecare 1 m3 spaŃiu răcit (se compensează căldura pătrunsă din exterior prin izolaŃie);
9 of 72
-
depozitul se dimensionează pentru o producŃie 2-3 zile a abatorului. Congelarea cărnii în carcasă. De regulă se execută congelarea cu aer răcit în tunele cu circulaŃie forŃată a aerului, carcasele, semicarcasele sau sferturile fiind agăŃate în cârlige pe linii aeriene sau stelaje mobile, cu respectarea încărcăturilor specifice . Depozitarea carcaselor congelate. Depozitarea se face în camere frigorifice cu înălŃimi care permit paletizarea containerelor. IzolaŃia se calculează pentru un flux termic de 6-8 kcal/m2h. La depozitarea carcaselor congelate este necesar să se respecte: debit aer recirculat ~1m3/h pentru fiecare Kcal/h de căldură ce trebuie evacuată; respectarea temperaturii şi duratei maxime de depozitare. La depozitare trebuie să avem în vedere următoarele: • să nu depăşească în nici un caz durata maximă de depozitare, pentru că produsul pierde mult din calitate; • să nu existe fluctuaŃii de temperatură pentru a nu se produce recristalizări ale gheŃii formate în produs (formarea de cristale mari pe seama celor mici); • uşile să fie protejate prin perdele de aer şi să fie cu deschidere mecanizată sau automatizată; • să existe în interior sistem de alarmă pentru “om închis în interior”. 2.2.2. CARNE TRANŞATĂ Se pot supune conservării prin frig porŃiuni anatomice rezultate din tranşare carne vită, porc, oaie sau porŃiunile respective se pot dezosa iar carnea clasificată pe calităŃi după alegere. OperaŃiile respective se execută în spaŃii climatizate care trebuie să respecte următoarele: temperatura aerului 8-10°C; umezeala relativă a aerului <75% pentru a se evita condensarea vaporilor de apă pe suprafaŃa cărnii cu temperatura de 4°C; viteza aerului proaspăt 8-16 m3/h şi lucrător. SecŃia de tranşare – dezosare - alegere trebuie să cuprindă: spaŃiu pentru depozitarea temporară a cărnii refrigerate în carcasă cu temperatura aerului de –1…+1°C; spaŃiu de tranşare – dezosare - alegere propriu-zis; spaŃiu pentru sortare, porŃionare, ambalare cu taer=0°C; spaŃii de congelare (tunele sau aparate de congelare); depozit tampon pentru produse finite refrigerate, cu taer=0°C; depozit tampon pentru produse finite congelate, cu taer=-18…-20°C. Carnea tranşată refrigerată. Ambalarea se face în pungi de material plastic la gramaje 0,25-1 kg. Se preferă: ambalarea sub vid în ambalaje impermeabile la oxigen sau vapori de apă; ambalarea în atmosferă controlată. Depozitarea cărnii preambalate se face 0…-1°C.
10 of 72
Carnea tranşată congelată şi depozitată. Se pot supune congelării: carne dezosată, în blocuri de 25kg, congelarea făcându-se în tuneluri cu circulaŃie forŃată a aerului; în pachete mici (0,5-1kg) în aceleaşi condiŃii de congelare. Produsele congelate se ambalează în cutii de carton şi se depozitează în camere frigorifice cu taer=-18…-20°C pentru maximum 8 luni la carnea tocată şi 12 luni la cea în bucăŃi. Încărcarea specifică de depozitare este 380 – 450 kg/m3 util în cazul sistemului paletizat şi 500 – 650 kg/m3 util în cazul sistemului nepaletizat. Subproduse de abator refrigerate şi congelate. Se pot supune refrigerării şi congelării următoarele subproduse: organe comestibile; produse de triperie (burŃi, picioare, urechi, cozi de porc); glande cu secreŃie (unele); Ńesuturile grase (slănină, osânză, seu). Refrigerarea se execută în tunele de refrigerare, cu circulaŃie forŃată aerului, subprodusele putând fi aşezate: în tăvi, pe cărucioare rastel, pe cărucioare cu cârlige, în funcŃie de felul subproduselor. Subprodusele se refrigerează până la 0-2°C (12-24 ore). Subprodusele refrigerate se depozitează pentru maximum 5 zile la taer=0-2°C. Congelarea subproduselor se face fie în stare caldă, fie după refrigerare prealabilă, în tunele cu circulaŃie forŃată a aerului (2,5-5 m/s) şi temperaturi finale ale aerului de – 30…35°C, durata de congelare fiind 18-24 ore. Glandele cu secreŃie internă se congelează foarte rapid în strat subŃire, în tăvi de inox sau plastic căptuşite cu polietilenă (se preferă congelarea în aparate cu plăci). Depozitarea finală a subproduselor şi glandelor se face la taer= -18°C, în lăzi de carton căptuşite cu hârtie pergaminată sau polietilenă. 2.2.3. PĂSĂRI Păsările după sacrificare, pot fi conservate prin refrigerare şi congelare. Refrigerarea cărnii de pasăre. Refrigerarea carcaselor de pasăre poate fi realizată prin următoarele procedee: cu apă răcită, cu aer răcit, combinat (apă răcită şi aer răcit). Refrigerarea cu apă răcită se realizează în două variante şi anume: prin imersie şi prin stropire. Refrigerarea în apă răcită (interzisă în Ńările ComunităŃii Economice Europene) presupune existenŃa unor utilaje speciale cu şnec cu palete, în care este adusă apa la +1°C şi în care se adaugă şi gheaŃa sfărâmată. Viteza medie a apei de răcire este de 0,1m/s. în apă se adaugă şi substanŃe dezinfectante cloraminate în proporŃie de 50 ppm. clor activ. Imersarea carcaselor în apă conduce la: creşterea în greutate cu 4-9%; îmbunătăŃirea aspectului de suprafaŃă a carcaselor prin efect de decolorare şi netezire; contaminarea microbiologică a suprafeŃei carcaselor mai ales în cazul recirculării apei de răcire, chiar dacă aceasta este filtrată şi reîmprospătată înainte de refolosire;
11 of 72
scăderea temperaturii carcasei până la 2-4°C; durata răcirii este de 45-90 minute pentru carcasele de pui şi găini. La refrigerarea prin stropire, contaminarea microbiologică este mai redusă, dar consumul de apă este mai mare (12-15 l/ carcasă). Apa de stropire are temperatura de +1°C iar răcirea carcasei de la temperatura iniŃială de 24 – 30°C până la ~ 4°C este de 0,5 – 0,75 ore. După răcirea prin stropire se realizează scurgerea apei prin suflarea carcaselor cu aer răcit. Refrigerarea cu aer răcit presupune următoarele: - zvântarea relativă a suprafeŃei carcaselor cu aer la temperatura de 10-15°C timp de ~15 min., când se realizează o prerăcire a carcaselor prin evaporarea apei de la suprafaŃa carcaselor în prealabil duşate; - faza de răcire cu aer la 0…-1°C care durează ~75 min. şi când temperatura medie a carcasei scade sub 10°C; - ambalarea păsărilor în pungi de material plastic; - răcirea finală în tunele cu funcŃionare continuă, cu aer la temperatura de –2°C. Carcasele sunt aşezate în tăvi aşezate pe cărucioare. Această fază durează ~ 3 ore. Depozitarea păsărilor refrigerate. Carcasele de pasăre ambalate ( de regulă în pungi de plastic contractabile) se depozitează în spaŃii frigorifice cu taer=0…-1°C şi ϕ = 85 – 95%. Debitul de aer recirculat este de 4-6 ori volumul camerei/h. durata depozitării este de 4-5 zile. Păsările refrigerate ambalate se aşează în tăvi de material plastic sau de carton cerat. Congelarea şi depozitarea cărnii de pasăre congelată. Se pot congela carcasele sau porŃiunile anatomice tranşate (pulpe, piept, etc.) care sunt ambalate în pungi de plastic impermeabile la vapori de apă şi oxigen (pungi de polietilenă). Congelarea trebuie să fie rapidă din următoarele motive: aspectul carcasei sau porŃiunilor anatomice este mai atrăgător; pierderile de suc la decongelare sunt mai mici; culoarea de suprafaŃă este mai deschisă (albicioasă) datorită formării de cristale mici care reflectă o cantitate mai mare din lumina incidentă. Se pot aplica următoarele procedee de congelare: congelare cu aer răcit, congelare în contact cu agenŃi intermediari răciŃi, congelarea cu aer răcit aplicându-se cel mai mult. În acest caz se folosesc tunele de congelare cu funcŃionare semicontinuă, temperatura aerului fiind de –38°C, iar viteza aerului de ~ 4 m/s. Temperatura medie finală a păsărilor este de –18°C. Durata de congelare a carcaselor este de cca. 2 ore. Pierderile în greutate sunt minime dacă păsările sunt ambalate. Congelarea prin contact direct cu agenŃi intermediari răciŃi presupune ca păsările să fie ambalate etanş în materiale impermeabile. Ca agenŃi intermediari se folosesc: soluŃia apoasă de propilenglicol şi freoni. Acest tip de congelare se pretează bine pentru porŃiuni anatomice din carcasă. Congelarea se poate face şi cu ajutorul agenŃilor de răcire criogenici, în special azot lichid.
12 of 72
Depozitarea produselor congelate. Depozitarea se face în spaŃii frigorifice cu taer=18°C, duratele maxime de depozitare fiind în funcŃie de temperatura aerului din depozit. De regulă, la depozitare, produsele ambalate în folii de material plastic, sunt aşezate în cutii de carton (nerecuperabile). La conservarea prin frig a apăsărilor putem să întâlnim următoarele defecte: închiderea la culoare a suprafeŃei carcaselor dacă congelarea a fost lentă (se formează cristale mari de gheaŃă) şi dacă deshidratările au fost mari; apariŃia arsurilor de congelare(pete gălbui – gri) care apar mai ales la păsările neambalate sau la cele ambalate în folii permeabile la vaporii de apă, mai ales dacă există fluctuaŃii de temperatură în depozit şi dacă umezeala relativă a aerului este redusă; închiderea culorii oaselor şi a Ńesuturilor adiacente, defect care se accentuează la tratamentul termic al cărnii de pasăre, explicat prin difuzia hemoglobinei din oase la suprafaŃa acestora, urmată de oxidarea acesteia; acumularea de gheaŃă în interiorul ambalajului, gheaŃa care provine din apa eliberată de straturile superficialele cărnii de pasăre, mai ales dacă refrigerarea prealabilă s-a făcut prin imersie.
2.3. LAPTE ŞI PRODUSE LACTATE 2.3.1. LAPTE DE CONSUM Şi în cazul laptelui şi produselor lactate, lanŃul frigorific este absolut indispensanbil, având în vedere perisabilitatea maximă a acestor produse. Astfel, trebuie să se aibă în vedere fiecare etapă în procesul tehnologic care necesită frig. Duratele maxime de răcire şi temperaturile finale diferite sunt explicate prin metodele de răcire practicate. În orice caz, cele mai bune mijloace de răcire a laptelui la ferme sau centre de colectare, sunt vanele de răcire (cu răcire indirectă cu utilizarea apei reci sau a unui agent intermediar sau cu răcire directă, cu agent frigorific) care trebuie să fie prevăzute şi cu agitator cu turaŃie maximă de 5 rot/min. Răcirea laptelui în fabrică se face în schimbătoare de căldură cu plăci (pasteurizatoarele sunt dotate şi cu secŃiune de recuperare căldură şi secŃiune de răcire propriu-zisă.) Laptele răcit înainte de pasteurizare este depozitat în tancuri izoterme prevăzute cu agitatoare. Aceste tancuri sunt astfel izolate, încât la temperatură ambiantă de 25°C, creşterea de temperatură a laptelui este de ~ 3°C/24h. Tancurile izoterme au capacităŃi diferite în funcŃie de capacitatea de prelucrare a fabricii respective (peste 2500 l până la 100.000 l) Laptele pasteurizat şi răcit destinat consumului se ambalează în sticle, pungi de polietilenă (sistem Poli-Pack) sau ambalaje din carton laminat cu polietilenă la interior şi cerat la exterior (sistem Tetra-Pack). În fabrică, până la livrare, laptele ambalate se depozitează la 0 – 4°C, temperatura laptelui de ieşire din fabrică fiind de maximum 6°C.
13 of 72
2.3.2. SMÂNTÂNA Smântâna poate fi conservată prin refrigerare până la 0 – 6°C şi depozitare la temperatura de 0 – 6°C timp de câteva zile (smântâna dulce şi fermentată). Conservarea prin congelare a smântânii se face în cazul când aceasta este destinată fabricării ulterioare a îngheŃatei sau standardizării produselor lactate la un anumit conŃinut de grăsime. În primul caz, smântâna cu 50% grăsime se amestecă cu 10% zahăr care protejează emulsia şi gustul smântânii la depozitare, după care se face congelarea rapidă. În cel de al doilea caz, smântâna cu conŃinut de grăsime < 50% se congelează tot rapid în tunele de congelare rapidă sau în aparate de congelare cu suprafaŃa raclată (freezere). Durata maximă de depozitare a smântânii este de 18 luni la taer=-30°C, de 12 luni la taer=-25°C şi de 6 luni la taer=-18°C. 2.3.3. UNTUL Untul rezultat din smântâna pasteurizată poate fi de tip extra (83% grăsime), de tip superior (80% grăsime) şi de masă (74% grăsime), iar calitativ de calitatea I-âi şi a II-a. Frigul intervine atât în procesul tehnologic cât şi la conservare şi depozitare. Untul poate fi livrat în următoarele ambalaje de desfacere: - pachete de hârtie metalizată imprimată (pentru untul extra şi superior); - pachete de hârtie pergaminată şi folie de aluminiu (pentru porŃiuni mici, destinate unităŃilor de turism şi aviaŃie de pasageri); - blocuri de unt în hârtie de pergament vegetal şi introduse în lăzi de carton sau placaj. Refrigerarea untului după ambalare se face în tunele de refrigerare până al temperatura de 0-5°C. Depozitarea untului în fabrică se face la taer=4°C pentru maximum 5 zile pentru untul preambalat şi 10 zile pentru untul bloc. Durata maximă de depozitare (incluzând şi cea din unităŃile de desfacere) este însă mai mare: 4 - 8 săptămâni la 0 – 2°C; 2 - 3 săptămâni la 4°C (umezeala relativă a aerului trebuie să fie de 70 – 80%). Congelarea untului ambalat se face în tunele de congelare cu circulaŃie forŃată a aerului şi în congelatoare cu plăci, durata de congelare fiind de 24 – 48 ore iar consumul de frig de 45 Kcal/kg unt în primul caz şi la 30 – 33 Kcal/kg unt în cel de al doilea caz. Depozitarea în fabrică a untului congelat preambalat se face la taer=-15…-20°C pentru maximum 10 zile. Untul bloc se poate stoca în fabrică timp de 6 luni la taer=-15…-20°C. Duratele maxime admisibile de depozitare ale untului congelat (incluzând şi depozitarea în unităŃile de desfacere) sunt mai mari: 15 luni la –30°C; 12 luni la –25°C; 8 luni la –18°C şi 3 luni la –10°C. 2.3.4. BRÂNZETURI Frigul intervine în diferite faze ale procesului tehnologic (răcirea laptelui, scurgere şi presare coagul, sărare, fermentare brânzeturi, etc.) dar şi la refrigerarea şi depozitarea finală a acestora.
14 of 72
Refrigerarea brânzeturilor se face la temperaturi ale aerului egale cu cea a temperaturii aerului din depozite şi anume 0 – 8°C pentru brânzeturi moi şi 4 – 12 °C pentru brânzeturi semitari şi tari. Umezeala relativă a aerului trebuie să fie de 70 – 90% în funcŃie de sortimentul de brânză şi nivelul temperaturii aerului. 2.3.5. ÎNGHEłATA Frigul intervine atât în procesul tehnologic de pregătire a mixului şi de maturare a acestuia, cât şi în procesul de freezerare şi călire, precum şi la depozitarea propriu-zisă.
2.4. OUĂ Refrigerarea ouălor în coajă se face la temperatura de 8°C pentru conservarea de scurtă durată iar depozitarea ulterioară se face la 8°C şi ϕ= 65 – 85%. La conservarea de lungă durată, răcirea trebuie să se facă până aproape de punctul crioscopic, în care caz temperatura aerului din tunelul sau camera de refrigerare este de –2…-3°C şi viteza aerului de 1-2m/s. Depozitarea în acest caz se face la taer= 0…-0,5°C şi ϕ= 80 – 90% iar viteza aerului de 0,3 m/s. La refrigerarea şi depozitarea ouălor întregi în stare refrigerată trebuie să se Ńină seama de următoarele: - ouăle sunt aşezate în ambalaje alveolare, în poziŃie verticală, cu camera de aer în sus, în care caz gălbenuşul nu va putea atinge coaja , fiind oprit în flotarea sa de către membrana cochiliferă a camerei de aer; - camera de refrigerare sau depozitul se prerăceşte la 0°C; - nu se introduc la refrigerare ouă cu temperatura ambiantă dacă în cameră (tunel) există deja loturi de ouă răcite, pentru a nu avea condensări de vapori pe suprafaŃa lor; - la depozitarea în stare refrigerată se înregistrează pierderi de 0,3 – 0,5 % dacă ouăle nu sunt uleiate, iar pierderile din alte motive (stricare) pot ajunge la 1,5 – 2%; - la scoaterea ouălor din depozit se face temperarea acestora adică o încălzire cu 3 – 4°C mai mare decât temperatura de depozitare, operaŃia durând 24 – 48 ore; - la depozitarea ouălor în stare refrigerată pot avea loc alterări de natură microbiologică mai ales din cauza psihrofilelor (Pseudomonas, Alcaligenes, Proteus), alterare însoŃită de pigmentări, lichefierea albuşului şi dispersarea gălbenuşului, precum şi modificări fizico-chimice: fluidizarea albuşului, mărirea camerei de aer, aplatizarea gălbenuşului, pierderi în greutate, creşterea pH-ului, modificări de gust şi miros. Refrigerarea şi congelarea melanjului de ouă, a albuşului şi gălbenuşului. Melanjul de ouă pregătit sau separat albuşul şi gălbenuşul (spargere ou, colectare conŃinut, filtrare, omogenizare, pasteurizare, răcire la 0 – 4°C) se depozitează la 2°C când durata păstrării este de 12 zile. Răcirea se poate face în vane răcite în manta sau în bidoane care se introduc într-o cameră frigorifică. Congelarea melanjului de ouă, albuşului sau gălbenuşului se face după ambalarea acestora în cutii metalice sau material plastic, la temperatura aerului de –25…-40°C.
15 of 72
Depozitarea pentru păstrare se face la taer= -18°C (durata păstrării 12 luni), la –25°C (durata păstrării 24 luni) şi la –30°C (durata păstrării >24 luni). La congelarea gălbenuşului, pentru evitarea fenomenului de plastificare (coagulare) la gălbenuşul ce se omogenizează se poate adăuga sare 5 – 10% sau zahăr 10%. La utilizarea produselor menŃionate, acestea se decongelează (în apă, în aer) până ce temperatura în produs ajunge la ~ 7 – 10 °C. produsele în stare decongelată se folosesc imediat.
2.5. PEŞTE Peştele în general se alterează mult mai rapid decât cărnurile provenite de la animale datorită acŃiunii conjugate a microorganismelor, enzimelor proprii oxidării mai rapide a lipidelor. Din motivul menŃionat se impune conservarea cât mai rapidă a peştelui, inclusiv prin frig. Refrigerarea peştelui se poate face: - la bordul navelor de pescuit cu ajutorul apei de mare, răcită într-un răcitor care utilizează ca agent de răcire o saramură răcită la rândul său în vaporizatorul unei instalaŃii frigorifice cu freon; refrigerarea cu gheaŃă, recipientele fiind plasate într-o cameră cu temperatura de 0…-1°C, în care caz durata de păstrare poate fi 5 zile pentru speciile de peşte sensibile şi de 18-20 zile pentru speciile mai rezistente; - la Ńărm, refrigerarea peştelui se face cu gheaŃă în proporŃie de 1: 2 până la 1,4:2 faŃă de greutatea peştelui. Congelarea peştelui la bordul navelor şi la Ńărm se poate face cu aer răcit; în contact cu suprafeŃe ,metalice răcite (congelatoare cu plăci orizontale sau verticale); în contact cu agenŃi intermediari răciŃi; în contact cu lichide criogenice. Congelarea în aer se face la taer= -35…-40°C, aerul având o viteză de 3-7 m/s. Peştele congelat se supune apoi glasării prin imersie sau stropire. Glasarea prin imersie se face în apă la temperatura de 2°C(imersie de 2-3 ori cu pauze de ~ 25s). glazura reprezintă 2-4,5% din greutatea peştelui şi are grosimea de 1-3mm. După glasarea peştelui (individual sau în bloc) are loc ambalarea acestuia în cutii de carton căptuşite cu folie de material plastic. Peştele ambalat se depozitează în spaŃii frigorifice cu temperatura aerului de – 18°C…-30°C.
2.6. FRUCTE ŞI LEGUME Alegerea metodei de refrigerare şi congelare este în funcŃie de gradul de perisabilitate al acestora, produsele cu perisabilitate mare trebuind să fie răcite foarte rapid. Din punct de vedere al perisabilităŃii, fructele şi legumele se împart în următoarele grupe: - produse extrem de perisabile: afine, căpşuni, coacăze, mure, zmeură, dude, smochine proaspete, spanac, măcriş, creson, Ńelină pentru peŃiol; - produse foarte perisabile: caise, cireşe, gutui, mere timpurii, pere timpurii, piersici, prune, struguri cu pieliŃa fină, ceapa verde, ciuperci castraveŃi Cornichon,
16 of 72
dovlecei, fasole verde, mazăre verde boabe, morcovi cu frunze, pătrunjel frunze, praz timpuriu, ridichi de lună, salată, sfeclă roşie, sparanghel, Ńelină verde, usturoi verde, varză timpurie; - produse perisabile: pere de vară, struguri, măsline, anghinare, ardei, bame, bob, conopidă, fasole verde păstăi, morcov, pepene galben, tomate, varză de toamnă, varză de Bruxelles, vinete, praz; - produse puŃin perisabile: mere de toamnă, pere de toamnă, castane, cartofi, ceapă, hrean, păstârnac rădăcini, sfeclă roşie, usturi căpăŃâni. Refrigerarea fructelor şi legumelor se face după o prealabilă pregătire a acestora (spălare, sortare, calibrare, opărire – în unele cazuri -, iradiere şi tratare cu substanŃe fungicide şi de încetinire a maturării – în alte cazuri - , şi în final ambalare). Refrigerarea propriu-zisă se pate face: - în curent de aer rece cu temperatura 1 – 2°C şi viteza de 2 – 5 m/s la nivelul produselor; - refrigerarea în apă glacială (hydrocooling) care se aplică pentru unele legume; - refrigerarea sub vid cu umectare prealabilă a produselor (hydro – vacuum cooling) şi fără umectare prealabilă a produselor (vacuum cooling). Se aplică pentru salate, spanac, varză de Bruxelles, andive, mazăre verde, ciuperci, castraveŃi Cornichon, ardei gras tăiat, flori destinate exportului; - refrigerarea cu aer umed (ice bank coling system) care se aplică la varza albă, sparanghel, salată, castraveŃi, fasole verde, porumb zaharat, mazăre verde, tomate, fragi, zmeură, caise, struguri, andive. Umezirea aerului de retur se face cu apă glacială cu temperatura de 1°C, astfel încât aerul de retur cu temperatura >5°C se răceşte până la 2,5°C, fiind în acelaşi timp umidificat până aproape de saturaŃie (98%). Depozitarea produselor horticole (fructe, legume) se face în spaŃii frigorifice cu atmosferă normală sau cu atmosferă modificată. Congelarea se aplică numai pentru anumite fructe şi legume. Înainte de congelare, fructele şi legumele suferă unele tratamente preliminarii: curăŃire, spălare, sortare – calibrare, blanşare, tratamente fizico-chimice (imersare în soluŃii de acid citric, tartric sau acoperire cu sirop de zahăr). La congelare se pretează: fructele de pădure, căpşuni, vişine, piersici, caise, mazăre verde, fasole verde, spanacul, morcovi. Fructele pot fi congelate întregi, în stare zdrobită, piureuri îndulcite (prin adaus de zahăr sau sirop de zahăr). Pentru congelare se preferă fructe şi legume recoltate înainte de a fi complet maturizate. Congelarea produselor neambalate se face în pat fix sau fluidizat, în aparate de congelare cu funcŃionare discontinuă, semicontinuă, continuă. Produsele ambalate se congelează în curent de aer rece, în aparate cu plăci (prin contact cu suprafeŃe răcite), în contact cu agenŃi de răcire intermediari (freoni) sau în contact cu agenŃi de răcire criogenici ( azot lichid). Depozitarea produselor horticole congelate se face numai în stare ambalată.
17 of 72
2.7. ALTE DOMENII DE UTILIZARE A FRIGULUI INDUSTRIA BERII Depozitarea orzului maturizat: se utilizează aer cu temperatura la intrare de 10 – 12°C şi ϕ =75 – 80%. Laptele de drojdie se depozitează la 2-4°C şi ϕ = 80 – 85% timp de maximum 7 zile. Germinarea orzului se face la temperaturi ale aerului introdus în germinator de 16°C în primele 3 zile şi 10,5°C în ultimele 3 zile. MalŃul germinat este răcit la 20°C. Răcirea mustului după fierbere se face până la 6 – 7°C în cazul fermentaŃiei inferioare şi până la 12 - 18°C în cazul fermentaŃiei superioare (răcirea se face în schimbătoare cu plăci). Filtrarea mustului se face la temperatura acestuia de ~0°C. FermentaŃia primară se face la temperatura mustului de 15 - 20°C (în linuri de răcire). SpaŃiul de fermentare primară se răceşte utilizând răcitoare de aer. FermentaŃia secundară se realizează în final la temperatura produsului de 1 - 2°C, spaŃiul în care se află tancurile de fermentare (răcite şi ele) fiind răcit prin intermediul răcitoarelor de aer. Limpezirea berii se face la temperatura acesteia de –1…-2°C. Îmbutelierea berii se face în spaŃii răcite la 6 - 8°C. Navetele cu sticle de bere sunt depozitate în spaŃii cu temperatura aerului de 2 5°C.
INDUSTRIA VINULUI Mustul de struguri după obŃinere se răceşte la 6 - 12°C pentru a nu începe fermentarea şi pentru a se putea face limpezirea. În timpul fermentaŃiei trebuie menŃinută o temperatura a mustului de maximum 32°C pentru vinurile roşii şi 25°C pentru cele albe. Limpezirea vinurilor tinere destinate îmbutelierii timpurii, fabricării şampaniei sau vermutului se face în condiŃiile în care vinul este răcit până la –2…-3°C, cu menŃinere la această temperatura timp de 7 – 8 zile. Depozitarea vinurilor în butoaie de lemn, recipiente metalice, beton, material plastic, se face în spaŃii răcite la 7 - 11°C pentru vinurile albe şi 10 – 12°C pentru vinurile roşii. Umezeala relativă a aerului în spaŃiile de depozitare este de 90 –95 %. SpaŃiile sunt răcite cu răcitoare de aer. Concentrarea mustului (ca de altfel şi a sucurilor de fructe şi legume) se poate face şi prin crioconcentrare (congelare urmată de separare mecanică a gheŃii). Fermentarea zahărului adăugat la fabricarea vinurilor spumoase se realizează la temperaturi de 9 – 11°C timp de ~6 săptămâni.
18 of 72
3. CONSERVAREA PRIN SĂRARE A PRODUSELOR ALIMENTARE Conservarea prin sărare a produselor alimentare are la bază principiul haloosmoanabiozei şi al osmocenoanabiozei. Sărarea se poate aplica: ca metodă de ameliorare a capacităŃii de conservare a produselor alimentare şi de îmbunătăŃire a proprietăŃilor senzoriale (textură, gust) în care caz se asociază cu o altă metodă de conservare (refrigerarea sau afumarea în cazul cărnii şi peştelui, brânzeturilor sau cu pasteurizarea în cazul unor produse vegetale); ca metodă de sine stătătoare care se aplică în special la peşte şi în unele cazuri la produsele din carne. AcŃiunea conservantă a sării este explicată prin: creşterea concentraŃiei sucurilor celulare, deci creşterea presiunii osmotice, din care cauză microorganismele de alterare îşi pierd vitalitatea; deshidratarea produsului şi deci micşorarea cantităŃii de apă disponibilă pentru activitatea microorganismele (modificarea activităŃii apei; fixarea ionilor de Na+, Cl- la locul legăturilor peptidice, deci la locul de scindare a acestora sub acŃiunea enzimelor proteolitice proprii Ńesutului muscular sau a celor secretate de microorganisme; micşorarea solubilităŃi oxigenului în saramură (cazul sărări prin imersie) care conduce la inhibarea parŃială a dezvoltării microorganismelor de alterare aerobe; acŃiunea azotitului (bacteriostatică/bactericidă) prin aşa numitul “efect Perido” (combinaŃia dintre azotit şi grupările amino din structura proteinelor din citoplasma microorganismele ) Din punct de vedere tehnologic NaCl influenŃează pozitiv capacitatea de hidratarea a cărnii până la concentraŃia de 3 – 5%, la concentraŃii mai mari producând denaturarea proteinelor prin “salifiere” şi deci scăderea solubilităŃii lor cu consecinŃe negative asupra capacităŃii de emulsionare şi legare. La sărarea cărnii şi peştelui intervin procese fizice (difuzie şi osmoză), procese biochimice (denaturarea proteinelor şi modificarea activităŃii enzimatice a Ńesutului muscular la sărarea puternică), procese microbiologice (în principal la sărarea cărnii în saramură) care influenŃează calitatea senzorială a cărnii. Din punct de vedere a cineticii, sărarea de lungă durată este caracterizată prin două faze: faza dinamică, care se manifestă prin pătrunderea sării în interiorul produsului şi eliminarea apei din produs, această fază fiind caracterizată prin viteza de difuzie; faza statică, care are loc după realizarea echilibrului fizico-chimic (acesta se atinge când concentraŃia de sare în Ńesutul muscular reprezintă 80% din concentraŃia saramurii) şi poate fi considerată ca un echilibru de membrană de tip Donnan. Factorii care influenŃează durata sărării sunt: compoziŃia chimică şi gradul de mărunŃire al sării; grosimea bucăŃii de carne sau peşte; temperatura saramurii şi concentraŃia acesteia; caracterul mişcării saramurii (la sărarea cărnii şi peştelui în saramură); structura cărnii şi peştelui (deschisă/închisă) şi raportul dintre Ńesuturi (muscular/gras/conjunctiv).
19 of 72
La sărarea cărnii şi peştelui prin metoda uscată sau umedă (dacă saramura nu este sterilizată şi purificată) pe lângă microorganismele din carne şi peşte şi de la suprafaŃa cărnii şi peştelui, intervin microorganismele aduse de ingredientele de sărare (NaCl, NaNO3/NaNO2, polifosfaŃi, zahăr) precum şi de apă. Specific la sărarea cărnii pentru preparate din carne, semiconserve şi unele conserve este folosirea de azotaŃi/azotiŃi pentru formarea nitrozopigmenŃilor care conferă produselor din carne culoarea roşie aprins, stabilă în timp, mai ales după aplicarea tratamentului termic. ReacŃiile care conduc la formarea nitrozopigmenŃilor sunt următoarele: 2H NaNO3 reducere bacterianã NaNO2
2 HNO2
pH acid (acid lactic HR)
NaNO2+ H2O HNO2 + NaR
substante reducatoare din carne sau adãugate, pH acid si actiune bacterii reducatoare
NO + Mb (Hb) 2 HNO2 + C6H8O6
NO + NO2 + H2O
NO - Mb sau NO - Hb 2 NO + 2 H2O+ C6H6O6
La sărarea peştelui, metodele de sărare pot fi clasificate şi după temperatura la care se face sărarea: la cald, la rece, după congelare. Se pot supune sărării toate speciile de peşti de apă dulce, marini. Specific produselor de peşte sărate, având în vedere durata mare de sărare, este maturarea acestora, în care intervin atât enzimele proprii Ńesutului muscular, cât şi enzimele proteolitice digestive (la peştele sărat întreg) şi cele elaborate de unele bacterii aduse de sărare. Maturarea îmbunătăŃeşte substanŃial caracteristicile senzoriale ale peştelui sărat (în principal gust şi consistenŃă). În funcŃie de conŃinutul de sare, produsele de peşte sărate pot fi: slab sărate (6-10% NaCl); mediu sărate (1014%NaCl) şi puternic sărate (>14% NaCl). Intensitatea gustului de sărat este în funcŃie de concentraŃia sării în produs ( mai precis în faza apoasă a produsului).Gustul de sărat poate fi: foarte puŃin sărat (< 2% NaCl); slab sărat (până la 3% NaCl); potrivit de sărat (până la 3,5% NaCl); sărat (până la 4,5% NaCl); puternic sărat (> 4,5% NaCl). Saramurile utilizate la sărarea cărnii şi peştelui pot fi: saramuri proaspete, care se utilizează o singură dată (de regulă se şi sterilizează); saramuri maturate, care au fost folosite la sărarea mai multor partide de carne după o prealabilă purificare prin fierbere, urmată de filtrare sau centrifugare. Din punct de vedere al concentraŃiei în NaCl, saramurile pot fi: slabe (până la 10 % NaCl);medii (până la 18 % NaCl) şi tari (> 18 % NaCl). După modul lor de folosire
20 of 72
saramurile pot fi de acoperire (imersare), de injectare (intramuscular şi intraarterial), de malaxare (se practică la pregătirea semifabricatelor bradt şi şrot destinate fabricări preparatelor de carne – salamuri, cârnaŃi – şi pentru carnea destinată unor specialităŃi (şunca Băniei, Şuncă dietetică din carne de mânzat, etc.) De regulă saramurile folosite în industria cărnii, pe lângă NaCl, conŃin şi NaNO2, polifosfaŃi, iar pentru anumite destinaŃii mai conŃin şi zahăr precum şi erisorbat (sare de sodiu a acidului izoascorbic). Saramurile reutilizate, nesterilizate, nepurificate şi păstrate la temperaturi mai mari de 10°C se degradează, degradarea manifestându-se prin modificări de gust şi miros, formare de spumă, schimbarea culorii, apariŃia de tulburări, formarea de precipitat, devin alcaline, potenŃialul redox (mV) având valori negative (scade până la –150…400mV), saramura în ansamblul ei fiind alterată. În aceste saramuri azotatul şi azotitul sunt transformate în N2, NH2 – OH (hidroxilamină) şi NH3, deci nu mai au capacitatea de înroşire a cărnii. La sărarea umedă a cărnii (prin imersie) se pierd o serie de substanŃe utile din carne care trec în saramură (substanŃe proteice, substanŃe extractive azotate şi neazotate, substanŃe minerale, vitamine). Şi la sărarea uscată şi umedă a peştelui au loc pierderi de compuşi cu azot. La sărarea umedă pierderile de substanŃe azotoase sunt mai mari (ajung la 1,1 – 1,2%) faŃă de masa peştelui, la sărarea în saramură/peşte=3:1, chiar după 48 ore de saramurare. Pierderile de grăsime la sărarea peştelui sunt foarte reduse (0,1%), deoarece grăsimea nu se solubilizează în soluŃia salină şi nici nu trece prin membrana celulară.
21 of 72
4. CONSERVAREA PRODUSELOR ALIMENTARE PRIN AFUMARE Afumarea, ca metodă de conservare, are la bază principiul abiozei prin acŃiunea substanŃelor antiseptice din fum (chimioabioză) şi în măsură mică şi principiul xeroanabiozei, prin deshidratarea parŃială a produselor. Afumarea de scurtă durată este considerată ca o metodă de ameliorare a capacităŃii de conservare, în care caz se asociază cu altă metodă de conservare (coacere, pasteurizare, sărare) şi de îmbunătăŃire a proprietăŃilor senzoriale (cazul preparatelor din carne, al unor brânzeturi). Fumul, ca aerosol produs în generatoarele de fum clasice, rezultă dintr-un proces de ardere completă a rumeguşului cuplat cu distilare uscată (piroliza). Componentele lemnului (rumeguşului) care intervin în producerea fumului sunt celuloza, hemiceluloza şi lignina. Din punct de vedere chimic, fumul conŃine: acizi organici, compuşi carbonilici (aldehide, cetone), alcooli, fenoli şi esteri ai fenolului, hidrocarburi aromatice, compuşi heterociclici. În fumul – aerosol – se pot găsi în suspensie rumeguş nears, cenuşă şi funingine, îndepărtarea acestora presupunând purificarea fumului prin intermediul decantoarelor umede ataşate la generatorul de fum. Depunerea componentelor utile din fum la suprafaŃa produselor supuse afumării este influenŃată de: concentraŃia substanŃelor utile din fumul – aerosol, starea suprafeŃei produsului, viteza medie de afumare (amestec aer/fum) şi temperatura acestuia, durata afumării. În funcŃie de temperatura mediului de afumare substanŃele organice utile din fum se pot afla sub formă de vapori sau sub formă de picături foarte fine. Penetrarea substanŃelor utile de la suprafaŃa produsului în interiorul acestuia va fi influenŃată de: structura chimică a componentelor depuse; felul afumări şi durata acesteia; structura şi compoziŃia chimică a produsului supus afumării; natura membranei (acolo unde există), umezeala relativă a fumului. Viteza de pătrundere a componentelor utile din fum în produse este mai mare la produsele fără membrană iar în cazul celor în membrane permeabilitatea cea mai mare o au membranele naturale şi semisintetice (colagene de tipul naturinului şi cutizinului), faŃă de membranele sintetice (pe bază de poliamide). Procesul de afumare poate fi accelerat la afumarea în câmp electrostatic. Având în vedere că în funcŃie de temperatura de producere a fumului se pot forma şi substanŃe cancerigene (3,4 – benzpiren, fenantren, fluorantren, etc.) este necesar să se utilizeze numai lemne (rumeguş) de esenŃă tare cu umiditate ~ 30 – 35 %, iar temperatura de ardere mocnită (de producere a fumului) să nu depăşească 400°C. ConsecinŃele afumării asupra calităŃi produselor pot fi: conferire de aromă specifică (contribuie fenolii, carbonilii); culoare (contribuie în principal carbonilii şi fenoli); conservabilitate (în principal difenolii care acŃionează ca antioxidanŃi şi fenolii, formaldehida şi acizii organici care pot exercita acŃiune bacteriostatică, bactericidă).
22 of 72
O metodă modernă de aromatizare a produselor din carne şi peşte cu aromă de fum este cea de folosire a lichidelor de afumare care prezintă următoarele avantaje: lichidele de afumare sunt libere de hidrocarburi policiclice condensate cu acŃiune cancerigenă; permit dozarea exactă a substanŃelor de afumare în produs; se simplifică tehnologia de prelucrare termică (afumarea); se eliberează spaŃii constructive şi instalaŃii costisitoare; se reduce consumul de material lemnos, mai ales în cazul folosiri celulelor clasice de afumare; se îmbunătăŃesc condiŃiile igienico-sanitare de muncă din secŃia de tratament termic; se creează posibilitatea mecanizări şi automatizări procesului; creşte productivitatea munci. Lichidele de afumare pot fi utilizate pentru: pulverizare în incinta de afumare; pentru imersare produse; pentru încorporare în compoziŃie (cea mai des folosită metodă) la cuter sau malaxor (aplicată în industria cărnii). Pentru lichidele de afumare din import cu densitate de 1,062 – 1,063 se recomandă circa 20 g/100 Kg compoziŃie, cantitatea putând fi mărită în funcŃie de gustul consumatorilor şi de tipul preparatelor din carne.
23 of 72
5. CONSERVAREA CU AJUTORUL ZAHĂRULUI Principiul biologic al acestui procedeu de conservare este saccharo-osmo-anabioza, care se realizează prin adăugare de zahăr în cantitate necesară creşterii presiunii osmotice a fazei lichide a produselor alimentare care să împiedice dezvoltarea microorganismelor (peste 60% zahăr în produsul finit). Cu cât presiunea osmotică a soluŃiilor este mai mare cu atât efectul de plasmoliză al celulelor microbiene este mai mare 8presiunea osmotică normală a celulelor microbiene este de 4 – 6 at.). în timpul plasmolizei se elimină apa liberă şi o parte din apa legată coloidal în citoplasma celulelor microbiene. Pe de altă parte, adausul de zahăr conduce şi la reducerea umidităŃii produsului, deci la reducerea activităŃii apei sub limitele de dezvoltare a microorganismelor. Cu cât raportul zahăr invertit/zaharoză este mai mare cu atât acŃiunea inhibitoare a zahărului total este mai mare. Factorii care influenŃează acŃiunea conservantă a zahărului sunt: - conŃinutul final de apă al produsului; cu cât acesta va fi mai mic cu atât acŃiunea conservantă va fi mai mare; - cantitatea procentuală de zaharoză adăugată şi gradul de invertire realizat; acestea măresc de asemenea acŃiunea de conservare; - cantitatea procentuală de zaharuri din materia primă (fructe), care influenŃează pozitiv acŃiunea de conservare; - temperatura şi durata de fierbere a produsului în decursul procesului tehnologic care pot intensifica acŃiunea conservantă; - prezenŃa pectinei care măreşte vâscozitatea fazei lichide ceea ce îngreunează accesul substanŃelor nutritive şi a apei la celulele microbiene; - valoarea pH-ului acŃionează indirect asupra conservării prin formarea gelului pectină – zahăr – acid. AcŃiunea de conservare a zahărului este influenŃată negativ de următorii factori: - scăderea presiunii osmotice şi deci mărirea activităŃi apei din faza lichidă a produsului; se poate petrece la păstrarea produselor neambalate în contact cu aer cu umezeala relativă mare; - cristalizarea unuia din zaharurile aflate în exces în produsul finit; aceasta conduce la scăderea concentraŃiei în zahăr a fazei lichide şi deci la reducerea corespunzătoare a presiunii osmotice; - fermentarea produselor finite caramelizate în timpul fabricări lor, deoarece caramelizarea este însoŃită de o reducere a potenŃialului de oxido-reducere a produsului. Un potenŃial redox scăzut favorizează dezvoltarea drojdiilor care pot fermenta marmeladele şi gemurile. De remarcat că, drojdiile osmofile pot suporta concentraŃii de zahăr de până la 80% şi deci pot provoca alterarea marmeladelor şi produselor similare. Având în vedere că la conservarea cu ajutorul zahărului activitatea apei este redusă la mai puŃin de 0,845, suficientă pentru împiedicarea bacteriilor şi drojdiilor neosmofile,
24 of 72
nu poate împiedica dezvoltarea mucegaiurilor. Pentru a împiedica dezvoltarea mucegaiurilor se poate utiliza: pasteurizarea produselor finite (gemuri, jeleuri, dulceŃuri); antiseptizarea suprafeŃei acestor produse cu agenŃi chimici. Având în vedere că mucegaiurile sunt distruse în procesul de fierbere, rezultă că infectarea ulterioară cu spori de mucegai, ca şi cu drojdii osmofile, se face din mediul exterior, ceea ce implică o igienizare perfectă a procesului tehnologic şi ambalarea adecvată a produselor respective. Conservarea cu ajutorul zahărului se aplică la: - fabricarea produselor gelificate (gel pectină – zahăr – acid): geluri de fructe (60% zahăr adăugat; 65-67% extract refractometric), marmelade (55% zahăr adăugat; minim 64% extract refractometric), gemuri de fructe (60-65% zahăr adăugat; minimum 6568% extract refractometric); - fabricarea produselor negelificate: dulceŃuri de fructe (minimum 72% extract refractometric dat în principal de zahărul adăugat), magiunuri (50-70% extract refractometric dat de zahărul din fructe), paste de fructe (zahăr adăugat 65%; extract refractometric 70 – 75%), siropuri de fructe (minimum 68% dat în principal de zahărul adăugat, parte din zahăr fiind invertit); - fabricarea laptelui concentrat cu zahăr (adaus de minimum 62%zahăr).
25 of 72
6. CONSERVAREA PRIN ACIDIFICARE ARTIFICIALĂ Acest tip de conservarea are la bază principiul acidoanabiozei şi în practică conservarea se realizează cu ajutorul acidului acetic sub formă de oŃet. AcŃiunea conservantă a acidului acetic este dependentă de: concentraŃia mediului de conservant în acid acetic: între 0,6 – 4% concentraŃie de acid acetic în mediu, acŃiunea bacteriostatică, iar la peste 4% acŃiunea poate fi bactericidă; specia microorganismelor: bacteriile sunt puŃin rezistente în mediul acid. În concentraŃie de până la 4% acidul acetic inhibă dezvoltarea bacteriilor saprofite; între 4 - 6 %sunt distruse formele nesporogene îar peste 6% sunt distruse şi sporii . Mucegaiurile şi drojdiile au o acidorezistenŃă mai mare; pH-ul produsului alimentar la care s-a adăugat acid acetic. Acidul acetic având un grad de disociere mai mare decât al acidului lactic, rezultă că nivelul concentraŃiei de hidrogen va fi mai mare şi deci pH-ul mai scăzut. La acŃiunea conservantă a acidului acetic trebuie să avem în vedere şi radicalul – concentraŃia de NaCl şi zahăr. Aceste două substanŃe potenŃează efectul conservant al acidului acetic. Conservarea cu ajutorul acidului acetic se aplică la: - fabricarea semiconservelor de peşte denumite “marinate”; concentraŃia de acid acetic fiind în acest scop de 4%; - obŃinerea unor produse vegetale cum ar fi: castraveŃi în oŃet, gogoşari în oŃet, varză roşie în oŃet, ardei capia în oŃet, ardei iuŃi în oŃet, conopidă în oŃet, hrean în oŃet, varză albă tăiată în oŃet, etc. pentru că oŃetul în aceste produse nu asigură protecŃie şi faŃă drojdii şi mucegaiuri, conservarea prin marinare se dublează cu conservarea prin pasteurizare/sterilizare termică. - conservarea maionezelor (contribuie şi muştarul şi faptul că maionezele au un conŃinut redus de apă şi unul ridicat de ulei).
26 of 72
7. CONSERVAREA PRIN ACIDIFICARE NATURALĂ Conservarea prin acidificare naturală, denumită şi conservarea biochimică, are la bază acŃiunea antiseptică, în principal, a acidului lactic produs prin fermentaŃia lactică (care conduce şi la scăderea pH-ului), conservare ajutată şi de producerea de bacteriocine în mediul de fermentare (produşi secundari de fermentaŃie), producere de H2O2 (de către unele bacterii lactice) şi prin competiŃia pentru nutrienŃi între bacteriile lactice şi cele de alterare. Se conservă prin fermentaŃie lactică: varza căpăŃâni şi tocată, castraveŃii, murăturile (gogonelele)şi măslinele dar şi unele sucuri de legume şi fructe, pentru obŃinerea de produse cu valoare terapeutică. Fazele fermentaŃiei lactice sunt următoarele: Faza preliminară, în care predomină L.mesenteroides (heterofermentativ) spre sfârşitul acestei faze, care fermentează glucidele cu formare de acid lactic, acetic, alcool etilic, metanol, dioxid de carbon, se creează un mediu anaerob ce permite dezvoltarea bacteriilor lactice homofermentative. Faza preliminară este caracterizată prin degajare mare de dioxid de carbon , durează 2-3 zile, aciditatea mediului ajungând la 0,7 –1%. Faza primară (principală),care sete caracterizată prin predominaŃia bacteriilor lactice homofermentative (L. plantarum, P. pentosaceus) faŃă de cele heterofermentative (L. brevis, L. mezenteroides). În această fază sunt fermentate glucidele nefermentate în prima fază inclusiv manitolul format în faza anterioară. Această fază durează 21-30 zile în funcŃie de : concentraŃia saramurii, temperatura de fermentare, gradul de anaerobioză rezultat, etc. fermentaŃia primară se consideră terminată când pH-ul mediului ajunge la 3,8-4,1 (aciditate totală 2%). Se consideră că în ultima parte a fazei primare acŃionează în principal P. pentosaceus (heterofermentativ), care produce din nou acid lactic, acetic, alcool etilic, manitol, CO2. Dacă fermentaŃia continuă, calitatea produselor se înrăutăŃeşte, fazele cu influenŃă negativă fiind: - Faza secundară, care constă în fermentarea zaharurilor reziduale de către drojdiile fermentative, în condiŃiile în care bacteriile lactice sunt inhibate în dezvoltarea lor de către pH-ul scăzut . în acest caz se ajunge la o oarecare tulbureală a zemii. - Faza post-fermenatre. Dacă produsele vegetale bine fermentate se Ńin în recipiente ermetic închise, ferite de aer şi lumină difuză, acestea se pot păstra foarte bine, atunci când recipientele sunt deschise, produsele se pot infecta la suprafaŃa saramurii (zemii) cu drojdii oxidative, mucegaiuri şi bacterii aerobe. Drojdiile şi mucegaiurile consumă acid lactic, creând condiŃii pentru dezvoltarea bacteriilor aerobe de alterare. Mucegaiurile sunt deosebit de periculoase deoarece secretă poligalacturonaze ce afectează consistenŃa produselor conservate prin acidifiere naturală (înmuierea castraveŃilor şi măslinelor verzi). Factorii care influenŃează acidifierea naturală sunt:
27 of 72
- Adausul de sare, care are următoarele roluri: influenŃează direct tipul de bacterii lactice ce se dezvoltă (rol selectiv faŃă de microorganismele , cele lactice fiind halotolerante); influenŃează gradul de acidificare; previne înmuierea produselor; extrage prin difuzie sucul celular care conŃine, printre altele, zaharuri fermentescibile, extracŃia fiind mai mare în cazul verzii tocate. Varza tocată se sărează cu saramură de 2-3%, cea în căpăŃâni cu saramură de 5-6%, castraveŃii cu saramură 5-8%, iar măslinele verzi cu saramură 4-7%. Pentru a fermenta castraveŃi în saramură de 1-4% este necesar să se folosească o apă cu duritate de ~20° germane. Dacă apa are duritate mică (<10 grade germane) se recomandă să se utilizeze CaCl2 (0,3-0,5% faŃă de saramură) alăun de potasiu (0,5% faŃă de saramură), în care caz se formează cantităŃi mari de pectat de calciu insolubil ce conferă consistenŃa fermă a castraveŃilor. - Temperatura de fermentare: varza tocată se fermentează la 13-18°C, castraveŃii la 25-30°C (la noi în Ńară castraveŃii se fermentează la 20-25°C). La sfârşitul fermentaŃiei lactice temperatura trebuie scăzută la <5°C pentru castraveŃi şi la <14°C pentru varză pentru a se împiedica alte tipuri de fermentaŃii (în principal butirice) şi alterarea putrefactivă. - Disponibilitatea substanŃelor nutritive. Acestea sunt imediat disponibile în cazul verzii tocate, iar în cazul castraveŃilor, verzii în căpăŃâni şi măslinelor acestea trebuie să difuzeze în saramură înainte de a începe fermentaŃia (bacteriile lactice pot acŃiona în saramură dar şi în produs) La prelucrarea măslinilor se urmăreşte ca oleuropeina să rămână intactă şi să nu fie hidrolizată de către β-glucozidază care este inactivată prin tratament cu alcalii care poate penetra total sau parŃial pulpa fructului. La tratament cu alcalii se extrag şi zaharurile fermentescibile, astfel că în fermentare cantitatea de glucide estre redusă şi deci fermentarea nu mai este corespunzătoare. La fermentarea produselor vegetale se utilizează şi plante condimentare (pentru aromatizare) cum ar fi mărar uscat, frunze de vişin, de stejar, muştar, hrean, usturoi care conŃin fitoncide şi substanŃe tanante care acŃionează asupra bacteriilor lactice dar mai ales asupra microflorei de alterare. Aditivi de natură chimică. Acidul benzoic, acidul ascorbic, bisulfitul de potasiu se pot adăuga terminarea fermentaŃiei lactice pentru împiedicarea dezvoltării drojdiilor şi mucegaiurilor la suprafaŃa saramurii (zemii) odată ce recipientele au fost deschise. PrezenŃa aerului şi luminii. Pentru a avea o fermentaŃie lactică normală este necesar să se creeze un mediu anaerob, care este în acelaşi timp defavorabil dezvoltării bacteriilor propionice şi bacteriilor butirice împotriva cărora se luptă prin vânturarea (pritocirea) zemii, mai ales la sfârşitul fazei primare de fermentaŃie lactică. Bacteriile de alterare nu se pot dezvolta dacă pH-ul saramurii (zemii) este de 3,8-4,1. Tasarea produselor (mai ales la varza tocată) favorizează anaerobioza. Lumina solară împiedică dezvoltarea microorganismele la suprafaŃa saramurilor, în cazul recipientelor deschise, însă cea difuză favorizează dezvoltarea.
28 of 72
Lumina solară directă produce însă decolorarea produselor verzi. În cazul în care acestea au fost fermentate în recipiente de sticlă necolorată, conducând şi la “gust de lumină”. Se poate practica şi acidifierea mixtă, în sensul că se face o fermentaŃie lactică incompletă (până la 0,8 % acid lactic), urmată de o acidificare artificială acetică până la atingerea unei acidităŃi de 3% (ca acid acetic). La fermentaŃia lactică are loc: - îmbunătăŃirea gustului datorită acizilor organici şi mirosului, datorită acetaldehidei, alcoolului etilic, butirat de etil, aldehidă valerianică; - scăderea valorii nutritive a produsului ca atare prin trecerea în saramură (zeamă) a unei părŃi din substanŃe minerale, vitamine, glucide simple, aminoacizi liberi, substanŃele trecute în saramură fiind utilizate de bacteriile de fermentare. Dacă produsele fermentate au un conŃinut mare de sare (8-16%) la desărarea cestora până la 2-4% NaCl pierderile de substanŃe nutritive se măresc. La acidificarea naturală carotenul poate trece din forma trans în forma cis care are acŃiune mai redusă ca provitamina A. rezultă că zeama de varză este un substrat bogat în substanŃe nutritive şi deci poate fi folosită atât pentru consum uman cât şi ca substrat pentru fermentaŃia acetică; - textura devine mai moale pe măsură ce creşte concentraŃia în acid lactic, dar textura optimă poate fi controlată prin concentraŃia saramurii şi nivelul de Ca2+ din saramură; - în cazul castraveŃilor, în anumite condiŃii de fermentare, apar în interior cavităŃi lenticulare, pe toată lungimea produselor defecte (fiind cu atât mai pronunŃat cu cât concentraŃia CO2 în saramură şi castraveŃi este mai mare. Defectul este ,mai pronunŃat la castraveŃii mari şi la cei cu densitate mică.
29 of 72
8. CONSERVAREA CU AJUTORUL SUBSTANłELOR ANTISEPTICE Antisepticele sunt substanŃe care opresc dezvoltarea şi acŃiunea unor microorganisme (substanŃe bacteriostatice) sau le pot distruge (substanŃe bactericide), în funcŃie de concentraŃia folosită şi specia microorganismelor. Activitatea antisepticilor este dependentă de: - concentraŃia substanŃelor; - durata de contact; - temperatura; - specia de microorganisme; - numărul de microorganisme din substrat; - gradul de dezvoltare a microorganismelor; - compoziŃia chimică a mediului; - pH-ul mediului. ConcentraŃia. Pentru aceleaşi condiŃii de mediu, aceeaşi temperatură şi acelaşi număr de microorganisme, acŃiunea antisepticului asupra microorganismelor creşte odată cu concentraŃia sa în produsul conservat, fiecare antiseptic caracterizându-se printr-o anumită putere de distrugere sau doză letală. Durata de contact. Durata de contact este invers corelată cu concentraŃia antisepticului; cu cât concentraŃia antisepticului este mai mare cu atât durata de contact este mai redusă şi invers. Temperatura. Eficacitatea unui antiseptic, creşte în progresie geometrică în condiŃiile în care temperatura creşte în proporŃia aritmetică, această regulă nefiind valabilă pentru antiseptice volatile şi gazoase. Numărul iniŃial de microorganisme. Cu cât gradul de contaminare iniŃial este mai mare cu atât eficacitatea antisepticului este mai mică, respectiv pentru a se realiza un efect bactericid normal, trebuie mărită doza de antiseptic. Specia de microorganisme. Comportarea la antiseptice este în funcŃie de felul microorganismelor precum şi în funcŃie de speciile şi tulpinile respective. DiferenŃele de rezistenŃă ale microorganismelor s-ar datora (după părerea noastră) structurii şi compoziŃiei membranei celulare care determină permeabilitatea acesteia la penetrarea antisepticului în celula bacteriană. Stadiul de dezvoltare. În cazul microflorei epifite normale, eficacitatea antisepticelor este maximă în faza de lag a dezvoltării microorganismelor, ceea ce ne conduce la concluzia că sporii nu sunt afectaŃi. CompoziŃia chimică a alimentului. Alimentele cu conŃinut ridicat în proteine sunt mai greu de conservat cu antiseptice care eliberează clor sau oxigen. Alimentele care au un conŃinut ridicat de zaharuri reducătoare (fructe, musturi) micşorează acŃiunea antiseptică a SO2 prin formare de compuşi de adiŃie cu grupările aldehidice sau cetonice ale zaharurilor.
30 of 72
pH-ul mediului. Eficacitatea antisepticilor este cu atât mai mare cu cât pH-ul este mai mic, adică mediul este mai acid. Majoritatea antisepticelor sunt acizi slabi (sau sărurile acestora) şi îşi exercită acŃiunea lor inhibitoare la pH acid, prin molecula nedisociată. Principalele antiseptice propriu-zise sunt: Acidul sorbic şi sărurile sale de sodiu, potasiu, calciu: − margarină, unt - 500mg/Kg, maioneză - 1000mg/Kg; − grăsimi şi uleiuri – 500 mg/Kg; − brânzeturi – soluŃii de sorbaŃi de 10 – 20%; − produse vegetale murate – 1000mg/Kg; − sucuri de fructe şi siropuri de fructe – 200mg/Kg; − fructe congelate – 1000mg/Kg; − produse de panificaŃie – 500mg/Kg; − produse de panificaŃie – 500mg/Kg; − produse de cofetărie 500 - 1000mg/Kg; − creme - 200mg/Kg; − produse zaharoase – 1000mg/Kg; − gemuri, jeleuri, marmelade, sucuri de fructe ~ 1000mg/Kg; − vinuri – 200mg/Kg; − carne, peşte, fructe deshidratate, hârtie de ambalat unt, margarină. În România nivelul de acid sorbic şi sorbaŃi este următorul: margarină < 360mg/Kg; brânzeturi < 800mg/Kg; pastă de tomate < 1000mg/Kg; legume şi fructe congelate < 1000mg/Kg; produse vegetale lactofermentate (varză, castraveŃi) < 1000mg/Kg; produse zaharoase de patiserie şi panificaŃie < 800mg/Kg. Acidul benzoic, sărurile şi esterii săi (benzoatul de sodiu, de potasiu, de calciu, esteri ai acidului p-hidroxibenzoic şi derivaŃii de sodiu ai acestora (etil phidroxibenzoatul, Na-etil-p-hidroxibenzoatul, propil – p- hidroxibenzoatul, Na-metilp-hidroxibenzoatul) se utilizează pentru conservarea : − icrelor negre – 1000mg/Kg; − maionezelor – 1000mg/Kg; − semiconservelor de peşte – 1000mg/Kg; − sucurilor de fructe 300 – 500mg/Kg; − băuturilor alcoolice carbonatate şi necarbonatate cu un conŃinut minim de suc de fructe – 200mg/l; − produselor de cofetărie 300 – 600mg/Kg; − salate de fructe, sosuri, umpluturi pentru prăjituri – 500mg/Kg, − gemurilor şi jeleurilor – 100mg/Kg; − măslinelor la saramură – 100mg/Kg; − siropuri de zahăr cu sau fără ingrediente de aromă 200 –700mg/kg.
31 of 72
Dioxidul de sulf, sulfitul de sodiu anhidru, sulfitul de sodiu hidratat, bisulfitul de sodiu, metabisulfitul de sodiu, de potasiu şi bisulfitul de calciu. Se utilizează în industria alimentară la: − dulceŃuri – 25mg/Kg; − fructe confiate – 35mg/Kg; − marmelade şi gemuri – 50mg/Kg; − siropuri naturale – 60mg/Kg; − fructe şi legume deshidratate, paste de tomate, bulion – 100mg/Kg; − concentrat de fructe, must de struguri – 200mg/Kg; − fulgi de cartofi – 400mg/Kg. La vinuri, adaosul de SO2, nu trebuie să depăşească la consumatori următoarele doze: 200mg/l SO2 total şi 50mg/l SO2 liber la vinurile seci; 250mg/l SO2 total şi 50mg/l SO2 liber la vinurile demiseci şi demidulci; 350mg/l SO2 total şi 50mg/l SO2 liber la vinurile dulci. În cazul vinurilor de calitate provenite din struguri bogaŃi în zahăr şi enzime oxidazice se pot utiliza, cu avizul MS, doze de 350mg/l SO2 total şi 75mg/l SO2 liber. Acidul propionic şi sărurile sale (propionatul de sodiu, de calciu) se utilizează la: − brânzeturi topite – 100mg/Kg; − produse de panificaŃie – 2000mg/Kg făină; − produse de cofetărie – 2000mg/Kg făină; − extract de malŃ – 400mg/Kg; − brânzeturi (tratamente de suprafaŃă) cu o soluŃie de 8-10%. Hexametilen-tetramină (urotropină, hexamină, metan-amină, uroformină) se utilizează în străinătate pentru tratamentul de suprafaŃă al brânzeturilor tip “Provolone” în doze de 2mg/Kg (exprimare ca aldehidă formică). Tiobendazolul este permis în străinătate pentru tratamentul de suprafaŃă al citricilor (6mg/Kg şi doze 3mg/Kg când se utilizează în combinaŃie cu difenilul). Difenilul se utilizează ca fungistatic pentru citrice, piersici, banane în doze de 70mg/Kg (tratament de suprafaŃă). Tot cu difenil se tratează şi hârtia de ambalat citrice. Formiatul de sodiu este permis în unele Ńări pentru conservarea icrelor de peşte (1000mg/Kg) precum şi pentru dezinfectarea recipienŃilor în industria vinului.
32 of 72
9. CONSERVAREA SUB PRESIUNE DE CO2 Metoda se bazează pe principiul narcoanabiozei, dioxidul de carbon având proprietatea de a împiedica dezvoltarea microorganismelor, fără a le distruge. În prezenŃa CO2 activitatea enzimatică este mult mai redusă. Pe baza acestor însuşiri ale CO2, acesta se foloseşte la conservarea sucurilor de fructe care se saturează cu acest gaz şi se păstrează în rezervoare ermetic închise. ConcentraŃia optimă de CO2 este de 1,5KG/100l suc. Având în vedere că solubilitatea CO2 în sucurile de fructe variază cu presiunea şi temperatura la care se păstrează sucurile, pentru asigurarea concentraŃiei de 1,5% CO2, în funcŃie de temperatura de păstrare a sucului. În practică se foloseşte temperatura de păstrare de maximum 15°C, ceea ce corespunde la o presiune de CO2 de 7Kg/cm2. Solubilitatea CO2 va depinde însă şi de: concentraŃia chimică a sucului (creşterea concentraŃiei de zahăr scade brusc solubilitatea CO2); aciditatea sucului (creşterea acidităŃii măreşte solubilitatea CO2); conŃinutul de pectine şi substanŃe proteice (creşterea conŃinutului acestor substanŃe care formează o peliculă la interfaŃa fază lichidă – fază gazoasă, limitează difuzia CO2 în masa sucului. Conservarea cu ajutorul CO2poate fi realizată nu numai prin saturaŃia sucului de fructe cu CO2 ci şi prin crearea unei “perne” de CO2 la suprafaŃa produsului lichid, în care caz temperatura de depozitare est de -1°C…+2°C.
33 of 72
10. FILTRAREA STERILIZANTĂ Principiul acestei metode de conservare este sestoabioza, adică reŃinerea microorganismelor de către anumite membrane filtrante care permit trecerea lichidelor ce urmează a fi conservate, acestea din urmă trebuind să fie ambalate în condiŃii aseptice. Pentru reŃinerea microorganismelor se pot folosi două tehnici de membrană şi anume microfiltrarea şi ultrafiltrarea. Microfiltrarea reprezintă tehnica de membrană de reŃinere a particulelor cu diametrul 0,1µm respectiv particulele din suspensie, bacteriile virusurile şi macromoleculele cu MM > 800000. Presiunea aplicată este de 1 – 5 bar. Microfiltrarea în scopul îndepărtării microorganismelor (prin reŃinerea pe membrană) se aplică pentru zer, vin, bere, sucuri limpezi de fructe, ape potabile. Membranele de microfilatrare sunt de tip Nucleopor (membrană ecran) care se obŃine din policarbonaŃi sau poliesteri în pelicule care se iradiază în reactoare şi membrane Sefec şi Carbosep, care sunt membrane minerale (inerte din punct de vedere chimic) formate din oxid de zirconiu (sau oxid de aluminiu) ce se depune pe un strat de cărbune ars pentru stabilitate chimică, mecanică, termică. Ultrafiltrarea reprezintă tehnica de membrană care se utilizează de regulă pentru concentrarea de substanŃe macromoleculare sub acŃiunea unei presiuni hidrostatice tangenŃiale, prin membrane cu pori de 0,001 – 0,1µ, masa moleculară a particulelor ce pot fi reŃinute fiind de 500 – 500 000 (macromolecule de proteine şi coloizi). Presiunea de filtrare este de maximum 10 bar iar viteza fluxului până la 1m/s. rezultă că, în scop de reŃinere a microorganismelor, ultrafiltrarea nu se poate folosi atunci când retenatul (partea care este reŃinută de membrană) este utilizată în scop alimentar (obŃinerea concentratelor proteice din lapte, plasmă sanguină, a izolatelor proteice din extracte alcaline din făinuri proteice, obŃinerea de coloranŃi din extractele solventice – filtrate din fructe şi legume, etc.) şi numai în cazul vinului şi berii unde suntem interesaŃi să îndepărtăm (prin reŃinere)coloizi glucidici şi proteici şi o dată cu aceştia drojdiile şi bacteriile responsabile de fermentaŃii secundare şi apariŃia diferitelor boli la aceste produse. Ultrafiltrarea în scopul de îndepărtare a microorganismelor nedorite se aplică sucurilor brute de presă (totodată se înlătură şi substanŃele care produc tulburări la depozitare), zemii de difuzie la fabricarea zahărului, când odată cu reŃinerea substanŃelor coloidale (proteine, pectine, amidon) se reŃin şi microorganismele. Membranele utilizate în ultrafiltrare în scop şi de reŃinere a microorganismelor sunt de tipul Sefec, Caravor (ambele membrane minerale), membrane performante Nucleopor. Şi, în cazul produselor purificate microbiologic prin ultrafiltrare este necesară ambalarea în condiŃii aseptice.
34 of 72
11. CONSERVAREA PRIN CONCENTRARE Conservarea produselor alimentare lichide, soluŃii sau suspensii se realizează în două scopuri: asigurarea conservabilităŃii produselor prin eliminarea unei cantităŃi de apă (micşorarea activităŃii apei). Pentru o bună conservabilitate, concentratul trebuie să aibă 65% substanŃă uscată. Prin reducerea conŃinutului de umiditate se economisesc şi spaŃii de depozitare, inclusiv manoperă; economisirea de energie în cazul în care concentratul se supune uscării, concomitent cu o creştere a eficienŃei instalaŃiilor de uscare, în special în ceea ce priveşte capacitatea de producŃie. Concentrarea trebuie realizată astfel încât să se menŃină valoarea nutritivă a produsului, să nu modifice proprietăŃile senzoriale (gust, miros, culoare), inclusiv să nu se ajungă la denaturarea proteinelor şi la depunerea lor sub formă de precipitate. Realizarea acestor deziderente este posibilă prin optimizarea relaŃiei timp – temperatură, alegerea tipului de concentrator depinzând în mare măsură de natura produsului supus concentrării. Concentrarea se realizează prin vaporizare, concentrarea sub vid parŃial fiind net superioară concentrării prin fierbere la presiune atmosferică, deoarece: concentrarea are loc la temperaturi mai scăzute; durata de concentrare se reduce la jumătate dacă presiunea reziduală este de ~ 200mmHg faŃă de concentrarea prin fierbere la presiune atmosferică; se păstrează mai bine proprietăŃile senzoriale şi valoarea nutritivă; se pot recupera substanŃele de aromă volatile.
35 of 72
12. CONSERVAREA PRIN USCARE 12.1. CONSIDERAłII GENERALE Dezvoltarea microorganismelor într-un produs alimentar este în funcŃie numai de cantitatea de apă disponibilă, respectiv în funcŃie de activitatea apei care se defineşte ca raportul dintre: În care: aw =
p p0
p – presiunea vaporilor de apă a produsului; p0 - presiunea vaporilor de apă din atmosferă; între umezeala relativă de echilibru (ϕe) şi activitatea apei există următoarea relaŃie: Valorile activităŃii apei, aw, pentru dezvoltarea diferitelor categorii de aw =
ϕe 100
iar
ϕe =
p ⋅ 100 p0
microorganisme sunt următoarele: bacterii –0,90 – 0,95 drojdii –0,88 – 0,91 mucegaiuri – 0,70 – 0,74 Din cele arătate reiese că, un produs alimentar nu este alterat dacă activitatea apei este sub limita indicată pentru mucegaiuri, în care caz produsul nu mai poate fi alterat nici de drojdii nici de bacterii. În funcŃie de natura aportului de căldură, uscarea poate fi: - prin convecŃie (transmiterea căldurii prin convecŃie de la agentul de uscare la produs); - prin conducŃie (transmiterea căldurii prin produs); - prin radiaŃie (transmiterea căldurii prin radiaŃie de la surse exterioare); - prin încălzire în dielectric (uscarea cu curenŃi de înaltă frecvenŃă, microunde, etc.) După modul în care se execută îndepărtarea vaporilor se deosebeşte: uscarea în aer; uscarea în vid. În procesul de uscare cu aer cald, îndepărtarea umidităŃii din produs este determinată, în principal, de fenomenele de difuzie, de natură capilară şi anume: - difuzie externă – evaporarea apei de pe suprafaŃa produsului supus uscării; - difuzie internă – deplasarea din interiorul produsului spre suprafaŃă, adică din locurile cu un conŃinut mai mare de apă spre cele cu un conŃinut mai mic; - termodifuzia, fenomen invers difuziei interne, provocat de diferenŃa de temperatura între periferia produsului şi centrul produsului. Stadiile uscării sunt:
36 of 72
stadiul de încălzire a produsului, în care căldura este consumată aproape integral pentru încălzirea produsului până la stabilirea unui echilibru între cantitatea de căldură transmisă produsului şi cea consumată pentru evaporare. În acest stadiu temperatura produsului creşte de la temperatura iniŃială până la valoarea termometrului umed al aerului de uscare. Durata acestui stadiu este redusă; stadiul de uscare la viteză constantă, când viteza de evaporare este dependentă de temperatura, viteza şi umiditatea agentului de uscare precum şui de configuraŃia geometrică a produsului, inclusiv structura acestuia. În acest stadiu are loc o modificare a ariei interfaciale datorită contractării produsului, care conduce la micşorarea suprafeŃei de transfer, în timp ce umiditatea produsului scade. Temperatura produsului în acest stadiu rămâne constantă în cazul materialelor izentalpice; stadiul de uscare cu viteză descrescătoare, care începe în punctul unde se atinge umiditatea critică a produsului, în acest punct curba vitezei de uscare prezentând o inflexiune bruscă. În acest stadiu, aria de evaporare a “frontului de uscare” va înainta în interiorul produsului. RezistenŃa produsului la transferul de căldură şi masă guvernează procesul, viteza de uscare depinzând numai de migrarea umidităŃii (difuzia internă) din interior la suprafaŃa produsului. RezistenŃa produsului la transferul de căldură şi masă va fi cu atât mai mare cu cât frontul de uscare este mai departe de suprafaŃă. Viteza de uscare devine nulă în momentul în care se atinge umiditatea de echilibru. În acest stadiu are loc o creştere a temperaturii produsului. Produsele de tip higroscopic prezintă două stadii de uscare cu viteză descrescătoare.
12.2. TEHNICI ALIMENTARĂ
DE
USCARE
UTILIZATE
ÎN
INDUSTRIA
Tehnicile industriale de uscare a produselor alimentare se clasifică în: A. Tehnici folosind transmiterea căldurii prin convecŃie la presiune atmosferică a) Uscarea clasică. Aceasta se execută în camere, uscătoare cu zone, uscătoare cu benzi, uscătoare – tunele; b) Uscarea în start vibrator (vibrating bed dryer – VBD) care este o variantă a uscării prin fluidizare. Se aplică pentru produsele în bucăŃi sau granule, aşezate în tăvi perforate cu mişcare oscilantă către capătul de descărcare. Materialul este uscat cu aer cald ce se trimite sub tăvi şi pătrunde prin orificiile acestora în masa de material pe care o fluidizează uşor. Vibrarea trebuie să se situeze în domeniul 5-25 Hz şi ½ din amplitudinea de câŃiva milimetri. c) Uscarea în strat fluidizat. Stratul fluidizat este o stare intermediară între două stări şi anume: starea unui strat fix poros şi starea stratului de material antenat de un fluid gazos. Viteza aerului la care începe fluidizarea este cunoscută ca viteză de fluidizare minimă şi este exprimată cu relaŃia: Dacă viteza aerului creşte peste valoarea minimă, bulele de aer trec prin “pat”, se unesc în bule mai mari şi cauzează amestecarea particulelor solide. La această viteză,
37 of 72
particulele părăsesc starea staŃionară şi sunt antrenate în curentul de aer şi menŃinute în suspensie. La uscarea prin fluidizare durata uscării este de ~ 30% din durata uscării într-un uscător cu recirculare aer. Durata de staŃionare în instalaŃia de fluidizare poate fi modificată prin variaŃia înălŃimii stratului de produs din pat şi a debitului de alimentare a patului. Uscătoarele prin fluidizare pot fi folosite la uscarea mazării, morcovilor feliaŃi, ceapa feliată, cartofi granule, cuburi de carne, cereale, făină, sare, zahăr. d) Uscarea în strat de spumă. La această tehnică de uscare, materialul lichid adus în stare de piure, prin concentrare prealabilă sub vid, este amestecat cu o substanŃe emulgatoare (mono şi digliceride, hidrolizat proteic din soia, albuş de ou, esteri ai zaharozei, etc.) şi transformat într-o spumă prin insuflare de gaz inert sub presiune (azot). Această spumă s aplică pe o suprafaŃă netedă (banda) şi este uscată cu aer cald. Spuma uscată sub formă de foaie spongioasă este măcinată pentru a fi transformată în pulbere fină. Variantele uscării în strat de spumă sunt: d1) Uscarea în “film subŃire de spumă” (Microflake process). În acest caz spuma aplicată pe bandă are grosimea de 2 – 10 mm, banda având viteza de ~ 1 m/s. produsului de pe bandă trece printr-o serie de secŃiuni de uscare, apoi într-o zonă de răcire şi în final este preluat de o altă bandă şi introdus într-o cameră de aer condiŃionat. Încălzirea se face cu aer la suprafaŃa produsului (spumă) şi în acelaşi timp este încălzită şi banda la partea inferioară. InstalaŃiile sub formă de tunel au lungimea de 40 – 60 m, din care: 1,5 m secŃiunea de turnare spumă; 36 – 54 m secŃiunea de uscare şi 3,5 – 4,5 m secŃiunea de răcire a produsului (răcirea se face prin stropirea cu apă a benzii la partea inferioară). Produsul finit se obŃine sub forma unor fulgi mici pufoşi. d2) Uscarea în strat “străpuns de spumă” (Foam-mat-drying). În acest caz, produsul sub formă de spumă deasă, stabilă, cu concentraŃia iniŃială de 35-65% s.u. se aşează pe o bandă sau în tăvi perforate fiind insuflat cu amestec aer – gaz inert (azot) de jos în sus (ca în cazul fluidizării). Sub presiunea gazului, masa de spumă se fluidizează, se măreşte suprafaŃa de contact cu agentul de uscare, îmbunătăŃindu-se astfel transferul de căldură şi viteza de evaporare, micşorându-se astfel durata uscării (~5 –10min). uscarea se face în echicurent, în prima zonă de uscare (taer=95°C şi ϕ=1,5%) iar în a doua zonă în contracurent (taer=55°C şi ϕ=5%). Uscarea în strat de spumă este aplicată pentru sucurile şi piureurile de fructe şi legume (lămâi, portocale, grapefruit, banane, ananas, căpşuni, caise, mere, pere, prune, struguri, mazăre, fasole, tomate, cartofi), precum şi a infuziilor de cafea, ceai, extractelor de carne (porc, vită, pui), ouă, brânzeturi, etc.). e) Uscarea prin dispersie (dispersion trocknung). Această tehnică de uscare se poate aplica soluŃiilor, suspensiilor, emulsiilor, piureurilor, pastelor, cu excepŃia produselor solide cu textură celulară în bucăŃi sau particule cu dimensiuni mai mari. Uscarea se face la temperatură ambiantă într-o incintă de deshidratare cu ajutorul unui curent de gaz uscat (N2) în circuit închis. Produsului ce urmează a fi uscat se
38 of 72
aşează pe o membrană orizontală cu pori de 10 – 100 µ, membrană care la rândul ei este aşezată pe un suport de plasă metalică sau textilă. Curentul de gaz cald (v = 0,2 –3 m/s) traversează membrana de jos în sus formându-se bule microscopice care traversează materialul preluând umiditatea acestuia. Gazul umidificat este trecut apoi printr-o incintă de absorbŃie umiditate (gel de siliciu) fiind apoi reintrodus pentru uscare. Produsului uscat are o structură poroasă, spongioasă care poate fi transformată în granule sau pulbere prin măcinare. Această tehnică de uscare prezintă avantajul că păstrează în întregime principiile nutritive şi proprietăŃile senzoriale ale produsului iniŃial. Se pretează la acest gen de uscare produsele lactate acide, sucurile de fructe şi legume, piureurile de fructe şi legume bulioanele de carne, peşte, extractele de drojdii, ceai, cafea, etc. f) Uscarea prin pulverizare. Este tehnica cea mai utilizată pentru uscarea produselor alimentare sub formă lichidă sau semilichidă (soluŃii, suspensii, paste). Aceste produse sunt pulverizate şi amestecate cu aer cald, picăturile lichide cu diametrul de 10 – 200 µm, deci o suprafaŃă mare expusă uscării. Diametrul picăturilor lichide fiind mic, distanŃa dintre centrul picăturilor şi suprafaŃa exterioară este mică, uscarea fiind foarte rapidă (1 – 20 s). având în vedere efectul de răcire prin evaporare, suprafaŃa particulelor lichide nu depăşeşte mult temperatura termometrului umed al aerului de uscare, până ce picăturile nu sunt complet uscate. Uscarea prin pulverizare prezintă deci următoarele avantaje: - uscarea se face în aer, de regulă într-o singură fază de prelucrare; - uscarea are loc la temperaturi joase chiar dacă aerul folosit are temperaturi mari (>100ºC); - pulverizarea realizează o suprafaŃă mare de evaporare, care duce deci la un contact mai intim între agentul de uscare şi produs şi în consecinŃă, uscarea picăturilor are loc într-un timp foarte scurt; - în faza finală a uscării, temperatura particulelor solide este aproximativ aceeaşi cu a masei de aer umed, aşa că se evită supraîncălzirea şi deci nu se modifică prea mult caracteristicile iniŃiale ale produsului; - produsul rezultat este sub formă de pulbere aproape omogenă, deci nu mai necesită altă operaŃie de mărunŃire; - instalaŃiile pot fi complet automatizate. f1) Instantizarea pulberilor obŃinute prin pulverizare. Pulberile care conŃin particule fine se reconstituie greu (au capacitate de umectare redusă), formează aglomerări care flotează la suprafaŃa lichidului reconstituit, ceea ce necesită o agitare viguroasă şi o durată oarecare de dispersare. Pentru a obŃine pulberi cu reconstituire rapidă chiar în apă la rece, se face instantizarea pulberilor obŃinute în mod obişnuit întrun uscător prin pulverizare. SoluŃiile tehnice sunt următoarele: - reciclarea particulelor fine separate în cicloane direct în turnul de uscare, care este alimentat cu lichid concentrat; - instantizarea prin reumezirea pulberii totale cu abur cald umed şi uscarea finală într-un fluidizator;
39 of 72
- umezirea pulberii totale cu un lichid şi dispersarea într-un aparat de dispersare (Vortex), urmată de reuscarea pulberii într-un fluidizator. f2) Produse alimentare ce se usucă prin pulverizare. - Laptele degresat este uşor de uscat prin pulverizare pentru că nu aderă la pereŃii turnului şi nu este higroscopic. Laptele degresat obŃinut într-un uscător care lucrează într-o singură treaptă este prăfos, dar poate fi îmbunătăŃit prin reciclarea particulelor fine, promovarea aglomerării într-un uscător secundar sau într-un fluidizator integrat sau separat; prin reumezire şi uscare ulterioară în pat fluidizat. - Laptele integral este mai greu de uscat având tendinŃa de a se lipi de pereŃii uscătorului. Caracteristicile laptelui integral pot fi îmbunătăŃite prin aglomerare. În plus, particulele de lapte praf pot fi pelicule cu lecitină pentru creşterea capacităŃii de umectare (umezire) la reconstituire în apă; - Zerul poate fi transformat în pulbere cu condiŃia ca înainte de pulverizare lactoza să fie transformată în α-monohidrat amorf, pentru ca produsul finit să nu fie foarte higroscopic. - Mixul pentru îngheŃată având un conŃinut de 30% zahăr este greu de uscat. SoluŃia tehnologică este ca o parte din zahăr să se adauge în mixul pulbere prin amestecare mecanică. Uscarea în două trepte conduce la un produs care nu aglomerează în bloc. - Brânza poate fi uscată prin pulverizare, în care caz, în prealabil se mărunŃeşte şi se amestecă cu apă şi se omogenizează. - Untul cu 60-80% grăsime se poate usca prin pulverizare avându-se grijă să nu fie stricată emulsia, iar după uscare produsul trebuie răcit rapid. - Cazeinatul de sodiu se poate usca prin pulverizare dacă soluŃia de cazeinat are o concentraŃie maximă de 25%. Dispozitivul de pulverizare este de tip atomizor centrifugal. Uscarea trebuie realizată în două stadii. - Melanjul de ouă, albuşul sau gălbenuşul pot fi uscate prin pulverizare cu condiŃia ca albuşul să fie trata cu drojdii, bacterii, enzime pentru îndepărtarea glucozei în vederea împiedicării îmbrunării Maillard. Melanjul şi gălbenuşul se concentrează în prealabil la 25-27% şi respectiv 45-48%. Albuşul se pulverizează la o concentraŃie de 10-12%, această concentraŃie putând fi mărită prin osmoză inversă. Dispozitivul de pulverizare este atomizorul centrifugal. - Cafea instant: extractul de cafea se pregăteşte din boabele de cafea prăjite prin extracŃie cu apă caldă. Extractul cu 20-25%s.u. poate fi concentrat până la 60% s.u. se utilizează uscător cu fund conic răcit cu apă. Cafeaua pulbere poate fi instantizată prin reumezire şi reuscare în pat fluidizat. SubstituenŃii de cafea formaŃi din cicoare, orz, ovăz, grâu, cafea, năut pot fi uscate în mod asemănător. - Ceaiul poate fi uscat prin pulverizare, în care caz, frunzele uscate de ceai se extrag cu apă caldă, extractul având 3-5%s.u. acest extract se concentrează într-un concentrator cu vid, aroma recuperată fiind adăugată la concentrat înainte de uscare. Aerul, la ieşire din uscător, trebuie să aibă o temperatura mai mică decât la uscarea ceaiului. - Vegetalele întregi şi sucurile de vegetale pot fi uscate prin pulverizare după pregătirea preliminară corespunzătoare. De exemplu, în cazul tomatelor, se mărunŃesc la
40 of 72
cald, pulpa omogenizată fiind concentrată la 26-48% sub vid. În produsul lichid se adaugă aditivi care să împiedice lipirea produsului pulbere de pereŃii vasului de uscare. Uscătorul are partea cilindrică scurtă şi partea terminală tronconică. Uscătorul, în totalitate, este răcit în manta. Dispozitivul de pulverizare este de tip atomizor centrifugal. Pulberea este răcită în continuare într-un vibrofluidizator. - Fructele (citrice, banane, mere, pere, căpşuni, caise, piersici) sunt pregătite sub forma de omogenate foarte fine cu adaus de aditivi care favorizează curgerea şi împiedică lipirea de pereŃii uscătorului, iar în produsul finit împiedică aglomerarea (se utilizează siropul de glucoză cu DE 15-20 în proporŃie de 70% în raport cu masa uscată a fructelor; se poate utiliza ca aditiv şi laptele praf degresat). Pentru atomizare se folosesc dispozitive centrifugale. - Alte produse. Carnea şi peştele sub formă de piureuri, extracte de carne, extractele de drojdie, proteinele vegetale şi animale, laptele cu arome, înălbitorii de cafea şi ceai, materialele de colorare şi aromatizare se pot de asemenea usca prin pulverizare. CondiŃiile de uscare prin pulverizare ale unor produse alimentare sunt arătate în tabelul22. f3) Variante ale uscării prin pulverizare. f3.1) Uscarea prin pulverizare de spumă (Foam – Spray Drying) este o variantă a uscării clasice de uscare prin pulverizare, modificarea în montarea pe conducta de alimentare cu produs lichid a uscătorului (între pompă şi atomizor) a unui dispozitiv de injectare cu azot sau CO2. Gazul comprimat injectat conduce la dilatarea picăturilor lichide pulverizate între uscător, consecinŃa fiind scăderea densităŃii şi creşterea suprafeŃei de contact cu aerul. Particulele, sub formă de spumă, sunt uscate şi transformate într-o pudră care nu are tendinŃa de lipire la pereŃii turnului. Pulberea se reconstituie uşor, nefiind necesară instantizarea. f3.2) Uscarea prin pulverizare în aer la temperatura ambiantă (procesul Birs). În cazul tehnicii de uscare Birs, aerul pentru uscare la intrare are temperatura ~ 35°C şi un conŃinut de umiditate de 2-3% iar la ieşire conŃinutul de umiditate este de 85-90%. Uscarea are loc în contracurent, produsul fiind pulverizat la partea superioară a turnului (H=60-75m şi φ~15m) iar aerul pe la partea inferioară după ce în prealabil a fost uscat într-o instalaŃie anexă. Produsele ce pot fi uscate pot fi de natură vegetală (cafea, ceai, tomate, cartofi) sau animală (lapte, frişcă, iaurt, unt) sub formă lichidă sau semilichidă (soluŃii, suspensii, piureuri). Produsele finite au o mare capacitate de reconstituire şi calitate nutritivă excepŃională. InstalaŃia de uscare este prevăzută cu perii rotative pentru curăŃirea suprafeŃei interioare a turnului, precum şi cu ajutaje pentru spălarea cu apă sub presiune (50-60at.). B. Tehnici folosind uscarea prin conducŃie la presiune atmosferică Prin aceste tehnici se pot usca produsele în stare lichidă concentrată precum şi cele cu structură granulară. Uscarea se face prin contactul produsului cu o suprafaŃă fierbinte ceea ce produce evaporarea apei. La terminarea uscării produsul este îndepărtat prin radere cu un cuŃit. Uscătoarele care folosesc principiul contactului (transfer de căldură
41 of 72
prin conducŃie) sunt de tip tamburi rotativi, încălziŃi la interior cu abur până la ~150°C. Grosimea filmului de produs pe tamburi este de ~ 0,76 – 1 mm, uscarea realizându-se pe durata a ¾ -7/8 dintr-o rotaŃie a tamburilor care se rotesc cu 6-24 rot /min, turaŃie ce se modifică în funcŃie de concentraŃia produsului ce se usucă şi de umiditatea finală cerută pentru produsul finit. DistanŃa dintre cele două valŃuri ( la uscătorul cu doi tamburi este de 0,5 – 1 mm. Vaporii degajaŃi din produs sunt aspiraŃi de o hotă prevăzută cu ventilator. Avantajele uscării pe tamburi se referă la : costul scăzut al investiŃiei; exploatare şi întreŃinere simplă; consum mai redus de utilităŃi (1,2 –1,5 kg abur/kg apă evaporată); instalaŃia are gabarit redus deci ocupă o suprafaŃă mică şi nu necesită o clădire specială; temperatura ridicată atinsă de produs asigură distrugerea microorganismelor; viteză mare de uscare datorită faptului că pentru evaporarea apei căldura sensibilă şi căldura latentă de vaporizare sunt transmise produsului prin conductibilitate. Dezavantajele se referă la: produsul are solubilitate mică în cazul în care acesta are în constituŃia sa proteine (denaturarea intensă a proteinelor); culoarea se modifică datorită caramelizărilor şi îmbrunării tip Maillard; valoarea nutriŃională a produselor finite este mai redusă, deoarece produsului se obŃine sub formă de paiete este necesară o măcinare ulterioară. Uscarea pe valŃuri se aplică la obŃinerea laptelui praf (procedeu Hatmaker), a pulberii deshidratate de cartofi (fierŃi în prealabil) pentru piure instant (Flake Process). ÎmbunătăŃirile aduse tehnicii de uscare pe tamburi se referă la funcŃionarea tamburilor în incintă pusă sub vid, uscare parŃială pe un cilindru a produsului sub formă de pastă şi tracŃionarea plăcii de material de un al doilea tambur pentru a reduce grosimea peliculei la 0,76 mm şi în final uscarea finală a plăcii subŃiate în curent de aer cu temperatura de ~ 16°C şi ϕ= 37 – 42 %. Acest procedeu a fost aplicat la obŃinerea pulberii de tomate din pasta în care s-a încorporat sirop de porumb şi amidon pentru îmbunătăŃirea aderenŃei la suprafaŃa de uscare; insuflare de aer sau gaz inert pentru antrenarea vaporilor de apă degajaŃi din produs, lucru ce se realizează prin montarea unei carcase în partea inferioară a tamburilor de uscare, aerul sau gazul inert circulând în direcŃie opusă sensului de deplasare a tamburilor, între tambur şi carcasă şi aspirat de un ventilator. C. Uscarea sub depresiune Avantajele uscării sub depresiune constau în calitatea senzorială şi nutriŃională superioară a produselor datorită temperaturii mai scăzute de uscare şi lipsei oxigenului. Uscarea sub depresiune poate fi făcută: − în strat de spumă, în care caz produsul lichid concentrat în stare naturală sau amestecat cu gaz (azot) suferă o expansiune sub acŃiunea scăderii presiunii din incintă, obŃinându-se o masă spongioasă, care prin măcinare se transformă în pulbere.
42 of 72
Vacuumul realizat în incintă este de 2 – 6 mm Hg, iar temperatura de uscare de 60 – 70°C (încălzirea produselor aşezate în tăvi se poate realiza prin conducŃie sau prin radiaŃie). Incinta în care se realizează uscarea este prevăzută cu sistem de realizare a depresiunii şi de îndepărtare a vaporilor de apă degajaŃi din produs. − În strat subŃire (peliculă) în care caz produsul lichid (sucuri) se concentrează până la 60-80° Brix şi se introduce sub formă de peliculă în evaporatoare sub depresiune unde este uscat până la consistenŃă păstoasă. Prin răcire, pasta devine casantă şi poate fi măcinată. D. Procedee particulare de uscare În această categorie de procedee amintim: Uscarea cu radiaŃii infraroşii; Uscarea cu curenŃi de înaltă frecvenŃă; Uscarea cu microunde; Uscarea favorizată de ultrasunete; Uscarea azeotropă; Uscarea parŃial osmotică. Primele trei procedee vor fi tratate ulterior. În ceea ce priveşte uscarea favorizată de ultrasunete, aceasta se aplică la uscarea prin pulverizare, în care caz ultrasunetele favorizează: - pulverizarea lichidului şi menŃinerea în suspensia gazoasă a particulelor lichide; - agitarea intensă a aerului de uscare prin realizarea succesivă de zone de presiuni şi depresiuni; - un efect de aglomerare a particulelor semiuscate cu dimensiuni mici, astfel că se formează particule uscate cu dimensiuni mari. Uscarea azeotropă se bazează pe faptul că apa formează cu numeroşi solvenŃi organici amestecuri azeotrope cu punct de fierbere scăzut. Un procedeu de lucru constă, de exemplu, în introducerea produsului alimentar într-un rezervor cu acetat de etil, care este apoi transferat într-un reactor cu recirculare pus sub vid. Depresiunea asigură îndepărtarea amestecului azeotrop care fierbe la 24°C la o presiune de 100 mm col. Hg sau la -19°C la o presiune de 25 mm col. Hg. Solventul rezidual din produs se elimină, în continuare, într-un uscător clasic sub vid, la 38°C, până ce conŃinutul de acetat de etil scade sub limitele admisibile prevăzute de legislaŃia sanitară. Uscarea parŃial osmotică constă î tratarea produsului alimentar cu soluŃie concentrată de zahăr până a reducerea greutăŃii iniŃiale cu 50%. Pentru uscarea parŃial osmotică, fructele întregi sau divizate se introduc într-o soluŃie concentrată de zahăr (65 – 75%) timp de 8 – 24 ore. În continuare, fructele se scurg de sirop şi se deshidratează în continuare cu aer. Cald. Avantajele acestei uscări parŃiale osmotice sunt următoarele: se realizează o conservare a culorii şi aromei naturale, fără adaus de SO2 sau bisulfit ca în cazul uscării convenŃionale; se împiedică îmbrumarea enzimatică; se intensifică gradul de dulce prin îndepărtarea parŃială a acidităŃii.
43 of 72
Dezavantajele metodei constau în: pierderea parŃială a acidităŃii care trebuie suplinită, în unele cazuri prin adaus de acid citric, tartric; apariŃia de cristale de zahăr la suprafaŃa fructelor dacă acestea au fost aduse la un conŃinut redus de apă; costul este ridicat. Metoda este aplicată pentru căpşuni (întregi, tăiate), banane tăiate, caise tăiate, piersici, pere tăiate, cireşe fără sâmburi. Metoda poate fi aplicată la confierea fructelor şi la obŃinerea fructelor deshidratate congelate. E. Procedee de conservare combinate cu uscarea (deshidratarea) În această categorie intră următoarele procedee: a) Uscarea (deshidratarea) combinată cu blanşarea, care se aplică la fructe (caise, piersici, mere, pere, etc.) şi care constă în: - uscarea preliminară în curent de aer cald la 82°C până la reducerea greutăŃii iniŃiale cu ~50%. Fructele în prealabil se pregătesc pentru uscare preliminară (sortare, spălare, depielare, divizare, îndepărtarea sâmburilor sau casei seminale, sulfitare sau tratare cu soluŃie 0,5% NaCl şi 1% acid citric); - blanşarea fructelor parŃial deshidratate la temperaturi sub 100°C sau aburire, timp de câteva minute; - uscarea finală la temperaturi variind între 60- 70°C în funcŃie de grosimea pulpei, până la umiditatea finală de ~20%. b) Uscarea combinată cu blanşarea – expandare, care se aplică pentru cartofi, morcovi şi alte rădăcinoase, tăiate în felii sau cuburi. Procedeul implică: - o uscare preliminară până ce produsele încep să se retracteze; - aburire în autoclav până când produsul capătă proprietăŃile unui aliment gătit, aburire care este urmată de scăderea bruscă a presiunii din autoclav care asigură expansiunea structurii celulare prin dilatare; - uscare finală în curent de aer cald. c) Uscarea combinată cu încălzire – expandare. Acest procedeu include următoarele operaŃii: - divizarea fructelor şi legumelor în felii sau rondele cu grosimea de 5-8mm, în cuburi cu latura de 8-10 mm, în prisme cu dimensiunile de 9x13x13 mm; - opărirea la 80-90°C sau aburire (100°C, 2-3 min.) cu scopul principal de inactivare a enzimelor şi de a modifica structura pentru facilitatea ulterioară a eliminării apei; - sulfitarea prin imersie în soluŃie 0,5% bisulfit de sodiu prin limitarea fenomenelor de oxidare; - uscarea preliminară cu aer cald cu temperatura la intrare în uscător de 52-70°C şi la ieşire de 38-43°C(umiditatea scade până la 20-50%); - uniformizarea umidităŃii prin ambalare în saci de polietilenă care se menŃin la 35°C, timp de 10 ore;
44 of 72
- expandare în dispozitivul de expandare. Cilindrul pentru expandare se încarcă în proporŃie de 30% în volum şi se încălzeşte la exterior, în stare de rotaŃie la 150-180°C (temperatura peretelui cilindrului) timp de 4-20 minute, când produsul din interior ajunge la 70-120°C şi apa conŃinută trece parŃial sub formă de vapori, presiunea din cilindru ajunge între 2,5-3,5 atmosfere. După atingerea temperaturii şi presiunii necesare în interiorul cilindrului, se deschide brusc capacul cilindrului, în care caz are loc expandarea materialului prin trecere de la suprapresiune de vapori din produs la presiune atmosferică, fenomen însoŃit de autoevaporare; - uscarea finală se realizează în curent de aer cald la temperatura de ~55°C până la 46% umiditate în produs. Produsele obŃinute au structură poroasă şi o capacitate de rehidratare foarte bună întro perioadă scurtă de timp (~5min.). d) Uscarea combinată cu expandare prin extrudere termoplastică. Extruderea termoplastică constă în a supune un amestec de materii prime amilaceae şi/sau proteice, hidratate sau nu, la efecte conjugate de temperatura, presiune şi lucru mecanic intens (transport, amestecare, frământare) şi apoi forŃat să iasă printr-o filieră, creându-se astfel condiŃii ca la scăderea bruscă a presiunii la ieşirea din filieră, să expandeze datorită transformării rapide în vapori a apei pe care o conŃine. Produsul extrudat este apoi uscat suplimentar în curent de aer până la umiditate < 7%. e) Dehidrocongelarea (dehydrofreezing). Procedeul constă în deshidratarea parŃială a produsului alimentar (legume, fructe, carne) până la 50% umiditate, urmată de congelarea rapidă. Procesul previne degradările care au loc la uscarea obişnuită în faza finală şi asigură menŃinerea mirosului, gustului, şi culorii iniŃiale, reducându-se în mod însemnat greutatea şi volumul produselor respective. În cazul aplicării dehidrocongelării fructelor şi legumelor este obligatorie inactivarea termică a enzimelor, sau adaosuri de substanŃe reducătoare ca SO2 şi acidul ascorbic. În cazul fructelor şi legumelor dehidrocongelarea implică pregătirea fructelor şi legumelor, imersie în soluŃie SO2, deshidratare până la 50% din greutate şi congelarea lor. Deşi cheltuielile de investiŃie pentru instalaŃiile de dehidrocongelare sunt mai mari în comparaŃie cu procedeele uzuale de deshidratare, totuşi reducerea greutăŃii produselor proaspete cu 50% din greutatea iniŃială, precum şi reducerea volumului lor aparent, contribuie la micşorarea preŃului de cost ( ambalaj, manipulări, transport şi depozitare), astfel că sunt cu 10-20% mai ieftine decât produsele congelate având aproximativ acelaşi preŃ cu cele conservate termic. f) Criodeshidratare (liofilizare). Prin liofilizare se înŃelege procedeul de uscare rapidă a produselor alimentare în prealabil congelate prin sublimarea gheŃii sub vid înaintat, urmată de uscare secundară pentru îndepărtarea apei necongelate. Liofilizarea prezintă următoarele avantaje: - păstrarea proprietăŃilor senzoriale: produsele liofilizate îşi păstrează bine ansamblul proprietăŃilor senzoriale ( textură, gust, miros). Produsul liofilizat îşi
45 of 72
păstrează forma iniŃială, nu face spumă, nu se contractă, nu se produc concentrări locale ale anumitor fracŃiuni solubile; - păstrarea valorii nutritive: vitaminele, acizii graşi polinesaturaŃi, proteinele (inclusiv protein-enzimele), substanŃele de aromă sunt conservate în starea lor originală; - stabilitatea: produsele liofilizate, condiŃionate în ambalaje etanşe faŃă de oxigen şi vaporii de apă pot fi păstrate pentru o perioadă îndelungată, fără precauŃii speciale. Produsele liofilizate şi ambalate corespunzător pot suporta temperaturi caracteristice climatului tropical, vibraŃii termice importante, caracteristice climatului temperat. Transportul şi depozitarea produselor liofilizate nu ridică probleme; - diminuarea greutăŃii şi volumului: deoarece apa este eliminată aproape total, greutatea produselor liofilizate este de ¼ - 1/10 din greutatea iniŃială. În cazul produselor pulbere reducerea în greutate est însoŃită de o reducere echivalentă a volumului, ceea ce înseamnă că transportul şi depozitarea sunt mai uşoare şi mai puŃin costisitoare; - reconstituirea uşoară: datorită porozităŃii fine, produsele liofilizate se rehidratează uşor pregătirea pentru consum a unui produs liofilizat fiind foarte simplă. Dacă înainte de congelare produsul a fost fiert, fript sau prăjit, se poate consuma imediat după rehidratare în apă caldă. Dezavantajele liofilizării sunt: - instalaŃii scumpe care lucrează cu randament scăzut; - tehnica de lucru est relativ complicată; - personalul de deservire trebuie să aibă o calificare înaltă. Stadiile procesului de liofilizare sunt: - alegerea materiei prime şi tratamente preliminarii (mărunŃire, blanşare, etc.); - congelarea produselor alimentare: congelare lentă în cazul produselor cu structură celulară (carne, peşte, fructe, legume) şi congelare rapidă în cazul produselor lichide; - tratamentul produselor congelate (tăiere în bucăŃi mici, sfărâmare, modificarea structurii pe baza fenomenului de histerezis, adică aplicarea unui ciclul determinat de variaŃii termice); - uscarea (desicarea primară) care se realizează pri sublimarea gheŃii la temperatura plăcilor de încălzire de 120 - 140°C şi presiunea din sublimator de 0,5-1,5 mm Hg. (temperatura produsului este de –5 …-20°C); - uscarea secundară (desicarea secundară) când se îndepărtează apa aflată în stare lichidă, temperatura plăcilor de încălzire fiind de 40- 45°C şi presiunea din sublimator de 0,5 – 1,0 mm Hg. (temperatura produsului nedepăşind temperatura plăcilor); - condiŃionarea finală în ambalaje impermeabile la vapori de apă şi oxigen (sub vid sau sub atmosferă de gaz inert); - depozitare la < 20°C.
12.3. DEPOZITAREA PRODUSELOR USCATE Dacă produsele alimentare uscate nu sunt ambalate corespunzător ele îşi modifică calitatea datorită: absorbŃiei de umiditate; căpătării de oxigen; contaminării
46 of 72
microbiologice; absorbŃiei de mirosuri străine; deteriorărilor mecanice; expunerii la lumină. Stabilitatea produselor uscate este în funcŃie de conŃinutul lor în umiditate şi mai precis în funcŃie de activitatea apei. Există o corelaŃie între conŃinutul de umiditate şi activitatea apei pe de o parte şi între activitatea apei şi dezvoltarea microorganismelor, oxidarea lipidelor, reacŃiile enzimatice şi neenzimatice pe de altă parte. ConŃinutul în umiditate şi respectiv activitatea apei din produsul finit determină şi tipul de ambalaj ce trebuie ales pentru pulberile respective precum şi durata de depozitare la o anumită temperatură. Oxidarea lipidelor este limitată la aw = 0,2 – 0,4, este accelerată la activităŃi ale apei < 0,2 şi la activităŃi ale apei 0,4 – 0,75, după care este din nou redusă la activităŃi ale apei 0,75 – 0,85. Îmbrumarea neenzimatică devine evidentă la activităŃi ale apei >0,4 iar reacŃiile hidrolitice la aw>0,5 (vezi fig.26). Produsele uscate, cu umiditate 2 – 8% au aw=0.1 – 0,3 deci se pot păstra o perioadă îndelungată dacă se ambalează în folii impermeabile la oxigen şi vapori de apă. Dacă ambalajul nu îndeplineşte aceste condiŃii şi dacă oxigenul existent în produs va depăşi nivelul de 0,01 mg/g produs (este deci necesară ambalarea sub vid sau în atmosferă modificată ), produsul se va autooxida, reacŃiile de autooxidare fiind favorizate de prezenŃa metalelor (în special cupru), temperatură şi lumină. Prevenirea şi diminuarea oxidării lipidelor nesaturate poate fi realizată prin: ambalare sub vid sau în atmosferă de gaz inert (N2); păstrarea la temperaturi scăzute; folosirea de antioxidanŃi. AntioxidanŃii pot fi: inhibitori ai iniŃierii lanŃului de reacŃii, deci substanŃe captatoare de OH, substanŃe care complexează fierul Fe2+ sau care împiedică transformarea Fe2+ în Fe3+; inhibitori ai reacŃiilor de propagare, deci substanŃe care reacŃionează cu radicalii liberi cu formare de produşi stabili (se întrerupe lanŃul de propagare); Rezultă că o moleculă de antioxidant (AH2) poate îndepărta doi radicali liberi. Când antioxidanŃii sunt consumaŃi, oxidarea are loc rapid. Activitatea antioxidanŃilor poate fi prelungită în prezenŃa agenŃilor reducători (RSH); AntioxidanŃii sunt deci regeneraŃi până în momentul în care agentul reducător este epuizat. ReacŃiile de oxidare (radicalii liberi) pot conduce şi la : modificarea culorii; apariŃia de gust şi miros de rânced; distrugerea unor aminoacizi (arginină, serină, acid glutanic, metionină, tirozină, triptofan, fenilalanină, treonină); polimerizări ale proteinelor şi în consecinŃă scăderea solubilităŃii acestora; scindarea proteinelor; legarea lanŃurilor polipeptidice prin legături transversale. Aceste reacŃii împreună cu reacŃiile din grăsimile peroxidate şi proteine, reduc digestibilitatea şi biodisponibilitatea atât a proteinelor cât şi lipidelor din produsul respectiv.
47 of 72
ExplicaŃia faptului că produsele alimentare cu aw = 0,75 – 0,85 (produse cu umiditate de 25 – 45%, deci parŃial deshidratate) se exodează mai greu se datorează; - legării hidroperoxizilor şi inhibarea reactivităŃii lor; - hidratarea metalelor catalizatoare şi reducerea capacităŃii lor de a accelera oxidarea; - transformarea metalelor în hidroxizi insolubili care nu mai au capacitatea de a lua parte la oxidare şi de a genera radicali liberi; - hidratarea radicalilor liberi însăşi şi deci diminuarea reactivităŃii lor. În funcŃie de conŃinutul în umiditate şi respectiv aw, dacă produsele iniŃiale nu au suferit un tratament termic adecvat, în produsul muscat pot rămâne active lipazele şi lipooxidazele (chiar la aw< 0,3), proteazele (aw>0,5) care pot degrada la rândul lor glutation – peroxidaza, catalaza, care sunt importante în protejarea faŃă de autooxidare (distrug H2O2) precum şi polifenoloxidazele care produc îmbrunări enzimatice. În mod normal, enzimele sunt inactivate prin tratament termic preliminar (pasteurizare) sau prin tratament chimic (folosire de SO2 sau sulfiŃi pentru produse vegetale ca mere, pere, cartofi, caise etc.). În timpul depozitării produselor uscate, în funcŃie de aw (aw >0,5) pot avea loc şi reacŃii de îmbrumare neenzimatică (reacŃie Maillard). Îmbrumarea Maillard implică reacŃia dintre grupările α şi ε - amino din proteine şi zaharurile reducătoare, reacŃie favorizată de preîncălzire, concentrare, uscare şi depozitare. Se modifică gustul şi mirosul (apare miros de clei, de carton), culoarea (datorită pigmenŃilor melanoidinici), scade solubilitatea proteinelor şi valoarea nutritivă a acestora (în special prin blocarea grupării ε - amino din lizină). Din punct de vedere microbiologic, produsele uscate pot conŃine microorganisme care provin din două surse: au supravieŃuit procesului tehnologice – termofile şi cele formatoare de spori, inclusiv toxinele produse de patogeni); au recontaminat produsul finit din cauza unei ambalări necorespunzătoare. Valoarea nutriŃională a produselor uscate poate fi redusă şi datorită pierderii unor vitamine hidrosolubile (în principal vitamina C) atât datorită operaŃiilor preliminării (spălare, tăiere, blanşare) cât şi datorită uscării, precum şi de vitamine liposolubile care sunt pierdute mai ales la depozitare când reacŃionează cu radicalii liberi rezultaŃi din oxidarea lipidelor, în calitate de antioxidanŃi naturali (numai dacă are loc oxidarea lipidelor). Tianina este pierdută în proporŃie de 10 –15% în procesul de uscare şi până la 50% la depozitare timp de 9 – 12 luni a produselor uscate. Celelalte vitamine hidrosolubile sunt puŃin afectate la depozitarea produselor uscate (ribloflavina, nicotinamida, acidul pantoteic, piridoxina).
12.4. REHIDRATAREA PRODUSELOR USCATE Rehidratarea produselor uscate este influenŃată de durata de rehidratare dorită; temperatura la care se face rehidratarea; structura fizică a produsului uscat; pH-ul apei de rehidratare; tăria ionică a produsului şi a apei folosită la rehidratare. Cu privire la rehidratare sunt menŃionat următoarele:
48 of 72
- rehidratarea este rapidă la pulberile instante; - structura poroasă favorizează rehidratarea, o structură poroasă rigidă favorizând atât rehidratarea cât şi desorbŃia gazelor incluse; - denaturarea proteinelor afectează viteza de rehidratare; - pentru produsele vegetale, la rehidratare trebuie menŃionată textura (pretratamentul cu CaCl2 al produselor vegetale înainte de uscare favorizează menŃinerea texturii); - puterea ionică a soluŃiei de rehidratare are influenŃă asupra constituenŃilor proteici, de aceea apa trebuie să fie liberă de substanŃe ionice şi în acelaşi timp fără miros, în caz contrar se afectează calitatea produsului rehidratat; - un conŃinut ridicat de lipide în produsul uscat afectează negativ rehidratarea deoarece astupă porii; - în cazul pulberilor, la contactul cu apa de rehidratare, acestea trebuie să se umecteze, apoi trebuie să intre în lichid, să se disperseze şi să se dizolve. Pulberile fine tind să formeze cocoloaşe la suprafaŃa lichidului de rehidratare care flotează împiedicând rehidratarea prin formarea unui strat semidizolvat. Se preferă pulberi insantizate care au particule mari, poroase, cu capacitate mare de umectare, de penetrare în lichid, de dispersare şi solubilizare.
49 of 72
13. CONSERVAREA PRODUSELOR ALIMENTARE PRIN PASTEURIZARE ŞI STERILIZARE TERMICĂ 13.1. CONSIDERAłII GENERALE Pasteurizarea are drept scop distrugerea microorganismelor, forme vegetative, în special a celor patogene, precum şi inactivarea enzimelor responsabile de modificări biochimice nedorite, pentru a asigura stabilitatea biologică a produsului finit. Sterilizarea are drept scop distrugerea tuturor microorganismelor forme vegetative şi spori, a toxinelor microbiene şi inactivarea enzimelor tisulare şi microbiene dintr-un produs alimentar. Şi într-un caz şi în altul, produsul alimentar poate fi ambalat de la început într-un recipient ermetic închis sau acesta se ambalează, după pasteurizare sau sterilizare în vrac, în condiŃii aseptice. Distrugerea microorganismelor cu ajutorul căldurii este îmbunătăŃită în prezenŃa unor compuşi antimicrobieni: ioni de hidrogen, alcool etilic, CO2, bacteriene, fitoncide, componentele amare din hamei, uleiuri eterice etc. OperaŃiile de pasteurizare şi sterilizare trebuie astfel optimizate încât să nu fie afectate calităŃile produsului finit.
13.2. PASTEURIZAREA PRODUSELOR ALIMENTARE Produsele alimentare lichide pot fi supse următoarelor tratamente termice: Termizare: LTST (Low-Temperature Short-Time), care se realizează la ~ 63oC, timp de câteva secunde (∼ 15s). Pasteurizarea, care poate fi realizată în sistem: - LTLT (Low-Temperature Long-Time) –63 +65oC, 15 – 30 min.; - HTST ( High –Temperature Short-Time) – 72+78oC, 15s; - VHTST (Very High Temperature Short-Time) – 87+105oC, 10 –15s; - VHTVST (Very High Temperature Very Short – Time) – 105oC, 1-2s; - XL (Extended Life) – 127+143oC, 0,5 – 2s. Produsele alimentare solide (produse de carne, peşte etc.) trebuie astfel pasteurizate încât să se atingă în centrul termic minim 69,5oC, temperatură care trebuie menŃinută minim 10 minute. Din punct de vedere termic, pasteurizarea produselor de carne, peşte etc. se poate realiza: într-o singură treaptă de temperatură a mediului de încălzire (74 –75oC); în mai multe trepte de temperatură a mediului de încălzire (pasteurizare selectivă)(prima treaptă începe la 60oC, iar ultima treaptă are loc la 74 –75o);
50 of 72
în gradient de temperatură (∆t treatment), în care caz, până la atingerea temperaturii de pasteurizate, între temperatura mediului de încălzire şi temperatura produsului (centrul termic) trebuie să existe un ∆t = 25oC.
13.3. STERILIZAREA PRODUSELOR ALIMENTARE Sterilizarea produselor alimentare poate fi realizată în ambalaje, în care caz baremul de sterilizare este în funcŃie de tipul de produs şi în vrac (în sistem UHT – Ultra High – Temperature) care se realizează de regulă la 135 - 145oC, timp de 2 - 6 secunde. În cele ce urmează se dau detalii în legătură cu sterilizarea produselor alimentare în ambalaje ermetic închis. 13.3.1. CONSIDERAłII GENERALE După criterii microbiologice, conservele alimentare sterilizate se clasifică în două grupe: 1. Conserve absolut sterile; 2. Conserve cu “sterilitate comercială”. 1. Conservele absolut sterile pot fi preparate în cazul în care la sterilizare se folosesc temperaturi ridicate un timp îndelungat. Folosirea acestor temperaturi provoacă însă transformări profunde în produsul conservat, care conduc la scăderea calităŃii acestuia. Asemenea conserve, absolut sterile, se caracterizează prin: absenŃa totală a formelor vegetative şi a sporilor; absenŃa toxinelor microbiene; inactivarea completă a enzimelor tisulare şi microbiene. 2. Conservele cu “sterilitate comercială” sunt acele conserve care pot să mai conŃină unii spori termorezistenŃi, dar care nu mai pot germina şi dezvolta la temperatura ulterioară de depozitare, care trebuie să fie sub minimum temperaturii de germinare şi dezvoltare. Asemenea conserve se caracterizează prin: păstrează în mare măsură însuşirile senzoriale şi nutriŃionale; nu conŃin microorganisme (forme vegetative şi spori) sau toxine dăunătoare sănătăŃii omului; au stabilitate mare în condiŃii de depozitare normale ( < 25oC ). Clasificarea conservelor după aciditatea conŃinutului. După Cameron şi Esty, conservele pot fi clasificate în: - Conserve cu aciditate mică: pH ≥ 0,5; - Conserve cu aciditate medie: pH = 5,0 - 4,5; - Conserve acide: pH = 4,5 - 3,7; - Conserve foarte acide: pH ≤ 3,7. AlŃi autori clasifică conservele numai în 3 grupe: - Conserve cu aciditate mică: pH > 4,5; - Conserve acide: pH = 4,0 - 4,5; - Conserve cu aciditate foarte mare: pH < 4,0. Se consideră ca limită între conservele acide şi neacide pH = 4,5, deoarece anumite suşe de Cl. botulium se pot dezvolta şi produce alterare în conservele cu aciditate mică (pH = 4,5 - 5,0).
51 of 72
13.3.2. FACTORII CARE INFLUENłEAZĂ REGIMUL DE STERILIZARE După modul de acŃionare asupra regimului de sterilizare, factorii pot fi îndepărtaŃi în două grupe: 1) factori care influenŃează viteza de termopenetraŃie (viteza de pătrundere a căldurii în recipientul cu produs supus sterilizării); 2) factori care acŃionează asupra rezistenŃei la căldură a microorganismelor. Din prima categorie fac parte: dimensiunile recipientului şi materialul din care este confecŃionat; starea produsului supus sterilizării; sistemul de încălzire; agitarea recipientelor în timpul sterilizării; modul de aşezare a alimentelor în recipient. a) Dimensiunile recipientului şi materialul din care este confecŃionat Pentru recipienŃii metalici – cilindrici – se deosebesc două cazuri: când dimensiunile se schimbă odată cu modificarea volumului, în care caz durata sterilizării este în funcŃie distanŃa din centru recipientului şi suprafaŃa exterioară a acestuia precum şi de raportul dintre suprafaŃa exterioară şi volumul recipientului; când volumul recipientului V = ct. şi înălŃimea H a acestuia este variabilă. În acest caz, dacă D < H, timpul de pătrundere a căldurii în centrul recipientului variază proporŃional cu pătratul razei (R12/R22 = τ1 = τ2 ); dacă D =H, factorul hotărâtor este suprafaŃa totală a recipientului, 2/3 din căldură transmiŃându-se prin suprafaŃa laterală şi 1/3 prin capace; dacă D > H, cea mai mare parte din căldură se transmite prin capace. Materialul din care este confecŃionat recipientul intervine în termopenetraŃie prin grosimea δ şi conductibilitatea termică λ. b) InfluenŃa stării produsului În legătură cu acest factor de influenŃă se are în vedere consistenŃa produsului determinată de compoziŃia acestuia, raportul solid / lichid şi vâscozitatea fazei lichide, conservele pot aparŃine la două grupe principale: • conserve cu conŃinut compact, omogen, cu particule fine sau mai mari, la care transmiterea căldurii spre centrul termic se face prin conducŃie; • conserve cu un anumit raport solid / lichid, la care căldura se transmite prin conducŃie/convecŃie, raportul dintre acestea fiind determinat de raportul solid/lichid şi de evoluŃia fazei lichide în timpul sterilizării (creşterea sau scăderea vâscozităŃii acesteia); • conserve cu conŃinut lichid, la care transmiterea căldurii se face numai prin convecŃie, c) InfluenŃa temperaturii iniŃiale a produsului Temperatura iniŃială a produsului exercită o mare influenŃă asupra termopenetraŃiei, în special la produsele cu consistenŃă (vâscozitate) mare, unde transmiterea căldurii se face prin conducŃie. Luând în considerare viteza de pătrundere a căldurii exprimată drept cantitatea de căldură/unitatea de timp transmisă produsului. dQ = AK∆t m dτ
52 of 72
în care: A - suprafaŃa exterioară a recipientului, în m2; K – coeficientul global de transfer termic, în kcal/m2.h.grad; ∆tm = ta – [( tI + tf)/2] – diferenŃa dintre temperatura agentului de încălzire (ta) şi temperatura medie a recipientului, (tI + tf)/2, în oC. Din relaŃia menŃionată, rezultă că viteza de pătrundere a căldurii în recipient este proporŃională cu ∆tm a cărei valoare este cu atât mai mare cu cât ta este mai ridicată şi tI mai mică. Ar rezulta că viteza de pătrundere a căldurii în interiorul recipientului scade la creşterea lui th datorită micşorării diferenŃei ∆tm. Cu toate acestea, durata necesară atingerii temperaturii de sterilizare în interiorul recipientului scade la creşterea lui tI, mai ales la produsele care posedă vâscozitate mare sau un raport solid /lichid ridicat. ExcepŃia acestei aparenŃe contradicŃii, între scăderea vitezei de termopenetraŃie şi reducerea duratei de termopenetraŃie, este dată de faptul că odată cu creşterea lui tI scade şi calitatea de căldură necesară ridicării temperaturii recipientului, iar această scădere este mult mai mare faŃă de micşorarea vitezei de termopenetraŃie. d) InfluenŃa sistemului de încălzire Sterilizarea se poate face în abur, în abur /aer, în apă în regim fără circulaŃie şi sub presiune, cu apă supraîncălzită prin stropire în regim de circulaŃie şi sub presiune. - Încălzirea în abur saturat se practică numai pentru sterilizarea conservelor în ambalaje metalice. Se obŃine o încălzire rapidă a produsului datorită cantităŃii mari de căldură, cedată de vapori, la condensarea pe suprafaŃa cutiilor (aburul cedează căldura latentă de condensare care este de circa ∼500 Kcal/kg vapori condensaŃi). În cazul acestui sistem de încălzire trebuie eliminat aburul din autoclavă deoarece prezenŃa acestuia produce o distribuŃie neuniformă a temperaturii prin formarea “pungilor de aer” datorită cărora scade viteza de transmitere a căldurii la recipiente creând condiŃii pentru substerilizare. Acest mod de încălzire nu poate fi aplicat ambalajelor din sticlă, flexibile sau semirigide care necesită o contrapresiune de aer pentru a păstra integritatea ambalajului şi a închiderii, având în vedere creşterea presiunii interioare în ambalaj în timpul ridicării temperaturii, menŃinerii acesteia şi la începutul răcirii. Pentru a verifica dacă există sau nu aer în autoclavă, trebuie urmărită temperatura la termometrul de buzunar cât şi presiunea monometrului de pe autoclav, datele respective trebuind să fie în perfectă concordanŃă. Dacă aceste date nu concordă între ele, presiunea la manometru fiind mai ridicată, înseamnă că aerul nu a fost complet eliminat din autoclavă. De asemenea, este necesar ca, în tot timpul sterilizării, ventilul de aerisire să fie uşor întredeschis, pentru a se asigura eliminarea continuă a aerului care, eventual a rămas în ambalaje, sau care este introdus în autoclavă împreună cu aburul. - Sterilizarea în abur /aer se poate aplica la toate tipurile de ambalaje, în care caz căldura este cedată ambalajelor tot prin condensare, care poate fi condensare în picături microscopice sau sub forma unui film lichid continuu. Prin folosirea amestecului abur /aer transferul de căldură la recipiente se reduce. Factorii care influenŃează transferul termic de la amestecul abur /aer la suprafaŃa ambalajelor (exceptând transferul termic prin condensarea aburului) se referă la: -
53 of 72
coeficientul de transfer termic prin convenŃie; - temperatura amestecului abur /aer; temperatura suprafeŃei ambalajelor şi orientarea lor în coşul din autoclav; - vâscozitatea amestecului abur /aer; - vâscozitatea filmului de apă de la suprafaŃa ambalajelor şi grosimea acestuia; grosimea stratului de aer de la suprafaŃa filmului de apă. În cazul folosirii sterilizării în amestec abur/aer, autoclava trebuie să fie prevăzută cu un ventilator pentru a se realiza o circulaŃie forŃată a amestecului respectiv şi deci o îmbunătăŃire a transferului termic prin convecŃie (de la amestec abur/aer la ambalaj). - Sterilizarea în apă în regim fără circulaŃie, se aplică atât la sterilizarea produselor în ambalaje metalice cât şi din sticlă, datorită faptului că se poate lucra cu contrapresiune de aer. În acest caz nu mai este necesară aerisirea autoclavei. Sterilizarea în apă reprezintă avantajul unei distribuiri mai uniforme a temperaturii în autoclavă, iar viteza de încălzire a produselor este aproximativ aceeaşi ca şi la sterilizarea în abur saturat, deoarece numărul moleculelor de apă ce transferă energia calorică ambalajelor cu produs este foarte mare în comparaŃie cu numărul moleculelor de apă care formează aburul (aburul prezintă avantajul unei entalpii ridicate). Este necesar (mai ales atunci când se lucrează cu contrapresiune de aer) ca nivelul apei din autoclavă să depăşească cu ∼10 cm înălŃimea ultimului strat de ambalaje din coş, deoarece, în caz contrar, în spaŃiul amestecului de vapori/aer, din cauza formării “pungilor de aer”, transmiterea căldurii este mult diminuată, existând posibilitatea substerilizării la ambalajele neacoperite de apă. Contrapresiunea de aer (din exterior) este obligatorie pentru ambalajele din sticlă. La cele metalice, cu umplere cât mai mare (fără spaŃiu liber sub capac), contrapresiunea este realizată de amestecul abur/aer ce se formează deasupra nivelului de apă ce acoperă ambalajele. - Sterilizarea cu apă supraîncălzită prin stropire, în regim de circulaŃie şi contrapresiune, poate fi aplicată la toate tipurile de ambalaje, necesarul de apă supraîncălzită fiind de ∼100l/coş, iar debitul de apă supraîncălzită, în circulaŃie de 38 m3/m3 coş. Apa poate fi supraîncălzită la 145 oC. Stropirea “în ploaie” se realizează printr-un sistem de Ńevi cu duze, Ńevi montate la partea superioară a incintei autoclavei (care este orizontală). Aceeaşi apă se foloseşte atât pentru încălzire cât şi pentru răcire, deci se lucrează în circuit închis. Închiderea / răcirea apei în circulaŃie se face prin intermediul unor schimbătoare de căldură. e) InfluenŃa agitării recipientelor Accelerarea pătrunderii căldurii în recipient, acolo unde căldura este transmisă prin convecŃie (sau şi prin convecŃie) se realizează şi prin agitarea recipientelor în timpul sterilizării. Agitarea produce o intensificare a curenŃilor de convecŃie ca viteză şi direcŃie (curgere tulburentă). Agitarea se realizează după două procedee: procedeul rotirii cutiilor în jurul axului utilajului de sterilizare, (rotomat), respectiv în jurul axului utilajului dar şi în raport cu axul lor (cazul instalaŃiei de sterilizare continuă cu rotor IMC/FMC ).Acest procedeu se aplică în special la
54 of 72
produsele cu viteză mică de penetraŃie în care intră o mare parte din conservele mixte (care au raport solid /lichid). Este necesară o rotaŃie de 30 – 40 rot. /min. a cutiilor sau a coşurilor cu cutii: procedeul rotirii cutiilor peste cap, asigură cea mai mare viteză de termopenetraŃie şi constă în rostogolirea cutiilor în jurul unei axe perpendiculare pe axele cutiilor situată în exteriorul acestora. Creşterea vitezei de termopenetraŃie în acest caz este determinată de traversarea produsului de către spaŃiul liber din cutii, la rostogolirea acestora. În funcŃie de viteza de rotaŃie, volumul de aer din spaŃiul liber al cutiei trece prin masa produsului în diferite poziŃii, în funcŃie de raportul dintre forŃa centrifugă care ia naştere şi masa produsului. Viteza cea mai mare de termopenetraŃie se obŃine atunci când forŃa centrifugă este aproximativ egală cu masa produsului, în care caz spaŃiul liber (aerul) trece prin produs în mijlocul cutiei. Acest procedeu se aplică la produsele care au raport solid /lichid ce permite o intensificare a curenŃilor, mărimea spaŃiului liber de sub capac influenŃând pozitiv transmiterea căldurii în regim de rostogolire peste cap. f) InfluenŃa modului de aşezare a alimentelor în recipiente Acest factor de influenŃă se referă numai la conservele cu un anumit raport solid /lichid, la care curenŃii de convecŃie, când recipientele sunt neagitate, au o direcŃie de mişcare verticală (ascensională). Când întâlnesc particulele solide curenŃii sunt nevoiŃi să le ocolească, pierzând din viteza de înaintare. Din această cauză, se recomandă o anumită aşezare a produsului în recipient, care este impusă şi de aspectul comercial (cazul conservelor de fasole păstăi sau al unor sortimente de peşte la care produsele (păstăile şi trunchiurile de peşte) se aşează în poziŃie verticală în recipient). În cazul conservelor de carne mixte nu se poate realiza această stratificare, bucăŃile de carne fiind de regulă relativ mari (> 20 mm).
13.3.3. FACTORII CARE INFLUENłEAZĂ DISTRUGEREA TERMICĂ A MICROORGANISMELOR Din cea de a doua categorie de factori interesează: temperatura de sterilizare; pH-ul produsului; gradul de infectare iniŃială a produsului; prezenŃa substanŃelor proteice şi grăsimilor; prezenŃa aerului; conŃinutul de NaCl şi zahăr; alŃi factori. a) InfluenŃa temperaturii de sterilizare. În general, este în avantajul calităŃii produsului finit să se lucreze la temperaturi ridicate de sterilizare cu reducerea corespunzătoare a timpului. O ridicare a temperaturii de sterilizare în progresie aritmetică creează posibilitatea reducerii timpului în progresie geometrică, obŃinându-se acelaşi efect de sterilizare. Totuşi, la folosirea temperaturii înalte de sterilizare, la produsele cu vâscozitate mare (pateuri, haşeuri, carne mărunŃită) se poate influenŃa negativ calitatea, datorită expunerii îndelungate a structurilor periferice la temperaturi înalte (caramelizări).
55 of 72
b) InfluenŃa pH-ului. Diferitele produse alimentare, prelucrate în aceeaşi condiŃii, necesită regimul de sterilizare, în funcŃie de valoarea pH-ului. Microorganismele au un maxim de rezistenŃă la pH 6 –7, rezistenŃa termică a acestora scăzând odată cu micşorarea pH-ului. Produsele cu pH mai ridicat (pH> 4,5) trebuie τ
N t = N 0 ⋅ 10 D
sterilizate la temperaturi >110oC. Se întâlnesc cazuri când produse care au iniŃial acelaşi pH necesită regimuri de sterilizare diferite, acest fapt fiind pus pe seama modificării pHului, în timpul sterilizării, datorită decarboxilării şi desulfurizării lor cu formare de CO2, H2S, iar pe de altă parte ca urmare a precipitării (coagulării) unor substanŃe cu proprietăŃi tampon (proteine, fosfaŃi). c) InfluenŃa gradului de infectare iniŃială a produsului. Între concentraŃia în microorganisme a produsului (celule sau spori) şi durata de pasteurizare/sterilizare există o dependenŃă manifestată prin mărirea timpului de pasteurizare/sterilizare la creşterea concentraŃiei microorganismelor. La aceasta se ajunge dacă examinăm relaŃia: În care: Nt – este timpul de supravieŃuitori la timpul τ; N0 – numărul iniŃial de microorganisme viabile; τ - timpul, minute; D – timpul de reducere decimală, minute. Din ecuaŃie se poate constata că pentru aceeaşi valoare a lui τ şi D, concentraŃia în celule sau sporit, Nt variază proporŃional cu NO. Acest fenomen se pune pe seama variabilităŃii rezistenŃei termice a celulelor sau sporilor individuali, ceea ce face să crească posibilitatea de a găsi şi celule sau spori mai rezistenŃi la căldură atunci când creşte concentraŃia lor în produsul iniŃial (N0). Gradul de infectare al produsului înainte de aplicarea tratamentului termic este determinat în principal de: gradul de infectare a materiilor prime şi auxiliare, ambalajelor precum şi condiŃiile şi durata depozitării; respectarea procesului tehnologic (curăŃire, spălare, opărire etc., a materiilor prime); gradul de igienizare ambalaje; viteza operaŃiilor de prelucrare (evitarea întreruperilor procesului tehnologic); starea sanitară a secŃiilor de prelucrare; igiena individuală a personalului. d) InfluenŃa substanŃelor proteice şi a grăsimilor. SubstanŃele proteice şi grăsimile pot juca rol protector în jurul microorganismelor, mărind astfel rezistenŃa acestora la căldură. Fenomenul de protecŃie a microorganismelor de către grăsimi (în special ulei) se exercită atunci când bacteriile, respectiv sporii, se găsesc în faza grasă (ulei) în cazul în care acesta reprezintă faza unică lichidă sau faza din sistemul ulei/apă. Microorganismele (sporii) care au rămas în faza ulei după sterilizare nu conduc la alterarea produsului la depozitarea acestuia. Dacă ele migrează în faza apoasă, în urma manipulărilor brutale ale conservelor, revifierea şi proliferarea lor sub formă vegetativă devine posibilă. e) InfluenŃa aerului. Aerul rămas în recipient după închidere sau Ńesuturi, pe lângă efectele nefavorabile pe care le provoacă în timpul sterilizării (presiune mare în recipient, intensificarea coroziunii cutiilor din tablă de oŃel cositorită şi nevernisată,
56 of 72
pierderile de vitamina C, modificări de culoare, gust, miros) mai poate juca şi rol protector al microorganismelor prin formarea unui strat izolator în jurul lor, ceea ce poate duce uneori la accidente de substerilizare (alterarea produsului). f) InfluenŃa NaCl şi zahărului. In general. NaCl la concentraŃii de până la 5% măreşte rezistenŃa termică a microorganismelor. Zaharurile măresc rezistenŃa la căldură a microorganismelor cu atât mai mult cu cât concentraŃia zaharurilor este mai mare. g) AlŃi factori. Aceştia se referă la prezenŃa unor substanŃe fitoncide în produsele de origine vegetală sau a pigmenŃilor antocianici care micşorează rezistenŃa termică a microorganismelor. Fitoncidele se găsesc în roşii, morcovi, hrean, pătrunjel (frunze şi rădăcini), ceapă, mărar, coriandru, muştar, usturoi.
57 of 72
14. METODE MODERNE DE CONSERVARE Printre metodele moderne de conservare menŃionăm pe cele atermice şi termice diferite de cele clasice. Metodele de conservare atermice mai importante sunt: conservarea cu ajutorul presiunilor înalte; conservarea cu ajutorul câmpului magnetic; conservarea cu ajutorul radiaŃiilor ionizante; conservarea cu ajutorul câmpului magnetic pulsatoriu; conservarea cu ajutorul impulsurilor ultrascurte de lumină; conservarea cu ajutorul radiaŃiilor ultraviolete. Metodele de termice de conservare mai importante sunt: conservarea prin încălzire cu microunde; conservarea prin încălzire ohmică; conservarea prin încălzire cu unde de frecvenŃă radio; conservarea prin încălzire indirectă cu efect Joule (actiJoule).
14.1. CONSERVAREA CU AJUTORUL PRESIUNILOR ÎNALTE Presiunile înalte (4000 … 10000 bar) distrug microorganismele, în principal formele vegetative şi mai puŃin sporii. Distrugerea microorganismelor este consecinŃa modificării structurii membranei celulare (modificarea permeabilităŃii prin acŃiunea asupra fosfolipidelor – constituenŃi ai membranei celulare) precum şi a inactivării enzimelor implicate în reacŃiile biochimice vitale (inactivare prin denaturare). Efectul letal al presiunilor înalte este funcŃie de compoziŃia chimică a produsului (proteine, lipide, poliglucide care au efect protector asupra microorganismelor), pH, activitatea apei. Alimentele acide pot fi procesate la presiuni moderate (300 MPa) şi la temperatură ambiantă, iar cele neacide trebuiesc procesate la presiuni mai ridicate (600 …800 MPa) şi la temperaturi moderate (50 –60ºC) sau se recomandă repetarea ciclurilor de pasteurizare la mai multe nivele (în acest caz se distrug sporii). Dacă în produsul ce se procesează se adaugă lizozim sau bacteriocine, sau dacă pasteurizarea se asociază cu conservarea ulterioară prin frig, se poate lucra cu presiuni mai scăzute. În orice caz, în cazul produselor cu pH neutru, presiunile înalte nu pot realiza o sterilizare. Conservarea cu presiuni înalte se poate aplica la diferite produse carnate cu compoziŃie sensibilă, plante condimentare, condimente, sucuri de fructe, compoturi de fructe, melanj de ouă, produse lactate acide, brânzeturi, sosuri, dressinguri pentru salate. Produsele solide (nepompabile) se presurizează ambalate în ambalaje flexibile, în care caz se foloseşte o instalaŃie cu funcŃionare discontinuă iar cele lichide se
58 of 72
pasteurizează în vrac urmate de ambalare aseptică, în care caz se folosesc instalaŃii cu funcŃionare semicontinuă şi continuă. Având în vedere că presiunile înalte afectează legăturile de H, hidrofobice şi ionice ale macromoleculelor (dar nu au nici o influenŃă asupra moleculelor mici cum ar fi vitaminele, substanŃele de gust şi miros) ele mai pot avea şi următoarele efecte: - inactivarea unor enzime datorită denaturării părŃii proteice a acestora, ceea ce este important pentru păstrarea calităŃii unor fructe şi legume 8inactivarea tirozinazei şi peroxidazei; sunt inactivate şi aminopeptidazele şi carboxipeptidazele la 5000 şi respectiv 4000 bar); - stimularea unor enzime cum ar fi termolizina şi celulazele; - scăderea activităŃii unor enzime, cum ar fi tripsina şi carboxipeptidaza; - modificarea polimerilor de tipul proteinelor, în sensul denaturării lor, consecinŃa dezorganizării structurii terŃiare şi cuaternare, creşterea digestibilitaŃii şi mărirea susceptibilităŃii proteinelor la atacul proteazelor; - polimerii glucidici (amidonul) pot gelifica la 600 – 900 Mpa şi 20 – 53ºC, gelurile obŃinute fiind transparente. Se creează, deci, posibilitatea obŃinerii unor produse pe bază de cartofi, porumb, grâu, orez, paste făinoase care necesită o preparare termică minimă. Polimerizarea glucidelor este importantă în obŃinerea sosurilor, deserturilor, etc.; - gelificarea proteinelor din carne de peşte, vită, porc, soia, ouă, lapte aflate în soluŃie de o anumită concentraŃie, la un anumit pH şi un anumit conŃinut de NaCl. Se obŃin geluri diferite de cele obŃinute pe cale termică în ceea ce priveşte caracteristicile senzoriale; - presurizarea urmată de depresurizare conduce la reformarea structurii unor proteine, efect care este folosit pentru obŃinerea cărnii restructurate de peşte, vită şi porc separate mecanic de pe oase, frăgezirea cărnii şi la aglomerarea prin adeziune/lipire a muşchilor sau fileurilor de peşte de talie mică; - presurizarea modifică punctul de topire al grăsimilor, mărimea cristalelor de trigliceride, formarea şi ordonarea acestor cristale şi aceste efect stă la baza temperării masei de ciocolată (100 MPa); - presurizarea la ~ 200 MPa şi temperaturi scăzute dă posibilitatea de a conserva produsele alimentare la –20ºC fără ca acestea să îngheŃe. Presurizarea urmată de depresurizare bruscă conduce la obŃinerea de cristale mici de gheaŃă, ceea ce este important la fabricarea îngheŃatei (călirea acesteia) şi la decongelarea cărnii respective (pierderi mici de suc); - intensificarea aromei unor produse alimentare prin dezorganizarea unor organite celulare (lizozomi) care eliberează enzime proteolitice ce acŃionează asupra proteinelor cu formare de substanŃei de gust; - impregnarea fructelor prin creşterea presiunii osmotice, efect ce stă la baza obŃinerii de fructe confiate.
59 of 72
14.2. CONSERVAREA CU AJUTORUL CÂMPULUI MAGNETIC Câmpurile magnetice pot fi statice (SMF) şi oscilante (OMF), ambele putând fi omogene şi eterogene. În cazul câmpului omogen, intensitatea câmpului magnetic este uniformă în aria închisă în interiorul magnetului, în timp ce în cazul câmpului eterogen, intensitatea câmpului magnetic este neuniformă şi scade pe măsură ce distanŃa de la centrul electromagnetului creşte. Câmpul magnetic eterogen exercită o forŃă de accelerare asupra particulelor diamagnetice şi paramagnetice aflate în câmp, în timp ce câmpul magnetic omogen nu exercită o asemenea forŃă. La SMF intensitatea este constantă în timp, iar la OMF, care aplică sub formă de impulsuri, intensitatea fiecărui impuls scade odată cu timpul până aproape de 10% din intensitatea iniŃială, inversânduse sensul câmpului la fiecare impuls. AcŃiunea câmpului magnetic asupra microorganismelor. Câmpul magnetic SMF şi OMF exercită efect letal asupra microorganismelor, efect explicat prin următoarele acŃiuni: - acŃiune deteriorantă asupra membranelor celulare care prezintă o orientare puternică în câmpul magnetic din cauza structurii anizotrope intrinsece. Felul orientării membranei, paralelă sau perpendiculară pe câmpul magnetic aplicat, depinde de anizotropia totală a proteinelor componente ale membranei celulare. Proteinele din membrane având o legătură peptidică care rezonează între două structuri din care una cu dublă legătură, face ca membrana celulară să prezinte anizotropie diamagnetică şi prin urmare se orientează paralel cu câmpul magnetic extern; - acŃiune deteriorativă asupra ADN în sensul ruperii legăturilor covalente din AND şi acŃiune de modificare a sintezei ADN; - acŃiune de modificare a fluxului de ioni (în special Ca2+) prin membrana celulară, afectându-se astfel activităŃi metabolice care necesită ionii de Ca2+; - ambalajul să fie din material plastic; - rezistivitatea electrică a produsului să fie mai mare de 10 - 25( cm; - intensitatea câmpului magnetic să fie aleasă în funcŃie de rezistivitatea electrică a produselor şi grosimea acestuia (intensitatea câmpului magnetic este mai mare dacă rezistivitatea electrică este mică şi grosimea mare). Surse de generare a câmpului magnetic oscilatoriu. Câmpul magnetic oscilatoriu (OMF) poate fi generat de electromagneŃi superconductori şi electromagneŃi care sunt energizaŃi prin descărcarea energiei electrice înmagazinate într-un condensator (capacitor). MagneŃii superconductori generează câmpuri magnetice de intensitate mare (până la 20T) fără a produce încălziri prin efect Joule. MagneŃii superconductori sunt “ îmbrăcaŃi” într-o manta cu heliu pentru a asigura răcirea înfăşurării. MagneŃii energizaŃi de un condensator pot genera câmpuri magnetice >30T. condensatorul de 8 – 16 KJ poate genera OMF de 5 – 50 T în electromagnetul din circuit, frecvenŃa câmpului magnetic fiind determinată de capacitanŃa condensatorului, de rezistenŃa şi inductanŃa înfăşurării magnetului. Avantajele folosirii câmpul magnetic sunt următoarele:
60 of 72
- se păstrează calitatea senzorială şi nutriŃională a produselor deoarece temperatura acestuia creşte doar cu 2-5ºC; - produsul alimentar poate fi tratat în ambalaje plastice flexibile (suple); - aplicarea câmpului magnetic nu este periculoasă pentru operator, câmpul magnetic de intensitate mare existând numai în interiorul electromagnetului şi imediat în jurul acestuia. Astfel, dacă intensitatea câmpului magnetic în interiorul magnetului este de ~7 T, la 2 m distanŃă de ieşire, intensitatea scade la 7 ·10-5 T, intensitate comparabilă cu cea a câmpului magnetic; - necesarul de energie este relativ redus.
14.3. CONSERVAREA IONIZANTE
CU
AJUTORUL
RADIAłIILOR
În categoria radiaŃiilor ionizante, cu folosire în industria alimentară intră radiaŃiile γ şi X, care sunt de natură electromagnetică (fotoni), caracterizate prin energia E = hγ, în care E este energia fotonilor (eV), h – constanta lui Plank (ergi), ν - frecvenŃa ( vibraŃii/s), acestea din urmă fiind raportul dintre c/λ, unde c – viteza luminii ( c=3.1010 cm/s) iar λ este lungimea de undă (λ- distanŃa parcursă de undă pe parcursul unui ciclu). RadiaŃiile ionizante au λ ≅ 0,01 µm. Sursele de radiaŃii ionizante sunt: - acceleratoarele de electroni care pot atinge puteri de până la 30 KW şi care produc electroni acceleraŃi din electroni de joasă energie, emişi de un catod. Energia fasciculului de electroni acceleraŃi nu trebuie să de păşească 10 MeV. Electronii acceleraŃi pot fi folosiŃi ca atare sau pot fi convertiŃi în radiaŃii X prin interacŃiune cu o Ńintă, energia fotonilor X trebuind să fie de maximum 5MeV; - radioizotopi artificiali: Co60, Cs137 care emit radiaŃii ( al căror nivel de energie este de 1,17 şi 1,33 MeV pentru Co60 şi 0,60 MeV pentru Cs137. RadiaŃiile ionizante ( în principal γ) sunt utilizate pentru conservarea produselor alimentare (inclusiv carne şi produse din carne) şi anume în scop de : - eliminarea microorganismelor patogene (radicaŃie), dozele folosite fiind de 1 – 4 kGy; - eliminarea microorganismelor de alterare – forme vegetative (radurizaŃie, respectiv radiopasteurizare), dozele folosite fiind de 1 – 6 kGy; - eliminarea microorganismelor – forme vegetative şi spori respectiv radaperizare sau radiosterilizare, dozele folosite fiind de 15 – 60 kGy. Distrugerea microorganismelor cu ajutorul radiaŃiilor ionizante este consecinŃa rupturilor ce survin în molecula de acid dezoxiribonucleic, acŃiunii deteriorative a proteinelor şi lipidelor din structura membranei şi citoplasmei precum şi a enzimelor din membrane, citoplasmă, organite celulare. La aceste acŃiuni participă şi produşii de radioliză ai apei conŃinută în celula microbiană. Cu titlu de informaŃie, menŃionăm că radiaŃiile ionizante mai pot fi folosite pentru: - inhibarea germinării la cartofi, ceapă, usturoi cu doze de 0,05 – 0,15 kGy;
61 of 72
- dezinsectizarea la cereale şi leguminoase uscate, fructe proaspete şi uscate, făinuri proteice cu doze de 0,15 – 0,50 kGy şi chiar 1kGy; - deparazitare cărnuri de vită, porc, oaie cu doze de 1-3 kGy; - realizarea unui proces fiziologic (întârzierea maturării la banane, mango, papaya) cu doze de 0,5 – 1 kGy; - decontaminarea unor aditivi alimentari şi ingrediente alimentare (preparate enzimatice, condimente, gume naturale, gelatină, ouă, făină de sânge, carne, peşte, legume deshidratate, amidon, pudră cacao, fructe uscate) cu doze de 10 – 50 kGy; - ameliorarea proprietăŃilor foliilor de polietilenă care după iradiere capătă o stabilitate mai mare termică, creşte termoretractibilitatea, rezistenŃa mecanică şi rezistenŃa la solvenŃi organici. Iradierea se face cu doze de ≥ 50kGy; - aseptizarea ambalajelor folosite la condiŃionarea aseptică a produselor alimentare cu doze ca cele utilizate pentru radiopasteurizare sau radiosterilizare. AcŃiunea electronilor acceleraŃi şi radiaŃiilor γ se manifestă la nivel de atomi şi la nivel de molecule. La nivel de atomi, felul interacŃiunii este în funcŃie de nivelul energetic al electronilor acceleraŃi şi radiaŃiilor γ şi X. Dacă energia electronilor acceleraŃi este mai mare de 10 – 13 MeV, aceştia acŃionează nu numai asupra electronilor din straturile periferice ale atomilor dar şi asupra nucleului, inducând radioactivitate în produsul iradiat. La folosirea electronilor acceleraŃi ca energie < 10 MeV, electronii incidenŃi pot fi capturaŃi de învelişul electronic al atomului din materialul Ńintă, devenind ioni negativi. În ceea ce priveşte radiaŃiile γ (fotoni), aceştia pot acŃiona cu atomii Ńintă prin trei efecte: efectul fotoelectric, efectul Compton şi efectul formării de perechi. - Efectul fotoelectric apare la întâlnirea fotonului incident (radiaŃia γ şi X) cu un electron care se găseşte pe una din orbitele atomului. În aceste condiŃii, electronul ciocnit primeşte întreaga energie a fotonului şi este expulzat din atom cu o energie cinetică Ec egală cu diferenŃa dintre energia Eγ a fotonului incident şi energia de legătură Ee a electronului pe orbita respectivă. În urma expulzării electronului din atom, locul rămas liber pe orbită este ocupat de un alt electron, procesul putându-se repeta de mai multe ori. Aceste tranziŃii de electroni sunt însoŃite de apariŃia de radiaŃii X caracteristice. Efectul fotoelectric apare deci atunci când Eγ >Ee. - Efectul Compton are loc atunci când fotonul incident γ se întâlneşte cu un electron liber sau uşor legat. În acest caz, fotonul incident cedează electronului ciocnit o parte din energia sa şi deviază de la direcŃia sa. Electronul ciocnit, denumit şi electron de recul sau electron Compton, este expulzat din atom. Fotonii împrăştiaŃi, care au energie mai scăzută interacŃionează din nou până la epuizarea întregii lor energii. Electronii ejectaŃi pot ioniza atomii cu care interacŃionează (devin ioni negativi). - Efectul formării de perechi are loc atunci când energia fotonilor incidenŃi este ai mare de 1,3 MeV, în care caz el poate fi absorbit de câmpul coulumbian al nucleului, consecinŃa fiind apariŃia perechii de particule electron – pozitron. Acestea din urmă are o viaŃă scurtă şi prin întâlnire cu un electron se anihilează cu formare de doi fotoni de 0,5 MeV (radiaŃii γ de anihilare). Electronii din perechea respectivă îşi pierd energia
62 of 72
prin ionizarea şi excitarea atomilor întâlniŃi. Dacă fotonii incidenŃi au energie mare ei pot ejecta un proton sau neutron din nucleu şi în acest caz în materialul iradiat se induce radioactivitate. La nivel de molecule, radiaŃiile ionizante la doze de radapertizare pot afecta glucidele, proteinele, lipidele, apa, vitaminele şi enzimele, după cum urmează: - poliglucidele pot fi depolimerizate iar cele simple pot fi degradate la acizi organici şi produşi de oxidare; - proteinele pot suferi transformări fizice şi chimice cum ar fi scăderea solubilităŃii, denaturare, scindare, polimerizare, modificarea activităŃii enzimatice, reducerea conŃinutului de aminoacizi (triptofan, metionină, cisteină). În mediu apos, sensibilitatea proteinelor la acŃiunea radiaŃiilor ionizante este mai mare decât atunci când acestea se află într-un mediu complex (cazul proteinelor din produsele alimentare), lipidele exercitând un rol protector. Prin iradierea aminoacizilor liberi din produsele alimentare se formează produşi carbonilici şi peroxidici; - lipidele pot suferi o multitudine de degradări sub acŃiunea directă a radiaŃiilor ionizante, degradările fiind influenŃate de prezenŃa sau absenŃa oxigenului, prezenŃa sau absenŃa antioxidanŃilor. Produsele care rezultă din acŃiunea directă a radiaŃiilor ionizante asupra lipidelor reprezintă 1% din masa acestora; - apa din produsele alimentare suferă o radioliză cu formare de trei produşi reactivi intermediari: electronul hidratic (eaq), radicali hidroxil (OH) şi radicali de hidrogen (H). Aceşti radicali favorizează acŃiunea radiaŃiilor ionizante asupra componenŃilor nutritivi din produsele alimentare; - vitaminele sunt parŃial distruse sub influenŃa radiaŃiilor ionizante, cea mai sensibilă fiind vitamina C, după care urmează vitaminele B1, B6, B12, PP şi apoi vitaminele A, E, K. distrugerea vitaminelor este mai mare în prezenŃa aerului şi se continuă şi în timpul depozitării produselor alimentare iradiate. La doze de radapertizare (15 – 50 kGy) pierderile de vitamine sunt comparabile cu cele înregistrate la sterilizarea termică; - enzimele rezistă chiar la doze de 50 kGy, fapt ce impune tratamentul termic prealabil al produselor ce se supun iradierii (opărire, blanşare). Ca efect al radiaŃiilor ionizante asupra componentelor alimentelor se pot modifica gustul, mirosul, culoarea şi textura produselor alimentare, gradul de modificare fiind dependent de doza utilizată. La doze mici, modificările senzoriale sunt imperceptibile, ele devenind evidente la doze de sterilizare. Modificările senzoriale au fost bine studiate la iradierea cărnii. Astfel, până la doze de 20 kGy textura rămâne nemodificată, iar la doze de 40 kGy este afectată sensibil. Modificarea culorii este evidentă la doze mai mari de 9 kGy, în prezenŃa O2 formându-se sulfmioglobina, iar în prezenŃa azotului gazos, se regenerează oximioglobina din metmioglobină. La iradiere sub 40 kGy mirosul cărnii este asemănător cu cel al cerealelor umede, iar la doze mai mari de 100 kGy mirosul este asemănător cu cel al părului umed de câine. Mai poate apare şi miros de bulion sau legume răsfirete (varza). Datorită iradierii apar substanŃe cu prag de percepŃie ridicat (H2S, mercaptani, amine, aldehide).
63 of 72
RadiaŃiile ionizante pot influenŃa şi ambalajele, după cum urmează: - ambalajele plastice sunt în general sensibile la acŃiunea radiaŃiilor ionizante. La doze mai mari de 10 kGy, din ambalaj poate migra în produs aditivii folosiŃi la confecŃionarea materialului plastic respectiv (citrat de sodiu, sulfat de lauril şi sodiu, clorura de polivinil, amidele acidului erucic, linoleic, palmitic, stearic, stearatul de aluminiu, calciu, magneziu, potasiu, sodiu, propionat de calciu şi sodiu, BHA, BHT, trietilenglicol); - ambalajele de sticlă nu au prezintă modificări fizice şi chimice la dozele folosite pentru radiosterilizare; - ambalajele metalice. La nivelurile dozelor utilizate, radiaŃiile ionizante nu afectează nucleul atomic şi deci nu induc radioactivitate. Răşinile epoxi-fenolice folosite la vernisare îşi păstrează adezivitatea şi supleŃea iar materialele termocolante îşi menŃin proprietăŃile fizice; - materialele celulozice la doze < 10kGy nu sunt modificate sensibil. La doze mai mari scade rezistenŃa la tracŃiune datorită ruperii legăturilor covalente în cazul celulozei, acetatului de celuloză, celofanului.
14.4. CONSERVAREA CU AJUTORUL CÂMPULUI ELECTRIC PULSATORIU DE ÎNALTĂ INTENSITATE (PEF) Câmpul electric pulsatoriu de înaltă intensitate se utilizează pentru pasteurizarea/sterilizarea produselor alimentare în stare lichidă (sucuri de fructe, lapte degresat, melanj de ouă, supe concentrate de legume, sosuri). Se consideră că distrugerea microorganismelor cu ajutorul câmpului electric pulsatoriu de înaltă intensitate (PEF) se datorează unei modificări ireversibile a membranei celulare prin formarea de pori în membrană şi liza acestuia atunci când potenŃialul de transmemebrană celulară depăşeşte valoarea critică de 1 volt în membrana celulară. Efectul letal este funcŃie de intensitatea câmpului, durata tratamentului (durata unui impuls x numărul de impulsuri). Procedeul ca atare nu are efecte negative asupra valorii nutritive şi proprietăŃilor senzoriale ale produselor tratate. Se folosesc câmpuri electrice pulsatorii cu intensitate de 16 kV/cm – 75 kV/cm, durata unui impuls de 2 (secunde, iar numărul de impulsuri între 10 – 342 în funcŃie de produs. Creşterea temperaturii produsului este de max. 0,3ºC pentru fiecare impuls. În cazul sporilor, distrugerea s-ar datora produşilor de electroliză formaŃi la tratamentul cu PEF (efect indirect bactericid). InstalaŃia PEF este formată în principal din generatorul de impulsuri de înaltă tensiune (capacitor cu descărcare modulată), camera de tratare propriu-zisă unde impulsurile de înaltă tensiune sunt transformat în PEF de înaltă intensitate, cameră dotată cu doi electrozi a căror temperatură este controlată prin intermediul unui sistem de răcire care recirculă apă printre electrozi, serpentină de răcire a produsului, pompă pentru lichidul de trata, recipient pentru produsul de tratat şi pentru produsul finit, traductoare de temperatură, sistem de monitorizare (computer şi osciloscop digital). Tratamentul PEF poate fi combinat cu un regim termic moderat (45 – 55ºC).
64 of 72
14.5. CONSERVAREA CU IMPULSURI ULTRASCURTE DE LUMINĂ Impulsurile ultrascurte de lumină produse de generatori tip laser sau generatori tip lămpi flash (lămpi cu străpungere în gaz în regim de impuls) pot provoca distrugerea microorganismelor de la suprafaŃa produselor alimentare şi suprafaŃa interioară a ambalajelor, astfel că prin ambalarea aseptică a produselor tratate se poate prelungi durata de conservare mai ales dacă depozitarea ulterioară a produselor se face în condiŃii de refrigerare sau congelare. Impulsurile ultrascurte de lumină au fost utilizate şi pentru deshidratarea unor vegetale (cartofi, morcovi) la un regim termic de aproximativ 30ºC. în acest caz, straturile exterioare ale produsului absorb energia radiată care este transformată în căldură, ce determină o vaporizare a apei, vaporii de apă fiind preluaŃi de un curent de aer. După o pauză (~20 s), necesară migrării apei din interior spre suprafaŃă, se aplică un nou impuls, ciclul repetându-se.
14.6. FOLOSIREA RADIAłIILOR ULTRAVIOLETE ÎN INDUSTRIA CĂRNII PENTRU STERILIZARE ŞI PRELUNGIREA DURATEI DE CONSERVARE RadiaŃiile ultraviolete sunt de natură electromagnetică şi au lungimi de undă cuprinse între 0,2 (200 nm) şi 0,4µ (400 nm) putându-se clasifica în: radiaŃii UV-A cu λ= 400 – 315 nm; radiaŃii UV-B cu λ= 315 – 280 nm; radiaŃii UV-C cu λ= 280 – 210 nm. În industria alimentară (şi deci în industria cărnii) se folosesc radiaŃii UV-C, în special cele cu λ= 240 nm, deoarece au o puternică acŃiune bactericidă şi germicidă. Efectul letal este dependent de doza de iradiere, unitatea de doză de iradiere fiind produsul dintre intensitatea de iradiere (µW/cm2) şi durata de iradiere (secunde). AcŃiunea sterilizantă se poate exprima prin aşa numita unitate U care reprezintă acŃiunea unei doze de 10 µW/cm2 timp de 60 secunde. AcŃiunea letală a radiaŃiilor UV-C este explicată prin: inhibarea, inactivarea unor enzime care conŃin grupări SH- active, acŃiunii unor produşi de radioliză ai apei (anion superoxidic, oxigen singlet, radical hidroxil, radical hidrogen, anion hidroxil, peroxid de hidrogen), dezorganizării structurii proteinelor, mai ales prin scindarea legăturilor –SSşi chiar ruperea legăturilor peptidice, formarea dimerilor de timină care determină distorsionarea macromoleculei de ADN la nivelul timinelor intercaternare, ce se apropie şi se leagă ciclobutanic, având drept rezultat slăbirea legăturilor de hidrogen, prin care se leagă de adeninele complementare. Având în vedere că radiaŃiile UV au o putere penetrantă redusă, ele se folosesc pentru sterilizarea de suprafaŃă a cărnii, nemodificând componentele chimice sensibile la acŃiunea nemijlocită a radiaŃiilor UV. În straturile interioare ( cele de 0,1 mm de suprafaŃă) acŃiunea radiaŃiilor UV este nulă. Având în vedere cele menŃionate, radiaŃiile UV se folosesc la prelungirea duratei de păstrare a cărnii în semicarcase sau sferturi în
65 of 72
combinaŃie cu frigul. Având în vedere că sub acŃiunea radiaŃiilor UV are loc o sterilizare a aerului din depozitele frigorifice, se poate mări umezeala relativă a aerului din depozite, ceea ce contribuie la micşorarea pierderilor în greutate ale cărnii în carcase, semicarcase, sferturi, neambalate. În condiŃiile folosirii radiaŃiilor UV se poate accelera şi procesul de maturare al cărnii prin menŃinerea acesteia în prima etapă la temperatura de ~ 16ºC şi ϕ = 85 – 90%, timp de 24 – 48 ore, lămpile UV fiind montate deasupra liniilor aeriene din depozite, pe care sunt suspendate carcasele, semicarcasele, sferturile. Iradierea se face intermitent, la intervale de 10 – 12 ore, intensitatea de iradiere fiind 150 µW/cm2. După terminarea maturării, cărnurile se refrigerează rapid şi se păstrează la temperatura aerului de ~2ºC. Având în vedere penetrarea redusă a radiaŃiilor UV, acestea sunt folosite şi pentru sterilizarea saramurilor de injectare şi acoperire, în strat subŃire la suprafaŃa a două răcitoare – panouri ondulate, între care se montează două rânduri de lămpi tip TUV30W (şase lămpi/rând). RadiaŃiile UV sunt folosite şi pentru sterilizarea aerului din depozitele de maturare a salamurilor crude, pentru a se evita pătrunderea de mucegaiuri banale sau toxicogene, care s-ar dezvolta în dauna celor nobile ( dorite) cu care se însămânŃează suprafaŃa batoanelor (sub formă de spori). În acest sens, lămpile UV sunt montate în canale de aducŃiune a aerului în scopul ventilării artificiale a depozitelor de salamuri crude.
14. 7. CONSERVAREA PRIN ÎNCĂLZIRE CU MICROUNDE ŞI CURENłI DE ÎNALTĂ FRECVENłĂ 14. 7. 1. CONSIDERAłII GENERALE Microundele sau undele de frecvenŃă superînaltă (SHF) şi curenŃii de înaltă frecvenŃă (UHF) sunt formate din două câmpuri ( electric şi magnetic) şi se caracterizează prin frecvenŃă (Hz), viteză (c = 300.000 km/s)şi lungimea de undă (λ). În practică se utilizează microunde cu frecvenŃa de 915 ± 25 MHz şi 2450 ± 50 MHz, lungimile de undă fiind 32,8 cm şi respectiv 12 cm. În cazul curenŃilor de înaltă frecvenŃă se utilizează în mod obişnuit următoarele frecvenŃe: 13,5 MHz şi λ = 3.000 cm, 27 MHz şi λ = 1.700 cm, 40 MHz şi λ= 1.200 cm. Microundele se caracterizează prin următoarele proprietăŃi: traversează aerul, materialele plastice, porŃelanul şi sticla; sunt reflectate de suprafeŃele metalice; sunt absorbite de apă, alimente. AbsorbŃia microundelor de către produsele alimentare se manifestă prin transformarea energiei lor în căldură prin următoarele mecanisme: conducŃie ionică; rotaŃia dipolului; electrostricŃiune; piezoelectricitate; rezonanŃă fero- şi ferimagnetică. Cele mai importante mecanisme sunt conducŃia ionică şi rotaŃia dipolului.
66 of 72
ConducŃia ionică se datorează faptului că în orice produs alimentar se găsesc şi substanŃe cu sarcini electrice libere, capabile să se deplaseze sub influenŃa câmpului magnetic şi să întâlnească în calea lor substanŃe cu sarcina electrică nulă. În funcŃie de numărul şi frecvenŃa şocurilor de “întâlnire”, energia microundelor se transformă într-o multitudine de energii cinetice slabe – dezordonate care, însumate formează energia termică, mare parte din aceasta fiind acumulată în produs în funcŃie de capacitatea termică masică, iar cealaltă parte, mai mică, este difuzată mediului înconjurător. SubstanŃele din alimente care au sarcini electrice legate sunt organizate în dipoli (în principal apa din produsul alimentar dar şi proteinele şi glucidele), sub influenŃa undelor electromagnetice de înaltă frecvenŃă intră în rotaŃie, cu revenire la starea iniŃială la schimbarea de frecvenŃă. RotaŃia produce frecare iar aceasta din urmă generează energie termică, care va fi cu atât mai mare cu cât frecvenŃa undelor electromagnetice este mai mare. Rezultă că în produsul alimentar au loc polarizări sub influenŃa undelor electromagnetice, cele mai importante fiind: polarizarea electronică (Pe) care duce la apariŃia momentului dipol; polarizare atomică (Pa) caracterizată prin orientarea ionilor în reŃeaua cristalină; polarizare dipol (Pd) care rezultă în urma acŃiunii câmpului electromagnetic asupra moleculelor polare care prezintă momentul dipol propriu (în principal apa); polarizare microstructurală (Pm) care apare ca rezultat al orientării electronilor şi ionilor; polarizare electrolitică (Pel). Cele mai importante polarizări sunt Pd şi P, efectul total de polarizare fiind dependent de mărimea moleculelor, frecvenŃa undelor electromagnetice, starea mediului (lichidă, semisolidă, solidă). 14.7.2. DEOSEBIRILE DINTRE ÎNCĂLZIREA CU MICROUNDE ŞI CURENłI DE ÎNALTĂ FRECVENłĂ Atât în cazul microundelor, cât şi al curenŃilor de înaltă frecvenŃă, încălzirea este de volum şi se bazează pe proprietăŃile dielectrice ale produselor alimentare. Deosebirea între microunde şi curenŃii de înaltă frecvenŃă (exceptând diferenŃele de lungime de undă şi frecvenŃă) sunt următoarele: • Modul de cedare a energiei către produs. În cazul curenŃilor de înaltă frecvenŃă, produsul alimentar trebuie să facă parte integrantă din circuitul electric, în sensul că se plasează între doi electrozi – plăci, acŃionând deci ca un condensator. Acesta impune anumite restricŃii privind grosimea produsului. În cazul microundelor, energia este condusă de la generator la incinta în care se află produsul, prin canale de ghidare, variaŃiile de greutate, grosime şi conŃinutul de umiditate al produsului (dielectricului) având efect minim asupra generatorului de microunde, dar influenŃează viteza procesului;
67 of 72
• Intensitatea câmpului electromagnetic într-o cameră de încălzire cu curenŃi de înaltă frecvenŃă trebuie să fie mai mare decât într-o cameră de încălzire cu microunde, în vederea obŃinerii aceluiaşi efect de încălzire; • La încălzirea cu curenŃi de înaltă frecvenŃă, spaŃiul dintre electrozii – plăci, este redus, fiind o fracŃiune din λ în timp ce la încălzirea cu microunde, dimensiunile camerei sunt mai mari decât λ0, aceasta reflectându-se în dimensiunile produselor ce se pot trata. 14.7.3. UTILIZAREA MICROUNDELOR ÎN SCOP DE CONSERVARE Microundele pot fi utilizate fie pentru pasteurizarea diferitelor produse alimentare în prealabil ambalate, fie pentru sterilizare, în care caz produsele sunt ambalate în ambalaje ermetic închise. Pasteurizarea se execută la presiune atmosferică în timp ce sterilizarea se execută cu contrapresiune de aer. Distrugerea microorganismelor – forme vegetative şi spori – este realizată prin efect termic şi nu prin efectul direct al microundelor, deoarece acestea nu posedă suficientă energie (cuanta de energie pentru microunde cu frecvenŃa de 2450 MHz este de 0,000012 eV) pentru a produce modificări în structura celulelor microbiene sau să scindeze diferitele legături chimice ale proteinelor din citoplasmă. Pentru pasteurizare poate fi utilizat orice tip de instalaŃie cu condiŃia ca energia emisă de magnetron să fie suficientă pentru a asigura încălzirea produselor în centrul termic până la cel puŃin 70ºC. Pentru sterilizare se foloseşte de regulă o instalaŃie cu funcŃionare continuă care lucrează la o suprapresiune de aer de aproximativ 2,5 bar. O asemenea instalaŃie îndeplineşte şase funcŃiuni: comprimare, încălzire, echilibrare, menŃinere, răcire, decompresie. 14.7.4. ALTE UTILIZĂRI ALE MICROUNDELOR Microundele mai pot fi utilizate pentru: - decongelare cărnii, peştelui, fructelor şi legumelor; - prăjirea nucilor, boabelor de cafea şi boabelor de cacao; - coacerea pâinii, gogoşilor, prăjiturilor; - uscarea pastelor, cartofilor prăjiŃi, morcovilor, cepei, etc.; - liofilizarea cărnurilor, peştelui, fructelor, vegetalelor, sucurilor, etc.; - aseptizarea produselor biologice în sensul dezinsectizării cerealelor, făinurilor şi în sensul controlului florei microbiene cum este cazul orezului polisat în care caz se îmbunătăŃeşte şi fierberea şi expansiunea; - termoliza materialelor biologice respectiv plasmoliza microorganismelor în vederea extracŃiei componenŃilor celulari; - detoxifierea, respectiv distrugerea factorilor antinutriŃionali şi a micotoxinelor, în special aflatoxine: - omogenizarea laptelui, cremelor, maionezelor, sosurilor şi sucurilor de fructe concentrate, brânzeturi, produselor lactate acide, muştarului;
68 of 72
- stabilizarea sucurilor de fructe obŃinute rin presare (cu pulpă) pentru ca pulpa să rămână în suspensie; - obŃinerea de emulsii de tipul A/U pentru ungerea tăvilor la coacerea pâinii, checurilor, cozonacilor; - topirea grăsimilor animale şi vegetale solide, a blocurilor de ciocolată şi a brânzeturilor; - coagularea compoziŃiilor din carne pentru prospături; - determinări analitice şi controlul nivelului lichidelor în recipiente opace. CurenŃii de înaltă frecvenŃă au utilizări mai restrânse şi anume, sunt folosiŃi pentru deshidratare, decongelare (cel mai frecvent), coacerea drobului (pâine de carne) în forme metalice, obŃinerea de peliculă coagulată în vederea fabricării cremvurştilor fără membrană (aceasta este cea mai interesantă utilizare şi s-a materializat în realizarea de instalaŃii de tip Auto – Frank. 14.7.5. AVANTAJELE FOLOSIRII MICROUNDELOR. Larga răspândire a echipamentelor cu microunde se datorează următoarelor avantaje pe care le oferă procesarea cu microunde şi anume: energia microundelor este disponibilă instantaneu, ea fiind trimisă la distanŃă în incinta de tratare a produselor aflate în atmosfera variată: sub vid, sub presiune, în atmosferă rece, caldă sau ventilată; încălzirea cu microunde este economică, în sensul că nu sunt pierderi substanŃiale de energie; încălzirea cu microunde nu este poluantă, în sensul că nu ridică temperatura mediului ambiant; tratamentul produselor este de scurtă durată deoarece transferul de energie al microundelor la produs este rapid; temperaturile ridicate în produs se ating fără o încălzire prealabilă prin alte metode şi fără supraîncălziri locale; selectivitatea microundelor permite o acŃiune specifică asupra produselor prin alegerea dozelor de intensitate şi a duratei de aplicare; instalaŃiile sunt uşor de realizat în funcŃie de produs şi calităŃile ce urmează a fi tratate; includerea tratamentului cu microunde într-un lanŃ tehnologic este simplă, datorită faptului că tratamentul este de scurtă durată; produsele pot fi tratate în starea lor iniŃială; instalaŃiile pot fi complet automatizate şi computerizate. spaŃiul ocupat este redus.
14.8. CONSERVAREA PRIN ÎNCĂLZIRE OHMICĂ Încălzirea ohmică este utilizată pentru pasteurizarea sau sterilizarea unor produse alimentare lichide mai mult sau mai puŃin vâscoase, produse cu un anumit raport
69 of 72
solid/lichid (mâncăruri gata preparate), compoziŃii pentru cremvurşti, parizer, polonez, francfurter, etc. 14.8.1. PRINCIPIUL ÎNCĂLZIRII OHMICE Încălzirea ohmică (I2R) are loc atunci când curentul electric alternativ de 50 – 60 Hz, trece printr-un produs alimentar de rezistenŃă R. Curentul electric alimentează doi electrozi speciali şi având în vedere câmpul electric de ordinul a câŃiva KV/m se elimină posibilitatea de a apare efectul de electroliză a produsului. La încălzirea ohmică, gradientul de temperatură în interiorul produsului nu este mare şi atât faza lichidă cât şi cea solidă (particule) ale unui produs alimentar sunt încălzite aproape simultan, neexistând pericolul supraîncălzirii fazei lichide. În plus, nu se pun probleme de formare a crustelor la supârafaŃa schimbătorului de căldură şi deci este exclusă posibilitatea de transfer a particulelor arse de pe pereŃi în produsul ce se tratează. Totodată, în schimbătorul ohmic, este posibil să alegem şi un regim de curgere laminar pentru a păstra integritatea particulelor fragile în textură. łinând cont de durata mică de încălzire, lungimea tubului care-l parcurge produsul este redusă şi acest lucru permite limitarea influenŃei duratei de staŃionare a particulelor în aparat şi o mai bună omogenitate a tratamentului termic asupra produsului în ansamblul său. Aplicabilitatea încălzirii ohmice este deci dependentă de conductivitatea electrică a produsului care conŃine o anumită cantitate de apă în care sunt dizolvate săruri minerale. Cercetările efectuate la încălzirea ohmică a unui produs cu raport solid/lichid, într-un încălzitor ohmic static, au condus la următoarele concluzii: o particulă solidă cu conductivitate electrică mare are tendinŃa de întârzia instalarea regimului termic datorită densităŃii mari de curent. Totuşi, dacă particula are o anumită mărime şi orientare care să împiedice trecerea curentului electric, particula se poate încălzi mai repede decât lichidul; dacă se măreşte concentraŃia particulelor cu conductivitate electrică mai mică decât a lichidului, viteza de încălzire a particulelor poate să crească şi chiar să depăşească pe cea a lichidului, deşi viteza de încălzire a mixturii însăşi poate fi mai mică din cauza creşterii rezistenŃei în general; viteza de încălzire la tensiune constantă creşte odată cu timpul, ca rezultat al creşterii conductivităŃii electrice; Studiile efectuate pe un încălzitor ohmic continuu au condus la următoarele concluzii: într-o mixtură cu un număr redus de particule solide faza solidă se va încălzi cu o viteză mai redusă decât lichidul; atunci când conductivităŃile electrice ale celor două faze sunt egale, iar faza solidă este în concentraŃie mare, temperatura punctelor reci ale particulelor (colŃurile cuburilor) depăşeşte uşor temperatura lichidului, în timp ce temperatura în centrul particulelor solide este mult mai ridicată decât cea a lichidului; dacă faza solidă are conductivitate electrică scăzută, curba de încălzire este asemănătoare ca evoluŃie, dar creşterea temperaturii mixturii este numai cu câteva grade
70 of 72
mai mare. Particulele solide se încălzesc mai repede decât lichidul, dar viteza de încălzire a mixturii este mai scăzută. 14.8.2. AVANTAJELE ÎNCĂLZIRII OHMICE Aceste avantaje sunt următoarele: • Încălzirea ohmică este rapidă atât pentru faza lichidă cât şi pentru cea solidă, viteza de încălzire variind între 0,3 – 5°C/min., ceea ce face ca valorile de sterilizare (F0) pentru cele două faze să fie aproape identice. Este deci posibil să încălzim la 135 140°C particulele (în centrul termic) fără riscul ca faza lichidă să se supraîncălzească. În limitele de pompabilitate ale produsului alimentar atât fracŃiunea masică de particule cât şi vâscozitatea fazei lichide nu sunt parametri importanŃi la încălzirea ohmică. Prelucrarea termică este continuă şi nu necesită suprafeŃe de schimb de căldură. Prelucrarea termică este rapidă fără degradarea calităŃii produsului. Prelucrarea termică este ideală pentru produsele cu textură moale, fragilă, din cauza curgerii laminare şi a vitezei scăzute de curgere. SubstanŃele nutritive sunt reŃinute la un grad înalt (Cooking value scăzută). Se obŃin produse cu calităŃi senzoriale superioare. Procesul se desfăşoară fără poluare sonică. Puterea electrică necesară este proporŃională cu debitul de produs ce se tratează şi ajunge la 0,1kW/Kg şi h. Randamentul conversiei energiei electrice în energie termică este foarte bun, nefiind afectat de pierderile datorate izolării imperfecte a instalaŃiilor de încălzire clasice. Consumul mediu de energie (pompa+încălzire) este de ~ 0,15KWh/Kg produs finit. Costurile de întreŃinere ale instalaŃiei sunt reduse. Produsul se poate păstra la temperatura ambiantă dacă încălzirea ohmică este urmată de ambalare aseptică. În comparaŃie cu procedeele convenŃionale de încălzire, încălzirea ohmică prezintă caracteristici net superioare.
14.9. CONSERVAREA FRECVENłĂ RADIO
PRIN
ÎNCĂLZIRE
CU
UNDE
DE
Cu ajutorul undelor de frecvenŃă radio se poate realiza concomitent pasteurizarea şi coagularea în flux continuu a compoziŃiilor de carne destinate obŃinerii produselor de carne cu diametrul de până la 50 mm. Pasteurizarea – coagularea cu unde de frecvenŃă radio este o încălzire în dielectric. Undele cu frecvenŃă radio au lungimea de undă cuprinsă între 10 – 100m şi frecvenŃa între 3 – 30 MHz (unde radio scurte). Unitatea de bază a instalaŃiei este un tub de borosilicat prin care este împinsă compoziŃia de carne, tub care este plasat axial în centrul unei incinte paralelipipedice din policarbonat, incintă umplută cu apă demineralizată, care este recirculată printr-un
71 of 72
răcitor la o temperatură care reprezintă media dintre temperatura compoziŃiei la intrare în tubul de borosilicat şi temperatura produsului la ieşirea din tub.Tubul de borosilicat cu φ ≤ 50 mm este plasat între doi electrozi plaŃi de aluminiu din care unul este electrod de înaltă tensiune iar cel de al doilea este electrodul de punere la pământ.
14.10. CONSERVAREA PRIN ÎNCĂLZIRE INDIRECTĂ CU EFECT JOULE (ACTIJOULE) Prin efect Joule (actijoule) se poate realiza pasteurizarea sau sterilizarea în vrac a unor produse alimentare pompabile cum ar fi compoziŃiile pentru pateuri de ficat, sosuri pentru diferite sortimente de carne, dressinguri pentru salate dar şi pentru alte produse cum ar fi laptele, sucurile de fructe, piureurile de fructe, siropuri, crème, etc., toate produsele menŃionate urmând să fie ambalate aseptic în recipiente de plastic, sticlă, metal, carton în funcŃie de produs şi de tratamentul realizat. Principiul încălzirii prin efectul Joule constă în faptul că energia calorică generată prin efect joule în masa unui tub metalic este transmisă prin convecŃie forŃată produsului care circulă prin tub. Deoarece peretele tubului este încălzit electric jucând rol de rezistenŃă, densitatea fluxului caloric este perfect controlabilă.
14.11. CONSERVAREA CU RADIAłII INFRAROŞII RadiaŃiile infraroşii (IR) sunt radiaŃii electromagnetice şi pot fi: cu lungime de undă scurtă (λ=0,75 – 2,5 µ); cu lungime de undă medie (λ=2,5 – 25 µ) şi cu lungime de undă mare (λ = 25 – 750 µ). Ele sunt produse cu ajutorul unor surse care pot fi: lămpi (emit radiaŃii IR scurte), radiatoare tubulare cu încălzire electrică, radiatoare ceramice cu încălzire electrică cu gaze (emit radiaŃii IR medii şi lungi). RadiaŃiile IR pot fi utilizate pentru pasteurizarea şi sterilizarea cărnii şi subproduselor din carne pe baza efectului de încălzire al fluxului de radiaŃii IR absorbit, care reprezintă în acest caz componenta cea mai importantă a fluxului total de radiaŃii IR. Tot în industria cărnii radiaŃiile IR pot fi utilizate pentru frigerea, decongelarea, deshidratarea cărnii, putând fi utilizate şi în combinaŃie cu câmpul electrostatic. RadiaŃiile IR mai pot fi folosite la uscarea lactozei, la uscarea cerealelor, la coacerea pâinii şi biscuiŃilor şi produselor de patiserie, la pasteurizarea siropurilor, la liofilizarea diferitelor produse alimentare, inclusiv carne, ca sursă de încălzire pentru plăcile între care se aşează produsul congelat, în vederea sublimării gheŃii şi pentru desicarea secundară. De asemenea, radiaŃiile IR sunt utilizate în determinări analitice (determinarea indirectă a umidităŃii, determinarea directă a apei şi a altor componenŃi ai produselor alimentare).
72 of 72
BIBLIOGRAFIE 1. Amarfi, F.R., ş.a., Procesarea minimă atermică şi termică în industria alimentară Editura Alma, GalaŃi 1996 2. Banu,C., ş.a., Progrese tehnice, tehnologice şi ştiinŃifice în industria alimentară, vol. I, Editura Tehnică, Bucureşti, 1993 3. Banu,C., ş.a., Procesarea industrială a cărnii, Editura Tehnică, Bucureşti, 1988 4. Chambray, V., Physiologie et temperature des produits frais decoupés. In: Revue Generale du Froid, 3, 1989, p. 78 5. Ciobanu, A., ş.a., Frigul artificial în fabricarea şi conservarea produselor alimentare, Editura Tehnică, Bucureşti, 1981 6. Corbineau, F., Lome, D., Problèmes biologiques par les produits de quatrième gamme. In: Revue Generale du Froid, 9, 1993, p. 21 7. Gac, A., L’embalage des produits congelés ou surgelés. . In: Revue Generale du Froid, 6, 1994, p. 20 8. Ioancea, L., Kathrein, I., CondiŃionarea şi valorificarea superioară a materiilor prime vegetale în scopuri alimentare, Editura Ceres, Bucureşti, 1988 9. Marcellin, P., Conservation des fruits et légumes en atmosphère controlée, à l’aide des membranes des polymers. . In: Revue Generale du Froid, 3, 1974, p. 217 10. NiculiŃă, P., Îndrumătorul specialiştilor frigotehnişti din industria alimentară. Editura Ceres, Bucureşti, 1991 11. Rosset, R., Sécurite alimentaire et froid. Le problème des psichrotrophe. In: Revue Generale du Froid, 6, 1993, p.16 12. Satinover, N., Marinescu, I., Conservarea industrială a alimentelor. Editura Tehnică, Bucureşti, 1962 13. Segal, B., Balint ConstanŃa, Procedee de îmbunătăŃire a calităŃii şi stabilităŃii produselor alimentare. Editura Tehnică, Bucureşti, 1982 14. xxx Beer passteurisation. Published by Getränke Fachverlag Hans Carl, 1995 15. xxx Encyclopaedia of Food Science, Food Technology and Nutrition. Academic Press, Generale du Froid, 1993, 6, p. 16 16. xxx Refrigeration Science and Technology Proceedings. New Development in Refrigeration for Food Safety and Quality, Octomber 2-4, 1996, Lexington, Kentuchy – United States, 1996 17. xxx Refrigeration Science and Technology Proceedings. Refrigeration climate control and energy conservation, Feb. 11-14, 1996, Lexington, Melbourne - Australia
