PROCESY MEMBRANOWE

 

FILTRACJA – oddzielanie cząstek na przegrodzie

Przegrody – membrany mające właściwości błony półprzepuszczalnej

FILTRACJA – oddzielenie zawiesiny

KLAROWANIE:

• Nadawanie klarowności
• Zastosowanie środków klarujących (taniny, żelatyny, bentonity)

Najczęstszym sposobem nadawania klarowności jest filtracja

Cele filtracji:

• Oddzielenie zawiesiny
• Uzyskanie fazy płynnej

FILTRACJA

• Jeśli zbyt dużo osadu – duże opory warstwy filtracyjnej
• By uzyskać więcej przesączu a wzrost różnicy ciśnień (ciśnienie: 0,8-1,2 MPa), lecz jeśli wzrośnie za bardzo ciśnienie możemy zniszczyć przegrodę
• Odpowiednia konstrukcja filtru
• Periodyczny sposób działania; rozwiązanie – filtr bębnowy z siatką na powierzchni i skrobakiem

 

POMOC FILTRACYJNE – ziemia okrzemkowa (nakładanie ziemi okrzemkowej na początku a następnie dodawanie jej w trakcie procesu do cieczy w celu rozluźnienia warstwy osadu à zmniejszenia oporów filtracji

Filtr okresowy – komory o poziomych talerzach. W poziomym filtrze ziemia okrzemkowa jest stabilna. Ciśnienie; 0,6-1,2 MPa (autoklaw – 0,2). Rotametry – mierzą ilość przepływającej cieczy. Gdy ciśnienie wzrośnie do maksymalnego i pomiędzy poziomymi elementami znajduje się dużo ziemi i szlamu – przerywamy filtrację. Przepuszczamy wodę pod odpowiednim ciśnieniem i oczyszczamy filtr (mycie bez rozbierania0

Pełna klarowność wina – z połyskiem (refleksy światła)

 

FILTR PŁYTOWO – RAMOWY

Filtr komorowy nie zapewnia pełnej klarowności (wstępna filtracja)

• Płyta filtru – odebranie filtratu
• Rama filtru – doprowadzenie mętnej cieczy
• Płyta filtracyjna (przegroda)
• Komory maja kanały łączące się z płyta filtru

Ciśnienie w tym filtrze mniejsze niż w bębnowym – może wytrysnąć

By można zmieścić ziemię okrzemkowa – wydłużono ramę filtru do 5?M, ale przez to wydłużono filtracje

Zastosowanie:

• Przemysł winiarski
• Owocowo warzywny – soki do zagęszczania niezbędnym warunkiem jest klarowność – by nie przywierał sok do ścianek
• Olejarski
• Piwowarski

Zmiany w procesie filtracji:

• Stosowanie pomocy filtracyjnych
• Rozluźnienie osadów
• Zmiana konstrukcji – poziome talerze jednostronnie filtrujące, poszerzenie ramy filtru

Filtracja – metoda nadawania klarowności

Inne: wirowanie, sedymentacja

Membrany – nie potrzebuje ziemi okrzemkowej; jest to tak zwana przegroda aktywna – ma zdolność półprzepuszczalności (80% kosztów, to membrana – należy ja przechowywać w odpowiedni sposób)

Siatki (galaretowate masy), membrany kartonowe, membrany ceramiczne, mikrobiologiczne (świece Berkelfilda), metaliczne

 

FILTRACJA

• Usuwa cząstki

 

MEMBRANY

• Usuwa białkowe elementy – oddzielane są cząsteczki
• Mikro filtracja
• Ultrafiltracja – soki
• RO – odwrócona osmoza – do odsalania wody morskiej, uzdatnianie wody pitnej, w produkcji napojów – piwa bezalkoholowe. Warunek – odpowiednia twardość wody – 50 mg Ca.

Różnice pomiędzy filtracją i ultrafiltracją – charakter przegrody – w membranowych procesach – przegroda aktywna – reaguje z zawiesiną

RADIACYJNE METODY UTRWALANIA ŻYWNOŚCI

 

Małe dawki mogą powodować utrwalenie.

Zimna sterylizacja – wyjałowienie = zastosowanie promieniowania

1 grey (Gy) – energia 1 J przekazana ciału o masie 1 kg

1 rad – 0,01 Gy

Radiacja w celach żywnościowych:

• Głównie do ziemniaków – by nie kiełkowały
• Do truskawek, cebuli – by nie pleśniały
• Niszczenie insektów w przyprawach

Bardzo trudno zbadać, czy żywność została napromieniowana, gdy stosujemy małe dawki.

Zdolność kumulowania w grzybach (budowa kanalikowa) – 1000 krotna w stosunku do środowiska. Dawki pasteryzacyjne i sterylizacyjne

• Średnie
• Niskie
• Wysokie

SUSZENIE SUBLIMACYJNE (liofilizacyjne)

 

Freeze drying (mrożenie i suszenie); dehydra feezing (podsuszanie i zamrożenie)

W pierwszej fazie szybko się suszy – obniżenie zawartości wodyà szybsze mrożenie; mrożenie – w mniejszym stopniu ulega zmiana struktury produktu mrożonego (nie ma wycieku); sublimacja – cofanie się frontu lodowego (barwa i aromat zachowany, nie ma skurczu); dosuszanie (0,1 hPa).

Czy para wodna może mieć ujemną temperaturę – tak nawet – 40°C. (Przy gotowaniu wody w obniżonym ciśnieniu w pewnym momencie może pojawić się lód – ogromne ilości ciepła pobierane są z otoczenia). Żeby lód mógł parować należy usunąć parę znad powierzchni lodu – można ja wymrozić.

 

SUBLIMACJA – przejście ze stanu stałego w gazowy z pominięciem fazy ciekłej.

Ciepło sublimacji: ciepło parowania (2200kj/kg) + utajone ciepło topnienia (333 kJ/kg)

Potrójny punkt wody – woda w 3 postaciach – 4,58 mm Hg

Wady procesu – dostarczenie ciepła w takiej ilości, by produkt się nie roztopił.

Zalety – nie ma zmian – substancje termolablilne zachowane

Nie ma stałej temp. sublimacji (od –30°C do +40°C)

Czy tylko redukcja ciśnienia powoduje sublimacje lodu- w atmosferze też, ale bardzo wolno np. Inkowie w Andach; pranie na mrozie)

Przy liofilizacji należy usunąć parę z liofilizatora, by nie osiadła ona wewnątrz przewodów w postaci szronu (wymrożenie pary).

Liofilizacja w sposób ciągły

• Praca dwóch równoległych wymrażavczy
• Front lodowy się cofa a po parunastu godzinach wysycha również jądro lodowe; para sublimuje przez warstwę wysuszoną. Nie ma stałej temp. sublimacji. (Od -30°C do +30°C); w każdym miejscu produktu – inna temperatura.

Liofilizat ma kruchą konsystencję – gubimy trochę aromatu.

Produkty takie są bardzo dobre dla turystów. Liofilizacja ma również pewne znaczenie w sporządzaniu preparatów enzymatycznych.

Suszenie (odwadnianie) żywności

Dawniej:

• Ciepło słoneczne
• Gazy spalinowe (dym wędzarniczy) + podgrzane powietrze
• Suszone wytłoki jabłkowe – pektyny (2,5 mln jabłek – 150 tys. ton suszonych wytłoków)
• Suszenie ziarna na polu (zawartość max. wody w ziarnie – 14-15%); suszenie fluidyzacyjne gazami spalinowymi nie spełniało swojej roli – w mące (okrywie nasiennej) znajdował się benzo (a) piren
• Suszenie słoneczne owoców tropikalnych, ziaren kawy (oddzielenie, suszenie, prażenie, wyciąg wodny, podgęszczanie, suszenie rozpyłowe lub liofilizacja)

 

SUSZENIE KONWEKCYJNE (OWIEWOWE)

Zła metoda – długotrwałe natlenianie surowca w podwyższonej temperaturze

50-90°C – surowce roślinne (w cebuli trehaloza à brunatnieje; betaina – burak ćwikłowy)

Ochrona produktu suszonego przez opakowanie i skurcz produktu (soki komórkowe podsiąkają do powierzchni, woda wyparuje a reszta osadza się na powierzchni – powstaje warstwa, która chroni przed penetracją powietrza w czasie przechowywania) Susz można przechowywać nawet kilka lat.

SUSZENIE DBD – blanszowanie przed suszeniem. Blanszowanie w gorącej wodzie – zmycie warstwy utrudniającej suszenie

Sprawność suszarek – mała – kilkanaście %

 

OGRANICZANIE WPŁYWU NATLENIENIA:

• Suszenie pod zmniejszonym ciśnieniem (suszenie w powietrzu = rozkład niektórych substancji i ulatnianie się lotnych; pod zmniejszonym ciśnieniem tego nie ma)
• Suszenie przecierowo – miazgowych w suszarkach bębnowych. Suszenie całych owoców długo trwa.

SUSZENIE ROZPYŁOWE

Do 180°C – temperatura powietrza dużo wyższa, ale bardzo szybkie (podróż kropli rozpyłowej substancji bardzo krótka). Dlaczego możliwe jest zastosowanie tak wysokiej temperatury? Następuje intensywne parowanie = przemiana fazowa a duże ilości ciepła pobierane są z otoczenia niska temperatura produktu.

Zastosowanie: mleko, zupki pomidorowe, wyciąg z dzikiej róży..

POMOCE SUSZARNICZE – materiał dodawany przy suszeniu rozpyłowym – nośniki zapobiegające zlepianiu się ( pektyna, skrobia modyfikowana).

 

Podczas procesu produkcyjnego należy zadbać o zminimalizowanie ryzyka zanieczyszczenia wyrobu alergenami (uwzględnić proces i wyrób w matrycy do walidacji czyszczenia alergenów).

METODY TERMICZNE – NISKIE TEMPERATURY

 

Druga połowa XIX w – transport mięsa (wołowina) z odległych terenów do Europy na parowcach.

Obecnie – kontenery izotermiczne podłączone do instalacji okrętowych. Do Polski w ten sposób dociera zagęszczony sok pomarańczowy, truskawki, maliny – z Polski.

Podstawowa przyczyna psucia:

• Działanie mikroflory. W zależności od charakteru produktu: rośliny – bakterie (gnilne, pleśnie – „zjadają” kwasy organiczne. Ryby i mięso – bakterie gnilne. Ryby są produktem nietrwałym – należy szybko je zamrozić, gdyż nie ma czasu na niekorzystne procesy enzymatyczne.
• Reakcje enzymatyczne, chemiczne, fizyczne.

Przyczyna trwałości:

• Wymrożenie wody – zmiana stosunków wodnych. Aktywność wody zmniejszona a działanie drobnoustrojów wstrzymane. 5%-10% może zginąć – kryształy mogą zniszczyć strukturę komórki. (Ciekły azot – -197°C à naruszenie również struktury tkankowej à wyciek)

W jakiej temperaturze mrozić:

* ok. 0°C

** ok. -12°C (zamrażalniki)

*** ok. –22-24°C

W tunelach panuje nawet tę. -40°C, ale produkty jej nie osiągają.

+10°C – C. bot. A, B – hamowanie rozwoju

+7°C – St. aur. – zatrzymanie rozwoju

+3°C – C. bot. E – zahamowanie rozwoju

-10°C – całkowite zahamowanie rozwoju bakterii

-18°C – całkowite zahamowanie rozwoju pleśni i drożdży

Temperatury składowania mrożonek:

• Wykluczenie rozwoju drobnoustrojów (min. -18°C)
• Wydłużenie okresu wysokiej trwałości
• Zwolnienie reakcji chemicznych (HQL) – im temp. niższa, tym procesy wolniejsze.

Blanszowanie – niszczenie enzymów – nie ma sensu przed mrożeniem – energetycznie niekorzystne.

Podtruwanie enzymów – gaz, CO­₂ – blokuje białkowe funkcje enzymów

Antybiotyki – są wytwarzane przez pleśnie (mikotoksyny)

Obniżanie temperatury jest dosyć kosztowne:

• Uzyskanie niskiej temperatury dzięki sprężarkom (śrubowe-głośne, tłokowe).
• Amoniak, jako czynnik chłodniczy. Freon – rozbija ozon.
• Izolacja – wata szklana, azbestowa, styropian, pianka poliuretanowa, stal kwasoodporna

 

MROŻENIE OWIEWOWE

• Komora chłodnicza (parownik u góry – naturalna konwekcja; wymuszona konwekcja – do mrożenia, ale nie do składowania);
• 2 systemy chłodnicze dla amoniaku: sprężarkowy (ok. 1 MPa – -41 – -43·C°C); absorpcyjny – tani i cichy, ale do temp. –20 – -25°C max. Sprężenie o ok. 0,5 mniejsze.

Rodzaje zamrażania:

• Posiewowe (95%) – powietrze, jako czynnik chłodzący.
• Fluidyzacyjne – szybki mrożenie; szybszy ruch powietrza, do małych produktów. Szybkość mrożenia – 5-10 cm/h.

Mrożenie bez opakowania – nie ma oporu cieplnego, ale warunki sanitarne zagrożenie. Choroby zawodowe i brak higieny – źródło zakażenia szczególnie przy sortowaniu na taśmie zamrożonego produktu. Wahania temperatur –przyczyna zbrylenia.

Wady systemu owiewowego – ususzka, natlenianie.

 

Co można udoskonalić?

Kiedy złoże wprowadzimy w ruch, to uzyskamy złoże wibrofluidyzacyjne. Tak jest w tunelach fluidyzacyjnych. Co pewien czas tunel musi być odszraniany – raz na zmianę. Odszraniamy parą – taśmę powracającą natomiast tunel polewamy wodą lub zmieniamy obieg amoniaku i do parowników dostaje się amoniak o temp. 75°C. Niezbędnym urządzeniem do wytworzenia warstwy fluidyzacyjnej jest wentylator. Silnik elektryczny (by nie był polewany wodą w trakcie odszraniania) wprowadzany jest pod tunel. Stosuje się wentylatory promieniowe. Dodatkowa korzyść umieszczenia silnika pod tunelem – unikniecie nagrzewania od silnika (en. El –   ciepło). Wyprowadzenie silnika na zewnątrz – racjonalne odszraniania, oszczędność energii.

Inne sposoby zamrażania: – kontaktowe, kriogeniczne (w cieczach wrzących), immersyjne z użyciem skroplonych gazów.

 

Urządzenia KONTAKTOWE

– do truskawek w syropie, do ryb

-działają okresowo – należy załadować i rozładować taka zamrażarkę. Płyty mogą być ustawione pionowo lub poziomo. W płytach płynie czynnik chłodniczy pomiędzy nimi wrzucamy produkt, a by ten zamrożony produkt wyjąć, należy potraktować go chwilkę ciepłem – oderwanie od płyty a następni wypychanie od dołu – w bloku.

 

 

Metoda kontaktowa ciągła

Zamrażarka bębnowa – bęben chłodniczy zamocowany na osi. Do mrożenia półpłynnych produktów – na listwę z boku bębna nanosimy produkt i roznoszony jest on następnie po bębnie a na końcu zeskrobywany. Met. owiewowe – temp. -40°C, zamrażarka bębnowa – -25°C.

Aby mrozić ciała stałe – dostarczamy je do bębna, one przylegają do niego a potem są zeskrobywanie. Taśmy mogą być wykonane z metalu. Taśmy są natryskiwane glikolem o temp -25°C. Sposób ten może mieć zastosowanie do mrożenia produktów półpłynnych i stałych.

 

Mrożenie KRIOGENICZNE

• Mrożenie z użyciem cieczy wrzących
• Mrożenie z użyciem skroplonych gazów

Powietrze skroplił po raz pierwszy Wróblewski z Olszewskim. Gazy można skroplić, gdy jest odpowiednie ciśnienie (wysokie) i temperatura (niska). Skroplone gazy zaczęto stosować w przemyśle spożywczym. Skroplono O₂ i N₂. Mrożenie w ciekłym azocie odbywa się przez immersje – zanurzenie. Mrozić można też z użyciem ciekłego azotu. Temp. wrzenia: -197°C – pod zwykłym ciśnieniem można go przewozić. Ciekły azot rozpyla się – ma wtedy temp -70°C. Następuje mrożenie produktów.

Rys. schemat tunelu do mrożenia w ciekłym azocie

Mrożenie to można zaliczyć do mrożenia ultraszybkiego- 10-20 cm/h.

LNF – mrożenie z użyciem ciekłego azotu

HQL – okres wysokiej trwałości (high Quality life) – mrozimy, by wydłużyć HQL

Powstają mini zamrażalnie z komorami, gdzie wkłada się produkt, zamraża i przetrzymuje. Mrożenie ciekły m azotem nie narusza struktury tkankowej – minimalne zmiany. Jeśli cos jest zamrożone w ciekłym azocie i zapakowane hermetycznie – eliminacja procesów tlenowych. Azot jest rezerwą energetyczną zakładu. Również do transportu chłodniczego stosujemy azot.

Freon (dwufluorometan) – tez stosowano (azot jest do jednorazowego użytku a freon można skroplić ponownie i znów użyć.

CO₂ – używany jest, jako suchy lód – zestalony, CO₂. CO₂ może egzystować przy ciśnieniu atmosferycznym i przy temperaturze pokojowej, jako gaz. W fermentowniach, CO₂ może być skroplony. W butlach jest w postaci płynu, a przy ciśnieniu atmosferycznym – w postaci szronu. Tunel do zamrażania podobny jak dla ciekłego azotu, z ta różnicą, iż CO₂ wprowadzamy w postaci mikrosniegu -à temperatura obniża się do -60°C. Mikrośnieg sublimuje. Zaleta jest to, iż CO₂ można ponownie sprężyć. W napojach gazowanych używa się, CO₂ fermentacyjny – złapany i doprowadzony do napojów. Gazowy, CO₂ jest bezwonny. CO₂ przy temp. -78°C gwałtownie sublimuje.

Nowoczesne techniki magazynowania.

Sterowane komputerowe. Zachowanie łańcucha chłodniczego. Pierwsze weszło – pierwsze wyszło. Zamrażanie składowe. Zamrażanie i załadunek. Lepsze są komory zamrażalnicze leżące – zimne powietrze nie ucieka dołem..

Temperatura w przestrzeni kosmicznej – 270°C.

Co nowego w mrożeniu:

• Sterowane komputerowo regały
• Obniżona temp. składowania
• Nowoczesna technologia (ulepszone metody – metoda fluidyzacyjna, konstrukcja tuneli)
• Miejsca instalacji silników (nie od dołu) – wyprowadzane są na zewnątrz (energia cieplna nie uwalnia się w tunelu, lepsze rozmrażanie); wentylatory – pomiędzy taśmami.
• Konstrukcja taśm – szeroki rozstęp
• Zmniejszenie oporów przy przepływie powietrza – nadmuch tylko na jedną taśmę

Metoda mrożenia – ustabilizowała się. Polak zjada 6-8 kg mrożonek/rok (bez lodów).

Konkurencja – dla mrożonych owoców: eksport owoców chłodzonych (powyżej temperatury krioskopowej). Kontenery izotermiczne, (jeśli brak agregatu – ochładzamy i dochładzamy suchym lodem w trakcie transportu).

Inne metody utrwalania żywności bez stosowania substancji chemicznych: suszenie, procesy termiczne w autoklawach (pasteryzacja i sterylizacja)

ASEPTYCZNE UTRWALANIE (PAKOWANIE)

 

Pakowanie aseptyczne żywności wywodzi się z tradycyjnych metod apartyzacyjnych i sterylizacyjnych – właściwy zabieg termiczny (utrwalania) zachodzi poza opakowaniem – w płytowych lub rurowych wymiennikach ciepła, pakowanie następuje w strefie o podwyższonych wymaganiach higienicznych (powietrze filtrowane przez filtry HEPA 14) do wstępnie wysterylizowanego lub zsanityzowanego opakowania.

Tradycyjnie względnie dobre warunki higieniczne operacji pakowania można było zapewnić poprzez tzw. „rozlew na gorąco” – proces pakowania czasami nazywany również pakowaniem „półaseptycznym”. Rozlewając wyrób do opakowań na gorąco w temp. między 70-100°C możliwe jest zniszczenie za pomocą gorącego wyrobu mikroflory wegetatywnej obecnej w opakowaniu oraz mikroflory obecnej w strefie pakowania. Minusem pakowania „półaseptycznego” jest jednak:

• wydłużone stygnięcie wyrobu,
• utrata witamin (negatywny wpływ ciepła),
• inaktywacja enzymów.

WYMIENNIKI CIEPŁA PRZEPŁYWOWE WYKORZYTYWANE W TECHNOLOGII PASKOWANIA ASEPTYCZNEGO

• PRZEPONOWE – płytowe i rurowe
• BEZPRZEPONOWE – wprowadzanie żywej pary; następnie w zbiorniku z niskim ciśnieniem gwałtowne odparowanie wody.
• PŁYTOWE – do płynów o niskiej lepkości
• RUROWE – do lepkich, gęstych płynów (np. zupy z kawałkami warzyw)

ASEPTYCZNE UTRWALANIE – MODYFIKACJA METODY APERTYZACJI

W procesach aseptycznego pakowania właściwy proces utrwalania zachodzi poza opakowaniem, jeszcze zanim wyrób zostanie rozlany do opakowań jednostkowych. Schłodzenie utrwalonego termicznie produktu ma również miejsce jeszcze przed etapem pakowania. Do opakowania trafia wyrób posiadający zazwyczaj temperaturę poniżej 40C. W strefie aseptycznego pakowania następnie aseptyczne zamknięcie aseptycznie rozlanego wyrobu. Po opuszczeniu przez opakowanie strefy aseptycznego nalewu, wyrób jest w pełni zabezpieczony przed drobnoustrojami i zanieczyszczeniami obecnymi w otoczeniu.

Skuteczność utrwalania poza opakowaniem jest warunkowana przez błyskawiczne ogrzewanie w cienkiej warstwie. Technologie aseptyczne gwarantują ciągłość procesu oraz umożliwiają zachowanie wyższej jakości wyrobu ze względu na bardziej efektywne chłodzenie (następuje mniejsza utrata jakości na skutek ciepła dostarczanego do wyrobu w fazie chłodzenia).

Utrwalanie aseptyczne (/technologie aseptyczne) a autoklawy tradycyjne

Autoklawy:

• Procesy w autoklawach są procesami okresowymi (batchowymi)
• Opakowanie laminowane – zazwyczaj nie są produkowane w kraju; wielowarstwowe – warstwa aluminiowa- hermetyzująca.
• Pompy i przewody – wróg aseptyki.

Technologia aseptyczna:

• Higieniczna konstrukcja instalacji produkcyjnej (zawory bez dławików), brak gwintów, uszczelnianie poprawne, brak martwych przestrzeni
• Bardzo dobre mycie instalacji w układach CIP (ang. cleaning in place)
• Komputeryzacja, nowoczesna technika – np. komputerowa kontrola czystości; kontrola konstrukcji tzn. nadciśnienie gazu inertnego (azot) w zbiorniku. W przypadku szczeliny – spadek ciśnienia gazu i alarm komunikowany operatorowi linii aseptycznej.

Trudne jest utrzymanie aseptyczności w dużych zbiornikach aseptycznych np. 500 tys. l soku. Bardzo trudne jest też opróżnianie dużych zbiorników asetycznych.

 

Urządzenia i materiały do aseptycznego napełniania:

• Folia kartonowa na szpulkach (szer. 30 cm, 200 kg)
• Opakowania formowane są w urządzeniach zamkniętych, na koniec traktowane perhydrolem. Produkt utrwalony i schłodzony trafia do uformowanego opakowania. Opakowanie następnie jest zamykane. Technologii pakowania septycznego nie można stosować do produktów stałych.

Jakie wyroby spożywcze pakowane są aspetycznie?

• Produkty owocowe, warzywne o pH > 4,5
• Napoje
• Zupy i sosy aseptyczne
• Dressingi

HTST, STERYLIZACJA, APERTYZACJA

 

W temperaturach poniżej 100°C prowadzone są procesy apertyzacji i pasteryzacji żywności. W 100°C można również wysterylizować żywność, ale trwa to bardzo długo. Soki owocowe, napoje, mleko UHT utrwalane mogą być bardzo szybko w temp. 140°C (konieczne jest następnie szybkie schłodzenie wyrobu). Apertyzacja i pasteryzacja (prowadzona zwłaszcza w autoklawie) doprowadzi zazwyczaj do przegrzania wyrobu, ze względu na gorzej kontrolowany proces chłodzenia. Skuteczne utrwalanie z zachowaniem lepszej jakości wyrobu wymagać więc będzie technologii aseptycznej.

 

HTST – w autoklawie

W produktach lepkich dawka cieplna dochodzi do produktu, ale dalej nie może się poruszać – współczynnik wnikania jest nieduży i następuje przegrzanie warstwy wyrobu przy opakowaniu.

MIESZANIE to z punktu widzenia fizyki „wymuszona konwekcja”. Dziki mieszaniu w procesach apertyzacji, pasteryzacji, sterylizacji, następuje wzrost współczynnika przenikania ciepła.

• Autoklaw pionowy (łapy przesuwają puszki po półkach z zaworami gwiaździstymi)
• Autoklaw podłużny śrubowy – leżący obrotowy, ciągły (puszka toczy się po kolistej (śliskiej) ścianie autoklawu)

Wolna przestrzeń w puszce – powietrze – powinno przemieszczać się w trakcie mieszania, wtedy współczynnik konwekcji wzrasta:

• Za wolno (powietrze w tym samym miejscu)
• Za szybko (siła odśrodkowa przesuwa treść konserwy na zewnątrz)
• Optymalne (przestrzeń wolna przesuwa się przez treść konserwy – wzrost współczynnika konwekcji) – nie ma przegrzania, możemy podnieść temperaturę lub obniżyć czas procesu termicznego (apertyzacji/ pasteryzacji/ sterylizacji).

Zastosowanie HTST – kolejny znaczący etap w sterylizacji żywności

Wózek z puszkami wprowadzamy do cylindrycznego autoklawu – wewnątrz bęben obrotowy (1m X 2m). Są to autoklawy, dzięki którym możemy utrwalić produkty o konsystencji lepkiej, produkty dla dzieci, warzywno-mięsne tzn. produkty, które należy utrwalić i przy okazji zachować jak najlepszą, jakość. Zakwasza się produkty warzywne poprzez dodanie do nich produktów owocowych, co jest ułatwieniem dla sterylizacji (pieczarki sterylizujemy z kwaskiem cytrynowym w pH 6-6,5 [1h] a przy pH 4,5 – 5 [25min].

Pamiętajmy, że:
– pH żywności mieści się w szerokim przedziale od pH = 2 (1,8) do pH ok 7. Tradycyjnemu procesowi pasteryzacji będą mogły podlegać wyłącznie wyroby o pH poniżej 4,6
– aby uzyskać pełne dane procesowe, należy przeprowadzić mapowanie temperatury w autoklawie 

 

Autoklawy HYDROSTATYCZNE (z zamknięty słupem wody)

• Zapewnienie procesu ciągłego

Np.: do szklanych opakowań – nie lubią szoków termicznych

Kocioł – ciśnienie zależy od wysokości słupa tzn. takie, by para nie wydmuchiwała wody

• Za pomocą wysokość słupa wody regulujemy temperaturę sterylizacji np.: chcąc podwyższyć temp. podnosimy słup, obniżyć temp = obniżyć słup np. o 3 cm = dokładna regulacja ciśnienia (temperatura jest funkcją wysokości słupa wody np.: 2 cm = 0,5 atm.)
• Czas sterylizacji regulujemy za pomocą szybkości obiegu puszek = przenośnik rynnowy
• Nie ma mieszania
• Zamknięty zaworami
• Robocza wysokość równoważy ciśnienie wewnętrzne (0,2 MPa = 10 m – słupa wody)
• Idealny przy dużej produkcji konserw
• Nie ma oczekiwania na sterylizacje, przegrzania, stygnięcia
• Wymagana duża skala produkcji (wada)
• Wymagana duża wysokość (izolacja) (wada)

 

Jak obniżyć wysokość:

Autoklaw typu Hunister (węgierski) – zamiast 1 słupa – 3 (szeregowo pracujące).

Cechy szczególne:

• Skomplikowany system przenośników (wada)
• Zawory w postaci słupa
• Idealne nagrzewanie
• Dobre chłodzenie

 

Sterylizator płomieniowy

Ogrzewany płomieniowo – komora, do której puszki wchodzą w pozycji leżącej.

Puszki metalowe – podgrzewane jak w kuchni gazowej (przed para, po – woda).

Specyfikacja:

• 1do 3 min, temp. 120-130°C
• Nie ma przeciwciśnienia, ani mieszania
• Puszki muszą być cylindryczne – do 99 mm

 

Sterylizator powietrzny (szafkowy)

• 150°C, 10m/s (wymiana ciepła – szybkość), ruch puszek
• Do mleka w puszkach – po 15 min – 123°C

Sterylizator fluidyzacyjny (w złożu fluidalnym)

Warstwa fluidalna – warstwa opiłek metalowych nagrzanych do wysokiej temperatury.

Złoże cząstek metalu jest ogrzewane gazem (gaz -temp. do 800°C).

Hematyt, piasek, ziarna ceramiczne

• Puszka jest ogrzewana w złożu – do temperatury sterylizacji
• Sterylizacja sucha = nie ma korozji
• Najważniejsze à wzrost temperatury i skrócenie czasu

 

APERTYZACJA – utrwalanie produktów żywnościowych przy użyciu ciepła w opakowaniach hermetycznych

Nazwa apertyzacja pochodzi od nazwiska jej wynalazcy – francuskiego kucharza Nicolasa Apperta. O skuteczności wyjaławiania za pomocą apertyzacji decydują

• temperatura apertyzacji,
• czas apertyzacji.

Proces utrwalania produktów żywnościowych – proces właściwego utrwalania poza opakowaniem; napełnienie i zamknięcie opakowania w warunkach aseptycznych – MODYFIKACJA APERTYZACJI

Zalety apertyzacji:

• Utrwalanie termiczne poza opakowaniem – ciągłe i szybkie utrwalanie ze względu na charakter urządzeń do tego stosowanych
• W pełni wykorzystana zasada HTST (błyskawiczne utrwalanie w wysokich temperaturach np. 140°C w 1s)
• Chłodzenie szybko np.: próżniowo; w niskich ciśnieniach – gwałtowne odparowanie; szybki spadek temperatury

Parametry apertyzacji konserw krytyczne z punktu widzenia systemu HACCP:

• temperatur początkowa wsadu
• czas dojścia wsadu do temperatury apertyzacji
• czas przetrzymania w temperaturze apertyzacji
• wkład fazy chłodzenia (temperatura i czas chłodzenia)

 

W praktyce przemysłowej czas podgrzewania i chłodzenia konserw apertyzowanych wyznacza się empirycznie. Zbyt krótkie czasy podgrzewania opakowań do temperatury apertyzacji lub zbyt szybkie schłodzenie po zakończeniu apertyzacji powodują mechaniczne uszkodzenia opakowań lub są przyczyną technicznych.

 

UPERTYZACJA – np. mleko:

• wtrysk żywej pary
• wysoka temperatura pary powoduje, że podczas skroplenia przekazywana jest do wyrobu cała energia przemiany fazowej
• niskie ciśnienie (następuje odparowanie wody).
• para jak i przewody muszą mieć odpowiednią czystość.

 

Sposoby utrwalania poza opakowaniem:

• Koncentrat pomidorowy – lepki i gęsty (ok. 40% ss.) à przepływa przez płaskie rury à szybkie nagrzanie cienkiej warstwy koncentratu.

Aseptyczne pakowanie – napełnianie gorącym przecierem opakowań; pasteryzacja zewnętrznych warstw opakowania w tunelu przepływowym.

Sterylizacja żywności

 

Sterylizacja (zastosowanie temp. powyżej 100°C) i pasteryzacja (temp.<100°C) – procesy temperaturowe.

Apert – rozpoczął wyjaławianie z materiałami opakowaniowymi szklanymi na przełomie XVIII/XIX, w jeśli chcemy spasteryzować, to wykorzystujemy temperaturę środowiska wodnego, czyli gdzie przy ciśnieniu normalnym daje temp. wrzenia 100°C

Pasteur – zajmował się fermentacją alkoholową, a potem wyjaśnił przyczynę ‘psucia się żywności” – na przełomie XIX w wiedziano, że trzeba ogrzewać, ale formy wegetatywne Przetrwalniki jest zabezpieczony przed temperaturą

Przy pH > 4,5 w 100°C – można zniszczyć przetrwalniki C. botulinum, ale nie wiadomo ile trzeba ogrzewać (żywność traci wartość) Zaczęto stosować wyższe temperatury – powyżej temp. wrzenia i pierwotnie zastosowano roztwory (chlorek wapnia) Olej rzepakowy ma temperaturę wrzenia powyżej 200°C. Olej stosuje się w zakładach przetwórstwa rybnego do sterylizacji konserw rybnych w metalowych, ale małych opakowaniach (duże by się rozleciały)

Grubość puszki – 0,2 mm, kiedyś miały 0,8 mm à walcowano żelazną blachę pokrytą warstwą cyny – poprzez zanurzenie, bo żelazo nie może kontaktować się z żywnością (żelazo + kwas à wodór = bombaż chemiczny) w ten sposób, zatem zabezpieczamy przed bombażem i chronimy opakowanie i żywność; czasami puszkę pokrywa się lakierem. Później równiejszą warstwę cyny otrzymywano poprzez walcowanie na gorąco i elektrolityczne powlekanie cyną

Puszkę powinniśmy zamykać na ciepło z odpowietrzeniem konserwy (gaz rozpuszcza się w środowisku wodnym – lepiej rozpuszcza się na zimno, im niższa temperatura cieczy, tym lepsza rozpuszczanie gazu w cieczy – np. szampan)

Odpowietrzanie:

• Zmniejszanie możliwości reakcji utleniania
• Ograniczanie rozwój mikroflory tlenowej
• Hermetyczność zamknięcia

Początkowo puszki lutowanie dopiero później powstała zakładka, pod wieczkiem jest uszczelka, gdy zaczyna pracować rolka uszczelniająca podwija ona wieczko pod kołnierz puszki i uzyskujemy zamknięcie hermetyczne pod warunkiem, że nie zaczniemy rozpychać puszki do środka, gdy zaczniemy sterylizację w puszce ciśnienie będzie większe z powodu tego, że jest sumą ciśnienia pary wodnej w określonej temp. i powietrza w określonej temp. Puszka w autoklawie – 120·C 2 MPa

Jeżeli wewnątrz jest większe ciśnienie, to spowoduje, że zakładka jest wypychana i zachodzi wydęcie wieczka. Aby temu zapobiec należy wcześniej odpowietrzyć, czyli rozlewać na gorąco

(czas doprowadzenia do temp. * utrzymanie * chłodzenie) / temp

Chłodzenie przez wprowadzenie sprężonego powietrza w celu uniknięcia wydęcia wieczka.

Wprowadza się gaz nieskraplający równolegle z wodą i powietrzem podczas sterylizacji w autoklawie. Kurek odparowujący jest troszeczkę uchylony po to, by wprowadzać powietrze wraz z wprowadzaną parą. Woda jest zimna, gaz, czyli powietrze dobrze się w niej rozpuszcza i wprowadzany to, co można, a to nam zamienia zdolność grzewczą, gdy schładzamy – to powietrze już nam nie przeszkadza, od góry wytwarzamy ciśnienie, czyli chłodzimy pod strumieniem chłodnego powietrza. Przy sterylizacji następuje wydęcie wieczek, później wieczko się cofa a pierścienie ułatwiają cofanie się. Gdy puszka jest gotowa w środku ciśnienie jest mniejsze od ciśnienia atmosferycznego (pod warunkiem, że puszka była odpowietrzona i zamknięta na gorąco).

• Dlaczego to ciśnienie jest mniejsze?
• Czy to dobrze dla konserwy? – Tak lepiej. Redukcja ciśnienia do około połowy.

Puszka za dobrze odpowietrzona – dotyczy to dużych puszek à różnice pomiędzy ciśnieniem w puszce i atmosferycznym

PRZYCZYNY NISKIEGO CIŚNIENIA:

• Skroplenie się pary wodnej (ok. 1000 krotna redukcja objętości)
• Skurczenie się materiału w wyniku, czego następuje rozrzedzenie (spada ciśnienie w wolnej przestrzeni)

Reakcje utlenienia w puszce zachodzą wolniej.

Podwójną zakładkę stosujemy, by zachować odpowiednie ciśnienie w środowisku wodnym.

 

Ciśnienie niszczące dla drobnoustrojów to 800 MPa do 1000 MPa

HHP – niszczenie za pomocą wysokich ciśnień – niszczą strukture białkową organizmów w komórce

W autoklawie: 0,2 MPa (dla podniesienia temp., żeby zniszczyć przetrwalniki)

Duży autoklaw to 200 – 300 kg, normalny:; 100-150

Jest to proces okresowy

 

Dlaczego nie stosujemy autoklawów o pojemności 1 tony?

Za dużo czasu trwałoby załadowanie, doprowadzenie konserw do temp. sterylizacji, byłby kłopot z chłodzeniem i rozładunkiem, dlatego robi się baterie autoklawów.

Trzy walczaki o śr. Ok. 1m, długości ok. 3 m, zamykany jak drzwi do szafy

W jednym prowadzimy sterylizację, w drugim rozładowujemy, w trzecim jest woda (przepompowujemy wodę z jednego do drugiego)

W autoklawach pionowych – są śruby motylkowe

W autoklawach poziomych – drzwi zamykane i skręcane = zamknięcie bagnetowe

W nowszych sterylizatorach zawór gwieździsty zanurzony jest w gorącej wodzie i nie wprowadza powietrza tylko wodę wraz z puszką.

Wymiana ciepła – mamy puszkę z kompotem (z groszkiem)?

Sterylizacja w parze lub w wodzie (opakowania szklane – by nie doszło do przegrzania i pękania)

Wymiana ciepła zachodzi najlepiej w środowisku…, Najgorzej w lepkim (koncentrat pomidorowy, przecier jabłkowy – tylko przewodnictwo)

Kompot · gorzej, bo prowadzenie w stałym ciele, sok lepiej

By osiągnąć 100°C ciepła potrzebnego do utrwalenia produktu to trzeba przegrzać 12 razy warstwy lepkiego produktu, a to powoduje naruszenie ich, jakości.

Zagrożenia bezpieczeństwa żywności

Mykotoksyny

Np. patulina

Bakterie gnilne – nie rozwijają się w niskim pH. Za zmianę pH odpowiedzialne są pleśnie, grzyby

Np. kiszona kapusta – usuwanie pleśni, gdyż pleśnie zjadają węgiel z kwasu mlekowego, jabłkowego i pH wzrasta. W tym wypadku mogą wystąpić procesy gnilne. Powstają mikotoksyny mające właściwości mutagenne i kancerogenne

Aflatoksyny – występują np. w orzeszkach ziemnych

Zawartość patuliny – wskaźnik poziomu higienicznego procesu < 20 ppb (jedna część na bilion, czyli < 20 mg/1000 kg)

1 ppm = 1 mg w 1 kg

Lit.: Mikotoksyny wytwarzane przez grzyby.. Chełkowski

Wirusowe zatrucia pokarmowe w. picorna, reowirusy, parwowierusy

Priony – niszczony w temp. 600°C

Bovine Spongiform Encephalophy = mięso wołowe, gąbczaste, mózgowe zniekształcenie

Choroba Alzheimera to też encefalopatia jak również choroba Creuzfelda Jacoba Powiązanie z kanibalizmem.

Zagrożenia fizyczne

• Ciała obce dostające się z surowcami – piasek, kamyki, patyki
• Ciała z surowca: pestki, kości, ości
• Dostające się w trakcie procesu, głównie z opakowań: szkło, plastik, odłamki metalu
• Zagrożenia od personelu – fragmenty biżuterii, ozdób, guziki, przedmioty drobne włosy, sztuczna szczęka
• Wynikające z nieprzestrzegania GMP, zasad pobierania próbek
• Zanieczyszczenia wprowadzanie świadomie i nieświadomie przez konsumentów

Pasożyty i szkodniki – robaki płaskie (tasiemiec), obłe (glista ludzka), roztocza (rozkruszki), nicienie, owady, gryzonie

Nowe nazwy grup żywności

GMO  – Genetycally Modyfied Organisms

• Żywność produkowana z wykorzystaniem GMO (mikroorganizmów) nazwa dotyczy też żywności, gdyż mogą być wytworzone mikroorganizmy, do wytworzenia roślin…….

GMO

• To żywność będąca genetycznie modyfikowanymi organizmami np. rośliny – świeże pomidory bądź też otrzymana z genetycznie modyfikowanych organizmów lub wytworzona z ich zastosowaniem
• Żywność zawierająca przetworzone rośliny modyfikowane genetycznie np. koncentrat pomidorowy, frytki ziemniaczane
• Żywność produkowana z zastosowaniem GMO np.: chleb pieczony z użyciem transgenicznych drożdży
• Produkty żywnościowe pochodzące z transgenicznych roślin, lecz nie zawierające żadnych komponentów transgenicznych np.: olej sojowy i rzepakowy otrzymany z transgenicznej soji i rzepaku

Dioksyny  – związki chlorowcopochodne (chlorowany fenol – ok. 75 związków, jedna z najsilniejszych trucizn; 2,3,7,8 tetrachlorodibenzodioksyna = TCDC – b. silna trucizna 1g/1t = 1ppm; wykrywalność: 1 ppb =   1 g/1000 000 t = 1 g w 1 mln t).

 

Alergeny

Alergeny pokarmowe są zagrożeniem w przypadku ich przenoszenia na współdzielonych liniach produkcyjnych z wyrobów zawierających alergeny do wyrobów wolnych od alergenów. Aby zmniejszyć zagrożenie bezpieczeństwa żywności należy przeprowadzić w zakładzie walidację czyszczenia alergenów.

Rola surowców w technologii żywności jest bardzo ważna

Zanieczyszczenia i skażenia surowców

Zanieczyszczenie – obecność w surowcu i żywności składników niepotrzebnych, szkodliwych lub trujących

Zdrowa żywność, czyli taka, która nie szkodzi

Np. Pb – czasami może być potrzebny

Każda żywność zawiera wachlarz substancji, ale zdrowa to taka, która zawiera te substancje w minimalnych ilościach lub niewykrywalnych

LD – lethle dose – dawka śmiertelna

Ta żywność, która zawiera różne składniki lub mikroflorę w dawkach, które przewidują normy – żywność nieskażona; jeśli przekracza te normy – skażona

Ekologiczna żywność – żywność pochodząca z ziemi, gdzie nie stosuje się oprysków i nawożenia

Jabłko nieopryskiwane – ciemne plamki = grzyby = wytworzenie mikotoksyn min. patulina

Zanieczyszczenia

• Pierwotne – to, co w roślinie, zwierzęciu chore
• Wtórne – powstałe w trakcie procesu technologicznego

Zatrucia pokarmowe – bakteryjne

• Infekcja – wywołanie choroby wewnątrz organizmu przez rozwijające się bakterie (spożywanie drobnoustrojów) np. Salmonella, Listeria, psychotropowe
• Intoksykacja – wewnętrzne zatrucie

Bakterie rozwijają się w produktach – do organizmów wprowadzana jest toksyna (np. C. botulinum – b. małe dawki np. pałeczki jadu kiełbasianego dawka: 0,005 – 0,1 mg) lub bakterie rozwijające się w organizmie wytwarza toksynę, czyli połączenie infekcji i toksykacji np. Escherichia coli = toksykoinfekcja

Zatrucie toksyną C. botulinum – b. rzadko w Polsce, śmiertelność – 90%

W gospodarstwach domowych – główna przyczyna intoksykacji C. botulinum; zielony groszek, mięso – przetwory

Technologia żywności to przetwarzanie, utrwalanie, nadanie nowych właściwości i cech żywności

Utrwalanie

• Ogrzewanie
• Odwodnienie (np. suszenie – nie ma wrzenia, przy powierzchni materiału następuje odparowanie, czyli odparowanie H₂O = przemiana fazowa à pobierane są duże ilości ciepła = oziębianie materiału i zagęszczanie-jest wrzenie)
• Zamrażanie
• Solenie
• Suszenie z ”dodatkami” = wędzenie

Biologiczne utrwalanie

• Fermentacja – wytwarzanie kwasu mlekowego = konserwant i dużo drobnoustrojów w 1 cm³ – „zjadły, co było do zjedzenia”
• Fermentacja alkoholowa – do 20 – 21 % (wódki – 60%; Destylacja – metoda pozwalająca uzyskać czysty alkohol; Alchemicy ogrzewali wino i otrzymywali spirytus vini, czyli ducha wina)

Historia: gospodarka dworska i pałacowa była podstawą do rozwoju przemysłu spożywczego;

Źródłem procesów przemysłowych była natomiast Anglia)

• Przetwarzanie

Inkowie – zaczątki liofilizacji w Andach temp. ujemna w nocy natomiast w dzień słońce – sublimacja z produktu zamrożonego)

Apert – kucharz XVIII/ XIX Moskwa

Pasteur – zabrał się za drobnoustroje powodujące psucie się żywności = fermentacja alkoholowa – połowa XIX w

W Polsce

• 1830 – cukrownie (1 przemysł) surowcem był burak cukrowy wcześniej trzcina cukrowa
• Maszyny chłodnicze zainstalowane na okrętach parowych – przewożenie krów, owiec w latach 70-tych XIX w. Przemysł mięsny i piwowarski potrzebował chłodu.
• Cukier

Kolumb zawiózł trzcinę cukrową z Wschodu – Indonezji (wyciąg) do Ameryki Trzcina – cięta, tłoczenie, ekstrakcja

• Przemysł przechowalniczy i inne
• Nowoczesne metody