Innowacyjne, niekonwencjonalne, ale współczesne metody konserwowania żywności – przegląd, charakterystyka i możliwości aplikacyjne

TITLE: Innovative, unconventional but contemporary methods of food preservation − overview, characteristics and application possibilities

STRESZCZENIE: Utrwalanie żywności jest obecnie procesem technologicznym, bez którego nie może się obejść żadna gałąź przemysłu spożywczego. Metody i zabiegi technologiczne stosowane do konserwowania żywności mają zabezpieczyć produkt przed szeregiem niekorzystnych zmian natury fizycznej, biochemicznej czy mikrobiologicznej i jednocześnie wydłużyć maksymalnie termin jej przydatności do spożycia. Dzięki tym zabiegom minimalizowane jest także bardzo niekorzystne zjawisko społeczne, jakim jest marnowanie żywności. Tradycyjne metody konserwowania żywności opierają się na zastosowaniu niskiej lub wysokiej temperatury, odwadnianiu żywności czy stosowaniu substancji konserwujących. Natomiast rozwój nauk o żywności pozwolił na zastosowanie technik napromieniowania, wysokich ciśnień, pola elektrycznego jako oręża w walce o bezpieczeństwo zdrowotne żywności. W artykule dokonano charakterystyki poszczególnych nowych technik konserwowania żywności.

SŁOWA KLUCZOWE: technika wysokich ciśnień, skoncentrowane pole mikrofalowe, pulsacyjne pole elektryczne, pulsujące pole magnetyczne, radiacja żywności

SUMMARY: Food preservation is currently a technological process that no branch of the food industry can do without. The methods and technological treatments used to preserve food are to protect a product against a number of adverse changes of physical, biochemical or microbiological nature and at the same time maximally extend its shelf life. Thanks to these measures, food waste, a very adverse social phenomenon, is also minimized. Traditional food preservation methods are based on the use of low or high temperature, food dehydration or the use of preservatives. However, the development of food sciences has enabled using irradiation, high pressure, and electric field techniques as weapons in the fight for food safety. The article characterizes several new food preservation techniques.

KEYWORDS: high pressure technique, concentrated microwave field, pulsed electric field, pulsed magnetic field, food radiation

Niekonwencjonalne, a tym samym innowacyjne metody utrwalania żywności są świetną alternatywą dla metod klasycznych, którym przypisuje się negatywne skutki w postaci obniżania wartości odżywczej żywności. Pozytywny efekt technologiczny oraz bezpieczeństwo zdrowotne produktów utrwalonych tymi metodami wpłynęło na ich społeczną akceptację.

Współcześnie, świadomi konsumenci poszukują żywności łączącej w sobie cechy związane z wysoką wartością odżywczą, atrakcyjnością sensoryczną oraz bezpieczeństwem jej spożycia. Natomiast po stronie producenta żywności spoczywa obowiązek sprostania tym wymogom, a przy okazji proponowania innowacyjnych produktów spożywczych. Innowacja produktu spożywczego może przejawiać się na różnych płaszczyznach, jedną z nich jest metoda jego utrwalania. W tradycyjnych, klasycznych metodach przedłużenia trwałości produktów spożywczych działano głównie czynnikiem temperaturowym czy też syntetycznymi substancjami konserwującymi. Klasyczny proces pasteryzacji czy sterylizacji wprawdzie zabezpiecza mikrobiologicznie produkt, jednak jednocześnie tracone są składniki termolabilne, takie jak witaminy czy polifenole. Zatem „świeżość” czy „naturalność” produktu zostaje istotnie zachwiana [1]. Z kolei w nowoczesnych technikach bazuje się głównie na czynnikach fizycznych, a efektywność ich działania jest porównywalna, jeżeli nie lepsza w stosunku do metod klasycznych. Zatem do grona innowacyjnych, niekonwencjonalnych, aczkolwiek stosowanych już od kilku dobrych lat w przemyśle spożywczym metod utrwalania żywności, należy zaliczyć m.in.: technikę skoncentrowanego pola mikrofalowego, technikę wysokich ciśnień, pulsacyjne pole elektryczne, pulsujące światło czy metody radiacyjne.

Technika wysokich ciśnień (HHP)

Technika wysokich ciśnień HHP (ang. high hydrostatic pressure) jest od kilku lat z dużym powodzeniem stosowana w branży owocowo-warzywnej, przede wszystkim do utrwalania: soków, przecierów, dżemów, galaretek owocowych, ale także do utrwalania mięsa czy żywności wygodnej. Najczęściej technika ta funkcjonuje pod nazwą HHP, przy czym w literaturze można spotkać także inne skróty tej metody, takie jak UHP (ultra high pressure) lub HPP (high pressure processing). Pod względem fizycznym opisywana technika należy do grupy metod nietermicznych, gdyż jest oparta na czynniku fizycznym, jakim jest ciśnienie hydrostatyczne. Zadaniem wysokiego ciśnienia jest inaktywacja enzymów oraz mikroorganizmów, w tym ich form patogennych. Jednak oprócz zabezpieczenia trwałości produktu, działając wysokim ciśnieniem, można także modelować właściwości funkcjonalne produktów oraz kreować nowe właściwości reologiczne i teksturalne [2]. Pierwsze przemysłowe zastosowanie tej techniki jest datowane na 1992 rok, kiedy w Japonii wyprodukowano sok oraz dżem owocowy utrwalony pod wpływem wysokiego ciśnienia. Wraz z biegiem czasu nastąpił intensywny rozwój tej techniki, a instalacje wykorzystujące wysokie ciśnienie budowane były w zakładach przemysłu spożywczego na cały świecie. Obecnie najwięcej instalacji opartych na HHP pracuje w Ameryce Północnej. Natomiast w Europie liderem pod względem wykorzystania wysokiego ciśnienia do utrwalania żywności jest Hiszpania, gdzie występuje około 25% takich instalacji w skali całej Europy. Ponadto właśnie w Hiszpanii miało miejsce pionierskie utrwalenie mięsa pod wpływem wysokiego ciśnienia [2].

Technika HHP ma liczne zalety technologiczne. W pierwszej kolejności należy wymienić fakt, że działa destrukcyjnie na drobnoustroje oraz enzymy, czyli czynniki odpowiedzialne za psucie się żywności. Jednocześnie wysokie ciśnienie nie wpływa niekorzystnie na: związki bioaktywne, witaminy, aminokwasy oraz substancje odpowiedzialne za smak i zapach. Wynika to z destrukcyjnego działania wysokiego ciśnienia na duże cząsteczki, a oszczędzającego cząsteczki małych rozmiarów [3]. Zatem poddawane procesowi presuryzacji surowce zachowują swoją wysoką wartość sensoryczną, nieznacznie tylko zmienioną w stosunku do surowca wyjściowego. Ta wysoka jakość sensoryczna przejawia się zarówno na płaszczyźnie zachowania smaku, zapachu, barwy czy tekstury/konsystencji produktu, ale także wartości odżywczej i związanych z nią walorów sensorycznych. Zmiany w strukturze makrocząsteczek mogą mieć także wymiar pozytywny, np. w aspekcie zwiększenia strawności lub obniżenia alergenności. Ponadto wpływ HHP na enzymy skutkuje stabilizacją smaku i zapachu żywności poprzez inaktywację lipooksygenazy oraz enzymów odpowiedzialnych za proces ciemnienia surowców [4, 5].

Co więcej, kolejną zaletą techniki HHP jest zachowanie wartości odżywczej produktów utrwalanych tą metodą. Minimalizacja strat witamin, substancji polifenolowych, barwników oraz innych substancji biologicznie aktywnych odróżnia opisywaną technikę od klasycznych metod utrwalania. Zadawalająca jest także trwałość takich produktów, która w warunkach chłodniczych sięga nawet 3 miesięcy [3]. Trwałość produktów wynika z inaktywacji enzymów oraz mikroorganizmów. W przypadku tych drugich wielkość przyłożonego ciśnienia działa destrukcyjnie na poszczególne formy oraz rodzaje drobnoustrojów, bowiem ich formy wegetatywne są niszczone pod wpływem ciśnienia rzędu 200 MPa. Z kolei do pełnej dezaktywacji drożdży i pleśni wymagane jest ciśnienie rzędu 400 MPa. Natomiast aby w pełni usunąć także formy przetrwalnikowe, należy poddać produkt działaniu ciśnienia rzędu 600-800 MPa wspomaganego dodatkowo podwyższoną temperaturą [3]. Jak podaje Hiszpańska Agencja Bezpiecznego Żywienia, poddanie żywności wygodnej działaniu ciśnienia rzędu 400-500 MPa nadaje jej pełne bezpieczeństwo mikrobiologiczne.

Badania naukowe prowadzone na materiałach roślinnych pozwoliły na przybliżone uszeregowanie enzymów w zależności od wrażliwości na działanie ciśnienia. Zatem stwierdzono, że najbardziej podatna na działanie enzymów jest lipooksygenaza, a najbardziej odporna jest peroksydaza [3, 6]. Metodę HHP z powodzeniem stosuje się nie tylko w branży owocowo-warzywnej, ale także w branży mięsnej. W literaturze można znaleźć liczne dowody potwierdzające utrwalanie mięsa wysokim ciśnieniem. Jednym z nich jest zabezpieczanie żywności wygodnej z mięsa drobiowego. Dzięki temu można uniknąć stosowania procesu pasteryzacji oraz towarzyszącego temu powstawania gradientu temperaturowego pomiędzy warstwami produktu a otoczeniem zewnętrznym. Technika HHP umożliwia równomierny rozkład temperatury w całej objętości próbki. Przy czym należy pamiętać, że w miarę wzrostu ciśnienia obserwuje się także niewielki, ale jednak wzrost temperatury produktu, średnio o 6°C na każde 100 MPa. Dlatego projektując parametry procesu utrwalania wysokim ciśnieniem, należy wziąć pod uwagę szereg parametrów czasowych i temperaturowych [2, 7]. Wśród niewątpliwych zalet techniki HHP należy wymienić zwalczanie drobnoustrojów chorobotwórczych. Wykazano doskonałą skuteczność tej metody w zwalczaniu bakterii z rodzaju: Salmonella, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes czy Aeromonas hydrophila. Jednak należy podkreślić, że w przypadku form wegetatywnych drobnoustrojów stopień ich podatności na wysokie ciśnienie zależy od wartości pH i składu chemicznego środowiska, w którym bytują drobnoustroje, ale także od warunków prowadzenia procesu (temperatura, czas, wartość przyłożonego ciśnienia) [2]. Upatruje się także potencjału w zastosowaniu metody HHP do utrwalania piwa i wina. W przypadku tego ostatniego obróbka termiczna negatywnie wpływa na smak i barwę tego wyrobu, dlatego na ogół jest utrwalane przez dodatek ditlenku siarki. Pomimo nielicznych badań obrazujących cechy sensoryczne tych produktów w wyniku poddania ich działaniu wysokiego ciśnienia uważa się, że piwo i wino utrwalone wysokim ciśnieniem zyskuje „świeżą” smakowitość, co będzie pozytywnie odbierane przez konsumentów [5].

Czytaj także: Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne w żywności – analityka wspiera konsumenta