Współczesne metody utrwalania żywności- Strona 2 z 2

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

Autor: dr inż. Karolina Pycia Data publikacji: 02.07.2024 r. Numer wydania: 1/2020

Żywność

Pulsacyjne pole elektryczne PEF

Metoda pulsacyjnego pola elektrycznego (ang. pulsed electric field) jest ceniona przez producentów żywności ze względu na jej niewielki destrukcyjny wpływ na cechy sensoryczne utrwalanych nią produktów. Należy do grona nietermicznych metod, a zasada jej pracy polega na działaniu na produkt krótkimi impulsami elektrycznymi o dosyć wysokim napięciu rzędu 50 kV·cm^-1. W tych warunkach prąd elektryczny o bardzo wysokim napięciu przepływa w ciągu kilku mikro- czy milisekund przez produkt. Proces ten nazywany jest elektroporacją, a dotychczas dobrze nierozpoznany proces zmian w tkance poddanej ekspozycji na pole elektryczne umownie określa się mianem elektropermeabilizacji [8]. Dzięki temu osiąga się zadawalający poziom bezpieczeństwa mikrobiologicznego, gdyż w drobnoustrojach obserwuje się prawdopodobnie perforację ścian i błon komórkowych, czyli proces określany jako elektroporacja. Zatem wzrost przepuszczalności błon i ścian komórkowych, a konsekwencji elektroplazmoliza, czyli utrata płynu wewnątrzkomórkowego, prowadzi do wyrównania ciśnienia osmotycznego pomiędzy wnętrzem komórki a środowiskiem zewnętrznym. Dzięki krótkiej ekspozycji na działanie pola elektrycznego nie dochodzi do wzrostu temperatury produktu, a przez to związki termolabilne,takie jak witaminy czy inne substancje bioaktywne, są bezpieczne, ale także nie zmienia się profil sensoryczny produktu. Historia pierwszych prób zastosowania PEF w branży spożywczej sięga 1960 roku, kiedy w Niemczech opatentowano metodę wykorzystującą PEF stosowaną do pozyskiwania składników odżywczych poprzez niszczenie struktur komórkowych. W późniejszym czasie PEF z powodzeniem stosowano do wspomagania procesu tłoczenia tłuszczu z nasion roślin oleistych [8]. Opisywana technika znalazła zastosowanie do utrwalania: soków owocowych i warzywnych, mleka i produktów mleczarskich, zwłaszcza jogurtu, czy też masy jajecznej. Jednak istotnym ograniczeniem tej metody jest jej nieskuteczność w zwalczaniu form przetrwalnikowych drobnoustrojów, dlatego na ogół technika pulsacyjnego pola elektrycznego jest stosowana wespół z innymi łagodnymi metodami utrwalania żywności, takimi jak warunki chłodnicze, stosowanie naturalnych substancji konserwujących itd. Wykazano, że traktowanie materiału roślinnego PEF poprawia przepuszczalność komórek, przez co wspomaga proces odwadniania osmotycznego, a tym samym proces suszenia. Ma to swoje ekonomiczne zalety, gdyż poprawa przepuszczalności błon komórkowych prowadzi do zwiększenia szybkości suszenia, skrócenia czasu, obniżenia kosztów, ale także poprawy retencji suszu. Ponadto materiał traktowany PEF staje się bardziej miękki. W literaturze przedmiotu można znaleźć także dowody na zwiększenie wydajności ekstrakcji różnych substancji oraz metabolitów. Wykazano, że PEF zwiększa stopień ekstrakcji sacharozy w burakach cukrowych, wydajność tłoczenia soków marchwiowych i jabłkowych. Ponadto uzyskane soki charakteryzowały się większą klarownością oraz lepszą wartością odżywczą (większą zawartością witamin i polifenoli) w porównaniu do soków otrzymanych przez tłoczenie miazgi owocowej poddanej obróbce enzymatycznej. Technologia PEF także przyczynia się do ograniczenia strat składników prozdrowotnych. Przykładem jest poddawanie miazgi gronowej działaniu PEF przed etapem maceracji oraz fermentacji, dzięki czemu w finalnym produkcie, czyli winie, stwierdzono wyższy w porównaniu z klasyczną technologią poziom polifenoli oraz antocyjanów. Skróceniu uległ także proces maceracji [8]. Skuteczność metody PEF zależy od właściwości fizykochemicznych produktu, rodzaju mikroflory w produkcie czy też parametrów technicznych metody PEF. W przypadku mikroorganizmów ich podatność na działanie pola elektrycznego jest wypadkową rodzaju i fazy wzrostu drobnoustrojów, ich rozmiaru i kształtu. Udowodniono, że drożdże oraz Gram (−) bakterie są bardziej wrażliwe na PEF niż bakterie Gram (+). Natomiast w przypadku parametrów technicznych PEF ważne są: natężenie pola elektrycznego, liczba impulsów, kształt fali, a także czas i temperatura obróbki [9].

Pulsujące światło (pulsed light)

Ta niekonwencjonalna metoda znalazła zastosowanie w branży spożywczej, szczególnie w kierunku utrwalania mięsa, ryb oraz produktów piekarskich. Zasadą tej metody jest emitowanie pulsacyjnego światła przez lampę ksenonową. Pojedynczy impuls światła jest emitowany w czasie około 300 ms oraz długości fali w zakresie od ultrafioletu do podczerwieni. Zatem intensywność stosowanego światła w tej metodzie przekracza o około 20 000 intensywność światła słonecznego. W tych warunkach następuje niszczenie bakterii, przetrwalników bakterii, zarodników pleśni oraz wirusów. Metoda ta jest bardzo skuteczna do zwalczania wymienionych drobnoustrojów na powierzchniach opakowań. W płynach nieprzeźroczystych jest mniej skuteczna [9].

Pulsujące pole magnetyczne (pulsed magnetic field)

Zastosowanie pulsacyjnego pola magnetycznego jako metody utrwalania żywności jest nadal w trakcie prac doświadczalnych. Dokładny mechanizm działania pola magnetycznego na drobnoustroje również nie jest do końca rozpoznany, ale prawdopodobnie wiąże się z destrukcyjnym oddziaływaniem na materiał genetyczny (DNA) komórek, w wyniku czego dochodzi do jego całkowitego zniszczenia. Pod względem parametrów technicznych, pulsujące pole magnetyczne operuje polem magnetycznym o częstotliwości rzędu 500 MHz, a czas trwania pojedynczego impulsu waha się od 10 µs do 1 ms. Do tej pory prowadzono próby utrwalania przy użyciu PML soku pomarańczowego oraz jogurtu. W wyniku prowadzonych badań stwierdzono istotne zmniejszenie liczby bakterii, przy jednoczesnym braku zmian sensorycznych oraz niewielkim wzroście temperatury rzędu 5ºC [9, 10].

Skoncentrowane pole mikrofalowe

Skoncentrowane pole mikrofalowe (CMF) (ang. concentrated microwave field) należy do niekonwencjonalnych i nietermicznych metod utrwalania żywności. W opisywanej metodzie wykorzystywane są mikrofale mieszczące się w spektrum fal elektromagnetycznych. Fale mikrofalowe charakteryzują się częstotliwością oraz długością w szerokim przedziale, odpowiednio od 300 MHz do 300 GHz oraz od 1 m do 1 mm. Mikrofale znalazły zastosowanie w licznych gałęziach gospodarki, takich jak: przemysł ceramiczny, polimery oraz największy beneficjent energii mikrofalowej, czyli przemysł spożywczy. Przemysł spożywczy wykorzystuje mikrofale do prowadzenia licznych termicznych procesów technologicznych, takich jak: gotowanie, pieczenie, blanszowanie, rozmrażanie, suszenie, pasteryzacja i sterylizacja. Skrócenie czasu trwania tych procesów oraz niezawodność to zalety mikrofal skłaniające do ich stosowania.

Zaletą metody skoncentrowanego pola magnetycznego jest wysoka skuteczność w zwalczaniu drobnoustrojów patogennych, przy jednoczesnym minimalnym wpływie na walory sensoryczne żywności, wartość odżywczą i cechy funkcjonalne [11]. Metoda ta znalazła zastosowanie w utrwalaniu soków owocowych, przetworów mleczarskich oraz płynnej masy jajecznej. Oziembłowski i inni [11] prowadzili badania nad możliwością wykorzystania skoncentrowanego pola magnetycznego do utrwalania płynnej masy jajowej i białka jaja kurzego, szczególnie pod kątem redukcji liczby bakterii z grupy coli. Produkty te były zaszczepione zawiesiną bakterii Escherichia coli, a następnie poddane działaniu CMF w różnych warunkach. W doświadczeniu zaplanowano dwa warianty poddawania produktu działaniu CMF. W pierwszym utrwalany produkt poddawano działaniu CMF w jednym cyklu, ale przy trzech różnych dawkach energii całkowitej: 5 kJ, 5,75 kJ oraz 6,5 kJ. Natomiast w drugim wariancie działano CMF w różnych cyklach (1, 3, 6) przy każdym poziomie energii całkowitej. Cytowani badacze stwierdzili, że działanie w każdym z sześciu cykli maksymalną dawką energii skutkowało obniżeniem ilości drobnoustrojów o 1 rząd logarytmiczny. Przy czym stosowanie mniejszej liczby cykli przy mniejszych dawkach energii mikrofalowej nie wpłynęło istotnie statystycznie na liczebność populacji bakterii z grupy Escherichia coli. Ponadto stwierdzono, że w wyniku ogrzewania masy jajecznej przy 6 cyklach i najwyższej dawce energii nastąpił wzrost jej temperatury w porównaniu z ogrzewaniem w pojedynczym cyklu i najmniejszej dawce energii o około 6,8°C [11].

Metody radiacyjne

Metody radiacyjne są również obecnie dosyć powszechnie stosowane do utrwalania żywności. Już bardzo dawno temu odkryto możliwości promieniowania radiacyjnego do poprawy czystości mikrobiologicznej żywności, a tym samym jej bezpieczeństwa zdrowotnego. Zasadą tej grupy metod jest bakteriobójcze działanie promieniowania jonizującego. Pierwszy patent na stosowanie promieni jonizujących radu do poprawy jakości mikrobiologicznej żywności przyznano już w 1905 roku w Wielkiej Brytanii [12]. Jednak przez lata zastosowanie tych metod borykało się z wieloma problemami natury społeczno-ekonomicznej. Konsumenci, mając na uwadze skutki katastrof nuklearnych, obawiają się żywności poddanej promieniowaniu. Kwestia bezpieczeństwa zdrowotnego tych produktów także nie była do końca wyjaśniona. Ponadto koszty budowy i eksploatacji instalacji do napromieniowania żywności były również czynnikiem ograniczającym [13]. Możliwości zastosowania metod radiacyjnych do utrwalania żywności w Unii Europejskiej reguluje przede wszystkim dyrektywa ramowa z 1999 roku (1999/2/EC). W dokumencie tym określono warunki technologiczne procesu napromieniowania żywności, sposób znakowania takich produktów oraz zasady autoryzacji instalacji i urządzeń do prowadzenia tego procesu [12, 13]. W Polsce warunki stosowania radiacyjnej metody utrwalania żywności reguluje rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 czerwca 2007 roku (Dz.U. Nr 121, poz. 841) [13]. W dokumencie tym wyszczególniono produkty, które można poddać napromienieniu oraz wielkości stosowanych dawek. Zatem podano, że ziemniaki, cebulę oraz czosnek można poddawać napromieniowaniu w celu zahamowania procesu kiełkowania. Z kolei przyprawy suche, w tym suszone aromatyczne zioła, przyprawy korzenne i przyprawy warzywne, a także pieczarki suszone i warzywa suszone można poddawać działaniu promieniowania jonizującego w celu obniżenia poziomu zanieczyszczeń biologicznych [14]. Należy przy tym pamiętać, że producenci żywności wykorzystujący wspomnianą metodę mają obowiązek informowania o tym konsumentów. Na etykiecie opakowania takiego produktu powinna znaleźć się informacja „napromieniowany” lub „poddany działaniu promieniowania jonizującego”. Oprócz informacji słownej na etykiecie żywności utrwalanej metodami radiacyjnymi można znaleźć także symbol, tzw. znak radura, który został opracowany przez Międzynarodowy Komitet ds. Znakowania Żywności [13]. W praktyce do utrwalania żywności metodami radiacyjnymi wykorzystuje się trzy poziomy dawek promieniowania. Dawki niskie o wartościach poniżej 1 kG stosuje się w celu: zahamowania kiełkowania warzyw, pozbycia się trychinozy mięsie wieprzowym oraz wydłużenia okresu dojrzewania owoców. Z kolei średnie dawki rzędu 1-10 kG są stosowane w celu poprawy jakości mikrobiologicznej ryb i mięs oraz eliminacji pleśni w truskawkach. Pod wpływem wymienionych dawek promieniowania niszczone są bakterie z rodzaju: Salmonella, Campylobacter, Yersinia, Escherichia coli 0157:H7, Listeria monocytogenesis oraz Shigella. Natomiast przyprawy ziołowe i warzywne utrwala się, stosując wysokie dawki promieniowania, powyżej 10 kG [12, 15]. Obawy konsumentów przed żywnością napromienioną zostały obalone przez wyniki badań: żywieniowych, toksykologicznych, mikrobiologicznych czy też genetycznych. Naukowcy twierdzą, że zmiany chemiczne oraz straty ilościowe w składnikach odżywczych pod wpływem promieniowania są niewielkie. Ponadto poprawa jakości mikrobiologicznej żywności również przyczynia się do większej akceptowalności tej metody utrwalania żywności [12].

Reasumując, niekonwencjalnalne, 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.

Piśmiennictwo

Buzrul S., Alpas H.: Treatment of foods using high hydrostatic pressure. „Progress in Food Preservation”, 2012, 1, 376-388.
Pietrzak D.: Perspektywy stosowania wysokich ciśnień w produkcji żywności wygodnej z mięsa drobiowego. „Żywność. Nauka. Technologia. Jakość”, 2010, 2 (69), 16-28.
Marszałek K., Woźniak Ł., Skąpska S.: Wysokie ciśnienia w przemyśle owocowo-warzywnym. „Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny”, 2014, 11-12, 12-15.
Oey I., Van der Plancken I., Van Loey A., Hendrickx M.: Does high pressure processing influence nutritional aspects of plant based food systems? „Trends in Food Sciences and Technology”, 2008, 19, 300-308.
Romanek J., Opiela J.: Zastosowanie wysokiego ciśnienia hydrostatycznego (HHP) w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym oraz medycynie. „Wiadomości Zootechniczne”, 2015, R. LIII, 4, 34-40.
Reineke K., Mathys A., Knorr D.: The impact of high pressure and temperature on bacterial spores: inactivation mechanisms of Bacillus subtilis above 500 MPa. „Journal of Food Science”, 2011, 76, 189-197.
Aymerich T., Picouet P.A., Monfort J.M.: Decontamination technologies for meat products. „Meat Science”, 2008, 78, 114-129.
Witrowa-Rajchert D.: Pulsacyjne pole elektryczne (PEF) – zastosowanie w produkcji żywności projektowanej. „Przemysł Spożywczy”, 2012, 7, 66, 32-34.
Krzysztofik B., Dróżdż T., Sobol Z., Nawara P., Wrona P.: Metody zabezpieczania i utrwalania surowców oraz produktów spożywczych. Monografia. Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki, Kraków 2015.
Oziembłowski M., Dróżdż T., Wrona P.: Oddziaływania Pulsacyjnych Pól Elektrycznych (PEF) na mikroorganizmy w kontekście technologii żywności. „Przegląd Elektrotechniczny”, 2013, 12, 222-225.
Oziembłowski M., Dróżdż T., Bobak Ł., Nęcka K., Lis S., Nawara P., Wrona P.: Skoncentrowane pole mikrofalowe (CMF) jako niekonwencjonalna metoda utrwalania płynnych produktów spożywczych w ramach „teorii płotkowej”. „Przegląd Elektrotechniczny”, 2016, 92, 1/2016, 113-116.
Żegota H.: Napromieniowanie żywności w aspekcie technologicznym, prawnym i wdrożeniowym. „Żywność. Nauka. Technologia. Jakość”, 2005, 4 (45), 17-29.
Jędrzejczyk H., Hoffmann M., Świętochowska M.: Metody radiacyjne w utrwalaniu żywności. Część I. „Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego”, 2010, 2, 98-102.
Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie napromieniowania żywności promieniowaniem jonizującym. Dz.U. 2007, nr 121, poz. 841.
Napromienianie żywności. Technika utrwalania i poprawy jakości zdrowotnej żywności. WHO, Fischer W. (tłum.), PZWRiL, Poznań 1991.