NETERMIČKI POSTUPCI PROCESIRANJA HRANE –

utjecaj postupka na fizikalna svojstva

Prof.dr.sc. Vesna LelasPrehrambeno-biotehnološki fakultet Zagreb

E-mail: vlelas@pbf.hr

ZNANSTVENA ISTRAŽIVANJA usmjerena su na

razvoj novih (netermičkih) procesa

sačuvati

održati postojeću modificirati↓ ↓ ↓

boju trajnost fizikalna svojstvaaromu sigurnost teksturunutrijente

KAKVU HRANU ŽELE POTROŠAĆI?Što prirodnija (“zdravija”) Što lakše rukovanje (čuvanje i priprema)Što svježije (hlađeno)Samo blago termički tretiranaŠto manje dodataka (sol, šećer, kiseline)Što manje kemijskih konzervansa

Želje potrošaća

dodatno su potaknule razvoj novih procesa!

Visoki hidrostatski tlakUltrazvukPulsno električno poljeLaser visokog intenzitetaOscilirajuće magnetsko poljeOhmsko zagrijavanje

OSNOVNE ZNAČAJKE NEKIH NOVIH PROCESA

Pulsirajuće električno polje (PEP)

Više pulseva visokog napona (20 – 80 kV/cm); trajanje pulsa 1-100 μsUništavaju se mikroorganizmi (razara im

se stanična stijenka)Temperatura se povisuje (max. 60 ºC)

Ohmsko zagrijavanja

(zagrijavanje otporom)

Izmjenična električna struja provodi se kroz proizvod koji djeluje kao otpornik zbog čega dolazi do razvoja topline.Proizvod mora sadržavati minimalno 30 %

vode, otopljene soli i kiseline koji djeluju kao elektroliti.Razvijena toplina uništava mikroorganizme.

Ultrazvuk (UZ) tretiranje ultrazvukom (UZ)UZ+ grijanje (T)→termosonifikacijaUZ+tlak (P) →manosonifikacijaUZ+T+P →manotermosonifikacija

Ultraljubičasto svijetlo (UV-C)

kontrolirani pulsevi

UV zraka

Oscilirajuće magnetsko polje (OMP)Visoki hidrostatski

tlak (HPP)

pulsevi

OMP

tlakovi od 100 –

1000 MPa

KAKO PRIMIJENITI NOVE PROCESE ?

zamijeniti postojeće procese novimakombinirati nove s postojećim tehnikama procesiranja

ublažavanje uvjeta procesiranja bolja fizikalna svojstva(niža temperatura, kraće vrijeme) (pjenjenje, emulgiranje,

viskoznost......)

bolja kvaliteta hrane

Ultrazvuk (UZ) Frekvencije: 18 kHz

–

500 MHz

→iznad čujnosti

ljudskog uha

UZ niskog intenziteta

1 – 10 MHz< 1 W/cm2

stabilna kavitacija

UZ visokog intenziteta

20 kHz – 100 kHz10 – 1000 W/cm2

kratkotrajna (prijelazna) kavitacija

STABILNA KAVITACIJA

PRIJELAZNA KAVITACIJA

nastajanje rast mjehurića smanjivanje mjehurića

Djelovanje UZ visokog intenziteta

U biološkim materijalima

fizičko oštećenje tkiva kemijske reakcije inaktivacija enzima

uništenje mikroorganizama

MOGUĆA PRIMJENA U PREHRAMBENOJ INDUSTRIJI

SterilizacijaEkstrakcijaPredtretman sušenjuHomogenizacijaEmulgiranje

Sterilizacija?

Neki mikroorganizmi su rezistentni

primijeniti UZ+ grijanje (T)→termosonifikacijaUZ+tlak (P) →manosonifikacijaUZ+T+P →manotermosonifikacija

Emulgiranje

– kraće vrijeme procesa, nije potreban emulgator, bolja stabilnost emulzije

Homogenizacija –bolja stabilnost emulzija i suspenzija

Ekstrakcija –nakon obrade materijala UZ bolje prodiranje otapala, veći stupanj iskorištenja, bolja kvaliteta ekstrakta

SušenjePredtretman

s UZ

kraće vrijeme sušenja bolja tekstura

bolja rehidratacija

UTJECAJ UZ NA FIZIKALNA SVOJSTVA

Reološka svojstva (viskoznost, tekstura)Svojstva emulgiranjaSvojstva pjenjenjaTemperature faznih prijelaza (smrzavanje)Svojstva želiranja

Visoki hidrostatski

tlak (HPP)

Prva ispitivanja → prije više od stotinu godina →hrana tretirana s HPP ima znatno duži vijek trajanja.

Tlakovi od 100 do 1.000 MPa (1.000 do 10.000 bara) u trajanju od 1 do nekoliko minuta.

Prvi komercijalni proizvodni tretirani s HPP: ↓

Japan 1990. (voćni žele)SADJužna AmerikaŠpanjolska

Prednosti primjene HPP:Namirnica (tekuća ili čvrsta) sa ili bez ambalaže

Kratko trajanje procesa, niska temperatura

Ujednačeno djelovanje na cijelu masu proizvoda neovisno o volumenu, obliku ili sastavu.

Rad kompresije izaziva povišenje temperature za oko 3°C za svakih 100 MPa

Nakon dekompresije temperatura proizvoda se snizuje na početnu temperaturu (namirnica je samo kratkotrajno izložena višim temperaturama)

Djelovanje HPP

uništenjemikroorganizama

konformacijske promjene molekula

sniženje temperatureledišta vode

Utjecaj HPP na fizikalna svojstva hrane

Promjena molekularne strukture proteinaAgregacija molekula proteinaŽeliranje (proteini soje, mesa, ribe, žumanjka jajeta)

viskoznost, svojstva pjenjenja, emulgiranje

Viskoznost WPC i WPI prije i nakon tretiranja visokim tlakom (G. Krešić

i sur., J.Food

Eng. 87

(2008) 64-73)

Uzorak Indeks tečenjan

Koef. konzistencije

K (Pasn)

PrividnaViskoznost

(mPas)WPC 1,739 0,036 7,00

HP-WPC 1,507 0,207 10,00

WPI 1,724 0,040 7,00

HP-WPI 1,567 0,240 10,40

Temperature smrzavanja i odmrzavanja WPC i WPI prije i nakon tretiranja visokim tlakom

(G. Krešić

i sur., J.Food

Eng. 87

(2008) 64-73)

Uzorak Temp. smrzavanja

ºC

Temp.odmrzavanja

ºC

WPC -

1,18 -

6,13

HP-WPC - 2,08 -7,88

WPI -

1,01 - 6,35

HP-WPI - 2,25 -

6,78

Svojstva pjenjenja WPC prije i nakon tretiranja visokim tlakovima

(G. Krešić

i sur., Lait 86 (2006) 303-315)

Uzorak Tlak/vrijeme

Indeks stabilnosti pjene (min)

Max. stabilnost pjene (min)

WPC 0,50 210

300 MPa/5 min 1,10 325

300 MPa/10 min 2,10 475

600 MPa/5 min

600 MPa/ 10 min

5,38

6,54

728

915

Svojstva pjenjenja WPI prije i nakon tretiranja visokim tlakovima

(G. Krešić

i sur., Lait 86 (2006) 303-315)

Uzorak Tlak/vrijeme

Indeks stabilnosti pjene (min)

Max. stabilnost pjene (min)

WPI 2,24 290

300 MPa/5 min 3,50 420

300 MPa/10 min 4,16 789

600 MPa/5 min

600 MPa/ 10 min

10,25

11,35

701

1032

Emulgirajuća

svojstva WPC prije i nakon tretiranja visokim tlakovima

(G. Krešić

i sur., Lait 86 (2006) 303-315)

Uzorak Tlak/vrijeme

Indeks aktivitaemulgiranja

(m2/g)

Indeks stabilnosti emulzije (h)

WPC 117,81 70,54

300 MPa/5 min 113,45 68,72

300 MPa/10 min 112,45 67,86

600 MPa/5 min

600 MPa/ 10 min

109,07

106,42

64,55

62,25

Neka svojstva sladolednih

smjesa pripremljenih bez WPC, te sa WPC i HP-WPC (Padiernos

i sur, J.Dairy

Sci, 92 (2009) 3049-3056)

Uzorak Indeks tečenja

n

Koeficijent konzistencije

Pasn

Količina ocijeđene tekućine

%Bez WPC 0,491 13,966 12,13

Sa WPC 0,487 14,447 6,19

Sa HP-WPC 0,468 17,319 3,66

Figure 1

Source: Journal of Dairy Science 2009; 92:3049-3056 (DOI:10.3168/jds.2008-1997 )Copyright © 2009 American Dairy Science Association Terms and Conditions

Smrzavanje pod povišenim tlakom (HP freezing)

Temperature faznih promjena vode snizuju

se s porastom tlaka !

Uvjeti kristalizacije vode:

Tlak (MPa)

Tlak (bar) Temperatura0,1 1 0ºC

210 2100 -

21 ºC (led I)

1)ABE- hlađeno skladištenje 2)ABCD i DCBA –

tlakom potpomognuto smrzavanje i odmrzavanje

3)ABEFG i GFEBA –

tlakom pomaknuto smrzavanje 4) ABEFHI smrzavanje do leda III

Tlakom potpomognuto smrzavanje (pressure assist

freezing)

Područje ABCD – hlađenje pod tlakom sve dok ne dođe do fazne promjene kod određenog tlaka i temperature; smrzavanje se odvija kod konstantnog tlaka i snižene temperature

Tlakom pomaknuto smrzavanje (pressure

shift

freezing)

Namirnici se najprije povisuje tlak do one veličine kod koje nije moguće zamrzavanje –ostaje u tekućem stanju(faza 1-2)Tlak se održava tako dugo dok se temperatura uzorka ne snizi do temperature rashladnog medija (faza 2-3)Snizuje se tlak (faza 3-4), a temperatura uzorka se snizuje u skladu sa smanjenjem tlaka

Dijagram HP pomaknutog smrzavanja (iscrtkana linija);

fazni dijagram vode (puna linija)

Tlakom pomaknuto smrzavanje (pressure

shift

freezing)

U fazi 4 dolazi do nukleacijeTemperatura raste do Ts kod atmosferskog tlaka –kristali leda rastu iako se još uvijek može odvijati nukleacija –

nastaju mali homogeni kristalileda

U fazi 5 uspostavlja se temperatura okoline pri atmosferskom tlaku Dijagram HP pomaknutog

smrzavanja (iscrtkana linija); fazni dijagram vode (puna linija)

PRIMJENA HP SMRZAVANJA NA HRANUPrednosti:

Kraće vrijeme fazne promjeneManji kristali ledaBolja struktura i tekstura (zbog manjih kristala leda)Manja sinerezaBolji okus Manji intenzitet enzimskog posmeđivanja

Primjena u proizvodnji sladoleda

Kombinacija HP i smrzavanja (niža Ts

)

mali kristali ledaglatka strukturausporeno topljenje sladoleda

Smrzavanje svinjsko meso, losos, mrkva, breskva, mango, kupus

Klasično zamrzavanje(zrakom ili tek. N2

)

neujednačena veličina i raspodjela kristala ledaoštećenje strukture

Kombinacija HP i smrzavanja

mali kristali leda i na površini i u centruneoštećena stanična struktura

Kristali leda u otopini saharoze smrznute na uobičajeni način, te uz pomoć

HPSF

Odmrzavanje (taljenje leda)

Smrznuto meso i riba

Skraćeno vrijeme odmrzavanjaSmanjeni gubitak tekućine (staničnog soka)Sačuvana prirodna boja (kod nižih tlakova)Boja postaje svjetlija (kod viših tlakova)

Odmrzavanje (taljenje leda)Smrznuta jagoda (600

MPa, 15 min, 50 ºC) (namijenjena

termičkoj obradi)

Bolja apsorpcija šećeraBolja mikrobiološka

kvaliteta

ZAKLJUČAKRazvijati nove tehnologije s ciljem dobivanja

proizvoda vrhunske kvalitete!