Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei dr. Barta, József dr. Biacs, Péter dr. Deák, Tibor dr. Hidegkuti, Gyula dr. Körmendy, Imre Monspartné dr. Sényi, Judit dr. Rák, István Stégerné dr. Máté, Mónika dr. Vatai, Gyula dr. Vukov , Konstantin
Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei dr. Barta, József dr. Biacs, Péter dr. Deák, Tibor dr. Hidegkuti, Gyula dr. Körmendy, Imre Monspartné dr. Sényi, Judit dr. Rák, István Stégerné dr. Máté, Mónika dr. Vatai, Gyula dr. Vukov , Konstantin
Publication date 2007 Szerzői jog © 2007 dr. Barta József – dr. Körmendy Imre
Tartalom Előszó ......................................................................................................................................................................................................... xiv Bevezetés ...................................................................................................................................................................................................... xv 1. Nyersanyagismeret ....................................................................................................................................................................................... 1 1.1. A gyümölcs- és zöldségtermesztés helyzete Magyarországon(1), (2) ............................................................................................................. 1 1.2. A gyümölcs- és zöldségfélék összetétele, szerepük az egészséges táplálkozásban(3), (4) ................................................................................... 2 1.3. Gyümölcsfélék .................................................................................................................................................................................. 4 1.3.1. Almatermésűek ....................................................................................................................................................................... 4 1.3.2. Csonthéjasok .......................................................................................................................................................................... 5 1.3.3. Bogyósok ............................................................................................................................................................................... 7 1.4. Zöldségfélék ..................................................................................................................................................................................... 8 1.4.1. Burgonyafélék ........................................................................................................................................................................ 9 1.4.2. Kabakosok ........................................................................................................................................................................... 10 1.4.3. Hüvelyesek ........................................................................................................................................................................... 12 1.4.4. Ernyősvirágúak ..................................................................................................................................................................... 13 1.4.5. Káposztafélék(18) ................................................................................................................................................................... 14 1.4.6. Libatopfélék ......................................................................................................................................................................... 15 1.4.7. Sóskafélék (Polygonaceae) ...................................................................................................................................................... 15 1.4.8. Hagymafélék ........................................................................................................................................................................ 15 1.4.9. Csemegekukorica (Zea mays L. convar. saccharata KOERN.) ...................................................................................................... 16 1.4.10. Fészkesvirágúak ................................................................................................................................................................... 16 1.4.11. Gombafélék ........................................................................................................................................................................ 16 2. A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei ........................................................................................................................... 17 2.1. Konzervipari tartósító eljárások .......................................................................................................................................................... 17 2.1.1. Élelmiszerek romlása ............................................................................................................................................................. 17 2.1.2. Az élelmiszerek tartósítása ...................................................................................................................................................... 19 2.1.3. A konzervipar anabiózisos és abiózisos eljárásai ......................................................................................................................... 20 2.1.4. A tartósság ismérvei .............................................................................................................................................................. 25 2.2. Mikroorganizmusok tevékenységét befolyásoló tényezők ........................................................................................................................ 26 2.2.1. Mikroorganizmusok szaporodása .............................................................................................................................................. 26 2.2.2. Hőmérséklet-növelés hatása a mikrobákra .................................................................................................................................. 29 2.2.3 Hőmérséklet-csökkentés hatása a mikrobákra .............................................................................................................................. 37 2.2.4. Sugárzások hatása a mikroorganizmusokra ................................................................................................................................. 40 2.2.5. A vízaktivitás-csökkentés hatása a mikrobákra ............................................................................................................................ 42 2.2.6. pH és szerves savak hatása a mikrobákra .................................................................................................................................. 44 2.2.7. Egyéb tényezők hatása a mikrobákra ........................................................................................................................................ 46 iii
Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei 2.2.8. Tisztítás, fertőtlenítés, higiénia ................................................................................................................................................. 49 2.3. Enzimek szerepe a tartósítóipari technológiákban .................................................................................................................................. 51 2.3.1. Általános ismeretek ................................................................................................................................................................ 51 2.3.2. Az endogén és exogén pektinázok szerepe a tartósítóiparokban ..................................................................................................... 51 2.3.3. Enzimes elfolyósítás .............................................................................................................................................................. 55 2.3.4. Enzimek immobilizálása ......................................................................................................................................................... 56 2.4. Hő- és anyagátvitel a konzervipari technológiai eljárásokban ................................................................................................................... 58 2.4.1. A hő- és anyagátviteli folyamatokat alkalmazó technológiai eljárások csoportosítása ......................................................................... 58 2.4.2. Művelettani és fizikai alapok hőátvitelnél .................................................................................................................................. 60 2.4.3. Művelettani, fizikai és fizikai-kémiai alapok anyagátvitelnél ......................................................................................................... 66 3. Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz ....................................................................................................................................... 81 3.1. Résztechnológiák felbontása és csoportosítása ....................................................................................................................................... 81 3.2. Növényi eredetű nyersanyagok átvétele ............................................................................................................................................... 81 3.2.1. A nyersanyagok egyes értékmérő tulajdonságai és a minősítés ...................................................................................................... 81 3.3. A válogatás és osztályozás technológiája ............................................................................................................................................. 83 3.3.1. Alapelvek ............................................................................................................................................................................. 83 3.3.2. A válogatás-osztályozás konzervipari gyakorlata ......................................................................................................................... 87 3.4. A növényi nyersanyagok mosása ........................................................................................................................................................ 96 3.4.1. A mosás technológiája ........................................................................................................................................................... 96 3.4.2. A mosás műszaki megoldásai .................................................................................................................................................. 98 3.5. Növényi nyersanyagok tisztítása ....................................................................................................................................................... 104 3.5.1 Szártalanítás ......................................................................................................................................................................... 104 3.5.2 Magozás .............................................................................................................................................................................. 105 3.5.3 Szelektálás ........................................................................................................................................................................... 107 3.6. A hámozás technológiája ................................................................................................................................................................. 110 3.6.1. A bőrszövet-rendszer felépítése, hámozási veszteség .................................................................................................................. 110 3.6.2. Az ipari gyakorlatban alkalmazott hámozási eljárások ................................................................................................................ 112 3.7. Aprítás, homogénezés, keverés ......................................................................................................................................................... 123 3.7.1. Aprítás, homogénezés ........................................................................................................................................................... 123 3.7.2. Keverés .............................................................................................................................................................................. 147 3.8. Előmelegítés, előfőzés, vákuumban való kezelés (húzatás), áztatás kezelőoldatban ..................................................................................... 152 3.8.1. Általános ismeretek .............................................................................................................................................................. 152 3.8.2. Hő- és anyagátvitel előfőzéskor, gőzöléskor és húzatáskor .......................................................................................................... 154 3.8.3. Fizikai-kémiai, kémiai és biokémiai változásokra visszavezethető tulajdonságváltozások előfőzés, gőzölés és húzatás alatt ...................... 155 3.8.4. Az előfőzés, gőzölés, húzatás berendezései .............................................................................................................................. 158 3.8.5. A nyersanyag áztatása kezelőoldatban ..................................................................................................................................... 161 3.9. Lényerési eljárások ......................................................................................................................................................................... 161
iv
Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei 3.9.1 Préselés és egyéb mechanikai eljárások .................................................................................................................................... 162 3.9.2 Diffúziós extrakció és egyéb nem mechanikai eljárások ............................................................................................................... 176 3.10. Létisztítás .................................................................................................................................................................................... 182 3.10.1. Derítési eljárások ............................................................................................................................................................... 183 3.10.2. A létisztítás fizikai (mechanikai) eljárásai ............................................................................................................................... 185 3.11. Gázok oldása folyadékban .............................................................................................................................................................. 188 3.11.1. Gáztörvények .................................................................................................................................................................... 188 3.11.2. Gázok oldódása folyadékokban ............................................................................................................................................. 188 3.11.3. A kén-dioxid tulajdonságai és a kénessav készítése .................................................................................................................. 188 3.11.4. A szén-dioxid és a szén-dioxidos szaturálás ............................................................................................................................ 190 3.12. Töltés és zárás technológiája .......................................................................................................................................................... 192 3.12.1. Töltés ............................................................................................................................................................................... 192 3.12.2. A zárás technológiája .......................................................................................................................................................... 198 3.12.3. Üvegek, palackok, dobozok mosása ...................................................................................................................................... 203 4. A hőkezeléses tartósítás alapjai ................................................................................................................................................................... 206 4.1. Az élelmiszerek eltarthatóságának biztosítása hőkezeléssel .................................................................................................................... 206 A sterilitás fogalmai ...................................................................................................................................................................... 207 4.2. A különböző hőközlési műveletek, és az élelmiszer-tartósító hőkezelés .................................................................................................... 208 4.2.1. A hőkezeléses tartósítás főbb csoportjai ................................................................................................................................... 208 4.3. A hőkezeléses tartósítás mikrobiológiai háttere – A mikroorganizmusok hőpusztulásának alapösszefüggései ................................................... 210 4.4. A sterilezés méretezése – a sterilezési értékgörbe szerkesztése ............................................................................................................... 213 4.5. A hőkezelési egyenértékek (egyenértékű hőkezelési idők), ezen belül a sterilezési egyenérték fogalma, és szerepe a hőkezeléses tartósításban ........ 215 4.6. A hőkezelés mérése, a méretezés gyakorlati megvalósítása .................................................................................................................... 215 4.7. A tartósító hőkezelés műveletének biztonsága, az egészségügyi minimum értelmezése ................................................................................ 218 4.8. A tartósított élelmiszerek biztonsága, az esetleges romlások eredete ........................................................................................................ 219 5. Irodalom .................................................................................................................................................................................................. 220 Irodalomjegyzék az 1. fejezethez ............................................................................................................................................................ 220 Irodalomjegyzék a 2. fejezethez .............................................................................................................................................................. 221 Irodalomjegyzék a 3. fejezethez .............................................................................................................................................................. 225 Irodalomjegyzék a 4. fejezethez .............................................................................................................................................................. 232
v
Az ábrák listája 1.1. Az összes gyümölcstermés fontosabb fajonkénti megoszlása 2005-ben(1) ............................................................................................................. 1 1.2. Az összes zöldségtermés fontosabb fajonkénti megoszlása 2005-ben(1) ............................................................................................................... 2 2.1.1. Különböző változások sebességének alakulása ............................................................................................................................................ 21 2.2.1. Az egysejtű mikroorganizmusok tenyésztési görbéje. I: lappangási szakasz; II: az exponenciális szaporodás szakasza; III: az állandósult állapot szakasza; IV: pusztulási szakasz. Mikrobaszám-koncentráció: X, az idő: t, a szaporodási sebességi együttható: µ ............................................................ 26 2.2.2. Túlélési görbe. Túlélők száma (vagy koncentrációja): N; idő: t; tizedelődési idő: D; pusztulási sebességi együttható: k ............................................. 30 2.2.3. Hőpusztulási görbe és a z-érték magyarázata. Pusztulási idő: τ; tizedelődési idő: D; referencia-hőmérséklet: Tr; hőkezelési egyenérték: F ..................... 31 2.2.4. Termofil (□), mezofil (○) és pszichrofil (∆) baktérium szaporodási sebességi együtthatója (µ) az abszolút hőmérséklet reciprokának (1/T) függvényében. Az Arrhenius-összefüggésnek megfelelően a sebességi együtthatót logaritmikus léptékben ábrázoltuk ...................................................... 38 2.2.5. A fagyasztási sebesség hatása a mikroorganizmusok túlélésére ...................................................................................................................... 40 2.2.6. Mikroorganizmusok besugárzás melletti túlélési görbéi ................................................................................................................................ 41 2.2.7. Molekuláris kén-dioxid, biszulfit- és szulfit-ionok aránya a pH-érték függvényében .......................................................................................... 48 2.3.1. Pektinbontó enzimek támadási pontjai a pektinláncon; A pektin metil-észteráz (PE) a metoxil-csoportokat hasítja le. Pektinliáz (pektintranszelimináz, PTE) nagy észterezési fokkal rendelkező pektint, a pektátliáz (LMPL – low methoxyl pectinlyase) a kis észterezési fokkal rendelkező pektint, míg a poligalakturonáz (PG ) a pektinsavat bontja, a pektinlánc felhasításával ................................................................................................................... 52 2.4.1. A hőközlés szemléltetése élelmiszeranyag csővezetékben történő dugattyúszerű áramlása mellett. 1: a hőcsere csővezetéke. Az élelmiszeranyag sebessége: v. A cső belső átmérője: 2R. A megtett úthossz: z. A cső hossza: L. Tartózkodási idő z úthosszig: τ , kilépésig: t. Közeghőmérséklet: Tk. Az élelmiszeranyag átlaghőmérséklete belépéskor: Ti, kilépéskor: Tm .......................................................................................................................... 62 2.4.2. A térerősség (E) és áramsűrűség (J) közötti kapcsolat szemléltetése komplex számsíkon. A kapacitív áramsűrűségek vákuumban, ill. dielektrikumban: Jco, Jc; a hatásos áramsűrűség: Jw; a vezetéses áramsűrűség: Jv; a hatásos áramsűrűségnek a dielektrikumban indukált része: JwD; a veszteségi szög: δ; valós és képzetes koordináta tengelyek: x, y ............................................................................................................................................................... 65 2.4.3. Az almaszeletben és a közegben (extraháló víz) oldott anyagok koncentrációjának alakulása az idő függvényében, ellenáram esetén. Mind a szeletek, mind a közeg sebessége állandó. 1: a szeletek átlagos koncentrációja az extraháló közegre redukálva (cr), a Fick 2.-törvényhez kapcsolódó kerület-érték probléma megoldása révén; 2: ua. mint az 1 jelű görbe esetében, de ̄k= 6D/l anyagátbocsátási tényezővel számolva; 3: az extraháló közeg koncentrációja (ck), az 1 jelű görbéhez tartozó értékek; 4: az extraháló közeg koncentrációja, a 2 jelű görbéhez tartozó értékek. A szeletek tartózkodási ideje az előrehaladás során: τ, a kilépésig: t. A szeletek és a közeg térfogatáramai: qv, qvk. Szeletvastagság: l = 3,5 mm, diffúziós együttható: D = 5,1·10–8 m2·min–1, qvk/qv ≈ 1. Egyszerűsítő feltétélezés: az anyagátadási tényező a szelet felületén végtelenhez tart ̄k = 8,74 ·10–5 ·m·min–1 .................................................. 69 2.4.4. A fluxus változása a transzmembrán nyomáskülönbség függvényében ............................................................................................................ 73 2.4.5. A koncentrációviszonyok keresztáramú szűrés esetén .................................................................................................................................. 74 2.4.6. Ozmotikus jelenség és szűrési modell ....................................................................................................................................................... 76 3.3.1. A válogatás és osztályozás alapelvének szemléltetése. 1. nyersanyaghalmaz; 2. megfelelő rész a célul kitűzött feldolgozás szempontjából; 3. nem megfelelő rész a célul kitűzött feldolgozás szempontjából. Az egyes osztályok jelölése: a, b, c, d, e .............................................................................. 84 3.3.2. A két részre történő osztályozás szemléltetése sűrűségfüggvények [f(x) .......................................................................................................... 85
vi
Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei 3.3.3. A selejthányadok között wA = állandó esetén lévő kapcsolatot szemléltető sík válogatásnál (két részre történő osztályozásnál). 1: a kapcsolatot ábrázoló sík; 2: xA , xB , x = 1 pont; 3: xA, xB, x = 0 pont; 4: a tökéletes elválasztás (xA = 0, xB = l) egyenese. Selejthányadok (megfelelő, nem megfelelő, válogatás előtti anyag): xA, xB, x. A megfelelő és nem megfelelő osztályok tömegtörtjei: wA, wB. ............................................................................... 86 3.3.4. Szalag rendszerű válogatókra vonatkozó két elv szemléltetése. A: Görgős válogató működési elve; B: Egyszerű szállítószalagokból kialakított válogatószalag nyersanyag átforgatását végző csatlakozásokkal .............................................................................................................................. 89 3.3.5. Jellegzetes, nem szabatos méretek a konzervipari nyersanyagok osztályozásához. A: forgástesttel közelíthető alakok; B: gömbbel közelíthető alak (gömb alakú, kerek, gömbölyű); C: a tengelyre (a hosszméret irányára) merőleges síkban lapított alak; D: görbült alak. l: tengely. A lapított alakok szélessége és vastagsága: a, b. Az „átmérő” Jelölése: d. A magasság és hossz jelölése: h, l ......................................................................................... 91 3.3.6. Méret szerinti hengeres osztályozók működési elve. A: Hengeres osztályozó osztályozó szegmensekkel; B: Kaszkád rendszerű hengeres osztályozó. 1. forgó osztályozó dob; 2. szegmensek, a haladás irányába növekvő méretű osztályozó nyílásokkal ellátva; 3. henger az osztályozó nyílásokba beszorult egyedek visszanyomásához; 4. a nyersanyag haladásának iránya; 5. forgó osztályozó dob, az osztályozó nyílások mérete egyetlen dobon azonos, a legnagyobb méretű nyílások a legfelső dobon vannak; 6. az áthullott szemeket gyűjtő és továbbító vályú; 7. a legnagyobb méretű osztályba tartozó nyersanyag kilépése; 8. a legkisebb méretű anyag kilépése .................................................................................................................................... 92 3.3.7. Különböző típusú méret szerinti osztályozók működésének alapelve. A: Távolodó húros osztályozó; B: Távolodó léces osztályozó; C: Ferde szalagos osztályozó, oldalsó osztályozó nyílásokkal; D: Hosszúság szerinti uborkaosztályozó. 1. osztályozó zsinór; 2. a zsinórok mozgatására és kifeszítésére szolgáló egyik dob; 3. trapéz keresztmetszetű léc; 4. az osztályozott anyag; 5. állítható oldalsó lapok; 6. az oldalsó osztályozó nyílások irányába döntött szállítószalag; 7. a haladás irányába növekedő szélességű osztályozó nyílással ellátott síklap, az osztályozónyílás irányába megdöntve; 8. mozgó, keresztirányú továbbító lécek; 9. álló, határoló léc; 10. továbbító görgő; 11. támasztó görgő; 12. a támasztó görgőt tartó lánctag;13. összekötő lánctag; 14. oldalsó támasztólánc; 15. támasztógörgők vezető pályája ...................................................................................................................................... 93 3.3.8. Két hullámhosszon mérő, szín szerinti osztályozók működésének alapelve. 1. rendezetlen nyersanyag; 2. rendezett anyag; 3. kevert fényű megvilágító egység; 4. optikai rendszer transzmissziós méréshez; 5. optikai rendszer reflexiós méréshez ........................................................................................ 94 3.3.9. Reflexiós elven működő szín szerinti osztályozó berendezés paradicsomhoz. 1. szállító egység a rendezett bogyók részére; 2. megvilágító egység; 3. két hullámhosszon mérő optikai rendszer; 4. kiütőlap; 5. zöld színű bogyó; 6. piros színű bogyó .................................................................................. 95 3.3.10. Etalon háttérrel rendelkező szín szerinti osztályozó működésének alapelve. 1. világítótest; 2. optikai mérőrendszer; 3. háttérernyő; 4. kifúvó szerkezet; 5. osztályozatlan anyag; 6. a megfelelő színű anyag haladási iránya; 7. a nem megfelelő színű anyag haladási iránya ......................................... 96 3.4.1. Légbefúvásos mosógép elvi kialakítása. 1. vízzel telt kád; 2. túlfolyó; 3. álfenék; 4. leürítő tolózár; 5. cső a levegő bevezetésére; 6. kihordószalag; 7. permetezőcsövek; 8. a nyersanyag belépése; 9. a nyersanyag kilépése ..................................................................................................................... 99 3.4.2. Flotációs zöldborsómosó. 1. terelőgát; 2. ülepítőlemezek; 3. bukógát; 4. dobszűrő kihordócsigával; 5. zöldborsókihordó cső (vízsugár-impulzussal működtetve); 6. vízleválasztó rázórosta; 7. vízporlasztásos permetezők; 8. vízgyűjtő garat; 9. víztartály; 10. túlfolyó; 11. vízelosztó; 12. szivattyú; 13. szűrőlemez (perforált); 14. adagológarat ............................................................................................................................................................. 99 3.4.3. Úsztatóvályú keresztmetszetek és a homokfogó vázlata. A: Tipikus vályúkeresztmetszetek; B: Homokfogó 1. perforált lemez; 2. leülepedett szennyeződés; 3. tisztítónyílás az ürítőcsap, vagy zárókupak eltávolított állapotában ábrázolva ................................................................................... 100 3.4.4. Lágy húsú gyümölcsök mosóberendezései. A: Egyszerű mártogató-mosó; B: Folytonos üzemű lengő-vályús, légbefúvásos mosó. 1. mosókád állvánnyal; 2. perforált gyümölcstartó kosár; 3. levegőbevezetés elosztó körcsöve; 4. légelosztó perforált lemez; 5. vízleürítő csap; 6. ventillátor; 7. légelosztó csővezeték; 8. ürítőnyílás; 9. túlfolyócső; 10. permetező cső; 11. kád; 12. lengetőkar; 13. mosóvályú sodronyszövetű fenékkel; 14. forgattyúkar; 15. feladógarat ............................................................................................................................................................................................. 101
vii
Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei 3.4.5. Dobmosók vázlata. A: Áztató-permetező rendszerű gép; B: Permetező rendszerű gép. 1. kád; 2. forgómosódob perforált palásttal; 3. vízpermetező csövek; 4. tolózár, vagy csap .......................................................................................................................................................................... 102 3.4.6. Paraj- és zöldbabmosó berendezés. 1. mártogató-továbbító lengővillák; 2. kihordószalag; 3. légbevezető cső; 4. mosókád; 5. vízpermetező csőrendszer; 6. álfenék metszetben .................................................................................................................................................................. 102 3.4.7. Kefés mosógépek. A: Hagyományos kialakítású kefés mosógép; B: Kúpos típusú gép. 1. álfenék; 2. álló kefék; 3. forgó kefék; 4. garat; 5. kihordó szalag; 6. leeresztőszelep; 7. hajtómű; 8. vízpermetező rendszer; 9. garat; 10. forgó kefék; 11. állítható távolságú álló kefék; 12. permetező víz bevezetése; 13. álló terelőlemez; 14. vízgyűjtő vályú; 15. függesztőelem ................................................................................................................................ 103 3.5.1. Szártépő gép működésének elve. 1. rugók; 2. gumiköpennyel ellátott hengerek; 3. gyümölcs behúzott szárral ....................................................... 105 3.5.2. A magkiszúrás elvi vázlata. 1. kiszúrótüske; 2. mag; 3. gyümölcstartó fészek ................................................................................................. 105 3.5.3. Magozógép felépítése. 1. gyümölcs-beforgató szerkezet; 2. forgó kefe (fészekbe való ültetéshez); 3. görgős lánc lánckerékkel; 4. garat; 5. fészkekkel ellátott szegmens; 6. magozómechanizmus; 7. kiszúrótüskék lehúzólappal; 8. magkiszállító csiga; 9. excenteres gyümölcskidobó mechanizmus ................... 106 3.5.4. Egyszerű légszeparátor vázlata. 1. beadagológarat; 2. perforált lemez; 3. ventillátor; 4. lemezajtó a légbeszíváshoz; 5. kiadagológarat; 6. hulladékelvezető csonk; 7. tisztított termék; 8. lebegő szennyeződés; 9. ház ............................................................................................................ 108 3.5.5. Síkszelektor körvonalrajza. 1. vízbevezető csonk; 2. lengő tálca; 3. zuhanyozó rendszer; 4. hulladékelvezető csonk; 5. laprugók; 6. excenteres hajtómű; 7. kiadagoló surrantó; 8. perforált lemez a tálca alján ............................................................................................................................ 109 3.5.6. Pattintó rendszerű borsótisztító berendezés működési elve. 1. elosztó lejtő; 2. ejtőrés; 3. pattintóléc; 4. elválasztóél; 5. szennyezett, kevert zöldborsó; 6. az ép szemek röppályája; 7. az idegen anyagok pályája. Változtatható távolság a pattintóléc és az elválasztóél között: L .............................................. 110 3.6.1. Burgonya hámozási vesztesége (v) és jellemző mérete közötti kapcsolat(6). 1. mért értékekből kapott görbe; 2. a (3.6.1.) összefüggés szerinti hiperbola, a legkisebb négyzetek módszerével illesztve, k = 7,3132·10–3m ............................................................................................................. 111 3.6.2. Folytonos üzemű dörzshámozó működési elve(6). 1. a nyersanyag belépése; 2. a hámozott anyag kilépése; 3. koptatókefékkel ellátott hosszúkás henger; 4. támasztószalag, a szalag sebessége ellentétes irányú a kefék forgási sebességével a szalagot legjobban megközelítő helyzetben; 5. lekoptatott héj ............................................................................................................................................................................................................. 114 3.6.3. Folytonos üzemű dörzshámozó működési elve. 1. a nyersanyag belépése; 2. a hámozott nyersanyag kilépése; 3. továbbítócsiga, a csiga tengelyén elhelyezett furatokon át vízzel mossák a nyersanyagot és a koptatóhengereket; 4. korunddal bevont, vagy kefékkel ellátott koptatóhenger, a hengerek egyidejűleg saját és a csiga tengelyvonala körül forognak ................................................................................................................................... 115 3.6.4. Szakaszos üzemű gőzhámozó működési elve. A: A hámozó töltése; B: A zárás előtti légtelenítés; C: A gőzölő tér lezárt állapotban; D: Gőzölés és forgatás; E: A nyitás utáni állapot, nyitás előtt a gőznyomás lecsökken; F: A hámozó ürítése ..................................................................................... 117 3.6.5. Forgódobos lúghámozó működési elve. 1. nyersanyagbelépés; 2. a nyersanyag kilépése; 3. rekeszekkel ellátott forgódob; 4. a rekesz perforált határoló fala; 5. lúgfürdő gőzfűtésű fűtőcsövekkel; 6. csővezeték a gőz bevezetésére ........................................................................................................... 120 3.6.6. 900–1200 °C hőmérsékleten üzemelő hőhámozó működési elve. 1. samottbéléssel és belső szállítómenettel ellátott forgó hámozódob; 2. a nyersanyag belépése; 3. a nyersanyag kilépése; 4. a füstgázokat elvezető kémény; 5. hajtó görgő; 6. meghajtó motor; 7. olajégő; 8. olajtartály; 9. a sűrített levegő tartálya; 10. a fűtő levegő előmelegítője ........................................................................................................................................................... 122 3.7.1. Az aprításhoz használt terhelések (behatások, erőhatások). A: nyomás (préselés, zúzás); B: húzás (tépés, hasítás); C: ütés (ismételt lökésszerű nyomás); D: nyírás; E: ütközés; P: őrlés (dörzsölés); G: vágás; 1. aprított anyag, F, Ft terhelő erőket jelölnek ............................................................... 125 3.7.2. Aprítóberendezések fajlagos energiafelhasználása (EA) a (3.7.2.) összefüggés alapján. Aprítási fok: m (3.7.1. összefüggés szerint). Az aprítás utáni jellemző méret: dk ........................................................................................................................................................................................ 127
viii
Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei 3.7.3. Alakváltozások és erők vágásnál. A: erőhatások; B: deformációk; 1. élelmiszer; 2. a feszültség megoszlása; 3. kés; 4. a plasztikus deformáció zónája; 5. a rugalmas alakváltozás zónája; α0 a kés ékszöge; FN. vágóerő; F1 az élcsúcsnál fellépő ellenállás; F2, F3 a kés felületén kialakuló normális irányú erők; FR2, FR3 a kés felületén fellépő súrlódó erők .................................................................................................................................................... 128 3.7.4. A vágási szög (λ) és az erők, ill. sebességek viszonya. 1. a vágásnak kitett anyag; 2. kés. F, Ft, FN: a vágóerő és komponensei; v, vt, vN: a vágási sebesség és komponensei ............................................................................................................................................................................... 129 3.7.5. Vágási munka (E) a vágási szög (λ) függvényében. 1. káposzta szeletelése egyszerű késsel; 2. nyers marhahús vágása kutterkéssel; 3. kenyér szelése körkéssel ..................................................................................................................................................................................................... 130 3.7.6. Behúzási viszonyok alakulása vágásnál és zúzásnál. 1. nagy méretű nyersanyag; 2. kis méretű nyersanyag; 3. késtárcsák vagy zúzóhengerek. FN: normális irányú erő; Ft: érintőleges irányú súrlódóerő; F: eredő erő; ɸ: behúzási szög;p: súrlódási szög; tg p= Ft/FN. A behúzás feltétele: ɸ/2 = ß
ix
Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei 3.7.25. Statikus keverő. 1. csőidom; 2. keverőelem ............................................................................................................................................ 151 3.8.1. Szakaszos üzemű vákuumos húzató berendezés felépítése. 1. húzatóedény saválló acélból; 2. fűtőtér; 3. gőzbevezető-csonk; 4. leeresztőszelep; 5. kondenzvíz-eltávolítás; 6. fedél; 7. mérőműszer a vákuum értékének mérésére; 8. hőmérő; 9. csatlakozó csonk a vákuumszivattyúhoz; 10. csap és tartóidomok a fedél mozgatásához (billentéséhez); 11. perforált falú saválló kosár nyitható perforált fedéllel a nyersanyag részére .................................... 159 3.8.2. Folytonos üzemű, hidrosztatikus elven működő vákuumos húzató berendezés. 1. húzató-tartály; 2. hajtómű a húzatótartályban lévő továbbítószerkezet mozgatásához; 3. csatlakozó csonk a vákuum-szivattyúhoz; 4. betekintő-nyílás fedele; 5. szivattyú a húzató oldat és nyersanyag együtt történő szállításához; 6. szállítócső; 7. ejtőcső ; 8. kád a húzatott nyersanyag és húzatóoldat befogadására; 9. szállítószalag a húzatott nyersanyag kiemelésére; 10. túlfolyócső; 11. szívóoldali tartály a szivattyúhoz ..................................................................................................................................................................... 160 3.9.1. Az áttörés, szűrés és préselés egyszerű mechanikai modelljei és a megfelelő jelleggörbék. A: áttörés; B: szűrés; C: préselés. 1. az áttörés előtti anyag; 2. perforált lemez; 3. az áttörés utáni anyag; 4. a szűrés előtti anyag; 5. szűrőszövet; 6. szűrt lé; 7. a préselt anyag; 8. a kipréselt lé. A1, A2, A3 = állandók. F0 = állandó értékű nyomóerő, t = idő, y– = léhozam-arány, az áttört, szűrt, kipréselt lé tömege az eredeti anyag tömegéhez viszonyítva, ym = léhozam-arány egyensúlyi értéke .......................................................................................................................................................................................... 164 3.9.2. Párhuzamos síklapokkal határolt anyag préselése. A: a helykoordináták értelmezése; B: a Terzaghi-féle mechanikai modell, a rugalmas-szilárd összetevőt helyettesítő rugókkal. 1. a préselt anyag; 2. nyomólap (dugattyú); 3. szűrőszövet; 4. határoló fal; 5. nyomóerő (F0); 6. helyettesítő rugók; 7. fojtó nyílásokkal ellátott lapok a szűrési ellenállás figyelembevételéhez. L = a préselt anyag tényleges vastagsága préselés közben; Li = a kezdeti rétegvastagság; x = a tényleges (Euler-féle) helykoordináta, xi = Lagrange-féle helykoordináta.; t = préselés idő; D = hengerátmérő ....................................................... 166 3.9.3. A helyi léhozam-arány (y), az össznyomás (p) alakulása a préselés során, a préselt anyagon belül. 1. nyomólap; 2. szűrőszövet. L, Li, t, x jelentése ugyanaz, mint a 3.9.2. ábrán. Lm = a végső, egyensúlyi rétegvastagság hosszú préselési idő után; ym = az egyensúlyi léhozam-arány ................................ 167 3.9.4. Az egyensúlyi léhozam-arány (ym) a rétegnyomás (pc) függvényében almazúzat préselésénél ............................................................................ 169 3.9.5. A fajlagos ellenállás mérésének módszerét szemléltető ábra. A.: préselés, kétoldali lékilépéssel; B: léátáramoltatás a (részben) kipréselt anyagon keresztül; C: a préslé nyomásának változása az anyagon keresztül. 1. préselt anyag; 2. préselő és folyadékelosztó tárcsa; 3. szűrőszövetek; 4. csap a nyomógáz bevezetésére, zárt állapotban; 5. lé betöltő csonk nyitott állapotban; 6. a 2 jelű tárcsa helyzetét rögzítő szerkezet; 7. lébetöltő csonk lezárt állapotban; 8. a nyomógázcsap nyitott helyzetben; 9. a préselt anyagra töltött lé ...................................................................................................... 171 3.9.6. A léviszkozitással szorzott fajlagos ellenállás (η·α*) az egyensúlyi léhozam-arány (ym) függvényében ................................................................ 172 3.9.7. A léhozam-arány (y–) és a présnyomás (össznyomás, p0) alakulása csomagprésnél. 1. a nehézségi erők okozta lélecsurgás préscsomagok készítésénél; 2. préselés kis nyomással; 3. préselés nagy nyomással; t = préselési idő ................................................................................................................ 175 3.9.8. Az extraháló lé koncentrációja (c1) és az extrahált anyagban lévő oldat koncentrációja (c0) a macerálási idő (t) függvényében .................................. 177 3.9.9. Az extrakciós fok (ex) a lélehúzás (P) függvényében, különböző λ ⋅ t értékek mellett ....................................................................................... 178 3.9.10. A tényleges (átlagos) áramlási sebesség (v), a szelet halmazsűrűsége (térfogatsűrűség, ρh) és a folyadék túlnyomásának (p) változása az áramlás irányában, h vastagságú szeletrétegnél. x = távolság a szeletréteg kezdetétől ........................................................................................................... 179 3.9.11. Két-csigás extraktor vázlata. 1. a mosott nyersanyag érkezése; 2. szeletkészítő gép; 3. szállítószalag és szalagmérleg; 4. ferde elhelyezésű extrahálóház; 5. két-csigás szeletszállító; 6. ki emelőkerék a kilúgzott szelethez; 7. fűtőköpeny; 8. hőfokszabályozó; 9. szalagprés a kilúgzott szelethez; 10. vizes préslé; 11. a préselt szelet elszállítása; 12. a vizes préslé visszavezetése; 13. friss, meleg víz bevezetése; 14. a kinyert lé elvezetése; 15. az elfolyás folyadékszintjét szabályozó szerkezet; 16. lészivattyú ......................................................................................................................................... 180 3.9.12. Préseléssel, majd törkölyextrakcióval működő vonal. 1. szalagprés; 2. szalagos extraktor; 3. csigás prés a kilúgzott törköly víztelenítésére ................ 181 3.9.13. Préselő-extraháló rendszer vázlata. 1, 2, 3. gyűjtőtartályok a különböző töménységű levek számára; 4. szivattyú; 5. vízbevezetés; 6. gőzbevezetés; 7. CIP rendszerben (helyben mosó rendszer) üzemelő mosószertartály; 8. prés ........................................................................................................... 182
x
Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei 3.10.1. A szakaszos keresztáramú membránszűrés elvi folyamatábrája. 1. tartály, 2. szivattyú, 3. membrán, 4. áramlásmérő, 5. recirkuláció szelepe, 6. fojtószelep, 7–8. mintavevő szelep, 9–10. nyomásmérő ....................................................................................................................................... 187 3.11.1. Vízben oldott szén-dioxid koncentrációja, parciális nyomásának (p) függvényében, különböző hőmérsékleten (T) ................................................ 192 3.12.1. Töltőgépek darabos, alaktartó anyagokhoz. 1. megtöltendő edényzet; 2. álló töltőasztal; 3. forgó töltőasztal; 4. mérő–adagoló henger; 5. forgódob; 6. beadagoló csillagkerék; 7. kiadagoló csillagkerék ............................................................................................................................................... 196 3.12.2. Töltőgépek folyékony és pépes készítményekhez. 1. megtöltendő edényzet; 2. a lé, vagy a pépes anyag adagolója; 3. forgó töltőasztal; 4. beadagoló csillagkerék; 5. kiadagoló csillagkerék ............................................................................................................................................................. 197 3.12.3. Omnia (A) és Pano (B) fantázianevekkel rendelkező üvegzárások metszete .................................................................................................. 198 3.12.4. Eurocap (A) és Hungarocap – Twist-off (B) fantázianevekkel rendelkező üvegzárások metszetben ábrázolva ...................................................... 199 3.12.5. A Pry-off nevű üvegzárás metszete ....................................................................................................................................................... 199 3.12.6. Körkorcolás kialakítása és a kettős korc elemei dobozok fedelének lezárásánál. 1, 2, 3, 4, 5: a korckialakítás lépései a növekvő számok irányában. ZT: tetőszorító zárótányér; EG: görgő az elzáráshoz; ZG: görgő az utózáráshoz. A kettőskorc jellemző méretei: Alp = átlapolás; Hp = a palásthorog mérete; Ht = a tetőhorog mérete; Lp, Lt = palást- és tetővastagság; S, V = a korc szélessége (magassága) és vastagsága ............................................................. 200 3.12.7. A dobozzárás vázlatos szemléltetése. A: az előzárás kezdeti szakasza; B: az előzárás vége; C: az utózárás közbenső állapota. 1. fedéllemez-szorító tányér; 2. fedél; 3. palást; 4. előzáró görgő; 5. utózáró görgő ............................................................................................................................... 201 3.12.8. Társított fóliatekercsből lapos tasakokat készítő és töltő gép működési elve. 1. fóliatekercs; 2. a fólia kettévágása; 3. a tasak kialakítása hegesztéssel; 4. töltendő termék beadagolása; 5. a tasak levágása; 6. a kész tasakok elszállítása ................................................................................................... 202 3.12.9. Műanyag-dobozokat formázó, töltő és záró berendezés működésének elvi kialakítása. 1. műanyag tekercs; 2. melegítő szakasz; 3. formázószerszám; 4. töltés; 5. a tető (fedő) fólia tekercse; 6. fej a tető lehegesztésére; 7. vágószerkezet a lezárt dobozok elkülönítésére ...................................................... 203 3.12.10. Rotációs rendszerű üvegöblítő metszete. 1. álló dob; 2. ikerszalag; 3. öblítendő üveg; 4. választólapok; 5. szórófejek; 6. továbbítókocsi; 7. pneumatikus henger; 8. kilincsmű; 9. burkolat; 10. kifolyónyílás; 11. tartóláb; 12. kiöblített üveg; 13. forgó, külső koszorú; 14. körmök; 15. támasztógörgők ............................................................................................................................................................................................ 204 3.12.11. Mágneses dobozöblítő vázlata. 1. szalag; 2. mágneses dobok; 3. permanens mágnes; 4. üres dobozok; 5. vízelosztó vezeték; 6. támasztólemez ......... 204 3.12.12. Üvegmosó berendezés vázlata. 1. üvegbehordó szalag ; 2. betolópálya; 3. serlegsor ...................................................................................... 205 4.3.1. Különböző mikroorganizmusok hőpusztulási görbéi ................................................................................................................................... 211 4.3.2. A hőpenetrációs görbe .......................................................................................................................................................................... 213 4.4.1. A sterilezési értékgörbe ......................................................................................................................................................................... 214
xi
A táblázatok listája 1.1. Fontosabb gyümölcsfélék főbb összetevői(3), *(4) ........................................................................................................................................... 10 1.2. Fontosabb zöldségfélék főbb összetevői(3) .................................................................................................................................................... 11 2.1.1. A tartósító eljárások rendszere. Körmendy és Vukov által átdolgozott Nyikitinszkij–Gyönös rendszer(22, 72) ........................................................... 19 2.1.2. A hőterhelés mérőszámainak konvencionális jelölése és referencia-hőmérséklete .............................................................................................. 24 2.2.1. Néhány mikroorganizmus szaporodási sebessége ......................................................................................................................................... 27 2.2.2. Mikroorganizmusok élettani csoportjai szaporodási hőmérséklet szerint .......................................................................................................... 28 2.2.3. A vegetatív mikroorganizmusok átlagos hőtűrése ........................................................................................................................................ 33 2.2.4. A baktérium spórák hőtűrése ................................................................................................................................................................... 33 2.2.5. A konzervekben romlási veszélyt képező baktérium spórák hőrezisztenciája, Tp = 121,1 °C ............................................................................... 35 2.2.6. Spórás baktériumok hőrezisztenciája száraz és nedves hővel szemben, Tr = 121,1 °C ........................................................................................ 36 2.2.7. Átlagos letális vagy teljes inaktivitást okozó besugárzási dózisok ................................................................................................................... 42 2.2.8. A mikroorganizmusok szaporodásának minimális vízaktivitás igénye ............................................................................................................. 43 2.2.9. Mikroorganizmusok szaporodásának pH-tartományai ................................................................................................................................... 45 2.2.10. Étkezési savak és tartósítószerek disszociációja ......................................................................................................................................... 45 2.4.1. Néhány konzervipari anyag diffúziós együtthatója ....................................................................................................................................... 69 3.3.1. Az egységnyi szalagfelületen egy rétegben elhelyezhető nyersanyag tömege .................................................................................................... 88 3.6.1. A mechanikai úton történő hámozásra vonatkozó néhány adat ..................................................................................................................... 113 3.6.2. Atmoszférikus nyomáson forró vízben, nedves gőzben, vagy túlnyomás alatti telített gőzben történő hámozásra vonatkozó néhány adat, p = gőznyomás (absz) ......................................................................................................................................................................................... 116 3.6.3. Lúgoldatban (NaOH) történő hámozásra vonatkozó (üzemi) adatok Schultz és Smith(98) alapján ........................................................................ 118 3.6.4. Lúgoldatban (NaOH) történt hámozásra vonatkozó adatok .......................................................................................................................... 118 3.6.5. Száraz körülmények közötti melegítéssel („száraz hővel”) történő hámozási eljárásokra vonatkozó adatok, p – gőznyomás (absz.) ............................ 121 3.6.6. Paradicsom „fagyasztás-felengedés” elvén történő hámozásával kapcsolatos (üzemi) adatok .............................................................................. 122 3.7.1. Élelmiszerek csoportosítása a Mohs-féle keménységi skála alapján ............................................................................................................... 124 3.7.2. Az anyagi tulajdonság és az aprító hatás közötti kapcsolat .......................................................................................................................... 125 3.7.3. Ajánlott effektív kés-ékszögek élelmiszerekhez ......................................................................................................................................... 129 3.7.4. Fajlagos vágóerő néhány konzervipari nyersanyagra .................................................................................................................................. 132 3.7.5. Keverőelemek alkalmazhatósága ............................................................................................................................................................. 148 3.8.1. Előfőzési veszteségre vonatkozó néhány adat(26, 27) ................................................................................................................................... 156 3.9.1. A préselés és egyéb mechanikai eljárások csoportosítása. (1) = derített-szűrt levek gyártásához, (2) = kevés alaki részt tartalmazó levekhez (opálos, trüb), (3) = sok alaki részt tartalmazó (rostos) levekhez ...................................................................................................................................... 162 3.9.2. Préselt almalé fizikai jellemzőire vonatkozó adatok ................................................................................................................................... 170 3.11.1. Kén-dioxid (SO2) oldhatósága vízben, atmoszférikus nyomáson ................................................................................................................. 189 3.11.2. Kénessavoldatok sűrűsége 15 °C-on ...................................................................................................................................................... 189 3.11.3. A szén-dioxid oldhatóságára vonatkozó adatok, vízben, gyümölcslében és alkoholban, atmoszférikus nyomáson (l,013 bar) ................................... 191 xii
Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei 4.1.1. A konzervek osztályozása pH-érték szerint ............................................................................................................................................... 4.1.2. A sterilitás fogalma és értelmezése ......................................................................................................................................................... 4.2.1.1. Hőkezelt tartós élelmiszerek felosztása eltarthatóság szerint ...................................................................................................................... 4.6.1. A hőkezelés során ellenőrizendő kritikus tényezők ....................................................................................................................................
xiii
207 207 209 217
Előszó A Növényi nyersanyagok feldolgozástechnológiai műveletei c. könyv célja a téma mérnöki szintű és tankönyv mélységű tárgyalása. A könyv szintetizálja a technológiai eljárások megértéséhez szükséges egyes nyersanyag-ismereti, élelmiszer-kémiai, mikrobiológiai, élelmiszer-ipari művelettani és gépészeti, valamint csomagolástechnikai tudnivalókat. Alapvető ismereteket nyújt a különböző nyersanyagok feldolgozásra való előkészítéséhez, a gépek, berendezések működési elvének megértéséhez, a technológiai folyamatok elsajátításához. Az eljárások között nem szerepel a hűtőipar tevékenységi körébe tartozó tartósítóipari hűtés és fagyasztás témaköre. A könyv az egykori Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem Élelmiszeripari Karán 1990-ben kiadott Konzervtechnológia I. kötet (szerkesztők: Dr. Körmendy Imre és Dr. Török Szilveszter) átdolgozásával jött létre. Néhány fejezet kimaradt vagy lerövidült, új fejezetek és részek egészítik ki a könyvet. A szerzői gárda is kiegészült. Az élelmiszer-tudomány területeiről különböző szakmai háttérrel rendelkező tíz szakember írta e könyvet. A könyv egyidejűleg szól az egyetemi hallgatókhoz, a feldolgozástechnológia területén működő szakemberekhez, vállalkozókhoz és tudományos kutatókhoz. dr. Barta József és dr. Körmendy Imre
xiv
Bevezetés A konzervtechnológia, hasonlóan az egyéb élelmiszeripari technológiákhoz, termékek előállításával foglalkozik. A technológia jellegéből következik, hogy a technológiai ismeretek alkalmazóinak különféle szakterületeken kell lényeglátóan eligazodniuk. A technológusnak tárgyaló és kezdeményező készséggel kell rendelkeznie a szaktudományok intézményei és azok képviselői részére adott feladatok kijelölésében és eredményeik felhasználásánál. A megfelelő szakértők és intézmények kiválasztása, az eredmények ipari bevezetése is a technológus feladata. Ajánlatos, hogy a technológus több területen megszerzett lényeglátó ismereten felül kémiai, művelettani, fizikai-kémiai, mikrobiológiai, számítástechnikai, stb. ismeretekkel rendelkezzen. Ez ugyanis nélkülözhetetlennek tűnik a valódi belső biztonság, önbizalom birtoklásához. A technológiai ismeretek tárgyalásának szokásos változatai: • A termékek előállításához szükséges összes ismeret közlése, termékenként külön-külön. • A különböző termékek előállításával kapcsolatos anyagok (nyersanyag, átmeneti, félkész és késztermék, adalék- és segédanyag, csomagolószer, nyersanyaghulladék) tulajdonságainak és azok változásainak ismertetése. • A különböző termékek előállításánál szereplő közös jellegű technológiai részeljárások ismertetése. Technológiai egységek, valamint azok alapelveinek ismertetése a műveleti egységek analógiájára. • Üzemtervezés és telepítés. A konzervipar technológiai eljárásait előkészítő, tartósító és befejező csoportokra szokás bontani. A konzervipari tevékenység néhány jellemzője: • Idény jelleg, évről évre változó nyersanyagmennyiséggel. A növényi nyersanyagok érési ideje és mennyisége évről évre eltérő. Naponta a feldolgozó üzembe érkező mennyiségek is ingadozhatnak. • Az értékesítési lehetőségek évről évre változnak. • A feldolgozó üzemek üzemeltethetnek a nyersanyagtermelőkkel közösen előfeldolgozó telepeket, melyek az üzemen kívül a termőhelyhez közel vannak. • A higiéniai követelmények a legnagyobbak a gyermekétel-konzerveknél, majd a húskonzervek, készételek és egyéb állati fehérjét tartalmazó tartósított készítmények következnek, ezeket a zöldség- és gyümölcskészítmények követik. A szerkesztők xv
Bevezetés
xvi
1. fejezet - Nyersanyagismeret (1), (2)
1.1. A gyümölcs- és zöldségtermesztés helyzete Magyarországon
Magyarországon a természeti adottságok kiválóak gyümölcs- és zöldségfélék termesztéséhez. Hazánk összes gyümölcstermő területe az utóbbi években növekszik. Míg 1996–2000 között 95 611 hektár volt, 2002-ben már meghaladta a 100 000 hektárt. 2005-ben 103 167 hektár gyümölcsös terület volt, mely lényegében megegyezik az előző évivel. Ezen a területen 2005-ben összesen 732 ezer tonna gyümölcs termett, 2006-ban pedig 863 ezer tonna, mely 18%-os termésnövekedést jelent. A betakarított összes gyümölcstermés 79%-át egyéni gazdálkodók termelték. A hazai gyümölcstermő terület legnagyobb részén, kb. 48%-án almatermésűek (alma, körte, birs) termesztése folyik. Az alma a hazai gyümölcstermesztés továbbra is meghatározó gyümölcsfaja, amely 2005-ben az összes gyümölcstermés 70%-át adta. A csonthéjasok termesztése a hazai gyümölcstermő területnek kb. 40%án folyik. 2005-ben összesen 164 ezer tonna csonthéjas termett, melynek nagyobb részét az őszibarack és a meggy (48–48 ezer tonna) teszi ki. Valamivel kisebb mennyiségben terem szilva (36 ezer tonna) és kajszibarack (26 ezer tonna). A bogyósgyümölcsök termesztése a teljes hazai gyümölcstermő területnek kb. 7%-án folyik. Legjelentősebb közülük a ribiszke, melynek éves termésmennyisége 12–14 ezer tonna között van, a málna évi 6 ezer, míg a szamóca 3–4 ezer tonnát terem. A gyümölcsök termésmennyiség szerinti százalékos megoszlását az 1.1. ábra mutatja.
1.1. ábra - Az összes gyümölcstermés fontosabb fajonkénti megoszlása 2005-ben(1)
1
Nyersanyagismeret A zöldségfélék termesztése elsősorban szántóföldi területeken folyik, melyek összes területe az elmúlt öt évben 84–105 ezer hektár között ingadozott, 2006-ban 90 ezer hektár volt. A betakarított összes termésmennyiség 2005-ben több mint 1,5 millió tonna volt, mely 2006-ban 15%-os növekedést mutatva elérte az 1,8 millió tonnát. A megtermelt mennyiség legnagyobb részét évről-évre a csemegekukorica (350–500 ezer tonna) adja, ezt követi a görögdinnye (200–250 ezer tonna), majd a paradicsom, a fejes káposzta, a vöröshagyma, a zöldpaprika, a zöldborsó, a sárgarépa és az uborka. A többi zöldségféle éves termésmennyisége 50 ezer tonna alatt van. A különböző zöldségfélék termésmennyiség szerinti százalékos megoszlását az 1.2. ábra mutatja.
1.2. ábra - Az összes zöldségtermés fontosabb fajonkénti megoszlása 2005-ben(1)
1.2. A gyümölcs- és zöldségfélék összetétele, szerepük az egészséges (3), (4) táplálkozásban A gyümölcsök és a zöldségek szervezetünk növényi eredetű tápanyagai között jelentős helyet foglalnak el. Nem szolgáltatnak túl sok energiát, de rendkívül nagy biológiai értékük, vitamin- és ásványi anyag tartalmuk révén a korszerű táplálkozási szokások kialakításában meghatározó szerepük van. Nagy élvezeti értékük, ízés zamat anyagaik révén étkezésünket változatossá teszik. A gyümölcs- és zöldségfélék egy főre jutó évi fogyasztása 194–200 kg között van, melynek közel 60%át képviselik a zöldségek és kicsivel több mint 40%-át a gyümölcsök(5). A tartósítóipari szempontból szerepet játszó gyümölcs- és zöldségfélék fontosabb összetevői az 1.1. és 1.2. táblázatokban láthatók. 2
Nyersanyagismeret A zöldségfélék elsősorban ásványi anyag-, vitamin- és rosttartalmuk révén játszanak fontos szerepet. Szénhidrát tartalmuk a csemegekukorica, a burgonya, a sütőtök és a zöldborsó kivételével (melyekre elsősorban az összetett szénhidrátok jellemzőek) 10% alatt, fehérjetartalmuk 1–7% között van. A zöldségek nem tartoznak az elsődleges fehérjeforrások közé, de egyesek fehérje tartalma igen jelentős, pl. csemegekukorica: 4,7%, zöldborsó: 7%. Figyelemreméltó a rosttartalmuk is, melynek fontos szerepe van az emésztőrendszer megfelelő működésében, pl. a bélrendszer mozgatásában, vagy egyes méreganyagok felszívásában. Rosttartalom tekintetében kiemelhető a csemegekukorica, a petrezselyemgyökér, a zellergumó, vagy a zöldborsó, melyek főleg emészthetetlen rostokat tartalmaznak és nagyban hozzájárulnak a kívánatos napi 30–40 g-os rostbevitelhez. A vitaminok közül C-vitaminból tartalmaznak a legtöbbet, 3–120 mg/100 g mennyiségben. Külön kiemelhető a brokkoli (110 mg/100 g), a zöldpaprika (120 mg/100 g) és a fejes káposzta (70 mg/100 g). A többi növényhez hasonlóan a zöldségek sem tartalmaznak A-vitamint, de az elővitaminjai, pl. a karotinoidok jelentős mennyiségben előfordulnak. Különösen a paraj, a sárgarépa, a sóska és a sütőtök emelhető ki, illetve a paradicsom magas likopin tartalmával. Tartalmaznak még ezeken kívül jelentősebb mennyiségben B1, B2-vitaminokat, niacint és folsavat, de némelyikben megtalálható a pantoténsav és piridoxin is. A zöldségfélék a gombák kivételével D‑vitamint nem tartalmaznak. Az ásványi anyagok közül elsősorban a kálium (145–400 mg/100 g), a kalcium (7–120 mg/kg), a magnézium (7–120 mg/kg), a foszfor (20–160 mg/kg), valamint a vas (0,17–2,9 mg/kg) emelhető ki, de szinte valamennyi mikroelem megtalálható bennük. A zöldségfélék hamu maradványa lúgos kémhatású. Ennek az emésztés során van fontos szerepe, ugyanis semlegesíti az elfogyasztott savas kémhatású (gabonafélék, húsok, tejtermékek) élelmiszerek hatását. A zöldségfélékben található táplálkozás-élettanilag előnyös komponensek mellet azonban a szervezet számára káros, esetleg mérgező anyagok is előfordulhatnak. Egyik veszélyforrás lehet a túlzott mértékű nitrogén műtrágyázás következtében a növényekben felhalmozódó nitrátok és nitritek jelenléte. A nitrit a veszélyesebb, mivel a véráramba jutva a hemoglobinnal reagál, azt methemoglobinná alakítja, amely nem képes a légzési gázok szállítására, ami csecsemőkorban különösen veszélyes. A nitritek az élelmiszerekben található másod- és harmadrendű aminokkal nitrozaminokat képezhetnek, melyek potens karcinogének és jelentős szerepük van bizonyos tumorok kialakulásában. Főként a levélzöldségek, a sárgarépa, a cékla és a retekfélék tartoznak a nitrát-akkumuláló növények közé. A magas nitráttartalmú növények fogyasztása főként csecsemők és kisgyermeke esetében lehet veszélyes. A magas oxálsav tartalmú növények túlzott fogyasztása szintén egészségkárosító lehet. Egyes növényekben természetes körülmények között is jelentős mennyiségben termelődik. Az emberi szervezetben kalcium-oxaláttá alakul, mely súlyos esetben kalcium hiányhoz vezethet, illetve hozzájárul a vesekövek képződéséhez. Magas az oxálsav tartalma a parajnak (450–800 mg/100 g), a rebarbarának (260–620 mg/100 g), a sóskának (360 mg/100 g), a petrezselyemnek (160–190 mg/100 g) és a zellergumónak (620 mg/100 g). A gyümölcsök tápanyagokban gazdag, értékes és kellemes csoportját képviselik táplálkozásunknak. Energiatartalmuk általában csekély (120–250 kJ/100 g), kivételt képez a szőlő, a banán és a héjasok csoportja (dió, mandula, mogyoró, gesztenye stb.). Energiatartalmuk elsősorban az oldható szénhidrátokból, azaz mono- és diszacharidokból (glükóz, fruktóz, szacharóz) származik, melyeknek egymáshoz viszonyított aránya jellemző az egyes gyümölcsfajokra. Néhányuk (pl. szilva, körte, cseresznye, kajszibarack, meggy) tartalmaz cukoralkoholokat (szorbit, xilit) is, melyeknek laxatív hatásuk van. Élelmirost tartalmuk jelentős, különösen a szilva, a kajszibarack, a cseresznye és a fekete ribiszke emelhető ki. A gyümölcsök jelentős mennyiségű szerves savat (0,3–5,8 g/100 g) tartalmaznak, ezzel biztosítva a kellemes savanykás ízt és az üdítő hatást. Minden gyümölcsfajnak saját, rá jellemző és állandó összetételű szervessavprofilja van. Az almástermésűek és a csonthéjasok uralkodó sava az almasav, míg a bogyósoké a citromsav. A vitaminok nagymértékben növelik a gyümölcsök táplálkozás-élettani értékét. A B12és D-vitamin kivételével valamennyi vitamint tartalmazzák kisebb-nagyobb mennyiségben. Jelentős a gyümölcsök C-vitamin és ß-karotin tartalma, melyek fontos szerepet játszanak az emberi szervezet antioxidáns védelmi rendszerében. A hazai lakosság által gyakran fogyasztott gyümölcseink közül ß-karotin tartalomban a kajszibarack (1,8 mg/100 g) emelhető ki, de ennél jóval többet tartalmaz a csipkebogyó vagy a homoktövis. A C-vitamin tekintetében a citrusfélék (40–50 mg/100 g) mellett a fekete ribiszke (160 mg/100 g), a csipkebogyó (300–400 mg/100 g), és a hazai termesztésű fekete bodza (100–120 mg/100 g), valamint a homoktövis emelhető ki. Az ásványi anyagok közül a káliumnak van fontos szerepe, melyből a gyümölcsök jelentős mennyiséget tartalmaznak (100–500 mg/kg). Nátriumban szegények, így javítják a szervezet kedvezőtlen Na/K arányát. Említést érdemel még a gyümölcsök kalcium (5,5–110 mg/100 g) és magnézium (6–60 mg/100 g)
3
Nyersanyagismeret tartalma. Néhány nyomelemet is tartalmaznak, főként a cink és a réz emelhető ki, valamint a vas előfordulása érdemel említést, melyből a ribiszkék (4,5 mg/100 g), a csipkebogyó (10 mg/100 g) és a fekete bodza (4–5 mg/100 g) tartalmaz jelentősebb mennyiséget.
1.3. Gyümölcsfélék 1.3.1. Almatermésűek Alma (Malus domestica) A hazai almatermesztés átalakulóban van, az elmúlt években jelentős fajtaváltás zajlott le. A Jonathan, a Golden Delicious és a Starking fajtakör mellett elsősorban a rezisztens, intenzív termesztésre alkalmas, jól tárolható és feldolgozható fajták kerültek előtérbe. Jelentősen nőtt az Idared ültetvények aránya, valamint a Gloster, Gala és Elstar fajták telepítése. A megtermelt almának kb. 88–90%-a feldolgozásra kerül, a feldolgozott termékek jelentős része (95%-a) sűrítmény. A feldolgozóipar követelménye: egyenletes zöldes- vagy sárgásfehér hússzín, kellemes savanykás íz, tömör szövetszerkezet, kemény állomány, 90–95%-os érettség, ne legyen hajlamos barnulásra. A hazai termesztésben nyári és téli almafajták egyaránt megtalálhatóak. Keményebb húsállományuk, nagyobb savtartalmuk és kedvezőbb ízük alapján a téli fajták alkalmasabbak feldolgozásra. Az alma felhasználási és feldolgozási lehetőségei: aszeptikus velő és sűrítmény félkésztermékek, rostos, szűrt levek, nektárok, bébiitalok, ízek, dzsemek, pürék, aszalványok, almachipsek, erjesztéssel előállított termékek.
Körte (Pyrus communis L.) A körte az egyik legértékesebb gyümölcs. Gazdag íz-, zamat-, és aromaanyagokban, frissen és feldolgozva is rendkívül keresett. A fajtaválaszték gazdag, június közepétől október végéig érő fajtákat termesztenek. Magyarországon legelterjedtebb a Beurré d’Hardenpont, a Bosc Kobak, valamint a Williams termesztése. A termesztett körte nagyobb része feldolgozásra kerül, melyre elsősorban a jól tárolható téli fajták alkalmasak. A fajtákkal szembeni követelmény: lédús gyümölcshús, világos hússzín, gazdag íz-, illat-, és aromaanyagok, kemény húsállomány. Ne legyen fanyar ízű, kövecses húsú, és barnulásra hajlamos. Ilyen fajta pl. a Williams, Packham’s Triumph és a Conference. A körte gyümölcséből készülhet befőtt, rostos lé, püré, dzsem, aszalvány, pálinka, és diabetikus készítmény.
Birs (Cydonia vulgaris Pers.) A birset az egész világon termesztik, de jelentősége messze elmarad a többi gyümölcsfaj mögött. A gyümölcsük nagysága tág határok között változik (250–1000 g). Általában bordázott a felületük, héjuk zsíros tapintású (pl. Konstantinápolyi), viaszos (pl. Champion), néhány fajta erősen molyhos (pl. Bereczki), gyümölcsük utóérő(6). 4
Nyersanyagismeret A birs gyümölcsét elsősorban feldolgozva fogyasztjuk. Fontos a szabályos alak (inkább alma alak), kősejtek kis aránya, minél kisebb barnulásra való hajlam, aromagazdagság, minél nagyobb pektintartalom. Elsősorban rostos gyümölcslevek és nektárok alapanyaga, de készül belőle befőtt, aszalt és kandírozott gyümölcs, birssajt is. Gyakran használják más gyümölcsök mellett, mint természetes sűrítőanyagot, magas pektintartalma miatt.
1.3.2. Csonthéjasok Szilva (Prunus domestica L.) A mérsékelt égövi országokban a szilva termesztése és –fogyasztása általában az alma után következik, frissen fogyasztva és feldolgozva is nagyon kedvelt. A fajták többsége megnyúlt, sötétkék, hamvas gyümölcsű, de a fajon belül igen nagy a változékonyság. A gyümölcsméret a kicsitől az igen nagyig, alakja a gömbtől a megnyúltig, héjszíne a kéktől a sárgás-zöldig, a hús színe a zöldessárgától az aranysárgáig terjed. Fajtaszerkezetünk az elmúlt évtizedekben jelentősen kibővült. A hazánkban termesztett szilvafajták a következők: • Európai fajták: Ageni, Besztercei (Magyarországon csak a klónjai szaporíthatók), Bluefre, Cacanska lepotica, Cacanska rana, Cacanska rodna, Debreceni muskotály, President, Silvia, Stanley • Ringló szilvák: Althann ringló, Sermina, Zöld ringló • Japán szilvák: Nagrada, Obilnaja(7). Feldolgozásra a kései érésű, magas szárazanyag tartalmú fajták alkalmasak. A szilvából befőtt, lekvár, íz, dzsem, aszalvány, cukrozott gyümölcs, lé, pudingszilva, valamint fagyasztott termékek és pálinka készül. A feldolgozóipar követelményei: megfelelő érettség (befőttekhez 75–80%, fagyasztott termékekhez 80–90%, lékészítésre 90–95%), finoman rostos, világossárga hússzín, vékony héj, jellegzetes fűszeres, aromás illat és íz, barnulásra ne legyen hajlamos.
Meggy (Prunus cerasus L.) Hazánk széleskörűen alkalmas a meggy termesztésére, mely jelenleg az elsőszámú hungarikum gyümölcsünk. A legnagyobb saját fajtaválasztékkal rendelkezünk, az egészen világos színű pipacsmeggyektől a mélybordó, festőlevű fajtákig terjed a skála. Meggytermesztésünkben évtizedekig meghatározó volt a Pándy meggy és a Cigánymeggy. Termesztési problémái és gyenge termékenyülése miatt ma már csak minősített klónjaik szaporíthatók. Az újabban termesztett fajták az Érdi bőtermő, Érdi jubileum, Maliga emléke, Újfehértói fürtös, Kántorjánosi 3, Debreceni bőtermő. A magyar meggyfajták egyedülállósága, hogy friss fogyasztásra és feldolgozásra egyaránt alkalmasak. A feldolgozóipar követelményei: egyöntetű, intenzív szín, nagy gyümölcsméret, kicsi mag, vékony héj, kemény húsállomány, magfelelő sav-cukor arány, ne legyen hajlamos barnulásra és mentes legyen a cseresznyelégy lárvájától (kukacosságtól). A feldolgozásra kerülő meggy nagy részét (kb. 60%) a konzervipar használja fel főként befőtt, lé, sűrítmény, szörp, dzsem, aszalvány, kandírozott gyümölcs, konyakosmeggy-alap készítésére, de gyorsfagyasztásra, szeszipari célra is kerül, valamint természetes színezékként is hasznosul. 5
Nyersanyagismeret
Cseresznye (Prunus avium L.) A világ más országaitól eltérően hazánkban a meggy és a cseresznye külön fajként ismert. Hosszú ideig hazánkban a Germersdorfi óriás számított fő fajtának, mára azonban a fajtaválaszték kibővült. Termesztett fajták a következők: • Szelektált tájfajta: Pomázi hosszúszárú, Szomolyai fekete, Solymári gömbölyű • Világfajták szelektált klónjai: Münchebergi korai, Germersdorfi óriás (csak klónjai szaporíthatók Magyarországon), Hedelfingeni óriás • Hazai nemesítésű fajták: Margit, Linda, Katalin, Kavics, Alex, Vera • Honosított fajták: Bigarreau Burlat, Valerij Cskalov, Vega, Van, Stella(8). A termés nagy részét világszerte frissen fogyasztják. A fajták felhasználási iránya elsősorban a gyümölcsök színétől, a húskeménységtől, az érési időtől és a beltartalmi összetételtől függ. A feldolgozóipar követelményei: ne legyen barnulásra hajlamos, nagy gyümölcsméret, kemény húsállomány, vékony héj, kicsi mag, egyenletes érettség, mélypiros szín, ne legyen hajlamos felrepedésre, mentes legyen a cseresznyelégy lárvájától (kukacosságtól). Elsősorban befőtt, lé, sűrítmény, kandírozott gyümölcs, pálinka és gyorsfagyasztott termék készül belőle.
Őszibarack (Prunus persica L.) Az őszibarackot a gyümölcsök királynőjének tartják, termesztése legalább 4000 évvel ezelőtt kezdődött. Igen gazdag a fajtaválaszték, melyek között találhatók sárga- és fehérhúsú, maghoz kötött és magvaváló fajták is. A hazánkban termesztett őszibarack fajták a következők: • sárga húsú, molyhos fajták: Dixired, Early Redhaven, Redhaven, Springcrest, Suncrest • fehér húsú, molyhos fajták: Champion, Michelini, Nektár H, Springtime • nektarinok: Andosa, Fantasia, Flavortop, Independence • ipari fajták: Babygold 5, Babygold 6, Babygold 7(9). Az évente megtermelt őszibarack nagyobb mennyisége (50–70%) friss fogyasztásra kerül, kisebb hányadát (10–20%) a konzerv- és hűtőipar dolgozza fel. A feldolgozás elsősorban befőtt, dzsem és rostos italok gyártására irányul Az őszibarack kedvelt alapanyaga a bébiételeknek és –italoknak is, valamint szeszipari termékek előállítására is használják. A feldolgozóipar követelményei: egyenletes érettségi állapot, rugalmas gyümölcshús, ne legyen barnulásra hajlamos, könnyen hámozható legyen, a mag körül ne színeződjön el. Elvárás, hogy a fajta lehetőleg magvaváló legyen, ugyanakkor igaz az, hogy a legjobb fajták a nem magvaválók (duránciak) között találhatók. Ezek íze, állománya jobb, mint a magvaválóké. 6
Nyersanyagismeret
Kajszibarack (Prunus armeniaca L.) A kajszibarack az egyik legértékesebb és legsokoldalúbban hasznosítható gyümölcsünk. A fajták kiválasztásánál fontos szempont, hogy megfelelő termésbiztonsággal rendelkezzen, valamint friss fogyasztásra és feldolgozásra is alkalmas legyen. Hazánkban ma is a Magyar kajszi fajtakör szerepel legnagyobb arányban a termesztésben, de csak a klónja, a Gönci magyar kajszi szaporítható. A Magyarországon termesztett jelentősebb fajták a következők: Bergeron, Ceglédi arany, Ceglédi bíbor, Ceglédi Piroska, Ceglédi óriás, Gönci magyar kajszi, Mandulakajszi, Pannónia(10). A kajszi rendkívül sokoldalúan feldolgozható gyümölcs. Készíthető belőle befőtt, dzsem, velő, rostos lé, nektár, bébiital, aszalvány, pálinka.
1.3.3. Bogyósok Málna, szeder (Rubus ideaus L.) A málnát és a szedret elsősorban a mérsékelt övben termesztik, de a hideg klímán őshonos fajok keresztezése révén a hűvösebb éghajlatú országokban és a magasabb hegyvidékeken is megtalálható. A bogyósgyümölcsűek között az egyik legnagyobb mennyiségben termesztett gyümölcs. Az utóbbi évek nemesítő munkája révén új, különleges igényeket is kielégítő fajtákat állítottak elő. Ma már nemcsak piros színű málna létezik, hanem sárga és fehér fajták is. A hagyományos, egyszertermő fajták mellett, már üzemi szintű termesztés folyik kétszertermő (őszi fajták) fajtákkal, sőt a folytontermő típusok is kedveltek. A szederfajták nemesítésében elsősorban a tüskétlen fajták szelektálása játssza a fő szerepet, ilyen a skót nemesítésű Loch Ness fajta. A Magyarországon termesztett főbb málna- és szederfajták: • nyári málna: Fancsalszki egyszertermő, Fertődi zamatos, Malling Exploit, Malling Promise, Nagymarosi, Willamette, Tulameen • őszi málna: Autumn Bliss, Fertődi kétszertermő, Golden Bliss, Zeva Herbsternte • szeder: Dirksen, Thornfree, Loch Ness, Hull • szedermálna: Fertődi bőtermő A fajták között megkülönböztetünk megnyúlt kúp, tompa kúp, és gömbölyű gyümölcsalakot. A málna a vacokkúpról gyűrűszerűen, könnyen leválasztható, a szeder és a szedermálna fajták viszont a vacokkúppal együtt válnak le. A termés héja néha szőrös, de gyakran fénylő, főként a szederfajtáknál(11). A málna friss fogyasztása csak a házi kertekben termett gyümölcsnél lehet nagyobb mértékű. A kereskedelemben gondot okoz, hogy puha és könnyen romlik. Mivel a szeder termése a vacokkúppal együtt válik le, gyümölcse a szállítást jobban bírja. A feldolgozóipar követelményei: nagy méretű gyümölcs, kis üreg, kemény húsállomány, kevés, kicsi mag, mélypiros szín (szedernél sötétlila), intenzív íz és aroma. A hűtőipar jelentős mennyiséget vásárol fel mindkét gyümölcsből. A mélyhűtött gurulós málna Magyarország egyik fontos exportcikke. A konzervipar elsősorban a sötétebb gyümölcsű, intenzív illatú és zamatos fajtákat keresi. Sűrítményt, aszeptikus velőt, ezekből pedig nektárokat, leveket, szörpöket, dzsemeket, ízeket, tejipari készítményeket, valamint sütemény önteteket és sütésálló lekvárokat készítenek. 7
Nyersanyagismeret
Szamóca (Fragaria ananassa DUCH.) A szamóca az egyik legkedveltebb gyümölcs, kozmopolita faj, a trópusok kivételével szinte mindenhol termesztik. A magyarországi termesztésben főként német és holland fajták terjedtek el. Sokáig a Gorella fajtát telepítették, napjainkban inkább az Elsanta képviseli az ültetvények jelentős részét. A magyar fajták közül a Fertődi 5 és a Kortes fajtákat termesztik. Egyéb termesztett fajták: Bogota, Cambridge Rival, Gerida, Honeoye, Korona, Onebor, Polka, Rabuda, Tenira, Thuriga, Hummi, Senga Sengana (Harsányi, Mády 2003). A fajtákkal szembeni követelmények: élénk, mélypiros szín, fénylő héj, kevés világos színű mag, tömör, üreg nélküli, piros színű húsállomány, nagy gyümölcsméret, intenzív íz és aroma, gömb vagy enyhén kúp alak. A kocsány és a csészelevél üregmentesen, a bogyó sérülése nélkül legyen eltávolítható. A szamócát elsősorban frissen fogyasztják, de a hűtő- és konzervipar is jelentős mennyiséget használ fel. Jelentős mennyiséget képvisel a fagyasztott szamóca előállítása és exportja. A konzervipar elsősorban aszeptikusan tartósított velő félterméket készít belőle, ami a dzsemek, ízek, tejipari termékek gyártásának alapanyaga, különösen kedveltek a darabos szamócát tartalmazó termékek. Készítenek belőle sűrítményt is, ami szörpök, levek, nektárok, zselék előállításához szükséges.
Ribiszke, piros (Ribes rubrum L.), fekete (Ribes negrum L.) A piros és fekete ribiszke a bogyósgyümölcsök között a második legjelentősebb gyümölcs a szamóca után. A piros ribiszke nagyobb területen termeszthető, mint a fekete. Magyarország a fekete ribiszke termesztés déli határán fekszik, gyakori a tél végi gyors felmelegedés, így az idő előtti kihajtások fagykárokat szenvednek. Ezért szükséges az újabb, fagytűrőbb fajták telepítése. A Magyarországon termesztett főbb ribiszkefajták: • piros ribiszke: Fertődi hosszúfürtű, Jonkheer van Tets, Rondom, Red Lake • fekete ribiszke: Altajszkaja deszartnaja, Fertődi 1, Hidasi bőtermő, Silvergieter F.59, Titania, Triton, Wellington XXX (Harsányi, Mády 2003) A ribiszkék elsősorban ipari feldolgozásra kerülnek, fő felhasználója a hűtő- és konzervipar, melyek legfontosabb követelményei a következők: nagy, megfelelően színeződött bogyók (sötétpiros vagy kékesfekete), kemény, tömör húsállomány, vékony héj, kicsi magvak, jellegzetes aroma és íz. A ribiszkét elsősorban a konzervipar vásárolja. Előnyben részesíti az aromás, illatos, magasabb savtartalmú fajtákat. Nagyobb részben sűrítmény készül belőle, amiből később leveket, nektárokat, szörpöket készítenek. Az aszeptikusan tárolt velőből dzsemeket, ízeket, tejipari alapokat készítenek. Felhasználják gyümölcsborok készítéséhez is. Konzervipari felhasználása mellett a fekete ribiszkét természetes élelmiszerszínezékként is alkalmazzák. Ebben az esetben vagy sűrítmény, vagy a gyümölcsből kivont antocianint használják fel.
1.4. Zöldségfélék A világon 240–250 növényfajt tartanak zöldségnövényként számon, Európában és hazánkban is a termesztésben lévő zöldségfajok száma 40–42. A zöldségnövény fogalmát nem lehet pontosan körülhatárolni, összefoglalóan lágy szárú, intenzív művelést kívánó, nyersen vagy feldolgozva emberi táplálékul szolgáló, nagy biológiai értékű, sok vitamint, ásványi sót, íz- és zamatanyagot tartalmazó növények. A zöldségfélék egy része frissen kerül hazai forgalomba vagy exportra, több 8
Nyersanyagismeret mint felét pedig a tartósítóipar dolgozza fel. A zöldségféléknek általában azt a részét fogyasztjuk, melyben a növény tápanyagot halmozott fel. Ez lehet a termés (pl. borsó, paradicsom, uborka), virágzat (pl. karfiol, brokkoli), levél (pl. sóska, paraj), módosult gyökér (pl. sárgarépa, petrezselyem, zeller) vagy módosult hajtás (pl. hagyma, burgonya). A zöldségfélék érési ideje a nyári, illetve őszi hónapokra esik, ezért feldolgozásuk május és december között történik. A hazánkban termesztett zöldségnövények rendszertanilag 12 családba tartoznak, a 13.-ba és 14.-be a termesztett gombákat sorolják(12).
1.4.1. Burgonyafélék (13)
Paradicsom (Lycopesicon esculentum MILL.)
Az egyik legnagyobb mennyiségben termesztett és feldolgozott zöldségfélénk, melynek jelentősége az egészséges táplálkozás, a mediterrán étkezési szokások terjedésével rohamosan nő. Az amerikai földrészről származik, ahonnan a 16. században került át Európába. Ma a világ paradicsomtermesztésének több mint 80%-át a mérsékelt övi termesztés adja. A paradicsomot friss állapotban és konzervipari készítmények formájában fogyasztjuk. Legnagyobb mennyiségben sűrítményeknek és koncentrátumnak dolgozzák fel. Ezekből különböző ízesítésű ketchupok, mártások, szószok, készételek készülnek. De kedvelt termékek a natúr és ízesített levek, hámozott, egész vagy darabolt konzervek, szárítmányok, porok, fagyasztott készítmények, valamint a savanyúságok. Nyersanyaggal szemben támasztott követelmények: mélypiros szín, egyenletes érés, minél nagyobb szárazanyag tartalom, pH-érték (< 4,35), megfelelő keménység, gépi betakaríthatóság, megfelelő termésbiztonság. Legfontosabb fajták: Korall, K 407, Mobil, Bíbor F1, K 549, Nívó stb.
Paprika (Capsicum annuum L.) Sokoldalúan hasznosítható, értékes beltartalmi összetétellel rendelkező zöldségfaj. Fontos összetevője a C-vitamin, melyet 100–150 mg/100 g mennyiségben tartalmaz. Az érett, piros színű fajtákban jelentős mennyiségű karotin is található. A nem csípős fajták kb. 250–500 μg kapszaicin komponenst tartalmaznak bogyónként, a csípős fajták 1000 μg felett. A paprikának több típusa is van, pl. fehér, sárga vagy piros húsú étkezési paprika, cseresznyepaprika, pepperoni paprika, paradicsompaprika, kaliforniai típusú paprika, fűszerpaprika. Ezek alakjukban, méretükben, színűkben különböznek egymástól. Feldolgozásuk sokoldalú, készülnek belőlük savanyúságok, lecsókészítmények, főzelék- és ételkonzervek, ételízesítők, szárítmányok. A fehér húsú fajtáknál fontos követelmény a nagy, sima felület, tetszetős küllem, vastag hús, a paradicsompaprikánál a magházpenészesedésre való csekély hajlam. Fontosabb fajták: Cecei, Fehérözön, Góliát, Brillant F1, Bihar F1, Gigant F1, Nagykúti stb. A fűszerpaprikánál a festékanyagok (kapszantin, karotin, zeaxantin, kapszorubin) és a kapszaicinek mennyisége játssza a legfontosabb szerepet. A külföldön is kedvelt, hungarikumnak számító legértékesebb magyar fűszer különböző minőségi osztályokban, csípős és csípősségmentes változatokban készül főként Kalocsai és Szegedi típusú fajtákból.
(14)
Burgonya (Solanum tuberosum L.)
Őshazája Dél-Amerika, hazánkba a XVII. században került. Táplálkozási jelentőségét tekintve a kenyérgabona után következik. Jelentős energiaértéket képvisel, mivel 15–20% szénhidrátot, főleg keményítőt tartalmaz. Jelentős még a C-vitamin, a B1- és B2-vitamin, valamint ásványi anyag tartalma is. Élelmiszeripari feldolgozása nagy fejlődésen ment keresztül. A gyorsfagyasztott termékeken kívül egyre bővül a konzervipari burgonya-termékek köre is. A szárított burgonya, a burgonyapehely mellett, megjelentek a felöntőlével készülő, hőkezeléssel tartósított konzervek, a változatos ízekben készülő chipsek és egyéb burgonyás rágcsálnivalók is. A különböző terméktípusok természetesen eltérő nyersanyagigényt is jelentenek, ezért a megfelelő fajta megválasztása rendkívül fontos a késztermék minősége szempontjából. 9
Nyersanyagismeret
Tojásgyümölcs (Solanum melongena L.) Választékbővítő zöldségfélékhez sorolható, bár jelentősége a korszerű, egészséges táplálkozás terjedésével egyre nő. Nagy fehérjetartalma miatt húspótló növényként kezelik. Különböző krémeket, pástétomokat készítenek belőle.
1.4.2. Kabakosok Uborka (Cucumis sativus L.) Az Indiából származó növényt már kb. 3000 éve termesztik, Magyarországra a XIII. században került. Szinte egész évben fogyasztjuk frissen, salátaként vagy savanyúságként. Tápértéke nem túl magas, de kedvező az étrendi hatása, lúgosítja a szervezetet és magas kálium tartalma révén kedvezően befolyásolja a szív- és veseműködést. A konzervipar elsősorban savanyúságokat készít az uborkából, ecetes, csemege, kovászos változatban különböző ízesítésben, szeletelt, darabolt vagy egész formában. Az egyes minőségi osztályok méret szerint is megkülönböztethetőek, megtalálható a 3–6 cm, 6–9 cm, 9–12 cm és a kovászolni való 12–14 cm-es kategória. Általában a világos- vagy középzöld színű, egyenletesen hengeres alakú, keseredésmentes, kis magházú, betegségekkel szemben ellenálló, lehetőleg gépi betakarításra is alkalmas fajtákat dolgozzák fel. A fajtakínálat a salátauborka és a berakóuborka típusoknál is évente bővül, az újabb fajták esetében a betegségekkel szembeni ellenállóság mértéke a fő szempont. Kedvelt fajta a Bereg F1, Tétény F1, Zita F1, Zenta F1 stb.
Sárgadinnye (Cucumis melo L.) Indiából származó növény, melyet frissítő hatása, sajátos íze és aromája miatt elsősorban nyersen fogyasztanak. Egyes országokban szárítmányt, különleges befőttet, savanyúságot és leveket készítenek belőle. Korai érésű, nyári és téli fajtacsoportokat különböztetünk meg, húsuk színe a fehértől az élénk narancssárgáig terjed.
Görögdinnye (Citrullus lanatus MANSF.) Elsősorban frissen fogyasztjuk, biológiailag érett állapotban. Kellemes íze, aromája, magas víztartalma miatt kiváló vesetisztító. Az éretlen, apró dinnyékből egészben vagy szeletelve savanyúság készül. Újabban érett állapotban is tartósítják, befőttet és gyümölcsleveket készítenek belőle. A Lonci F1, Vilmy F1 és a Zengő F1 mellett újabban magnélküli fajták is kezdenek elterjedni, pl. Dávid F1.
Sütőtök (Cucurbita maxima DUCH.) Tápanyagokban rendkívül gazdag. Magas a karotin és C-vitamin tartalma, ásványi anyagai közül a kalcium- és foszfor tartalma jelentős (1.1. és 1.2. táblázat). Fogyasztják sütve, az ipar elsősorban bébiételeket, bébiitalokat gyárt belőle, de felhasználják gyümölcs- és zöldséglevek alkotójaként is.
1.1. táblázat - Fontosabb gyümölcsfélék főbb összetevői(3), *(4) Megnevezés
Víz (g)
Energia Fehérje Szénhidrát Élelmi rost (kJ) (g) (g)
Sav (g)
Vitaminok Karotin B1 (mg) 10
B2 Niacin Folsav
Ásványi anyagok Cvitamin
K
Ca
Mg Fe
P
Nyersanyagismeret
(g) Alma
90,5
130
0,4
7,0
Banán
73,1
441
1,3
24,2
Citrom
88,7
113
0,4
Cseresznye
83,6
265
Csipkebogyó
74,0
Grapefruit
(μg) (μg) (mg) 3,7
(μg)
0,4
0,05
50
50
0,5
6
-
0,1
0,20 160
80
0,5
13
2,3
-
5,8
0,02
60
20
0,1
0,8
14,0
-
0,7
0,08
50
20
0,1
214
3,6
8,0
-
1,3
89,9
151
0,5
7,2
1,2
1,6
0,02
40
20
0,2
Kajszibarack
86,8
202
0,9
10,2
3,6
0,6
1,80
20
30
Körte
84,3
218
0,4
12,0
6,2
0,3
0,03
30
Málna
86,4
122
1,2
5,4
9,1
0,8
0,08
Meggy
85,9
218
0,8
11,0
4,2
1,4
Narancs
88,4
172
0,6
8,5
Őszibarack
88,4
172
0,7
9,0
Ribiszke, fekete*
83,2
202
0,9
9,5
Ribiszke, piros*
86,2
143
0,6
7,0
Szamóca
89,8
147
0,9
7,2
Szeder*
86,9
139
0,8
6,0
Szilva
84,7
244
0,7
13,1
(mg)
(mg) (mg) (mg) (mg) (mg) 5,5
6 0,3
8
10 500 110,0
60 0,3
94
4
45 275
14,0
20 1,0
50
5
8 174
16,3
16 0,3
20
400 290
50,0
10,0
130
7
40 180
18,0
10 0,3
17
0,7
3
10 226
13,8
14 0,3
20
30
0,3
14
5 100
15,7
10 0,2
20
20
30
0,4
30 172
27,3
24 0,4
45
0,30
50
20
0,3
6
10 186
31,3
15 0,6
50
1,5
0,10
70
40
0,2
17
50 255
43,8
22 0,1
50
0,3
0,40
20
20
0,9
2
7 183
5,7
10 0,3
12
-
2,0
0,10
60
10
0,3
-
160 187
39,8
17 4,5
35
-
1,2
0,04
40
30
0,2
-
30 316
56,8
10 4,5
35
0,6
-
30
70
0,3
40 145
28,1
18 0,3
35
1,8
0,30
40
40
0,3
20 160
52,0
22 1,3
35
0,5
0,20
50
20
0,5
6 240
16,0
16 0,2
30
3,2
1,7 5,7
100
16 2
5 112
1.2. táblázat - Fontosabb zöldségfélék főbb összetevői(3) Vitaminok Megnevezés
Víz
Energia
Fehérje
(g)
(kJ)
(g)
Szénhidrát Élelmi rost (g)
(g)
Brokkoli
92,7
100
3,3
2,1
Burgonya
75,7
395
2,5
18,4
Ásványi anyagok
CCa Mg Fe P Karotin B1 B2 Niacin Folsav vitamin K (mg) (μg) (μg) (mg) (μg) (mg) (mg) (mg) (mg) (mg) (mg) -
2,98
100 210 0
11
70
40
1,00
33
110 324
87
24 0,77
59
1,00
5
10 340
7
28 0,50
55
Nyersanyagismeret Cékla
90,9
130
1,3
5,9
4,24
0
25
35
0
73
13 260
Csemegekukorica67,7
550
4,7
23,6
8,80
0,10
48
57
1,80
26
7 330
Fejes káposzta
91,1
134
1,6
5,7
2,47
0,04
40
60
1,00
31
50 216
33
20 0,30
50
Karalábé
88,9
164
2,1
6,9
0
50
50
0,30
70
70 300
43
24 0,70
67
Karfiol
91,6
126
2,4
3,9
2,37
0,20
60 100
0,50
34
55 175
26
21 0,30
45
Paradicsom
93,7
97
1,0
4,0
1,73
0,80 100
60
0,50
37
25 240
9
7 0,27
30
Paraj
93,2
84
2,3
1,8
4,27
4,20
80 200
1,00
66
30 526
133
53 2,90
160
Petrezselyemgyökér 90,4
126
1,2
1,2
7,43
0,10
50
60
3,00
20 298
56
33 0,30
30
Sárgarépa
88,5
168
1,2
8,1
3,27
12,0
50
50
1,50
3 360
28
35 0,70
43
Sóska
92,4
101
2,4
2,3
5,10
3,50
40 120
0,30
30 340
113
60 1,60
70
Sütőtök
80,0
336
1,5
16,5
-
4,00
50
40
1,00
25
40
-
0,17
20
Uborka
96,0
50
1,0
1,7
1,90
0,20
60
50
0,10
14
8 150
18
16 0,40
36
Zellergumó
91,4
121
1,4
5,0
5,38
0,02
40
75
1,40
4
8 370
34
60 0,04
88
Vöröshagyma
89,1
168
1,2
8,3
2,05
0,03
80
30
1,20
6
10 180
30
9 0,40
48
Zöldbab
88,1
172
2,6
6,8
3,03
0,30 200 200
1,00
41
15 229
32
16 0,70
26
-
6 -
25
35
87 0,60
30
7 120 0,60
38
Főzőtök (Cucurbita pepo L.) Ebbe a faj- és fajtacsoportba azokat a tökféléket soroljuk, melyeket elsősorban főzve fogyasztunk. Ide tartozik a spárgatök, a cukkini, a csillagtök (patisszon) és a laskatök. Beltartalmi értékük nem túl jelentős, inkább magas rosttartalmuk miatt értékesek. Savanyúságként, készételekben vagy gyorsfagyasztott állapotban kerülnek forgalomba.
1.4.3. Hüvelyesek (16)
Zöldborsó (Pisum sativum L.)
Egyike a legrégebben termesztett növényeknek. Tápértéke magas, jelentős mennyiségű szénhidrátot és fehérjét tartalmaz, de bővelkedik vitaminokban és ásványi anyagokban is (1.1. és 1.2. táblázat). Fajtacsoportjai a következők: • Kifejtőborsók: Magja sima héjú, gömbölyded, egyszínű. Rövid ideig szedhető, mivel cukortartalma rövid időn belül keményítővé alakul át, lisztessé válik. Igénytelenebbek, edzettebbek, mint a többi fajtacsoport. 12
Nyersanyagismeret • Velőborsók: Magja ráncos, horpadt, szabálytalan. Cukortartalma lassan alakul át keményítővé. Hosszabb ideig zsengék maradnak, jobb minőségűek. • Cukorborsók: Hüvelyestől fogyaszthatók, mivel a hüvelyből hiányzik a belső rostos hártya. A termesztett fajtákat három csoportba oszthatjuk: korai, középérésű és kései fajták. Az eltérő tenyészidejű fajták helyes kiválasztásával, szakaszos vetéssel a feldolgozási idény az igényeknek megfelelően elnyújtható. A tartósítóipar konzervnek, készételek alkotójaként, püréként és szárítmányként is feldolgozza, de jelentős a gyorsfagyasztott termékek előállítása is. Fontos a mélyzöld szín, nagy terméshozamú és egyszerre érő fajtasor, jó gépi betakaríthatóság, kis és közepes szemnagyság, zsengeség. A zsengeséget a gyakorlatban finométerrel vagy tenderométerrel mérik (1 F° = 3 T°). A feldolgozóipar 35–50 F° közötti nyersanyagot igényel. Főbb fajták: Favorit, Primo, Apor, Nimród, Jubileum stb.
Zöldbab (Phaseolus vulgaris L.) Mexikóból származó növény, nálunk sárga (Budai piaci, Rege, Rézi, Cerka) és zöld (Főnix, Babilon) hüvelyű változatait termesztik és dolgozzák fel. Értékét növeli, hogy gazdag fehérjékben és több, esszenciális aminosavat is tartalmaz. Vitamin- és ásványi anyag tartalma, valamint rosttartalma is kiváló. A konzervipar elsősorban főzelékkonzervnek, készételeknek, savanyúságnak és szárítmánynak dolgozza fel, de jelentős mennyiséget képvisel a gyorsfagyasztott bab is. A fajtákkal szemben támasztott feltételek, hogy hosszúak, egyenesek, zsengék, szálkamentesek, kör keresztmetszetűek legyenek, lehetőleg fehér magszínűek, gépi betakarításra alkalmasak, betegségekkel szemben ellenállóak. A Phaseolus fajtakörbe tartoznak még az étkezési szárazbabok (készételkonzervek alapanyaga) és a karósbabok is.
1.4.4. Ernyősvirágúak Sárgarépa (Daucus carota L. ssp. sativus) Termesztési múltja 3–4 ezer éves, Európában őshonos. Táplálkozási értékét magas karotin tartalma adja, de más vitaminokat és ásványi anyagokat is tartalmaz. A répatest alakja (gömbölyű, hengeres, széles vállú, megnyúlt) és mérete (rövid, középhosszú, hosszú) szerint különböztetjük meg az alaptípusokat. A konzervipar az élénk, egyöntetű színű, jól tárolható, zsenge állományú fajtákat részesíti előnyben. Főként bébiételek alapanyaga, gyümölcs- és zöldséglevek alkotója, savanyúságok komponense, de készül belőle zöldségkonzerv és szárítmány is.
Petrezselyem (Petroselinum crispum MILL.) A konyhának régóta ismert fűszernövénye, ételízesítője. Hasznosítják a gyökerét (gyökérpetrezselyem) szárítmányként, fűszerkeverékekben, készételkonzervekben, illetve a levelét (metélőpetrezselyem) szárítva ízesítőként.
(17)
Zeller (Apium graveolens L.)
Nem tartozik a nagy mennyiségben termesztett zöldségnövények közé, de ízesítőként a világ szinte minden részén használják. Táplálkozási jelentősége kicsi, jelentős viszont az ásványi anyag- és illóolaj-tartalma. Aszparagint és tirozint is tartalmaz. A levél és szárrészek több vitamint és ásványi anyagot tartalmaznak, mint a 13
Nyersanyagismeret gumó. Három változata ismert, gumós zeller, a halványítózeller és a metélőzeller. Hazánkban a gumós zellernek van nagyobb jelentősége. Szárítva ételízesítőkben, levesporokban, fűszerkeverékekben használják, de savanyúságoknak is alkotója. Követelmény a fehér hús, a gömb alak, üregesedéstől való mentesség, valamint, hogy barnulásra ne legyen hajlamos. Az ernyősvirágúakhoz tartozik még a pasztinák (Pastinaca sativa L.), melyet főként szárítmányként dolgoznak fel, hasonló a petrezselyem gyökeréhez, valamint a gumós (édes-) kömény (Foeniculum vulgare MILL.) is.
(18)
1.4.5. Káposztafélék
Fejes káposzta (Brassica oleracea L. convar capitala provar. capitata DUCH.) Világszerte az egyik legfontosabb zöldségnövény, a Földön évente termő zöldségmennyiség kb. 10%-át adja. Nagy vitamin (B1-, B2, és C-vitamin), ásványi anyag és rosttartalma miatt értékes. Ipari feldolgozásra a gömbölyű, tömör levélzetű, egészsége fejek alkalmasak. Főként savanyúság (önmagában vagy vegyesen) formájában tartósítják egészben vagy szeletelve, de készételek és gyorsfagyasztott ételek alkotója is. A vöröskáposztát, melynek színét az antocianinok adják, szintén savanyítják.
Karfiol (Brassica cretica convar, botrytis DUCH.) A legfiatalabb káposztafélék egyike, de jelentősége egyre nő. Húsos, megvastagodott, fejletlen virágzati kezdeményei kerülnek fogyasztásra főként savanyúság, szárítmány, készétel és gyorsfagyasztott formában. Feldolgozásnál fontos a fehér szín, tömör és sima felületű rózsák, zsenge állomány. Kedvezőtlen az elszíneződés és a belső feketedés.
Karalábé (Brassica rupestris convar. gongyloides DUCH.) Földfeletti, gumószerűen megvastagodott szárát fogyasztjuk. Szárítmányként levesporok, fűszerkeverékek, ételízesítők alkotója, de készételkonzervekben, vagy főzelékkonzervekben is megtalálható. A gumó alakja gömbölyű vagy lapított gömb lehet, színe pedig fehér, zöldesfehér, vagy lila. Feldolgozásnál fontos a jó tárolhatóság, a betegségekkel szembeni ellenállás, és hogy ne legyen hajlamos fásodásra.
Torma (Armoracia lapathifolia GILIB) Délkelet-Európából származik, fűszerként, ízesítőként a földbeli hajtását és levelét használják. Íze jellegzetesen csípős, amit a gyökerében lévő allilizotiocianát és a butiltiocianát okoz. Fitoncid hatású anyagokat is tartalmaz. Natúr és ízesített tormakészítményeket (pl. ecetes torma, majonézes torma) állítanak elő belőle, illetve használják, savanyúságok ízesítésére is. A káposztafélékhez tartozik még a brokkoli és a bimbóskel is, melyeket főként a hűtőipar hasznosít, valamint a kínai kel és a retek, melyeket frissen fogyasztunk.
14
Nyersanyagismeret
1.4.6. Libatopfélék Spenót (Spinacia oleracea L.) Értékét elsősorban magas fehérje-, vitamin- és ásványi anyag tartalma adja, melyek közül külön említést érdemel a vastartalom. Értékes összetétele miatt bébiételek, pürék kedvelt alapanyaga, ezen kívül szárítmányok, porok, készételek, gyorsfagyasztott pürék is készülnek belőle. Feldolgozásnál fontos az egyenletes mélyzöld szín, zsenge, nedvdús levél. Felhasználáskor figyelembe kell venni, hogy hajlamos a nitrátok és nitritek felhalmozására.
Cékla (Beta vulgaris L.) A rendkívül fajtagazdag növénynek nálunk a vörös és lila változatait termesztik és dolgozzák fel. Elsősorban savanyúság készül belőle, de egyre kedveltebb a céklalé is önmagában vagy más zöldség-, vagy gyümölcslével keverve. Szárítmányként, porként és természetes színezőanyagként is hasznosítják. Feldolgozásra az egységes, mélyvörös színű, fehérgyűrű mentes fajták alkalmasak.
1.4.7. Sóskafélék (Polygonaceae) Sóska (Rumex rugosus L.) Egész Európában őshonos növény, már kora tavasztól fogyasztható. Jelentős C-vitamin, foszfor-, vas-, és kalcium-tartalommal rendelkezik. Bébiételek, pürék, gyorsfagyasztott krémek készülnek belőle. A feldolgozott sóskának frissnek, egészségesnek, finoman erezettnek, foltmentesnek, jellegzetes zöld színűnek kell lennie. A sóskafélékhez tartozik a rebarbara is, melynek termesztése és felhasználása növekvőben van. Befőtt, lé, szárítmány készül belőle.
1.4.8. Hagymafélék (19)
Vöröshagyma (Allium cepa L.)
Közép- és Délnyugat-Ázsiából származó, világszerte ismert és termesztett növény. Nagy mennyiségben tartalmaz fehérjéket, rendkívül sok pektin található benne és C-vitamin-tartalma is jelentős. Jellegzetes ízét allilszulfid tartalmának köszönheti, mely szoros összefüggésben van a szárazanyag tartalommal. A hagyma alakja gömbölyű, lapított vagy hengeres lehet, a buroklevél színe, fehér, szalmasárga, bronzvörös és lila, a hússzíne általában sárgásfehér. Hazánkban hagyományos termőkörzetei vannak. Legnagyobb mennyiségben szárítmány (szeletelt, morzsolt, por) készül belőle, mely önmagában vagy fűszerkeverékek, ételízesítők, levesporok alkotójaként kerül forgalomba. Használják még savanyúságok, hús- és halkonzervek, főzelékkonzervek ízesítőjeként. Feldolgozásnál a szárazanyag tartalom mellet figyelembe vesznek számos küllemi tulajdonságot is (pl. húsos pikkelylevelek zártsága, vastagsága). Kedvelt fajta a ZKI 371F1, a Vitéz, a Góliát, a Tétényi rubin és a Sonkahagyma. 15
Nyersanyagismeret
Fokhagyma (Allium sativum L.) Az egyik legrégebben termesztett növény, fűszerként, gyógyszerként is hasznosítják, fitoncid hatású. Nagyrészt szárítva granulátum vagy por formájában dolgozzák fel, így ételízesítők, fűszerkeverékek alkotója. Használják még húskészítmények, savanyúságok, készételek ízesítőjeként is. A hagymafélék között említést érdemel még a póréhagyma (főként frissen vagy szárítmányként hasznosul), a metélőhagyma és a gyöngyhagyma, melyből különleges savanyúságot készítenek.
1.4.9. Csemegekukorica (Zea mays L. convar. saccharata KOERN.) Közép- és Dél-Amerikából származó növény, mely elsősorban magas fehérje-, szénhidrát- és vitamin tartalma miatt jelentős. Konzervipari feldolgozásra a viaszos állapotot megelőző stádiumban a legalkalmasabb, mikor legmagasabb a cukortartalma. Fontos, hogy érett, szemekkel szabályosan berakott csövek kerüljenek feldolgozásra megfelelően zsenge állapotban. A nyers szemek minősítésére műszeres állománymérést vagy az alkoholban oldhatatlan szárazanyag tartalom meghatározását használják. Sós-cukros felöntőlében konzervként, vagy gyorsfagyasztva tartósítják. A legkedveltebb fajták a ZKI és STAR sorozat fajtái.
1.4.10. Fészkesvirágúak Ebbe a csoportba különböző salátafélék (pl. fejes saláta, tépősaláta, kötözősaláta, endívia), a cikória, az articsóka és a feketegyökér tartoznak. A salátaféléket nyersen fogyasztjuk, tartósítóipari jelentőségük nincs.
1.4.11. Gombafélék Az ehető gombák a táplálkozásban fontos szerepet töltenek be magas fehérje- és vitamin tartalmuk révén. Legnagyobb jelentősége a csiperkegombának és a laskagombának van, de a választék az utóbbi időben kibővült. Megjelentek a különleges gombákból készülő termékek is, pl. shii-take gomba, szarvasgomba, tintagomba, stb. A tartósítóipar különböző gombakonzerveket (natúr, ízesített, fűszerezett), gombasalátákat, valamint szárítmányokat, levesporokat készít belőlük darabos vagy por formában.
16
2. fejezet - A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei 2.1. Konzervipari tartósító eljárások 2.1.1. Élelmiszerek romlása A gabonamagvak, a pillangósok száraz magvai évekig is jól eltarthatók. Hasonlóképpen a csekély víztartalmú zsírszövet, a szalonna, illetve a zsír. A nagyobb víztartalmú élelmiszerek, pl. a gyümölcs, zöldség, hús viszonylag gyorsan romlanak, ha nem akadályozzuk meg valamilyen tartósítási eljárással. Különösen gyorsan romlanak az elkészített ételek. A modern konzerválás megalapozója, Nicolas Appert francia szakács 1810-ben adta közre híres könyvét a konzerves üvegbe zárt ételek hővel való tartósításáról, amely több mint 10 éves ilyen irányú munkán alapult. A tartósság, illetve a romlás szempontjából döntő fontosságú az élelmiszerek vízaktivitása. Az erősen romló élelmiszerek vízaktivitása 0,8 vagy annál nagyobb, a jól eltarthatóké 0,6-nél kisebb. Az élelmiszerek romlását az eredetileg jó íz, illat, állomány, szín kellemetlen elváltozása jellemzi. A romlás következménye az energia-érték és a táplálkozásbiológiai fontosságú élelmiszer-összetevők (esszenciális aminosavak és zsírsavak, vitaminok) mennyiségének csökkenése. A romlás előrehaladásával nemkívánatos anyagok, esetleg egészségre káros, toxikus anyagok keletkezhetnek. A romlást jellemzi: • a romlás eredete, • a romlás megjelenési formája, • a romlás intenzitása. A tartósítás szempontjából a romlás eredetének ismerete a legfontosabb.
2.1.1.1. A fizikai eredetű romlás A fizikai eredetű romlás körébe tartozik a termény fonnyadása. Ez elsősorban az állomány (állag) romlásában mutatkozik. Ezt pedig rendszerint olyan kémiai változások követik, amelyek az íz, illat és szín elváltozására vezetnek. 17
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Az oxidáció számos élelmiszerben a szabad levegőn is jelentős változásokat okozhat, különösen napfény vagy erős visszavert sugárzás egyidejű hatása esetén. Következményei között jelentős a szín változása, pl. a húsban oximioglobin és oxihemoglobin (élénkpiros), majd methmioglobin és methemoglobin (barna) keletkezése. A lipidekben fény és oxigén hatására a telítetlen zsírsavak oxidációja mellett a karotinoidok is oxidálódnak és színüket vesztik. A szüretelt gyümölcs és zöldség, mint nagy vízaktivitású növényi részek, a szedés után is élő sejtekből állnak és folytatódnak bennük a légzés, valamint az érés enzimes folyamatai. A légzés fő folyamata a tartalék szénhidrátok hidrolízise monoszacharidokká, majd az utóbbiak oxidációja szén-dioxiddá és vízzé. Az érési folyamatok között a gyümölcsökben jellegzetes a sejtfalak köztes lamellájában lévő protopektin hidrolízise oldható pektinné, ami puhulásra, túlérésre vezet. Gyakori az egyes savak enzimes oxidációja, pl. az almatermésűekben az almasavé, ami az íz nemkívánatos változását okozza az egyébként jól eltartott gyümölcsben. Erős nyomás vagy ütés hatására a termények zúzódott szövetében a sejten belüli membránok bizonyos mérvű felszakadása megváltoztatja a biokémiai folyamatokat. Az eddig membránnal elválasztott enzimek és szubsztrátumok, tipikus esetben a polifenolok és az oxidázok találkoznak és megindul az enzimes barnulás: az enzimek a levegő oxigénjét átadják a polifenoloknak: dihidroxi-fenil alaninnak (DOPA), matechineknek stb., így az ütés helyén sötétbarna nekrózisos folt keletkezik. Az enzimes oxidáció során keletkezett barna anyagok, a polikinonok gátolják a penészspórák csirázását, így bizonyos védelmet nyújtanak a növényi szövet mikrobás romlásával szemben(73). 2.1.1.2. A mikrobás eredetű romlás A mikrobás eredetű romlás vezet a legnagyobb mérvű elváltozásokra. A mikroorganizmusok képesek lebontani és saját sejtjük építésére ill. energiaellátására felhasználni az élelmiszerek hasznos anyagait és saját kellemetlen ízű és illatú, sok esetben toxikus anyagcsere-termékeiket felhalmozni. Mikrobás eredetű a dohos szag, többnyire a keserű íz, a szürke, barna elszíneződés is. A penészek egy része mikotoxinokat termel. Némely baktérium is termel toxinokat, egyesek közülük elszaporodnak az ember emésztő traktusában és betegséget okoznak (patogének). A mikroorganizmusok elszaporodásának legfontosabb feltétele a megfelelő vízaktivitás. A 0,95-nél nagyobb vízaktivitású élelmiszerekben a legtöbb mikroorganizmus képes szaporodni, és csak ilyen vízaktivitáson szaporodnak el a higrofil mikroorganizmusok, mint például a baktériumok túlnyomó többsége. A kis, 0,62 körüli vízaktivitásnál csak néhány ozmofil élesztő képes szaporodni. A mikroorganizmusok szaporodása természetesen függ a hőmérséklettől, a fagypont körüli hőmérsékleten egyes pszichrofil mikroorganizmusok okozhatnak romlást, míg 60–80 °C körül csak egyes termofilok képesek még szaporodni. A romlást okozó mikroorganizmusok szaporodása összefügg az élelmiszer kémiai összetételével. Különösen jelentős a pH szerepe. A baktériumok többsége a 6– 8 pH-érték közötti semleges tartományban aktív. A 3 pH-érték alatt bizonyos savképzők okozhatnak romlást Az élesztők és penészek 3–4 pH-értékkel rendelkező élelmiszerekben okoznak leggyakrabban romlást. Egyes penészek a 2–2,5 közötti pH tartományban is szaporodnak. Az élelmiszerek természetes összetevői közül a fitoncidok (pl. vöröshagyma, fokhagyma, torma illóolajai, kapszicidin paprikában) gátolják több mikroorganizmus fejlődését. A berkenyék (sorbus) szorbinsava is gátolja az élesztők és penészek élettevékenységét. Specifikus védekező komponensek a növények fitoalexinjei (pl. burgonya gumóban, sárgarépa gyökerében stressz hatására képződnek). 18
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.1.2. Az élelmiszerek tartósítása Az eddig elmondottak értelmében az élelmiszerek tartósításának legfontosabb feladata a romlást okozó mikroorganizmusok inaktiválása, majd az egyéb okokból bekövetkező romlási folyamatok megakadályozása. Az élelmiszerek tartósítása azonban új, fogyasztásra nagyobb mértékben előkészített élelmiszerek termelését vagy fogyasztásra közvetlenül alkalmas ételek készítését is jelenti. Az élelmiszerek tartósítására alkalmas eljárások rendszerét Nyikitinszkij és Gyönös(22, 72) dolgozta ki, legutóbb Körmendy és Vukov módosította a 2.1.1. táblázat szerint.
2.1.1. táblázat - A tartósító eljárások rendszere. Körmendy és Vukov által átdolgozott Nyikitinszkij–Gyönös rendszer(22, 72) A tartósítás alapelve Biózis Hőkezelés
Hőelvonás
Anabiózis és abiózis
Fizikai eljárások
Vízaktivitás csökkentés
Ionizáló sugarak alkalmazása
Ipari alkalmazás, példa Eubiózis
Halak tárolása élő állapotban
Hemibiózis
Gyümölcs és zöldség tárolása
Termo-anabiózis
Pasztőrözés
Termo-abiózis
Sterilezés
Pszichro-anabiózis
Hűtőházi tárolás +6 °C alatt, fagypont felett
Krio-anabiózis
Fagyasztva tárolás
Xero-anabiózis
Besűrítés, szárítás
Ozmo-anabiózis
Gyümölcsök ozmózisos víztartalom csökkentése cukrozással, dzsemfőzés
Nem radioaktív Tej, víz besugárzása ultraibolya bomlásból eredő sugarak sugarakkal alk. Radioaktív sugarak alk. (radio-ana- és abiózis)
Élelmiszerek besugárzása tartósítás céljából
Gyümölcslevek, borok, víz Mikrobaszám-csökkentés (anabiózis), vagy az mikrobaszámának csökkentése összes mikroba eltávolítása (abiózis) szűréssel szűréssel 19
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Vegyszeres tartósítás
Kemo-anabiózis
Ecetsavval, Na-benzoáttal stb. való tartósítás
Kemo-abiózis
Kémiai eljárások Oxigénszegény állapot létesítésével anabiózis Inert gázban való tárolás
Cönoanabiózisos eljárások
Anabiózis szén-dioxiddal, szénsavval
Gyümölcslé tárolása túlnyomás alatti CO2-gázzal
Sózásos eljárások
Halak érlelése sózással
Tejsavas erjesztés
Savanyúkáposzta-készítés
Alkoholos erjesztés
Gyümölcsborok készítése
A rendszerezés biológiai elven megkülönböztetett csoportosításon alapul, ez az életfolyamatok (biózis) gátlásának mértékét veszi figyelembe. Az életfolyamatok teljes vagy részleges fenntartásával történő tartósítás a biózis. Az eubiózis az életfolyamatok teljes, gátlás nélküli fenntartását, a hemibiózis az életfolyamatok lassítását jelenti. Az életfolyamatok nagy részének, elsősorban a mikroorganizmusok életműködésének meggátlását, vagy részleges, főleg vegetatív formáik elpusztítását jelenti az anabiózis. Az életfolyamatok teljes megszüntetése, a mikrobák vegetatív formáinak teljes, a spórás formák zömének elpusztítása az abiózis. Az ana- és abiózis között nincsen éles határ. Az osztályozás második lépcsője a tartósító eljárások elveit veszi alapul. Itt megkülönböztetnek fizikai, kémiai eljárásokat, mikrobatársulások elszaporításán és így romlást okozók gátlásán alapuló (cönológiai) eljárásokat. Az ipari gyakorlatban fontosak mindazok a módszerek, melyek konzervedények és tartályok, szerelvények töltés előtti, töltés és zárás alatti mikrobaszegény, vagy mikrobamentes állapotát biztosítják. Ezek az élelmiszerek tartósítására szolgáló hőkezeléssel és egyéb tartósító eljárásokkal együtt alkalmazva az aszeptikus, vagy félig aszeptikus eljárásokba épülnek be. Ezeket azonban a 2.1.1. táblázatban külön csoportban nem szerepeltettük, mivel alapelvüket tekintve már valamelyik ott szereplő csoporthoz tartoznak. A 2.1.1. táblázatban szereplő eljárásoknak csak egy részével dolgozik a konzervipar, más részei a hűtő- és erjedési iparban szerepelnek. A következőkben áttekintjük a konzerviparban alkalmazott tartósítási eljárásokat.
2.1.3. A konzervipar anabiózisos és abiózisos eljárásai 2.1.3.1. Xero- és ozmo-anabiózis A xero-anabiózisos tartósítás a szárítmányok gyártását jelenti, az ozmo-anabiózis levek, velők és pulpok besűrítessél vagy cukrozással való tartósítására vonatkozik. A halak és húsok sózása, tartós hentesáruk készítése is ezt az elvet alkalmazza, azonban nem konzervipari tevékenység. 20
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A xero-anabiózis a vízaktivitás csökkentésével teszi tartóssá a termékeket. Az ozmo-anabiózis az ozmózisnyomás növelését alkalmazza, de ez végeredményben a vízaktivitás csökkentésével egyenértékű. Az ozmózisnyomás és a vízaktivitás között ugyanis a 2.4.6. összefüggés szerinti kapcsolat áll fenn. Az élelmiszerek romlásának különböző típusai különböző vízaktivitásoknál képesek lefolyni és sebességük is erősen függ a vízaktivitástól. Az erre vonatkozó kutatások eredményeit foglalta össze Labuza, valamint Rockland és Nishi(44, 45) és ábrázolta a különböző változások sebességeit a vízaktivitás függvényében, ahogyan a 2.1.1. ábra mutatja.
2.1.1. ábra - Különböző változások sebességének alakulása
A mikrobás romlás sebességének függését a vízaktivitástól már vázoltuk a 2.1.1. pontban és még a 2.2. fejezet is foglalkozik vele. A 2.1.1. ábra 1 jelű görbéje a mikrobák szaporodási sebességének alsó vízaktivitási határát mutatja, amelynek közelében a xerotoleráns, ill. ozmofil mikroorganizmusok képesek még szaporodni, legtöbb mikroorganizmus ennél lényegesen nagyobb vízaktivitásoknál károsítja az élelmiszereket. Az ábra 2-es jelű görbéje főképp az oxidáló és hidrolizáló enzimek aktivitásának függését mutatja. A 3 jelű görbe a kis víztartalmú, sok telítetlen zsírsavat, karotinoidokat vagy egyéb oxidálható lipideket tartalmazó termékben folyó autooxidáció sebességének változását szemlélteti. Ezek szerint a sárgarépa-szárítmányok, paprika- és paradicsompor stabilitását a 0,35 víz-aktivitásnál kisebb tartományban a karotinoidok autooxidációja, a 0,4-nél nagyobb vízaktivitásoknál az enzimes barnulás veszélyezteti. A 4 jelű görbe a zsírok avasodására utal. 21
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Az 5 jelű görbe a redukáló cukrokat és szabad aminosavakat tartalmazó élelmiszerek (ezek klasszikus példája a paradicsomsűrítmény) nem enzimes barnulásának sebességét mutatja különböző vízaktivitásoknál. Kritikus itt a 0,7 körüli vízaktivitás. Kedvezőtlen az antocianinok bomlása szempontjából is a 0,65–0,70 közti vízaktivitás. Ezért a színes gyümölcslevek sűrítményei, viszonylag gyorsan vesztik színüket, ha csak nem hűtik erősen őket.
2.1.3.2. Radio-anabiózis és abiózis Az ionizáló sugárzást az élelmiszerek tartósítására jelenleg csak néhány területen alkalmazzák. A radio-anabiózist eredményesen alkalmazták a radicidáló kezelésnél, ez a spórát nem képező patogén mikroorganizmusok elpusztítása (ilyenek a Salmonella törzsek, illetve a Trichinella spiralis, amelynek nősténye ezúton sterillé válik). Ide sorolható a raktári kártevő rovarok és atkák elpusztítása is. Az állati parazitákat rendszerint 0,1–0,5 kGy dózis inaktiválja, míg a vegetatív patogén baktériumok elpusztítását célzó radicidálás dózisa 3 kGy , vagy ennél nagyobb. A klasszikus pasztőrözésnek megfelelő sugárkezelés a radurizálás. Célja az élelmiszerek mikrobás romlásának lassítása, a mikrobaszám nagymérvű csökkentése útján. Dózisa legfeljebb 10 kGy, rendszerint néhány kGy. Rokon ezzel a sugárkezelés alkalmazása a fűszerek mikrobás szennyezettségének nagymérvű csökkentésére, ami a húsipar számára fontos. Itt említjük a burgonya és a hagyma tartós tárolása során bekövetkező kihajtás sugárzásos gátlását, vagy a termesztett csiperkegomba kalap-felnyílásának lassítását ionizáló sugárzás segítségével. Ezek a hazai gyakorlat számára alkalmas eljárások tulajdonképpen a radio-hemibiózis példái. Az ilyen kezeléshez elegendők a 0,01–0,5 kGy dózisok. Abiózisos módszernek tekinthető a radappertizálás, melynél a spórák (pl. Cl. botulinum) is elpusztulnak 48 kGy dózisnál.
2.1.3.3. Kémiai ana- és abiózisos eljárások Az ecetsav, pontosabban ecetsav-konyhasó-fűszerek keveréke képes meggátolni a romlást előidéző mikroorganizmusok működését, ezeket már az ókorban is alkalmazták. Ma rendszerint kevesebb ecetsavval, inkább hőkezeléssel, sőt tartósító szerrel kombinálva használatos az ecetsavas tartósítás, így kellemesebb ízű termékek gyárthatók(4). A tartósítószerek alkalmazása kb. 100 éves múltra tekint vissza. A tartósítószerek elpusztítják annak az élelmiszernek a mikroflóráját, amelyhez kis mennyiségben hozzákeverték. Kezdetben azt remélték, hogy ezáltal a friss élelmiszerek minden biológiai és élvezeti értéke megőrizhető, amit mai ismereteink cáfolnak, így a vegyszeres tartósítás viszonylag szűk területen alkalmazható. A tartósítószerek vagy mikrobicid anyagok, amelyek közvetlenül elpusztítják a mikroflórát, vagy citosztatikus (bakteriosztatikus, fungisztatikus) anyagok, amelyek meggátolják a mikrobák szaporodását és így közvetve elpusztítják azokat. A tartósítószereknek az alábbi követelményeket kell kielégíteni: a) A szer ne legyen toxikus, még akkor sem, ha az adott élelmiszereket tartósan és bőségesen fogyasztjuk. b) Az antimikrobás hatás spektruma legyen minél szélesebb. c) A szer hatásos adagja legyen minél kisebb: jelenléte ne legyen érzékszervileg észlelhető. A hatásos adag legyen több nagyságrenddel kisebb, mint az esetleg toxikusnak tekinthető adag. 22
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei d) A szer ne károsítsa, főképp ne korrodeálja az üzemi berendezést, a csomagolószert. e) Legyen jól adagolható és kezelhető. A vegyszeres tartósítást a szakirodalom részletesen tárgyalja(11, 31). Az inert gázban való tárolás tulajdonképpen csak az aerob mikroorganizmusok fejlődését, valamint az oxidációs folyamatokat gátolja, alig van konzervipari jelentősége. Korlátolt a szén-dioxid nyomás alatti tárolás alkalmazása is, amely módszer nem csak a fent említett folyamatokat gátolja, hanem az aerob mikroorganizmusok életműködését is, azt főleg lassítja (lásd a 2.2.7.2. pontot).
2.1.3.4. Cöno-anabiózis A konzervipar a természetes savanyítást alkalmazza, elsősorban uborka és káposzta savanyítására. Megfelelő körülmények között (a legfontosabb a levegő eltávolítása) a termékben jelenlevő hexózok, sőt a pentózok is, a terményen lévő tejsavképző mikroorganizmusok hatására tejsavvá alakulnak, ami egyben hosszú időre kizárja az egyéb mikroflóra életműködését(4). Az alkoholos erjedésen alapuló tartósítást a konzervüzemekben az almabor gyártásában alkalmazzák(68).
2.1.3.5. Termo ana- és abiózis A termo-abiózis a hőkezeléses tartósítás (sterilezés, appertizálás) elvileg az élettevékenység minden formájának megszüntetését jelenti az élelmiszerben. Az élelmiszerben lefolyó életjelenségek hordozói, az enzimek általában kisebb hőterhelésre pusztulnak el, mint a mikroorganizmusok, ezért az élelmiszer hőterhelését általában úgy választják meg, hogy a benne lévő mikroorganizmusok mindenképpen elpusztuljanak. Mivel a mikrobák hőpusztulása az élelmiszer jellegétől, fizikai és kémiai tulajdonságaitól függ, a szükséges hőterhelést is eszerint kell megválasztani. Előfordul, hogy az enzimek inaktiválásához nagyobb hőterhelés szükséges, mint az adott termék mikroflórájának pusztulásához. A hőterhelés nagyságától függően végbemehetnek az élelmiszerben olyan kémiai folyamatok, amelyek egyáltalán nem kívánatosak (esszenciális aminosavak, vitaminok, zsírsavak átalakulása), vagy pedig bizonyos mértékben kívánatosak, azon túl pedig már nem (íz, illat, zamat, textúra, szín, külső megjelenés változásai)(71). A hő által okozott, fentebb felsorolt változások mérőszáma, a változáshoz szükséges, elegendő vagy megengedett hőterhelés, az adott referenciahőmérsékleten való tartás ideje. A mikrobák elpusztításához szükséges hőterhelés mérőszáma olyan termékekben, amelyekben spórás anaerob baktériumok tudnak szaporodni, az F érték (min), vagyis a Tr = 121,1 °C-on (250 °F) való tartás ideje percekben. A mikrobák elpusztításához szükséges hőterhelést eléggé savas kémhatású termékekben, amelyekben spórás anaerob baktériumok nem élhetnek, ill. nem szaporodhatnak, a pasztőrözési szám (P vagy A érték, min) fejezi ki. Ezt különböző referencia-hőmérsékletre (Tr) adják meg: az európai irodalomban Tr = 80 °C, 23
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei az Egyesült Államokban pedig Tr = 93,3 °C (200 °F). Használatosak egyéb hőmérsékletek is (65,5; 90; 100 °C stb.). A pasztőrözést termo-anabiózisos eljárásnak tekinthetjük, bár itt éles határ az ana- és abiózis között nem vonható. Az enzimek irreverzíbilis inaktiválásához szükséges hőterhelés az E érték (min), ennek referencia-hőmérséklete Tr = 100 °C. A termék főzöttségéhez elegendő, vagy a beltartalmi érték változása szempontjából megengedhető hőterhelés a főzési szám (C érték, min). Ennek referenciahőmérséklete is általában Tr = 100 °C. Ettől eltérő esetekben feltüntetik a referencia-hőmérsékletet. A hőterhelésnek azon folyamatok szempontjából vizsgált értékeit, amelyeknek minél tökéletesebb lejátszódása szükséges, mint az F, P és E számok, rendszerint a termék egyetlen pontjában vizsgálják: abban, amelyben a legkisebb a hőterhelés, az ún. hidegpontban. A főzési számot (C) azonban, ha olyan folyamatra utal, amelynek során értékes anyag hőbomlása mérvadó (pl. tiamin és egyéb vitaminok, esszenciális aminosavak bomlása), célszerű a termék teljes tömegének átlagában vizsgálni, tehát a C szám tömegre vonatkozó átlagát kiszámítani. Ha olyan folyamatok a mérvadók, amelyek bizonyos mértékig le kell, hogy játszódjanak, de bizonyos mértéken túl nem, ki kell számítani a C számot a legkisebb hőterhelést kapott pontra, ennek az alsó határnál nagyobbnak kell lennie és a legnagyobb hőterhelést kapott rétegre, ebben a C számnak a megengedhető maximumnál kisebbnek kell lennie. Ezekhez kapcsolódó ismeretek találhatók a szakirodalomban(39, 40, 42, 55, 71, 85, 86), beleértve a Körmendy által kidolgozott számítógépes eljárásokat is. A konvencionális hőkezelési egyenértékek (számok) főbb adatait a 2.1.2. táblázat tartalmazza.
2.1.2. táblázat - A hőterhelés mérőszámainak konvencionális jelölése és referencia-hőmérséklete Konvencionális Megnevezés Sterilezési szám Pasztőrözési szám
jelölés F P, A
referencia-hőmérséklet (K)
(°C)
(°F)
394,3
121,1
353,2
80,0
363,2
90,0
366,5
93,3
Enziminaktiválási szám
E
373,2
100,0
Főzési szám
C
373,2
100,0
2.1.3.6. Tartósítás a mikrobák kiszűrésével A folyadékokban és gázokban lebegő mikroorganizmusok megfelelő szűrés útján eltávolíthatók. 24
250
200
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A folyadékok szűrés útján való mikrobamentesítése a konzerviparban csak a gyümölcslé gyártásakor használatos(32). A borászat és a sörgyártás szintén eredményesen használ mikrobamentesítő (EK = Entkeimungsfilter) szűrőket. A modern ultraszűrési eljárások és berendezések mikrobák kiszűrésére is alkalmasak.
2.1.4. A tartósság ismérvei A tartósság ismérvei a mikrobiológiai stabilitás, biokémiai és fizikai stabilitás. A stabilitás elsősorban az érzékszervi tulajdonságok állandóságát, ill. tolerálható mérvű változását jelenti. A stabilitás másik ismérve a táplálkozásbiológiai érték (energiatartalom, esszenciális aminosavak, lipidek, vitaminok stb.) állandóságát jelenti. A stabilitás feltétele a fizikai, kémiai és mikrobás változások kizárása, vagy kellő mértékű lassítása. A tartósított élelmiszerek stabilitása az élelmiszer típusának megfelelő tárolási körülmények között, a típusnak megfelelő időtartamra szavatolható. A zárt tartályban (dobozban, üvegben) sterilezett ún. teljes konzervek mikrobiológiai szempontból kereskedelmileg sterilek. Előírás szerint ez azt jelenti, hogy 7– 10 napos termosztálás után sem tartalmazhat 1 g-ban vagy 1 cm3-ben 1000-nél több olyan spórát, amelyek kicsirázását és elszaporodását a termék jellege nem teszi lehetővé. Például ilyenek az obligát aerob baktériumok, vagy savanyú (pH < 4,5) termékekben a legtöbb baktérium. Nem a stabilitás kritériuma, hanem általános egészségügyi előírás, hogy patogén vagy toxikus anyagot termelő mikroorganizmust egy termék sem tartalmazhat. A teljes konzervek +2...25 °C közötti hőmérsékleten legalább 2 évig kell, hogy eltarthatók legyenek. A valóságban eltarthatóságuk évtizedekre szól. Különösen hosszú ideig tárolt konzervek vizsgálatával Namesztnyikov(48, 49) foglalkozott. A Tájmir félsziget örökké fagyott talajában 70 évig kifogástalan állapotban megmaradtak a húsos káposztalevest tartalmazó lakkozott fehérbádog dobozba zárt konzervek. Kedvezőtlenebb körülmények között és hosszabb ideig is több konzerv megőrizte minőségét. A gyümölcsíz megbarnult, a borjúhús trigliceridjeiből zsírsavak szabadultak fel, de mikrobás romlást még ott sem tapasztaltak, ahol bacillusok spórái életképes állapotban túlélték a hőkezelést és hosszú tárolást. A teljes konzervek tartósságának vizsgálatát termosztálási próba segítségével 20–25 °C-on, 35–37 °C-on és 54–56 °C-on írják elő. Az egyszerű próba: 35–37 °Con 7–10 nap alatt egy tartályon sem szabad észlelhető változásnak mutatkoznia. Ha egyetlen tartályon változás tapasztalható, a többit 30 napig kell termosztálni és naponta figyelni. A trópusi típusú teljes konzerveket 54–56 °C-on 5 napig termosztálják. Ha egy tartályon elváltozás észlelhető, akkor 21 napig folytatják a megfigyelést (különleges termosztálási próba). Az észrevehető elváltozás a dobozolt terméknél a bombázs , amely nem jelent okvetlenül mikrobás elváltozást, mivel kémiai okokból is eredhet Az üveges termékek tartalma jól megfigyelhető. Előírás a naponta való felrázás. A hőkezelt félkonzervek (dobozolt hús) 0 és +5 °C között tárolva kell, hogy eltarthatók legyenek. A félkonzervek kategóriájába tartoznak a nem hőkezelt – prezerv – termékek, savanyúságok, pácolt termékek, vegyes gyümölcsíz és szilvaíz +2 és +15 °C közötti tárolásnál stabilak 1–6 hónapig. A szénsavas üdítőitalok 0–18 °C között, kevesebb CO2-tartalom esetén 2 vagy 4 hétig, valamint nagyobb szénsavtartalommal 3–12 hónapig stabilak. A nem légmentesen lezárt, kiszerelt szárított termékek 3–12 hónapig tárolhatók megfelelő körülmények között (hőmérséklet 20 °C alatt, kis relatív nedvességű légtérben). Végül megemlítjük, hogy a gyorsfagyasztott termékek stabilitásának feltétele a –20...–17 °C hőmérsékleten való tárolás. 25
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.2. Mikroorganizmusok tevékenységét befolyásoló tényezők 2.2.1. Mikroorganizmusok szaporodása Az élő egysejtű mikroorganizmusok számának (darabszámtömeg koncentrációjának) változását a 2.2.1. ábrán látható, jellegzetes alakú tenyésztési görbe szemlélteti. A görbéhez kb. állandó hőmérséklet és adott tenyésztési közeg tartozik. A vízszintes tengelyen az idő (t), a függőleges tengelyen a sejtkoncentráció (X) logaritmusa látható. A környezethez való alkalmazkodás lappangási szakaszában a sejtek nem szaporodnak. A sejtkoncentráció növekedése az anyagcsere-folyamatok felgyorsulása után indul meg, majd az exponenciális szakaszban a koncentráció logaritmusa állandó sebességgel növekszik. Ezután a tápanyagok kimerülése és a gátló anyagcsere-termékek felhalmozódása miatt a szaporodási sebesség lelassul, majd a keletkező és pusztuló sejtek száma kiegyenlítődik és a sejtpopuláció állandósult (stacionárius) szakaszba jut. Hosszabb idő után több sejt pusztul, mint keletkezik és így az élő sejtek koncentrációja fokozatosan csökken.
2.2.1. ábra - Az egysejtű mikroorganizmusok tenyésztési görbéje. I: lappangási szakasz; II: az exponenciális szaporodás szakasza; III: az állandósult állapot szakasza; IV: pusztulási szakasz. Mikrobaszám-koncentráció: X, az idő: t, a szaporodási sebességi együttható: µ
A szaporodási görbét a szaporodási sebesség változásával lehet jellemezni. Az exponenciális szakaszban a koncentráció logaritmusának változási sebessége állandó és ez az adott körülmények között a legnagyobb. A folyamat analóg az elsőrendű, autokatalitikus reakcióban létrejövő anyagképződéssel. Erre a szakaszra az
26
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei illetve tízes alapú logaritmusra áttérve, a
kapcsolat jellemző. A fentiekben X a sejtkoncentráció (amelyet a sejtszám, vagy sejttömeg adott esetben helyettesíthet), t az idő és μ a fajlagos szaporodási sebességi együttható. A t index a t időpontra (Xt, t), a zérus index a kezdeti állapotra (X0, t0) utal. A második összefüggés szerint a koncentráció logaritmusa az idő függvényében a szaporodási együtthatóval arányos meredekségű egyenessel ábrázolható. A második összefüggésből, az X0, t0 és Xt, t összetartozó értékek méréssel történő meghatározása után μ értéke kiszámítható. A szaporodási sebességi együtthatón kívül az exponenciális szakasz jellemzésére az átlagos generációs idő (tg) is használható, ami az az idő, amely alatt a populáció sejtkoncentrációja megkétszereződik. Ekkor tehát az Xt = 2X0 és t–t0 = tg, így
Mivel μ dimenziója [idő]–1, a tg dimenziója pedig idő (mértékegység min vagy h), utóbbi használata szemléletesebb. A szaporodási görbe leírt alakulása az egysejtű mikroorganizmusokra jellemző, vagyis a hasadással szaporodó baktériumokra és a sarjadzással szaporodó élesztőkre. A fonalas sejtszerveződésű penészgombák sejttömegének növekedése az egysejtű mikrobák szaporodásával azonos törvényszerűséget követ. Lényeges különbség azonban, hogy a penészek növekedése a sejtfonal (hífa) csúcsára korlátozódik és nem jár a sejtszám (a telepképző egységek számának) növekedésével. A penészgombák telepeinek exponenciális növekedésében az elágazó hífák számos csúcsa vesz részt. A felületen kialakuló, korong alakú (közelítőleg kétdimenziós) telep tömege a sugár négyzetével, a növekedési sebesség pedig a teleptömeg négyzetgyökével arányos. A telepek exponenciális növekedése azonban bizonyos méret (telepátmérő) elérése után megszűnik. A növekedést az korlátozza, hogy a tápanyagok diffúziója a telep belső részeibe lassú. Az előbbiek szerint tehát mind az egysejtű, mind a fonalas mikroorganizmusok szaporodási, ill. növekedési sebessége leírható. Egy adott mikroorganizmus legnagyobb szaporodási sebessége (legrövidebb generációs ideje) a fajra jellemző, örökletes tulajdonság. Ezt, a számára optimális körülmények között, mindig az exponenciális szakaszban éri el. A különböző mikroorganizmusok szaporodási sebessége az optimális körülmények között is eltér (2.2.1. táblázat).
2.2.1. táblázat - Néhány mikroorganizmus szaporodási sebessége Faj Bacillus stearothermophilus
Hőmérséklet (°C)
Generációs idő*
Szaporodási sebességi együttható (h-1)
60
(h) 4,96
27
0,14
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Escherichia coli
40
1,98
0,35
Bacillus subtilis
40
1,61
0,43
Pseudomonas putida
30
0,93
0,75
Vibrio marinus
15
0,51
1,35
Saccharomyces cerevisiae
30
0,35
2,00
Schizosaccharomyces pombe
30
0,17
4,00
Geotrichum candidum
28
0,61
1,14
Aspergillus nidulons
37
0,36
1,93
Aspergillus nidulans
25
0,15
4,70
Penicillium chrysogenum
28
0,12
5,64
Mucor hiemalis
28
0,10
6,93
* penészgombákra vonatkozóan a sejttömeg megkettőződésének ideje (h) Nyilvánvaló, hogy az azonos környezetben együtt szaporodó mikroorganizmusok közül azok kerülnek előtérbe, amelyek az adott körülmények között nagyobb szaporodási sebességre képesek. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy élelmiszereink többségében a baktériumok jutnak uralomra a romlási mikroflórában, mivel sokkal gyorsabban szaporodnak, mint az élesztő vagy penészgombák. Utóbbiak csak a baktériumok számára kedvezőtlen körülmények között (pl. kis pH) válnak meghatározóvá. A szaporodást befolyásoló környezeti tényezők (tápanyagok fajtája és mennyisége, hőmérséklet, pH, vízaktivitás stb.) mind a szaporodási sebességre, mind a lappangási szakaszra hatást gyakorolnak. Technológiai szempontból ezért igen fontos tényező az idő is, amely az exponenciális szaporodás megindulásáig eltelik. A technológiai vonal folyamatossága és áteresztő képessége olyan legyen, hogy az átfutási idő alatt a mikroorganizmusok szaporodására ne kerülhessen sor. A mikroorganizmusok szaporodását és életképességét meghatározó legfontosabb környezeti tényező a vízaktivitás mellett a hőmérséklet. Az optimális szaporodási hőmérséklet tartományban, amely mintegy 20 °C-ot fog át, a hőmérséklet változása befolyásolja a szaporodási sebességet, a végső sejtszámot, a sejt kémiai összetételét stb. A maximális szaporodási hőmérséklet felett a mikroorganizmusok elpusztulnak, míg a minimális hőmérséklet alatt túlélhetnek ugyan, de szaporodásuk megáll. Szaporodásuk hőmérsékleti határai szerint a mikroorganizmusok közt öt csoportot lehet megkülönböztetni (2.2.2. táblázat).
2.2.2. táblázat - Mikroorganizmusok élettani csoportjai szaporodási hőmérséklet szerint Csoport
Hőmérséklet (°C) minimális
optimális
maximális
Termofil
40–45
50–55
60–80
Termotróf
10–20
35–45
45–50
28
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Mezofil
5–15
30–40
35–45
Pszichrotróf
–5–+5
20–25
30–35
Pszichrofil
–10–+5
10–15
15–20
A mezofilok közé tartozik a legtöbb mikroba, köztük az élelmiszerekben előforduló kórokozók is. A konzerviparban különös jelentőségre tettek szert a nagy hőmérsékleti optimumú termofil baktériumok. A közepes hőmérsékleten és a víz fagypontja közelében is jól szaporodó pszichrotróf mikrobák csoportja szintén népes, közéjük számos romlást okozó baktérium, élesztő- és penészgomba tartozik. A valódi hidegkedvelő, pszichrofil mikroorganizmusok maximális szaporodási hőmérséklete nem haladja meg a –20 °C-ot. Mivel nagyobb hőmérséklettel szemben érzékenyek, konzervipari jelentőségük jóval kisebb, mint a pszichotrófoké(43).
2.2.2. Hőmérséklet-növelés hatása a mikrobákra 2.2.2.1. Hőpusztulás Néhány fokkal a szaporodási hőmérséklet felett a mikrobasejtek károsodnak. A sejtek ezt még túlélhetik, ha módjuk van a sérülést helyrehozni, kijavítani. Nagyobb hőmérsékleten, vagy hosszabb idő után feltétlenül bekövetkezik a pusztulás. A vizsgálatok többségének eredményei szerint a sejtpopulációk pusztulásának időbeli lefolyása exponenciális jellegű és kinetikailag – az egysejtű mikroorganizmusok szaporodásához hasonlóan – az elsőrendű kémiai reakciók analógiájára írható le.
A túlélő sejtek számának (N) változása a t idő alatt arányos a mindenkori sejtszámmal, ahol a k arányossági tényező a pusztulási sebességi együttható (mértékegysége min–1). A fenti differenciálegyenletet N0 (kezdeti sejtszám t0 időnél) és Nt (túlélő sejtszám t időnél) határok közt integrálva a mikrobapopulációk pusztulásának alapegyenletét kapjuk
amely alakilag azonos az exponenciális szaporodás egyenletével, csak az együttható negatív előjelű. Az egyenletet logaritmálva a túlélési görbe kifejezéséhez jutunk
amely világosan mutatja, hogy a túlélő sejtek számának logaritmusát az idővel szemben ábrázolva egyenest kapunk, amelynek meredeksége a pusztulási sebességi együtthatóval arányos (2.2.2. ábra). 29
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.2.2. ábra - Túlélési görbe. Túlélők száma (vagy koncentrációja): N; idő: t; tizedelődési idő: D; pusztulási sebességi együttható: k
Az egyenletből kifejezve
. A t0 kezdeti és a t időben mért végső sejtszámból a k értéke meghatározható. Ha a túlélési görbe egyenletében szereplő t – t0 időt úgy definiáljuk, mint azt az időtartamot, amely alatt a túlélő sejtszám tizedére csökken, akkor a tizedelődési idő (D) fogalmához jutunk. Ha tehát t – t0 = D és Nt = 0,1 ⋅ N0, akkor
. A tizedelési idő a mikrobapopuláció ellenállásának (hőtűrésének) percekben kifejezett mértéke, független a kezdeti sejtszámtól. A tizedelési idő azonban csak akkor egyértelmű, ha megadjuk azt a hőmérsékletet is, amelyre vonatkozik (például: D65 = 5 min, a tizedelési idő 65 °C-on). A gyakorlat számára természetesen nem elegendő a populáció 90%-át elpusztítani (a túlélő sejtek számát tizedére csökkenteni), hanem ennél jóval nagyobb pusztulási arányt kell elérni. Azt az időt, amely alatt a populáció kezdeti száma előírt elenyésző hányadára csökken, többségi pusztulási időnek (τ ) nevezzük. A konzervek sterilezésénél megkívánt biztonsághoz a túlélő sejtek számát, 10–12 nagyságrenddel kell csökkenteni. Ez olyan nagymértékű pusztulást jelent, hogy az életben 30
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei maradt sejtek száma gyakorlatilag nulla. A túlélési görbének a negatív-logaritmusok oldalára történő extrapolálásából azonban látható (2.2.2. ábra), hogy a sejtszám nullára való csökkentése, vagyis abszolút pusztulás soha nem érhető el. Hosszú többségi pusztulási idők alatt a túlélő sejtszám nullához közelít. Adott többségi pusztulási idő esetén az életben maradt sejtek száma a kezdeti sejtszámtól függ. Ha feltételezzük az exponenciális pusztulási kinetika érvényességét és ismerjük a tizedelődési időt, akkor a mikrobaszám előírt mértékű csökkentéséhez szükséges többségi pusztulási időt bármely kezdeti sejtszám esetére kiszámíthatjuk. τ = D (lg N0 – lg Nt). Ez lehetőséget nyújt arra, hogy a kívánt mértékű mikrobaszám csökkentéshez szükséges hőkezelési időt meghatározzuk – adott állandó hőmérsékleten. A gyakorlatban azonban a hőmérséklet változik a hőkezelési eljárások folyamán. A különböző hőmérsékletek viszonylagos pusztító hatásának kifejezésére szolgál a hőpusztulási görbe. A hőpusztulási görbe a különböző hőmérsékletekhez tartozó többségi pusztulási idők logaritmusait ábrázolja (2.2.3. ábra).
2.2.3. ábra - Hőpusztulási görbe és a z-érték magyarázata. Pusztulási idő: τ; tizedelődési idő: D; referencia-hőmérséklet: Tr; hőkezelési egyenérték: F
A görbe meredekségére jellemző a z-érték, az a hőmérsékletnövekedés, amely az előírt pusztulási arányhoz tartozó hőpusztulási időt egy tizedére csökkenti. A zérték tehát a hőpusztulási idő hőmérsékletfüggését jelzi és nem más, mint a hőpusztulási görbe iránytangensének negatív reciproka. 31
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A hőpusztulási görbével párhuzamos görbét szerkeszthetünk a tizedelési időkkel is. Mivel a tizedelési idő a mikroorganizmus hőrezisztenciájának mértéke, ezt a görbét hőrezisztencia görbének nevezzük. A 2.2.3. ábrán mindkét görbét egyetlen egyenes ábrázolja, a függőleges tengelyen a két lépték egymáshoz képest eltolt (lásd még a 2.5.2. ábrát is). Az iránytangens, valamint az egyenes egy pontjának ismeretében a hőpusztulási görbe egyenlete felírható. Kitüntetett pontként, nemzetközi megállapodás szerint a 121,1 °C-on (250 °Fahrenheit) mért pusztulást időt választották, amit F-értéknek neveznek. A tizedelődési időkkel felvett hőrezisztencia görbéről a 121,1 °C-hoz tartozó D-érték jelölése: Dr. A 121,1 °C neve referencia-hőmérséklet (Tr). Más referencia-hőmérsékletek is használatosak (lásd 2.1. pont). A z- és az F-érték ismeretében, ha a többségi pusztulási idő valamely T °C hőmérsékleten τ min, a hőpusztulási görbe egyenlete
. A hőkezelésszükséglet-számításnál a feladat az, hogy a hőbehatolási görbe által leírt időben változó hőmérsékletnek a mikroorganizmusokra gyakorolt pusztító hatását összegezzük. Ehhez arra van szükség, hogy a különböző hőmérsékletek pusztító hatását egységesen fejezzük ki. Megállapodás szerint a 121,1 °C-on mért hőpusztulási sebességhez viszonyítjuk minden más hőmérséklet pusztító hatását. A 121,1 °C-ra vonatkoztatott pusztulási sebesség F/τ, amelynek az adott T hőmérséklethez tartozó értéke a hőpusztulási görbe egyenletéből számítható. A különböző hőmérsékletek 121,1 °C-hoz viszonyított pusztító hatásának összegezett időegyenértékét (Fi) integrálással kapjuk
. Itt t’ mint integrálási változó a t-nél kisebb időket jelöli, T (t’) a sterilezett élelmiszerben mért hőmérséklet, mint az idő függvénye. Ha pl. egy sterilezési eljárás időegyenértéke Fi = 3 min, ez azt jelenti, hogy a hőkezelés folyamán kialakuló valamennyi összetartozó hőmérséklet és időérték összesített pusztító hatása megfelel 3 perces hőkezelésnek 121,1 °C-on. Fi számítása ma már egyszerű számítógépes programokkal folyik a régebbi hosszadalmas grafikus, vagy táblázatos módszerek helyett. A mikroorganizmusok hőtűrése azonban különböző és hőpusztulási idejük is különbözőképpen változik a hőmérséklettel (amit a z-érték fejez ki). A tapasztalat szerint az ipari gyakorlatban leggyakrabban előforduló, hőtűrő spórás baktériumok z-értéke 10 °C. Ezért az ilyen z-értékű pusztulási görbét választották a hőkezelésszükségleti számítások alapjául. Ebből a görbéből számítva a különböző hőmérsékleteknek 121,1 °C-hoz viszonyított, összegezett pusztító hatását F0 jelöléssel különböztetjük meg. Az F0 érték alapján a különböző sterilezési folyamatok hatékonysága nemcsak összehasonlítható, hanem azok kívánt vagy szükséges mértéke is meghatározható(59).
2.2.2.3. A mikroorganizmusok hőrezisztenciája A mikroorganizmusok hőrezisztenciájának jellemzésére a tizedelési idő (D) és az annak hőmérsékletfüggését jelző z-érték szolgál. 32
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Általában a mikroorganizmusok hőtűrése egyenesen arányos szaporodásuk hőmérsékleti optimumával (2.2.3. táblázat). A vegetatív baktériumok közül a pszichrofilok már 40 °C körül elpusztulnak, tizedelődési idejük kevesebb, mint 1 min. A legtöbb mezofil baktérium hőtűrését is D = 1 min körüli érték jellemzi 55– 60 °C-on. Ezek z-értéke általában kisebb, mint 5 °C. A vegetatív baktériumok közt kivételes hőtűrésűek az ún. termoduráns fajok (pl. az enterokokkusz-csoportba tartozó streptococcusok). Ezek túlélhetnek 60 °C-on 30 perces hőkezelést, és z-értékük is különlegesen nagy, 15–20 °C. Az élelmiszerekben előforduló nemspórás kórokozó baktériumok hőtűrése a mezofil csoportba esik. A szokásos pasztőrözési folyamatokkal biztonságosan elpusztíthatók. A szalmonellák egy típusa (Salmonella senftenberg) hőtűrése azonban kivételes, a termoduránsokéval vetekszik.
2.2.3. táblázat - A vegetatív mikroorganizmusok átlagos hőtűrése Mikrobacsoport
D-érték (min) 40 °C
50 °C
60 °C
Pszichrofil baktériumok
0,3
–
–
Pszichrotrof baktériumok
–
1–5
–
Mezofil baktériumok
–
5–40
0,2–1
Termoduráns baktériumok
–
–
1–30
Termofil baktériumok
–
–
100
Élesztő- és penészgombák
–
1–5
–
Az élesztő- és penészgombák többségének hőtűrése a mezofil baktériumokéhoz hasonló. A vegetatív sejtek és az ivaros spórák hőtűrése közti különbség gyakorlatilag nem számottevő. Fontos kivétel néhány tömlősgomba, mint a Byssochlamys és Thermoaseus fajok, amelyek aszkospórái jelentős (80 °C-on 30 min) hőkezelést is túlélnek. Ezek a gombák a hőkezeléssel tartósított gyümölcslevek, befőttek romlását okozhatják. Valamennyi mikroorganizmus közül leghőtűrőbbek és ezért kitüntetett konzervipari jelentőségűek a baktériumok spórái. A spórás baktériumok vegetatív sejtjei éppúgy hőérzékenyek, mint más mikroorganizmusok, a hőellenállás csupán a különleges szerkezetű és összetételű spóra tulajdonsága. Ez lényegében a spóraplazma dehidratált állapotának következménye. Az aerob vagy fakultatív anaerob Bacillus és az anaerob Clostridium fajok spóráinak hőtűrése közt nincs különbség, viszont a mindkét nemzetségben előforduló termofil fajok lényegesen hőtűrőbbek, mint a mezofil spórás baktériumok (2.2.4. táblázat). Míg az utóbbiak hőellenállását a 0,01–0,1 min tartományba eső Dr-érték jellemzi, a termofilok közt 2–5 min-t elérő tizedelődési időket is mértek 121 °C-on.
2.2.4. táblázat - A baktérium spórák hőtűrése Faj Bacillus cereus
D-érték (min) 100 °C
121 °C
5–10
0,01
33
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Bacillus subtilis
5–10
0,3–0,7
Clostridium botulinum
12–50
0,1–02
Clostridium sporogenes
60–190
0,1–1,5
Bacillus coagulans
–
3,0
Desulfotomaculum nigrificans
–
2,0–3,0
Clostridium thermosaccharolyticum
–
3,0–4,0
300–700
4,0–5,0
Bacillus stearothermophilus
Az élelmiszer-egészségügyi szempontból fontos kórokozó mikroorganizmusok közül a leghőtűrőbb a Clostridium botulinum, amelynek Dr-értéke 0,1–0,2 min (pontosabban e faj A és B szerológiai típusba tartozó törzseié, míg a pszichrotrof E típusú törzsek hőrezisztenciája jóval kisebb, D80-értékük 0,3–3 min). A romlást okozó baktériumok közül leghőtűrőbbek a termofil Clostridium thermosaccharolyticum és a Bacillus stearothermophilus spórái, Dr = 3–5 min értékkel (121,11 °C-on). A spórák hőtűrését a vegetatív sejtekénél kétszer-háromszor nagyobb z-érték is jelzi, amely általában 8–12 °C, de egyes spórák z-értéke elérhet 20–30 °C-ot is.
2.2.2.4. A hőtűrést befolyásoló tényezők A mikroorganizmusok hőtűrését számos tényező befolyásolja, amelyek részben a mikrobasejt belső tulajdonságaival kapcsolatosak, részben a külső körülmények függvényei(25) . A mikroorganizmusok hőtűrése alapvetően faji, örökletes tulajdonság. A sejt élettani állapota a rezisztenciát befolyásolja. Az élénken szaporodó (exponenciális szakaszban lévő) sejtek általában érzékenyebbek a hőhatásra, mint az idősebb, állandósult állapotú sejtek. A nagyobb szaporodási hőmérsékleten képződött sejtek ill. spórák hőrezisztenciája is nagyobb. A hőrezisztenciát befolyásoló két legfontosabb külső tényező a pH és vízaktivitás (av). Általában a hőtűrés a semleges pH körül a legnagyobb és azt a lúgos, de különösen a savas pH erősen csökkenti. Ennek igen nagy a jelentősége az élelmiszerek hőkezeléssel történő tartósításánál. A 4,5-ös pH-érték kitüntetett jelentőségű. Az ennél nagyobb pH-jú termékeknél 115–121 °C-os sterilezés szükséges, míg a 4,5-nél savasabb pH-jú termékek hőkezelésére a 100 °C alatti pasztőrözés is elegendő. Ezt nemcsak az indokolja, hogy a savas közegben a mikroorganizmusok hőtűrése rohamosan csökken, hanem az is, hogy az egészségügyi szempontból legveszélyesebb hőtűrő baktérium, a Clostridium botulinum sem szaporodni, sem toxint termelni nem tud 4,5 pH-nál savasabb közegben és a hőkezelést esetleg túlélt spórák sem képesek kicsirázni. Világszerte elfogadott gyakorlat szerint, a 4,5-nél nagyobb pH-jú termékek hőkezelését úgy kell végezni, hogy az a Clostridium botulinum spóráinak számát 10– 12 hányadára csökkentse(59). Ez az ún. 12 D elv, amely tehát, mivel a Clostridium botulinum Dr-értéke 0,21 min, 12 ⋅ 0,21 = 2,42 percnyi hőkezelésnek felel meg 121,1 °C-on. Ez a Clostridium botulinum spórák F-értéke, és z = 10 °C értékkel számolva ez az egészségügyileg megkövetelt minimális sterilezési egyenérték is (F0). 34
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A gyengén vagy nem savas termékek (pH > 4,5) sterilezéséhez sokszor a minimális F0 értéknél nagyobb mértékű hőkezelést kell alkalmazni. Ez azért szükséges, mert ezekben a Clostridium botulinumnál hőtűrőbb spórás baktériumok fordulhatnak elő. Bár ezek egészségügyileg nem veszélyesek, romlást, gazdasági veszteséget okozhatnak. A hőkezelés méretezésénél a romlást okozó spórás baktériumok hőtűrését is figyelembe kell venni (2.2.5. táblázat).
2.2.5. táblázat - A konzervekben romlási veszélyt képező baktérium spórák hőrezisztenciája, Tp = 121,1 °C Baktérium
Dr (min)
z (°C)
4,0–5,0
8–12
3,0–4,0
9–12
2,0–3,0
9–12
0,1–1,5
8–10
Gyengén vagy nem savas termékek (pH > 4,5) Termofil spórák sima savanyító (Bacillus stearothermophilus) Gázos romlást okozó (Clostridium thermosaccharolyticum) Szulfidos romlást okozó (Desulfotomaculum nigrificans) Mezofil spórások Rothasztó anaerobok (Clostridium sporogenes) Kórokozó toxintermelők (Clostridium botulinum) (Clostridium perfringens)
0,1–0,2
8–10
0,3–20*
10–30
Aerobok, fakultatív anaerobok (Bacillus subillis) (Bacillus licheniformis)
5–13*
6–10
0,01–0,1
8–10
(Bacillus cereus) Savas termékek (pH < 4,5) Termofil spórások 35
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei (Bacillus coagulans) Mezofil spórások (Bacillus polymyxa)
0,1–0,5*
7–9
0,1–0,5*
7–9
(Bacillus macerans) Vajsavas anaerobok (Clostridium butyricum) (Clostridium pasteurianum) * D100 érték A jelenlegi gyakorlat a 2.1. ponttal, valamint a szakirodalommal összhangban az, hogy ilyen esetben a túlélők miatti selejt arányát előírt érték alá kell szorítani. A méretezésnek ekkor a konzerv teljes tömegében lévő túlélőket kell figyelembe venni, míg az F0-értéket a legkisebb pusztulás helyére vonatkozóan (ún. hidegpont) számítják. Ha mezofil spórás szennyezettséggel kell számolni, a hőkezelési eljárást F0 = 5–10 értékűre kell méretezni. Ha a nagyobb hőtűrésű termofil spórások veszélyeztetik a terméket, F0 = 15–25 értékű hőkezelés is szükséges lehet. A pH 4,5-nél savasabb termékekben a Clostridium botulinummal nem kell számolni és a 12 D-elvet sem kell alkalmazni. A savas közeg jelentősen csökkenti a spórák hőellenállását, és az ilyen termékek tartósítására gyakran a 100 °C alatti hőkezelés is elegendő, amelynek F0-egyenértéke csak néhány század-ezred perc. Ezért a pasztőrözési eljárások egyenértékét rendszerint nem a 121,1 °C pusztító hatásához, hanem kisebb hőmérséklethez, 100 vagy 80 °C-hoz viszonyítják. Az így kifejezett hőkezelési egyenértéket például P100 vagy P80 jelöléssel szoktak megadni (lásd a 2.1. pont). A hőtűrést befolyásoló másik lényeges tényező a vízaktivitás. A spórák igen nagy hőrezisztenciáját a spóraplazma dehidratált, kis vízaktivitású állapota okozza. A vegetatív sejtek is jóval ellenállóbbak a száraz hő hatásával szemben, mint nedves hővel (gőzzel) szemben. Ez mind a tizedelődési idő, mind a z-érték növekedésében megnyilvánul (2.2.6. táblázat).
2.2.6. táblázat - Spórás baktériumok hőrezisztenciája száraz és nedves hővel szemben, Tr = 121,1 °C Nedves hő
Faj
Dr (min)
Száraz hő z (°C)
D160 (min)
z (°C)
Bacillus subtilis
0,7
8
1,5
20
Bacillus polymyxa
0,05
8
0,1
15
Clostridium sporogenes
1.5
10
2,4
22
36
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Clostridium botulinum
0.2
10
0,2
33
A konzervek sterilezésénél száraz hőhatással általában nem kell számolni, de a hőkezelt termékben helyileg (pl. zsírcseppbe ágyazott spóra esetében) kialakulhatnak ilyen körülmények. Számos termék vízaktivitása, összetételénél fogva, viszonylag kisebb értékű (av = 0,93…–0,96). A mikroorganizmusok hőtűrését már néhány tizednyi av-csökkenés jelentősen fokozza. Ez lehet az oka, hogy a nagy cukortartalmú termékekben (pl. dzsemek) a hőkezelést penész gombák túlélhetik. Bizonyos esetekben a termék jellege miatt enyhébb hőkezelést kell alkalmazni, ami nem pusztít el minden mikroorganizmust Ilyenkor a hőkezelést más mikrobagátló kezeléssel kell kombinálni, ami megakadályozza, hogy a hőkezelést túlélt spórák vagy sejtek a tárolás és a kereskedelmi forgalmazás ideje alatt szaporodásnak induljanak. Az enyhén hőkezelt húskészítményekben pl. a nitritnek van fontos szerepe a túlélő spórák kicsírázásának megakadályozásában, a paradicsomsűrítményben pedig a 4,5-nél kisebb pH-nak. Az ilyen termékek, bár élő mikroorganizmusokat tartalmaznak, tartósak, „ kereskedelmileg sterilek” maradnak (lásd a 2.1. pontot és az irodalmat(64)).
2.2.3 Hőmérséklet-csökkentés hatása a mikrobákra A hűtés és a fagyasztás tartósító hatása azon alapszik, hogy a hőmérséklet csökkentésével a mikroorganizmusok szaporodása előbb lelassul, majd megszűnik. A hőmérséklet talán a legfontosabb környezeti tényező, amely a mikrobák szaporodását és életképességét befolyásolja. Az élelmiszerek hűtésénél és fagyasztásánál különösen a hidegtűrő (pszichrotrof) és a hideg-kedvelő (pszichrofil) mikroorganizmusok érdemelnek figyelmet Közéjük sok általánosan elterjedt és gyakori romlást okozó baktérium, élesztő- és penészgomba tartozik, az élelmiszerekkel terjedő kórokozó baktériumok azonban kevés kivétellel mezofilok és nem szaporodnak 5 °C alatt. Fontos kivétel a Clostridium botulinum E típusa, amely húsokon és halakon fordul elő és szaporodik, sőt toxint termel még 3,5–5 °C-on is. A pszichrotrof és pszichrofil baktériumoknak nemcsak a minimális szaporodási hőmérséklete kicsi, hanem a szaporodás ún. hőmérsékleti jellemzője is. A kémiai reakciók analógiájára a szaporodási sebességre is alkalmazható az Arrhenius-féle összefüggés μ = A ∙ e –E/RT, ahol μ a fajlagos szaporodási sebességi együttható, A empirikus állandó, R az egyetemes gázállandó, T az abszolút hőmérséklet, E pedig a hőmérsékleti jellemző (kémiai reakcióknál az aktiválási energia, Ea). Az Arrhenius-egyenlet logaritmusos alakja
mutatja, hogy a szaporodási sebesség logaritmusát az abszolút hőmérséklet reciprokának függvényében ábrázolva olyan egyenest kapunk, amelynek meredeksége a – E/2,303 ⋅ R kifejezés számértékével arányos, ebből az E hőmérsékleti jellemző meghatározható. A pszichrotrof és pszichrofil mikroorganizmusoknál E értéke 37
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei kisebb, mint a mezofil vagy termofil csoportban (2.2.4. ábra). A kis hőmérsékleti jellemzőjű folyamatok sebessége kevésbé változik a hőmérséklet változásával, és ez is magyarázza, hogy a hőmérséklet-csökkentés hatása kisebb mértékű a pszichrotrof-pszichrofil mikrobákra(27).
2.2.4. ábra - Termofil (□), mezofil (○) és pszichrofil (∆) baktérium szaporodási sebességi együtthatója (µ) az abszolút hőmérséklet reciprokának (1/T) függvényében. Az Arrhenius-összefüggésnek megfelelően a sebességi együtthatót logaritmikus léptékben ábrázoltuk
2.2.3.1. Hűtés Az élelmiszerek tárolására használt hőmérsékleti tartomány szerint két hőelvonásos tartósítási módszert különböztetünk meg. Hűtőtárolásról beszélünk, ha az élelmiszert 0–10 °C hőmérsékleten tartjuk, míg a fagyasztás és a fagyott tárolás 0 °C-nál jóval kisebb, többnyire –18 és –25 °C közötti hőmérsékleten történik. Ha a hőmérséklet a mikrobák szaporodási optimuma alá csökken, mind a szaporodás lappangási szakasza, mind a generációs idő meghosszabbodik. A minimális szaporodási hőmérsékletnél egyik vagy mindkét jellemző értéke végtelen hosszúvá válik, vagyis a szaporodás megszűnik. A hűtőtárolás hőmérséklete kisebb, mint a mikroorganizmusok többségének minimális szaporodási hőmérséklete, ezért azok szaporodását gátolja. A pszichrotrof és pszichrofil mikrobák még képesek ugyan szaporodni, de csak jelentősen lassabban. Ha a hőmérsékleten kívül egyéb környezeti tényezők értéke is kedvezőtlen a szaporodáshoz, akkor a minimális hőmérsékleti határ számottevően megnő. E tényezők, különösen a csökkentett oxigéntartalom kombinálása a kis hőmérséklettel igen eredményes tárolási módszert tesz lehetővé. Ez a szabályozott légterű tárolás lényege. A szabályozott légterű tárolóban a levegő összetételéhez viszonyítva kisebb oxigéntartalmat és általában nagyobb szén-dioxid-tartalmat állítanak be. Ez két szempontból előnyös. Egyrészt gátolja a betárolt gyümölcs vagy zöldség légzését, ezáltal lassítja az érést, másrészt gátolja a romlást okozó mikrobák szaporodását(12). 38
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A hűtés hatása nem csak szaporodásgátlás lehet. A mikroorganizmusok fokozatosan elpusztulnak, ha huzamosabb ideig a szaporodási minimumnál kisebb hőmérsékletnek vannak kitéve, még akkor is, ha az jóval a fagypont feletti. A mezofil fajok 0–10 °C között, a termofilok 30–40 °C-nál pusztulni kezdenek. Ez a pusztulás azonban igen lassú, a tizedelődési idő több nap vagy hét lehet. Különleges jelenség a gyors hűtés okozta hidegsokk. A hirtelen lehűtés, pl. 30–37 °C-ról 0–5 °C-ra, a mikrobák gyors pusztulását okozhatja. Erre a hatásra azonban csak a szaporodás exponenciális szakaszában levő sejtek érzékenyek, különösen a Gram-negatív baktériumok.
2.2.3.2. Fagyasztás Élelmiszereknél a fagyáspont nem 0 °C, hanem kisebb, és nem egy meghatározott hőmérséklet, hanem szélesebb zóna. A termék összetételétől függően a víz kifagyása általában –1 és –3 °C között kezdődik. Ez növeli az oldott anyagok koncentrációját a még nem fagyott vízben, következéskép az oldat fagyáspontja tovább csökken. Két komponensű rendszerben az egyetlen eutektikus pontnál az oldott anyag is kiválik, egyidejűleg a még visszamaradt víz is megfagy. Az élelmiszerek többkomponensű rendszerek, az egyes oldott összetevők kiválása különböző hőfokokon kezdődik. A víz általában nem fagyasztható ki teljesen (vö. a 2.4., 2.2. ponttal). Az erősen fagyott állapot, amely a kikristályosodott oldott anyagok és a jégkristályok és kevés maradék víz összetett rendszere, egyes élelmiszereknél, pl. gyümölcs- és zöldségféléknél –15 és –20 °C között, másoknál, pl. húsoknál csak –40 °C alatt jön létre. Ezek a jelenségek magyarázzák a fagyasztásnak a mikroorganizmusokra gyakorolt hatását. Nyilvánvaló, hogy az egyik tényező magának a hőmérsékletnek a csökkenése. A víz kifagyásával azonban az oldat töménysége nő és a vízaktivitása csökken. –5 °C-on a jéggel egyensúlyban lévő (eredetileg av > 0,98) oldat av-értéke 0,953, –10 °C-on már csak 0,907. Ezért a fagyott élelmiszerekben csak azok a mikrobák tudnak szaporodni, amelyek minimális szaporodási hőmérséklete kicsi és amelyek ugyanakkor elviselik a lecsökkent vízaktivitást is (pszichrofilok és xerotoleránsak egyszerre). Néhány mikroba, ha az élelmiszerben még folyadékállapota vizet talál, képes szaporodni –5, kivételesen még –10 °C-on is, azonban csak rendkívül lassan (a generációs idő 2–10 nap). A fagyasztás a mikroorganizmusokra pusztító hatású is lehet. A mikroorganizmusok ellenálló képessége a fagyasztással szemben különböző. Egyesek gyorsan elpusztulnak, mások sejtkárosodást szenvednek és a fagyasztási folyamat vagy a fagyott tárolás alatt pusztulnak el, ismét mások azt károsodás nélkül túlélik. Az utóbbiak közé tartoznak a baktériumspórák és sok Gram-pozitív baktérium, főleg kokkusz, míg a Gram-negatívok általában érzékenyek a fagyasztásra. A pusztító hatást befolyásolják a fagyasztás hőmérséklete és sebessége, a fagyott tárolás hőmérséklete és ideje, sőt a fel-engedtetés körülményei is. A pusztulás kiváltó oka a jégkristályok képződése és a vízaktivitás csökkenése. Kis fagyasztási sebességnél a kristályképződés extracellulárisan kezdődik, a külső oldatkoncentráció nő és kivonja a sejtekből a vizet. A lassú fagyás alatt a sejtek huzamosan ki vannak téve az erőteljes ozmózisos hatásoknak, ez fokozott pusztulásukat okozza. Nagy fagyasztási sebességnél viszont a kristályképződés már intracellulárisan megy végbe és ez ismét erősen károsítja a sejteket, túlélésük csökken (2.2.5. ábra).
39
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.2.5. ábra - A fagyasztási sebesség hatása a mikroorganizmusok túlélésére
Fagyott állapotban állandó hőmérsékleten a mikrobák pusztulása kezdetben gyors, majd fokozatosan lassul, míg a túlélők száma állandósul. A fagyponthoz közeli hőmérsékleteken (–2…–5 °C-on) a pusztulás mértéke nagyobb, mint –20 °C körül. Gyors felengedtetés folyamán a sejteket érő ozmózisos hatás ideje rövidebb, ezért a túlélés nagyobb mértékű. Lassú felengedtetés alatt viszont mód nyílik a mikrobaszaporodás megindulására. A mikrobák különböző érzékenysége miatt a mikroflóra összetétele a fagyasztás után jelentősen különbözhet a fagyasztás előttihez képest Általában számolni lehet a jobban ellenálló Gram-pozitív baktériumok feldúsulásával. A fagyasztás és fagyott tárolás, bár jelentősen csökkentheti a túlélő mikrobák számát, mégsem jelent sterilezést. A pusztulás mértékét az élelmiszerek bizonyos összetevői, mint védőanyagok, csökkenthetik. Általában azok a fagyasztási körülmények, amelyek a termék minőségére előnyösek, kedvezőek a mikroorganizmusok túléléséhez is. A felengedtetett terméken mindig találhatók mikroorganizmusok, amelyek romlást okoznak. Számolni lehet kórokozók túlélésével is. A termék csak addig eltartható, amíg változatlanul és tartósan fagyott állapotban marad. Ennek feltétele a folyamatos és megszakítás nélküli hűtőlánc is(56).
2.2.4. Sugárzások hatása a mikroorganizmusokra Élelmiszeripari szempontból az ultraibolya (UV) és az egyéb ionizáló sugárzás jön számításba. Az utóbbi lehet elektromágneses (pl. gamma) vagy egyéb részecske (pl. béta) sugárzás és eredhet természetes radioaktivitásból (pl. 60Co-izotóp gamma sugárzása), vagy létrehozható mesterségesen, nagy energiájú részecskegyorsítóban. 40
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Az UV-sugárzás viszonylag kis energiájú. A mikroorganizmusokra gyakorolt mutagén hatása régóta ismert, és annak tulajdonítható, hogy a DNS-molekulák erősen abszorbeálják a 260 nm-hez közeli hullámhosszú sugarakat. A többi ionizáló sugárzás energiája olyan nagy, hogy molekulákkal, atomokkal ütközve ionokat képez. Biológiai szempontból a besugárzott anyaggal közölt energiának van jelentősége, amit az anyag tömegegysége által elnyelt dózissal fejeznek ki. Egysége a Gray (Gy), amely 1 J elnyelt energiát jelent az anyag 1 kg tömegében (1 Gy = 100 rad). Az ionizáló sugárzás hatására a mikroorganizmusok pusztulása általában exponenciális jellegű. Gyakran tapasztalható azonban, hogy a túlélési görbék kezdete vagy vége a lineáristól eltér (2.2.6. ábra).
2.2.6. ábra - Mikroorganizmusok besugárzás melletti túlélési görbéi
A sugárzás okozta sejtpusztulás részben annak tulajdonítható, hogy a nagyenergiájú kvantumok a sejt életfontosságú molekuláival ütközve azokat inaktiválják. Másrészt a hatás közvetett: a vízmolekulák ionizációjából képződő rendkívül reakcióképes, szabad gyököknek tulajdonítható. Ezzel magyarázható, hogy a mikroorganizmusok sugártűrése száraz vagy fagyott állapotban fokozódik. A légköri oxigén fokozza, számos szerves anyag csökkenti a sugárzás pusztító hatását. A mikroorganizmusok sugártűrésében nincsenek olyan nagy különbségek, mint a hőtűrésben. A hő- és a sugártűrés nem jár feltétlenül együtt. Bár sugárzással szemben a baktériumok endospórái igen ellenállók, kiugróan sugárrezisztens néhány kokkusz alakú baktérium, ami ezek hatékony enzimeinek tulajdonítható a DNS-károsodás kijavítására. A mikroorganizmusok közt általában a Gram-negatív baktériumok érzékenyebbek, mint a Gram-pozitívok, a penészgombák érzékenyebbek, mint az élesztők. A mikroorganizmusokat pusztító dózisoknál nagyságrendekkel kisebb is letális az emberre, viszont nagyságrendekkel nagyobb sem inaktiválja az enzimeket (2.2.7. táblázat). 41
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.2.7. táblázat - Átlagos letális vagy teljes inaktivitást okozó besugárzási dózisok Szervezet Ember, emlősállat
Dózis (kGy) 0,005–0,01
Rovar
0,01–1
Vegetatív baktériumok és élesztők
0,5–10
Baktérium spórák
10–50
Vírusok
10–200
Enzimek
20–1000
Az UV-sugárzás gyakorlati alkalmazását a kis áthatoló képesség korlátozza. Emiatt elsősorban a levegő és felületek sterilezésére használható (pl. aszeptikus gyártóvonalaknál). Az ionizáló sugárzások három dózistartományát lehet az élelmiszerek tartósítására alkalmazni. A sugárzással történő sterilezés a radappertizáció. Hasonlóan a hőkezeléshez, az egészségügyileg megkövetelt minimális sugárdózist a Clostridium botulinum spórák 12 nagyságrendű csökkentéséhez szabják (12 D-elv). Mivel a legellenállóbb Clostridium botulinum spórák tizedelődési dózisa 3,3 kGy, a radappertizáló dózis ennek 12-szerese, mintegy 40 kGy. Ilyen nagy sugárdózis azonban az élelmiszerekben nemkívánatos érzékszervi változásokat okoz. A pasztőrözéshez hasonló, részleges mikrobapusztulást okozó sugárkezelést radicidációnak (5–10 kGy) vagy radurizációnak (1–4 kGy) nevezzük. Az előbbi dózistartomány elegendő a spórátlan kórokozó baktériumok elpusztításához, az utóbbi dózisok nagymértékben csökkentik a romlást okozó mikrobák számát és így növelik az élelmiszer tartóssági idejét. Az életben maradt mikrobák szaporodásának gátlását más tartósítási módszerek együttes alkalmazásával lehet elérni (pl. a besugárzást hűtéssel, fagyasztással, vízaktivitás-csökkentéssel kombinálva)(28). A sugárzásos élelmiszer-tartósítás ipari méretekben még nem terjedt el. A több évtizedes kutatómunka igazolta a sugárzás toxikológiai veszélytelenségét. Bizonyította azt is, hogy a besugárzás következményeként nem kell számolni fokozott rezisztenciájú mutánsok elszaporodásával, a patogének virulenciája sem fokozódik. A fogyasztóknak a besugárzott élelmiszerekkel szembeni pszichológiai fenntartásait azonban nehéz eloszlatni. Számos országban engedélyezték és üzemi méretekben alkalmazták az ionizáló sugárzást laboratóriumi és gyógyászati eszközök sterilezésére. Élelmiszerek kezelésére ígéretesebb a sugárpasztőrözés kombinált alkalmazása húsok, halak, gyümölcsök tartósítására. Különösen jó módszer a besugárzás az élelmiszeripari adalék- és segédanyagok (pl. fűszerek, cukor) mikrobás szennyezettségének csökkentésére. A radurizáló dózisoknál enyhébb (100–300 kGy) sugáradag is hatásosan gátolja a tárolt termények (burgonya, hagyma) csírázását (kihajtását).
2.2.5. A vízaktivitás-csökkentés hatása a mikrobákra A mikroorganizmusoknak anyagcseréjükhöz és szaporodásukhoz szabad, hozzáférhető vízre van szükségük. Az élelmiszerek szabad víztartalmának jellemzésére szolgál a vízaktivitás (av) fogalma. 42
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A vízaktivitás az oldatok fizikokémiai tulajdonságával van összefüggésben. Az oldatok gőznyomása (p) mindig kisebb, mint a tiszta oldószeré (p0) azonos hőmérsékleten. Ezt a viszonyt fejezi ki a vízaktivitás av = p/p0 Ugyanezt a viszonyt fejezi ki %-ban az egyensúlyi relatív páratartalom (ERP) is, ennek értékét azonban nem az oldatra vagy élelmiszerre, hanem a vele egyensúlyban lévő levegő páratartalmának jellemzésére használják. Híg, valódi oldatok vízaktivitása a Raoult törvényt követi, melynek értelmében av = 1 – x0 . Itt x0 az oldott anyag moltörtje a disszociáció figyelembevételével. Leggyakrabban az élelmiszer víztartalmáról van adatunk. A víztartalom és a vízaktivitás közti összefüggést a szorpciós izoterma mutatja. Az izoterma lefutását a termék biológiai-fizikai szerkezete és kémiai összetétele egyaránt befolyásolja. Sok esetben a víz adszorpciójakor, ill. deszorpciójakor meghatározható izotermák különböznek.
2.2.5.1. A mikroorganizmusok vízigénye A mikrobák szaporodása csak bizonyos vízaktivitás- határok közt megy végbe (2.2.8. táblázat). Túlnyomó többségük optimális szaporodásához nagy vízaktivitás szükséges, 0,980–0,995 között. Kisebb vízaktivitásoknál a lappangást szakasz meghosszabbodik és a szaporodási sebesség csökken. Általában a baktériumok vízigénye a legnagyobb. Szaporodásukat, kevés kivétellel, 0,91-nél kisebb av-érték gátolja. Az élelmiszeripari szempontból fontos kórokozó mikroorganizmusok szaporodása gátlódik av = 0,93 körül. Fontos kivétel a Staphylococcus aureus, amely 0,86 av-értéknél is szaporodik, de az enterotoxin-termelés már 0,93 av-nál megszűnik. A romlást okozó spórás és spórátlan baktériumok szaporodásának minimális av-értéke is 0,93 körül van, csak ritkán fordulnak elő valamivel kisebb vízaktivitásnál is szaporodó fajok vagy törzsek. A baktériumok közt kivételt képeznek a halofil baktériumok, amelyek szaporodásukhoz nagy sókoncentrációt igényelnek, vízaktivitás-tűrésük av = 0,75-ig terjed.
2.2.8. táblázat - A mikroorganizmusok szaporodásának minimális vízaktivitás igénye Mikrobacsoport
av
Baktériumok általában
0,91
Halofil baktériumok
0,75
Élesztőgombák általában
0,88
Xerotrof élesztők
0,80
Penészgombák általában
0,80
Xerotrof penészek
0,70 43
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Xerofil gombák
0,61
Az élesztőgombák szaporodásának minimális vízigénye kisebb, mint a baktériumoké. Köztük néhány, az élelmiszerekben gyakori faj kis vízaktivitást is el tud viselni. Ezek részben sótűrők és jól szaporodnak pácolt húsokon, savanyúságokban, egészen 11% sótartalomig (tömegtört, av = 0,93). Ilyen pl. a Debaryomyces hansenii. Mások, főleg Zygosaccharomyces fajok, nagy cukorkoncentrációjú termékekben is képesek szaporodni (szörpök, dzsemek, méz). Invertcukorban számolva még 60%-os tömegtörtet is eltűrnek, ami av = 0,85 értéket jelent. Ezeket „ozmofilnak” is nevezik, de helyesebb a xerotrof elnevezés. A penészgombák általában kis vízigényű mikroorganizmusok. A közönséges fajok közül a sporangiospórás penészek (Mucor, Rhizopus) vízigénye a legnagyobb, a minimális av-érték 0,93, míg az Aspergillus és Penicillium fajok többsége szaporodik még 0,78–0,80 av-nál is. Az Aspergillus glaucus-csoport tagjai jellegzetesen szárazságtűrők, optimális szaporodásuk av-értéke 0,96, minimális határ 0,71. Néhány gomba kifejezetten szárazságkedvelő (xerofil). Ezek nem szaporodnak 0,97nél nagyobb vízaktivitásnál. A Monascus bisporus szaporodásának minimális av-értéke az ismert legkisebb: 0,61(65). A csökkent vízaktivitás szaporodásgátló hatását olykor az oldott anyag minősége befolyásolja, ez azonban nem egyértelmű és a mikrobafajtól is függ. Kétségtelen viszont, hogy a vízaktivitás hatása függ a mikroorganizmusok szaporodására ható más tényezőktől. A legkisebb vízaktivitást a mikrobák szaporodásuk optimális hőmérsékleténél viselik el. A hőmérséklet, a pH, vagy más tényező szuboptimális vagy gátló értéke a csökkentett vízaktivitás szaporodásgátló hatását erősen fokozza. A viszony fordítva is igaz; ugyanekkor azonban a kis vízaktivitás csökkenti a hőkezelés pusztító hatásának eredményességét. A mikroorganizmusok szaporodásának minimális av-igényét tekintetbe véve az élelmiszerek biztonságos eltarthatóságát csak 0,70-nél kisebb vízaktivitásnál várhatjuk. Ilyen av-értéknél csak néhány xerotrof gomba szaporodásával kell számolnunk, de ezek az élelmiszerekben csak ritkán fordulnak elő, másrészt a kis vízaktivitásoknál szaporodásuk is nagyon lassú, csak több hónap alatt számottevő. A szorpciós izotermából visszaolvasva, a 0,70 av-hoz tartozó %-os víztartalmat tekintjük a tartósság szempontjából kritikus értéknek. Ez, különböző termékeknél, 20 °C-on 7–25% között lehet. Figyelembe kell azonban venni, hogy az erős hiszterézist mutató termékeknél, amelyeket deszorpcióval tartósítottak, egy adott av-értékhez nagyobb %-os víztartalom tartozik, ami a mikrobaszaporodást megkönnyíti(63). A vízaktivitás-csökkentés hatása elsősorban a szaporodásgátlásban jelentkezik. A tartósító eljárás (szárítás, besűrítés) alatt azonban a mikrobákat szubletális hőhatás is éri, ami a sejteket károsítja. A kis vízaktivitás miatt a sejtek nem képesek regenerálódni és a termék tárolása folyamán fokozatosan elpusztulnak. Ez a jelenség gyakran tapasztalható pl. a zöldségszárítmányok tárolásakor.
2.2.6. pH és szerves savak hatása a mikrobákra A pH egyike azoknak a lényeges környezeti tényezőknek, amelyek a mikroorganizmusok szaporodását és életképességét meghatározzák. A pH és a termék savassága egyedül is biztosíthatja a tartósságot, nagyon gyakran azonban más tényezőkkel (tartósítószerek, hő, vízaktivitás) kombinálva fejti ki hatását.
2.2.6.1 Savasság hatása A mikroorganizmusokra mind a szabad hidrogénionok koncentrációja, mind a disszociálatlan gyenge savak koncentrációja hat. A kettő közti viszonyt a Henderson– Hasselbach egyenlet fejezi ki: pH = pKa + lg [A–] – lg [HA], 44
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei ahol pKa a gyenge sav disszociációs állandójának negatív logaritmusa, [A–] a disszociált anion, [HA] a disszociálatlan molekula koncentrációi. pKa = pH, ha a sav 50%-a van disszociált állapotban. A mikroorganizmusok szaporodásának pH-tartománya széles (2.2.9. táblázat). A baktériumok többségét pH < 4,0 gátolja, az élelmiszeripari szempontból fontos két kivétel a tejsav- és az ecetsav-baktériumok csoportja. A baktériumokkal szemben az élesztő- és a penészgombák szaporodásának pH-optimuma a közepesen savas tartományba esik, és többségük elviseli az igen kis pH-t is. A mikroorganizmusok pH-tűrését jelentősen befolyásolja a savasságot előidéző sav kémiai természete. A disszociálatlan molekulának specifikus antimikrobás hatása van. Erősen savas élelmiszerekben a gyenge szerves savak disszociációja visszaszorul és saját antimikrobás hatásuk kerül előtérbe. Az étkezési savak specifikus gátló hatása citromsav–tejsav–ecetsav sorrendben fokozódik. A gyenge szerves savak antimikrobás hatékonysága disszociációs állandójuk és a pH függvénye (2.2.10. táblázat). A mikroorganizmusok szaporodásának gátlása általában már a disszociálatlan sav 0,01–0,1%-ánál (tömegtört) tapasztalható.
2.2.9. táblázat - Mikroorganizmusok szaporodásának pH-tartományai Csoport
Minimális
Optimális
Maximális
Baktériumok többsége
4,0–4,5
6,0–7,5
8,0–9,5
Tejsavbaktériumok
3,2–3,7
4,8–5,5
7,5–8,0
Ecetsav-baktériumok
2,8–3,0
3,5–4,5
5,0–6,0
Élesztőgombák
2,0–2,5
5,0–5,5
8,0–9,0
Penészgombák
1,6–3,0
4,5–6,0
7,5–11,0
2.2.10. táblázat - Étkezési savak és tartósítószerek disszociációja Sav
Disszociálatlan sav, %
pKa
3
4
pH 5
6
7
Ecetsav
4,8
98
85
35
5
0,5
Tejsav
3,8
87
39
6
0,6
00,6
Citromsav
3,1
53
19
0,4
0,006
0,001
Parabének*
8,5
100
100
99,9
99,7
96,7
Szorbinsav
4,8
97
82
30
4
0,5
Benzoesav
4,2
93
59
13
1,4
0,1
Hangyasav
3,7
85
36
5
0,6
0,06
Kénessav
1,8
5,5
0,6
0,04
0,001
0
45
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei * p-hidroxi-benzoesav metil-, etil- és propilészterei
2.2.6.2 Tartósítószerek Az élelmiszerekben használható savas tartósítószereknek három típusa van: • erős savak, pl. sósav, foszforsav, amelyek erősen disszociálnak és antimikrobás hatásuk főleg a nagy hidrogénion-koncentrációnak tulajdonítható. Érzékszervi szempontból főként csak üdítőitalok tartósítására használhatók; • gyenge szerves savak, pl. ecetsav, benzoesav, szorbinsav, amelyek hatékonysága főleg a disszociálatlan molekulának tulajdonítható, ezért hatásuk erősen pH-függő; • gyenge szervetlen savak sói, pl. nitrit, szulfit, amelyek kis pH-nál válnak erősen gátlóvá a mikrobákkal szemben. Élelmiszerekben csak olyan tartósítószer használható, amely az emberi szervezetre ártalmatlan. Toxikussága miatt számos nagyhatású antimikrobás vegyület tartósítószerként nem jöhet szóba. Néhány korábban használt tartósítószer (pl. szalicilsav, piro-szénsav dietilészter) engedélyezését potenciális ártalmasságuk miatt vonták vissza. Ebből a szempontból aggályos a nitrit pácsóként való használata húsokban, mivel felmerült a rákkeltő nitrozaminok képződésének lehetősége. A húsok színének kialakításában, valamint az enyhén hőkezelt húskészítményekben a Clostridium botulinum veszélyének kizárásához azonban a nitrit jelenleg nélkülözhetetlen. Kívánatos, hogy a tartósítószer hatásos legyen a kórokozó és a romlást okozó mikroorganizmusok minden fajtája ellen. Ilyen tartósítószer, sajnos, nincs. A szorbinsav például kifejezetten szelektív hatású az élesztő- és penészgombákkal szemben. A benzoesav és a propionsav is főleg gombák ellen hatásos. Az ecetsav, nagyobb, 1–2%-os koncentrációban a mikrobák többségét gátolja. Viszonylag széles antimikrobás hatásspektruma van a p-hidroxi-benzoesav észtereinek, amelyek további előnye, hogy neutrális pH-nál is hatékonyak.
2.2.7. Egyéb tényezők hatása a mikrobákra 2.2.7.1. Oxidációs-redukciós potenciál A mikroorganizmusok tevékenységét és szaporodását alapvetően befolyásolja energiatermelő anyagcseréjük, amelynek hatékonysága viszont az oxigénhez való viszonytól függ. A mikrobák aerob légzéssel sokkal több energiát szabadítanak fel, mint a különböző anaerob erjedési folyamatokkal. A mikroorganizmusok oxigénigényét a szaporodásukhoz kedvező redoxpotenciállal lehet kifejezni. A redoxpotenciál (Eh) és redoxkitevő (rH) és pH-érték közötti összefüggés:
46
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei ahol: F – a Faraday-féle szám, R – az egyetemes gázállandó, T – az abszolút hőmérséklet, Eh sima nemesfém (arany vagy platina) elektródon a normál hidrogén elektródhoz képest kialakuló potenciál. Az rH skála 0-tól 42-ig terjed, 0–15 rH-érték erősen redukáló, 25–42 pedig erősen oxidáló rendszert jelez. Hasonlóképpen a negatív Eh értékek redukáló, a pozitív értékek oxidáló körülményeknek felelnek meg. Az aerob mikroorganizmusok pozitív, 300 mV-ot elérő, vagy meghaladó redox-értékeket igényelnek a szaporodásukhoz, míg az anaerobok negatív, –300 mV-nál kisebb értékeknél szaporodnak. Egyes anaerobok elviselik az oxigén jelenlétét és a pozitív redoxpotenciál-értékeket is. Az élelmiszeripari szempontból jelentős aerotoleráns-anaerobok a tejsavbaktériumok. Számos baktérium és élesztőgomba fakultatív anaerob, levegő jelenlétében aerob légzést, oxigén hiányában erjesztést végez. A redoxpotenciál a pH-val és a környezet gázösszetételével együtt jelentősen befolyásolja az élelmiszerek romlási mikroflórájának összetételét és fontos tényező a vákuumcsomagolt és a szabályozott légtérben tárolt élelmiszerek eltarthatóságának meghatározásában. A redoxpotenciál szabályozása azonban közvetlenül nem kapcsolódik valamely feldolgozó vagy tartósító művelethez(35).
2.2.7.2. Gázok Mind a redoxpotenciál, mind a pH csökkentésével összefügg a szén-dioxid antimikrobás hatása. A vízben igen jól oldódó gáz, szénsav alakjában, 4–5 bar nyomásnál 3 pH körülire csökkenti a szénsavas üdítőitalok eredeti pH-értékét és ilyen körülmények közt nemcsak gátolja, hanem el is pusztítja a kórokozó és romlást okozó mikrobákat. A vákuumcsomagolt élelmiszerek gázterében a CO2-koncentráció 10–30%-ot ér el, ami gátolja az obligát aerob romlást okozó baktériumokat, viszont elősegíti a tejsavbaktériumok fejlődését. A szabályozott légterű tárolókban a gyümölcsök és zöldségek tárolásihoz általában 5–10% CO2-ot alkalmaznak. Húsok tárolását sokkal nagyobb, 20–75% CO2-ot tartalmazó atmoszférában végzik. A kén-dioxid, bár többnyire szulfit, biszulfit vagy metabiszulfit sóiként használatos, főleg csak szabad, nem ionizált, vízben oldott molekulák alakjában fejti ki antimikrobás hatását, amelyek aránya a pH-tól függ. Ezért a kén-dioxid csak 4 pH-érték alatt hatásos (2.2.7. ábra). Figyelembe kell azt is venni, hogy az élelmiszer különböző szerves vegyületei és gyökei (pl. szervas savak, fehérjék, tiol- és aldehid-csoportok) az SO2 jelentős hányadát megkötik. Borok tartósításához 30–70 mg/l szabad kén-dioxid-koncentráció szükséges, gyümölcslevek, különösen pedig gyümölcs-féltermékek (pulpok, velők) tartósításához pedig jóval több. A kéndioxid nemcsak mikrobagátló, hanem pusztító is, hatása azonban szelektív, elsősorban a gombákra hat (fungicid). Antimikrobás hatásán kívül a kén-dioxid az élelmiszeriparban antioxidánsként, redukálószerként is használatos(23).
47
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.2.7. ábra - Molekuláris kén-dioxid, biszulfit- és szulfit-ionok aránya a pH-érték függvényében
Fertőtlenítés, sterilezés céljára bizonyos esetekben az ózon és a formaldehid gőzeit is lehet használni. Jóval kiterjedtebb volt az etilénoxid alkalmazása gázsterilezés céljából (ma már nem engedélyezik). Az etilénoxid mikrobaölő hatásspektruma teljes. A baktériumspórák csak 2–10-szer ellenállóbbak, mint a vegetatív sejtek. A pusztító hatás a gázkoncentráción kívül a hőmérséklet, a relatív páratartalom, a behatási idő függvénye, továbbá befolyásolja a termék mérete és a csomagoló anyag minősége is. A hatásos koncentráció általában 400–1000 mg/l, 30–40 % ERP-nél és 35–40 °C-on. Az etilénoxid azonban robbanásveszélyes és az emberre toxikus, ezért alkalmazásához megfelelő berendezés is (sterilező kamra) szükséges. Használata különösen szárítmányok és fűszerek sterilezéséhez volt előnyös.
2.2.7.3. Antibiotikumok Az antibiotikumok rendkívül hatásos antimikrobás szerek, és elsődleges alkalmazási területük a gyógyászat. Annak érdekében, hogy az antibiotikumokkal szemben a mikrobák rezisztenciája ne fejlődjön ki, a gyógyászatilag fontos antibiotikumok más célú felhasználását el kell kerülni. Ezért élelmiszeripari célra is csak olyan antibiotikumok használhatók, amelyeket a gyógyászatban nem alkalmaznak. Közülük kettő jön szóba, a nizin és a natamicin (pimaricin). A nizin a tej savanyodását okozó és oltótenyészetként is használt Streptococcus lactis terméke. Polipeptid-típusú antibiotikum, ennek ellenére hőálló. Csak a Grampozitív baktériumokkal szemben hatásos, 2–10 mg/l koncentrációban alkalmazható konzervek hőkezelés-szükségletének csökkentésére, amikor is a hőkezelést túlélt spórák kicsirázását gátolja. A natamicin makrolid-típusú antibiotikum, a Streptomyces natalensis terméke. Elsősorban gombák ellen hatásos, viszonylag nagy, 500–1000 mg/l koncentrációban. Bizonyos kolbászfélék és sajtok penészedésének gátlására, szemesterményeken, magvakon a mikotoxint termelő gombák fejlődésének megakadályozására használható. 48
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.2.8. Tisztítás, fertőtlenítés, higiénia A fogyasztóra veszélytelen és tartós élelmiszer előállításának feltétele – a kifogástalan minőségű nyersanyagok és segédanyagok felhasználásán túl – az élelmiszerfeldolgozás egész technológiai folyamatának tiszta, higiénikus volta.
2.2.8.1. Higiéniai követelmények Az élelmiszer-feldolgozás higiéniai követelményei már az élelmiszeripari üzem létesítésével, telepítésével, elrendezésével kapcsolatban felmerülnek. Az üzemet a környezetéből nem érhetik káros, higiéniailag kedvezőtlen hatások (pl. porszennyezés, rovarok vagy rágcsálók tömeges behatolása, kémiai szennyeződés). Az élelmiszeripari üzem sem szennyezheti a környezetét (pl. hulladékokkal, szennyvízzel) . Az üzemi épületek kialakítása tegye lehetővé a tiszta és a szennyezett termelési vonalak egymástól való elkülönítését. Az épületek fala, padozata hézagmentes burkolatú, könnyen tisztítható és fertőtleníthető legyen. A termelő (előkészítő, feldolgozó, csomagoló, raktározó stb.) helyiségeken kívül a személyi higiéniát szolgáló létesítményekről (pl. öltözők, fürdők, WC-k) és egyéb szociális helyiségekről (pl. ebédlő) is gondoskodni kell. Az élelmiszerek feldolgozásához használt berendezéseknek, felszereléseknek sok lényeges higiéniai követelményt kell kielégíteniük. Anyagukból nem kerülhet az élelmiszerbe káros összetevő. Kialakításuk, összeszerelésük, felületük tegye lehetővé könnyű tisztításukat, fertőtlenítésüket. A higiéniai követelmények nyomatékosan vonatkoznak az élelmiszer feldolgozását végző dolgozók személyi higiéniájára. Élelmiszeripari üzemben foglalkoztatott dolgozót a felvétele előtt és a munkaviszonya alatt időszakosan orvosi vizsgálatra kell küldeni. Csak egészségügyileg alkalmasnak nyilvánított dolgozó állítható munkába. Az élelmiszeripari üzem köteles a személyi higiénia tárgyi feltételeit megteremteni (kézmosó-fertőtlenítő berendezés, védőruha stb.). A dolgozó viszont köteles ezekkel a lehetőségekkel élni. A különböző iparágak sajátosságai és a termékek típusai szerint a technológiai utasítások nagyon eltérőek ugyan, a bennük foglalt higiéniai előírásoknak azonban számos közös pontja van. Ilyen általános higiéniai követelmény pl., hogy a nyersanyagokat a szennyeződéstől meg kell tisztítani, a mosáshoz ivóvíz minőségű vizet kell használni. A technológiai utasításban előírt műveletek jellemzőit (pl. hőfok, idő, koncentráció) pontosan be kell tartani, és lehetőség szerint automatikus regisztráló berendezéssel is ellenőrizni kell (pl. az előfőzés, a sterilezés, a fagyasztás, a szárítás körülményeit). A feldolgozás folyamán az élelmiszert óvni kell a szennyeződéstől és minden, higiéniai szempontból káros behatástól. Ez az általános, de alapvető gyártáshigiéniai követelmény magában foglalja a gyártástechnológiai előírások pontos betartását, és igényli az ún. jó gyártási gyakorlat megvalósítását.
2.2.8.2. Takarítás, tisztítás, fertőtlenítés A gyártástechnológia szükségszerű és nélkülözhetetlen része a takarítás, tisztítás és fertőtlenítés. E műveletek munkafolyamatát részletes előírásban kell rögzíteni, amely a gyártástechnológiai utasítás részét képezi. 49
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei E műveletek együttes célja az, hogy az élelmiszer-feldolgozó üzem egészében olyan higiéniai állapotot teremtsünk, amely eleve lehetővé teszi a mikrobiológiai romlások és a kórokozókkal való fertőződés elkerülését A takarítás, tisztítás és fertőtlenítés tehát alapvetően megelőző jellegű. A tisztítószerek olyan kémiai anyagok oldatai, amelyek felületaktív (tenzid, detergens) tulajdonságuk révén elősegítik a felületek, eszközök, berendezések mentesítését a mechanikai szennyeződéstől. A fertőtlenítőszerek a vegetatív (spórátlan) mikroorganizmusokat, köztük a kórokozókat is elpusztító vegyületek. A tisztító- és a fertőtlenítőszerek közti határvonal egyre inkább elmosódik. Számos fertőtlenítőszer egyúttal hatásos detergens, a korszerű tisztítószerek pedig mikrobiológiai hatásúak is. A fertőtlenítőszerekkel szemben követelmény a széles mikrobaellenes hatásspektrum. Tudni kell azonban azt, hogy sterilező hatás nem várható el tőlük. A baktérium spórák és néhány ellenálló vegetatív sejt életben maradhat. A fertőtlenítőszerek hatékonyságát számos tényező befolyásolja: koncentráció, idő, hőmérséklet, pH, a szerves anyagok jelenléte, a felület jellege stb. A fertőtlenítési időt döntően meghatározza a mikrobiológiai szennyezettség mértéke. A hőmérsékletnövelés általában fokozza a hatást, míg a szerves anyagok, pl. fehérjék, zsírok csökkentik azt, ezért célszerű a fertőtlenítést megelőző tisztítás. A fertőtlenítőszerek két fő csoportját a halogének és a felületaktív vegyületek képezik. A halogének erőteljes mikrobaölő hatása oxidáló tulajdonságukon alapul. Főleg klórvegyületek (pl. hipoklorit) ritkábban jódot tartalmaznak (pl. losan). Hatékonyságuk erősen függ a szerves anyagok jelenlététől. A felületaktív fertőtlenítőszerek hatásos detergensek is. Legfontosabb típusuk a kvaterner ammónium-vegyületek (pl. nitro-genol). A takarítás, tisztítás és fertőtlenítés végrehajtásának első lényeges szempontja a folyamatosság és a rendszeresség. A takarítást, tisztítást műszakonként, a fertőtlenítést naponként el kell végezni. Időnként (hetenként, gyártási szezon előtt, után) teljes körű, általános takarításra, tisztításra, beható fertőtlenítésre van szükség. A takarítás, tisztítás és fertőtlenítés eredményességének feltétele a helyes végrehajtási mód. Lényeges, hogy a fertőtlenítést alapos tisztítás előzze meg. A tisztítás és fertőtlenítés folyamán a szennyeződést részben mechanikailag (erős vízsugárral, keféléssel, súrolással), részben kémiailag (forró vízzel, tisztítószerekkel, detergensekkel, fertőtlenítőszerekkel) távolítják el. A műveletek hatékonyságát kézi és gépi eszközök fokozzák. Ezek alkalmazására többféle nagynyomású gépi berendezés szolgál. Fertőtlenítőszer nélkül is igen hatásos a mikrobapusztulás gőzzel. A tisztítás és fertőtlenítés korszerű módja a zárt rendszerben, helyben történő eljárás (ún. CIP módszer). Ez megvalósítható a csővezetékekben, a rendszer berendezéseiben keringtetett tisztító és fertőtlenítőszerrel. Nagyobb berendezésbe, tartályokba beépített álló vagy forgó szórófejeken, nagy nyomással juttatják be a tisztító-fertőtlenítő anyagot. A takarítás, tisztítás és fertőtlenítés végrehajtásának további követelménye a szakszerűség. Ezt a munkát csak hozzáértéssel lehet jól elvégezni, ezért ezt szakmunkának kell tekinteni. A vele megbízott dolgozókat különleges feladatukra ki kell képezni. Erre munkavédelmi okokból is szükség van. A munka irányítása és ellenőrzése is szakképzett személyt igényel. A tisztító- és fertőtlenítőszerek választékából a termék jellegétől függően kell a megfelelőt kiválasztani. Időnként, az alkalmazkodott, ellenálló mikroflóra elpusztításához a fertőtlenítőszert cserélni kell. A rendszeres higiéniai ellenőrzés feladata, hogy feltárja a higiéniai rendellenességeket, érvényre juttassa a higiéniai, tisztasági és fertőtlenítési előírásokat mind az üzem környezetében és épületeiben, mind a technológiai folyamatokban, mind pedig személyi vonatkozásokban.
50
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.3. Enzimek szerepe a tartósítóipari technológiákban 2.3.1. Általános ismeretek Az élelmiszergazdaságban egyre nagyobb teret hódit a különböző enzimek, enzimkészítmények hasznosítása: a mezőgazdaság és az élelmiszeripar egyaránt igényli a biokatalizátorokat a biomassza hatékonyabb átalakítása és a termékek minőségének megóvása érdekében. Az enzimkészítmények alkalmazásának elterjedéséi két fő tényező motiválja: a) Az enzimkészítmények alkalmazásával új termékek tömeges, ipari méretű előállítása valósítható meg (glükóz-fruktóz szörp előállítása szacharóz helyett, a cukorrépa helyett kukoricakeményítőből). b) Az enzimkészítmények gazdaságos előállítása a mikroorganizmusok fermentációs tenyésztésével gazdaságosabban oldható meg, mint növényi vagy állati szövetekből való kinyerés útján. Hazánkban ma már egyre több enzimkészítményt gyártanak baktériumok, élesztő- és penészgombák kivonataiból. A biokatalitikus ipar az élelmiszeripar külön ágává kezd válni, de legalábbis sikerrel helyettesit biológiai művelettel néhány fizikai-kémiai eljárást A géntechnikai módszerekkel jelentős hatékonyság-növelést, egyes esetekben új terméket érhetünk el a törzsszelekció tökéletesítésével, vagy génmanipulációs úton az örökítő anyag átvitelével és kiváltásával. A hagyományos mikrobiológiai módszerek mellett egyre nagyobb szerepet kap az egymástól eltérő fajok egyesítését, kombinációját lehetővé tevő protoplaszt-fúzió, de még többet ígér az örökítő anyag (DNS) egyes részeinek izolálása és vektorokkal, vagy egyéb módon egy másik sejtbe bevitele. Ez a géntechnikai eljárás lehetővé teszi termotoleráns, nagyobb aktivitású és stabilitású enzimek kinyerését a ma még csak különböző forrásokból, azok kombinációjával kialakított enzimkészítmények helyett. A növényi enzimek három nagy csoportba sorolhatók: • hidrolázok (ezen belül szacharózok, proteázok, foszfatázok és pektinbontó enzimek); • oxidoreduktázok (ezen belül peroxidázok, katalázok, glükózoxidázok és polifenoloxidázok); • celluláz.
2.3.2. Az endogén és exogén pektinázok szerepe a tartósítóiparokban A pektinek a magasabbrendű növények primer sejtjeinek középső lemezében (protopektin) és falában helyezkednek el; kémiailag poliszacharidok. A pektinekre ható enzimek: a pektinészterázok, a pektin-liázok, a poligalakturonázok és a pektátliázok – a molekula különböző pontjain hatnak (2.3.1. ábra). Kémiai hatásukat tekintve észterbontó vagy depolimerizáló enzimek. 51
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.3.1. ábra - Pektinbontó enzimek támadási pontjai a pektinláncon; A pektin metil-észteráz (PE) a metoxil-csoportokat hasítja le. Pektinliáz (pektintranszelimináz, PTE) nagy észterezési fokkal rendelkező pektint, a pektátliáz (LMPL – low methoxyl pectinlyase) a kis észterezési fokkal rendelkező pektint, míg a poligalakturonáz (PG ) a pektinsavat bontja, a pektinlánc felhasításával
A déligyümölcsökben lévő észterázok csökkentik a belőlük készült levek (juice-ok) zavarosságát azáltal, hogy az elbontott pektin a jelenlévő kalciumionokkal reagál, koagulál és csapadékot (pektátgélt) képez. Ezt a jelenséget hevítéssel vagy fagyasztással lehet gátolni. A már kialakult gélből a pektin nem regenerálható. A paradicsomlevet hideg vagy meleg eljárással áttörés (passzírozás) útján nyerik a gyümölcsből. Hideg áttörés után a melegítéssel addig várnak, amíg a pektinészteráz az erősen észterezett pektineket át nem alakította a kis metoxitartalmú frakcióvá, amelyen a poligalakturonáz kifejtheti hatását. Az így kapott termék viszonylag kis viszkozitással rendelkezik. A meleg eljárásban ezzel szemben a levet gyorsan felmelegítik, hogy megtartsa nagy viszkozitását; erre a termékre egyre nagyobb a kereslet. A kereskedelmi forgalomban lévő pektináz-készítmények csaknem kizárólag Aspergillus niger tenyészetéből készülnek és különböző mennyiségben tartalmaznak poligalakturonázt és pektinészterázt. Ilyen készítményeket elsősorban a nagy fokban észterezett pektint tartalmazó almalé viszkozitásának csökkentésére és derítésére hasznainak, az egyéb értékes összetevők megtartásával. A pektinbontó enzimek működését gátolják az almában le-vő fenoloxidáz reakciótermékei. Ezért a pektinázreakciók időtartama megrövidíthető, ha a levet félórás levegőztetéssel előoxidálják. A pektinészterázzal kezelt almalé a kezeletlenhez képest kb. 10-szeres mennyiségű metanolt tartalmaz, amely a lé betöményítésekor a vízgőzzel eltávozik. A gyümölcsből készült, vízben nem oldható növényi részeket aprítva és diszpergálva tartalmazó, viszkózus, sűrű levek neve: nektár. Ezeket a bogyós és egyéb gyümölcsökből zúzással, áttöréssel, darálással állítják elő. A termék ehető részét homogenizálják, majd vizet, cukrot és savat (citromsavat és/vagy aszkorbinsavat) adnak hozzá. 52
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A homogenizált anyagot gyors hőkezelésnek vetik alá a poliészteráz-aktivitás gátlása céljából. Ezután esetenként depolimeráz enzimeket tartalmazó készítményt adnak hozzá, amely csökkenti a sejtek közötti, tehát a szöveti kohéziót, de nem bontja el a pektinmolekulát Ez a művelet a macerálás. Az enzimes macerálást különleges minőségű gyümölcslevek gyártására is alkalmazzák. Az itt használt készítmények pektinbontó készítmények mellett cellulázt is tartalmaznak. A gyümölcsital-gyártás legtöbb terméke külföldön narancsból készül. A narancs nagy koncentrációban tartalmaz természetes pektinészterázt. Ha a kisajtolt levet elég hosszú ideig hagyják állni, az enzim 65%-ában lebontja a pektint és a képződő pektinsav kalciummal csapadékként kiválik. Ennek megelőzésére az enzimet forrón inaktiválják, vagy a terméket –20 °C-on tartják, vagy poligalakturonáz segítségével elhasítják az észteráz által elbontott pektint, még mielőtt a kalciummal koagulálna. A szőlőben kétféle pektinbontó hatás mutatható ki: • a pektinészteráz metanolt tesz szabaddá, amely főként a szemek héjában koncentrálódik; • a poligalakturonáz csökkenti a lé viszkozitását a már demetoxilezett pektin elbontásával, ugyanakkor gátolja is a pektinészteráz aktivitását. Jobb minőségű termékek előállítása céljából a szőlőlevekhez, mustokhoz és borokhoz is használni kell külső enzimeket, mégpedig már a sajtolás szakaszában. Ezekkel • növelik a lé hozamát; • meggyorsítják a must és a bor tisztulását; • módosítják az italok aroma-összetételét és organoleptikus tulajdonságait; • megrövidítik a kezelési időket. A növényi nyersanyagból – alapanyagból – kiinduló élelmiszer-előállítás egyik legnagyobb tömeget képviselő ágazatcsoportja a zöldség-gyümölcs feldolgozás. E közös nyersanyagbázison működnek a konzervipari, borászati, hűtőipari, üdítőipari ágazatok, melyek az alapanyagot tisztán vagy keverékként, nyers vagy félkész formában használják fel, rendkívül változatos terméktípusok előállításához. Az alkalmazott gyümölcs- és zöldségalapanyagok közös sajátossága, hogy összetételükben, fajtától és típustól függően, különböző mennyiségű és jellegű pektin alkotórészt tartalmaznak. Az alapanyagok pektintartalma jelentősen befolyásolja az élelmiszer-feldolgozás technológiai lépéseit, hiszen ezen állománybiztosító természetes anyag jelenléte pozitív vagy negatív hatást gyakorolhat az előállított élelmiszer minőségére. Ennek következtében a nyersanyagok pektintartalmát olyan mértékben csökkentik vagy módosítják, amely legjobban kedvez az adott késztermék minőségi követelményének, leginkább fizikai-kémiai tulajdonságok tekintetében. E pektintartalom módosítására legjobban bevált módszer a pektolitikus enzimek alkalmazása, amely más eljárásokkal szemben (hőkezelés, hidrolízis) sokkal kíméletesebb és specifikussága révén alig, vagy egyáltalán nem sérti a nyersanyag egyéb komponenseit. A pektolitikus enzimek alkalmazásának másik célja, a minőségstabilizálás mellett, a technológiai folyamatok megkönnyítése, egyszerűsítése, továbbá a termékelőállítás önköltségének csökkentése, főleg a fajlagos anyag- és energiaráfordítás csökkentése révén, vagy azzal, hogy lényegesen eszközigényesebb műveleteket vált ki. 53
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A pektolitikus (pektinbontó) enzimek az alkalmazás valamennyi esetében a nyersanyag eredeti pektintartalmát csökkentik, s az alkalmazott enzim tulajdonsága (észteráz, galakturonáz, liáz aktivitása) és a választott paraméterek szabják meg a végeredményt. A pektolitikus enzimek legfontosabb alkalmazási területei a következők: a) derítés, b) macerálás, dezaggregálás, c) lényerés, d) minőségjavítás, új termék előállítás, e) elfolyósítás. E hatásokat pektin-észteráz, exo- és endogalakturonáz és pektinliáz enzimkészítmények egyedi vagy ezek keverékének alkalmazásával érik el. Újabban a pektinbontó enzimeket amiláz és celluláz készítményekkel keverve alkalmazzák a jobb hatásfok elérésére, vagy olyan enzimeket igyekeznek előállítani, amelyek amilolitikus, pektolitikus és cellulolitikus aktivitással egyaránt rendelkeznek, az egyes eljárásokat a későbbiekben részletezzük. A pektolitikus enzimkészítmények további szélesebb alkalmazása várható egyrészt a multi-enzim hatású, másrészt a speciális aktivitású készítmények kifejlesztésével, melyek révén szabályozott konzisztenciájú és összetételű élelmiszeralapok és élelmiszerek előállítása valósulhat meg. A pektolitikus enzimek sikeres alkalmazását a jól kezelhető és az egyenletes minőségű enzimkészítmények felhasználása mellett a magas fokon gépesített, műszerezett és szabályozott, esetleg programozott technológiai sor biztosíthatja. Ezzel lehet elérni, hogy az enzimalkalmazás paraméter-optimumai a káros ingadozás hatérértékein belül legyenek tarthatók. A gyümölcsléből készült italok választékának bővülésében és minőségének javításában fontos szerepet játszanak a pektinbontó enzimek. Ilyeneket minden gyümölcs maga is tartalmaz, de az új technológiák és új típusú gyártmányok megkívánják további enzimek adagolását, esetleg az endogénekkel azonosakat is. Emellett az italgyártó iparág is él a biotechnológiában kidolgozott eljárással és újabban a rögzített enzimek alkalmazásával is próbálkozik. E téren azonban a lehetőségek még feltárásra, egyes nehézségek megoldásra várnak.
2.3.2.1. Derítés A pektinbontó enzimkészítmények első és napjainkban is legnagyobb tömeget képviselő alkalmazása a tiszta, szűrt gyümölcs-, zöldség- és szőlőlé, bor előállításában jelentkezik. A derítés folyamán a préslevek lebegő rosttartalmát lényegesen könnyebb kiszűrni, mivel a pektintartalom elbontásával a diszpergáló közeg (oldat) viszkozitása jelentősen csökken. A derítés céljára először olyan enzimeket alkalmaztak, melyek zömmel pektinészteráz aktivitással rendelkeznek (Phylazim, Pektinol stb.). Az utóbbi időben e célra a pektinliáz felhasználása növekvő tendenciát mutat, annak következtében, hogy ez az enzimtípus, pl. Phylaliáz a nagy észterfokú pektinek bontására is képes, metanolképzés nélkül. A derítő enzimek segítségével állít hatók elő az alma- és színesgyümölcs-sűrítmények levei, és javítható a borkészítés technológiája is. 54
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.3.2.2. Macerálás, dezaggregálás A komplex pektinbontó enzim- készítmények közül azok, melyeknek az endopoligalakturonáz típusú aktivitásuk dominál vagy jellemző, képesek a növényi szöveteket úgy bontani, hogy azok különálló sejtekre esnek szét. Fontos a sejtfalak középlamelláiban lévő protopektin bontása. Ezen hatás révén a növényi szövetekből mechanikus hatás nélkül (passzírozás, homogénezés stb.) finom konzisztenciájú püré, mártás, alapanyag vagy ital állítható elő. Az aprítás elmaradásának másik technológiai és gazdasági előnye jelentkezik a feldolgozási veszteség csökkenésében (passzírozás), vagy a sűríthetőség javulásában, ami egyúttal anyag- és energiamegtakarítással is együtt jár. Példaképp említhető a paradicsomfeldolgozás, amelynél Phylendonase (Rohament) enzimkészítmények alkalmazása mellett 12% passzírozási veszteség-csökkenés, 6–8% szárazanyag hozamnövekedés érhető el. Gazdasági előnyök mutatkoznak gyümölcsök és más zöldségek feldolgozása esetében is, melyeket növel még a magasabb sűrítési fokozat elérése és a sűrítő berendezés jobb kihasználhatóságának esélye.
2.3.2.3. A lényerés fokozása A zöldség és gyümölcs (szőlő) szűrt leveinek előállítása a préslé-kihozatal növelésével válik gazdaságosabbá. A pektinbontó enzimkészítmények préselés előtti és közbeni alkalmazása, csökkentve vagy megszüntetve a törköly víztartó pektintartalmát és csökkentve a lé viszkozitását, növeli az elérhető léhozamot és gyorsítja a préselés folyamatát. E célra mind a pektinészteráz, mind a pektinliáz, mind az endopoligalakturonáz típusok alkalmazhatók. Az enzim alkalmazása a primer kinyerés (préselés), vagy a présmaradékból történő lényerés fázisában megvalósítható. Így esetenként, különösen tárolt nyersanyag esetén, 5–10%-os lényeredék növekedés érhető el.
2.3.2.4. Minőségjavítás, új termékek előállítása A pektolitikus enzimkészítmények közül az endopoligalakturonáz aktivitású készítmények különös előnye, hogy maceráló hatás mellett növelik a táplálkozásélettanilag és termékminőség szempontjából fontos élelmi komponensek vízoldékonyságát. Ennek következtében a vitamintartalom hozzáférhetősége növekszik, a termékek színe javul, az esztétikai megjelenéssel együtt. A maceráló hatás alkalmazásával új technológiai megoldások és terméktípusok meg jelenése várható. A rostos zöldséglevek, koktélok előállítása külföldön ezen enzimtípusok alkalmazásával vált lehetségessé. Ennek során olyan nyersanyag-kombinációból készült ivóié, nektár, amely korábban elképzelhetetlen volt, pl. a paprika–cékla–zeller alapú lé.
2.3.3. Enzimes elfolyósítás A zöldség- és gyümölcsfeldolgozás egyik jellemző technológiai megoldása a levek és pürék előállítása, melynek során az alapanyagok rosttartalmát részben (passzírozás), vagy teljesen (préselés) eltávolítják. Mindkét esetben a rosttartalom kikerül a humán táplálkozás köréből, magával víve számos táplálkozási értelemben is értékes komponenst. Az utóbbi időben fokozódik a törekvés az olyan technológiák megvalósítása irányában, melynek során a növényi szövetet „elfolyósítják”, így praktikusan teljességgel megőrzik az eredeti tápanyagforrás csaknem valamennyi komponensét, folyékony formában. A rosttartalom, illetve a szerkezet átalakítását vagy enzimkeverékkel (pektolitikus, amilolitikus és cellulolitikus típusok keveréke) érik el, vagy olyan enzimekkel, amelyek mindhárom típusú aktivitással rendelkeznek. E technológiai eljárás előnye, a táplálkozási érték növelése mellett, a hulladékmentes technológia megvalósulásában, egyszerűbb levezethetőségében jelentkezik. Emellett a rosttartalom lényeges szerkezeti átalakítása következtében homogénebb terméktípusok (velő, mártás, leves, krém, nektár, koktél stb.) állíthatók elő. Ezzel együtt olyan félkész-típusok is előállíthatok, melyekből speciális, újabb készítmények (sűrítmények, porok, turmixok, fagylaltporok) gyárthatók, kiküszöbölve a korábbi, rostmegjelenésből eredő, technológiai és gyártmányfejlesztési nehézségeket, egy speciálisan kedvező konzisztencia beállítása révén. 55
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.3.4. Enzimek immobilizálása Az immobilizálás célja az enzimmolekula helyhez kötött rögzítése és ezáltal módosítása, mozgásának kis térre való korlátozásával, katalitikus aktivitásának csökkentése nélkül. Az immobilizálási technika előnyei: • lehetőség az enzimes reakciók jobb ellenőrzésére; • folytonos eljárások; • nagyobb reakciósebesség; • az enzim teljes visszanyerhetősége; • költségcsökkentés; • hagyományosan nem alkalmazható enzimek bevonása; • alkalmazás olyan körülmények között, amelyek az oldott enzimet inaktívvá vagy instabillá teszik; • idegen enzimek eltávolításának egyszerűbb lehetősége. A rögzített enzimek gyakorlati haszna az, hogy • a reakcióelegyből tetszés szerint kivonhatók és abba visszahelyezhetők, s ezáltal a reakció biztosan ellen őrizhető, esetleg automatizálható; • helyhez kötött enzim megengedi a reakcióelegy tetszés szerinti keverését vagy a szubsztrátum áramoltatását. Az immobilizálásnak elméleti értéke is van, amennyiben • némileg utánozza az élő sejtben lévő enzimek működési állapotát; • másfelől néha a természetes, oldott enzimhez képest új tulajdonságok tanulmányozhatók a segítségével. Az enzimek immobilizálására négy alapvető eljárás használatos: • adszorbeáltatás oldhatatlan hordozó felületén; • befogás gélszerű mátrixban; • kovalens kötés létesítése az enzim és az oldhatatlan hordozó között; • molekuláris kötések létesítése. 56
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Az enzimben az immobilizálás hatására bekövetkező változások legtöbbször a szerves, vagy szervetlen anyagú hordozó felületének elektrosztatikai töltésétől függnek. Ezzel kapcsolatban fontos tényező az enzimaktivitás szempontjából optimális pH-tól való eltérés. Az immobilizálás által kiváltott kinetikai változásokat a hordozó töltésén kívül annak pórusmérete, továbbá a keverés vagy a szubsztrátumáramlás sebessége befolyásolja. Az immobilizálás általában kedvezően hat az enzim hőérzékenységére és stabilitására. A stabilitást sztatikus vagy dinamikus körülmények között mérik és az aktivitás felezési idejével jellemzik. Az italgyártásban az immobilizált enzimek alkalmazásának döntő tényezői: • az immobilizálással elérhető megtakarítás; • az immobilizált enzim aktivitása és stabilitása; • a szubsztrátum enzimes kezelés előtti tulajdonságai; • mikroorganizmusok esetleges növekedése az enzim alkalmazása folyamán. A felsorolt tényezők nem függetlenek egymástól, pl. a megtakarítást nemcsak az enzim, a hordozó és az alkalmazott módszer befolyásolja, hanem az immobilizált enzim stabilitása is. Az immobilizálás technikája gyakran befolyásolja a hordozón kifejtett enzimaktivitást. Immobilizált pektinbontó enzimek alkalmazása az italgyártás területén egyelőre kezdeti szakaszában van. Laboratóriumi csőreaktorban vagy biokatalizátor-ággyal töltött oszlopban sikerrel próbálták ki ezzel a módszerrel almalé, must és bor derítését. Nagyobb méretben almabort kezeltek nejlonon immobilizált pektinészterázzal. Depolimerázok jelenléte gátolta a pektinészteráz működését. Szizálra rögzített kereskedelmi, pektolitikus enzimkészítményt narancs- és citromlé derítésére alkalmaztak jó eredménnyel. Immobilizált enzimek ipari méretű felhasználását gyümölcsből készült italok gyártására gazdasági, jogi és műszaki tényezők egyaránt befolyásolják. Az immobilizálás megdrágítja az enzimköltséget, amely önmagában nem nagy, mivel igen kevés enzimet, 100 kg kezelendő termékre számítva 5–10 g-ot kell használni. A jelenleg kevéssé tisztított enzimek olcsók is. Az immobilizálási technikához azonban igen tiszta, tehát sokkal drágább készítményekre van szükség, így az enzimek regenerálása fontos gazdasági tényezővé válik. Technikai problémaként meg kell említeni a pektolitikus aktivitások pontos szabályozásának nehézségét, amely a kezelt alapanyag pektinkoncentrációjának ismeretében lehetővé tenné előre meghatározott eredmény elérését, továbbá az egyelőre igen nagy munkával járó, tehát gazdaságilag nem megoldott szétválasztásokat Ugyancsak általános gondot okoz a gyümölcslevek savtartalma, tehát a pektinbontó enzimek optimális értékénél lényegesen kisebb pH-ja, valamint polifenolok jelenléte, amelyek felgyűlnek az immobilizált enzimen és azt fokozatosan inaktiválják. Ez elsősorban a pektinészterázra és a poligalakturonázra vonatkozik. Az ipari gyakorlat számára nehezen megoldható a nagy folyadéktérfogatok kezelése. Ehhez – abban az esetben, ha az immobilizált enzim aktivitása nem elég nagy és nem a kívánt mértékben specifikus – szokatlanul terjedelmes reaktorokra van szükség A felsorolt nehézségek alapján, de ismerve az immobilizált enzimrendszerek használatából származó előnyöket is, a kutatást a pektolitikus enzimek területén is folytatni kell, mégpedig a következő irányokban: 57
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei • olyan, könnyen tenyészthető mikroorganizmusok izolálása, amelyek egyedi vagy erősen specifikus enzimműködést fejtenek ki; • kereskedelmi enzimkészítmények immobilizálása, utólagos tisztítás nélkül; • olcsó, nem mérgező hordozók használata, amelyek nagy tömegű enzimet kötnek meg és nem adszorbeálnak fenolokat; alap anyagként megfelelnek: szilikátok, üveg, cellulóz és származékai, az élelmiszerben már bevált műanyagok; • olyan módszerek kidolgozása, amelyek lehetővé teszik az enzim tisztítását az immobilizálás szakaszában és a nem rögzített • enzim visszanyerését (Erre való tekintettel előnyben kell részesíteni a kétlépéses immobilizálást, pl. a következő sorrendben: az enzim abszorpciója a hordozón, majd az adszorbeált enzim térhálósítása kétfunkciós térhálósító szerekkel.) • enzimágyakkal töltött oszlopokat felhasználó és a szubsztrátum áramlásán alapuló módszerek kidolgozása, amelyekben a reakciótermékek nem gátolják az enzim működését; • fluidágyas reaktorok kifejlesztése, amelyekben a szubsztrátum és az enzimes reakció termékei diffúziós ellátásának csökkenése következtében nagyobb hatékonyság várható.
2.4. Hő- és anyagátvitel a konzervipari technológiai eljárásokban 2.4.1. A hő- és anyagátviteli folyamatokat alkalmazó technológiai eljárások csoportosítása A következőkben azokat a konzervipari technológiai eljárásokat csoportosítottuk, melyekben a hő- és anyagátviteli folyamatok lényegesebb szerephez jutnak. Itt azonban csak olyan technológiai eljárásokra tértünk ki, melyek a nyersanyaggal, átmeneti termékkel, félkész- és késztermékkel, segédanyaggal és az élelmiszerbe kerülő vízzel kapcsolatosak. A hő- és anyagátviteli folyamatok rendszerint együttesen fordulnak elő. Bár sok esetben az egyik jelentősége nagyobb a másikénál, más csoportosítás is elképzelhető. A hőmérsékletnek fontos szerepe van az élelmiszeranyag tulajdonságváltozási sebességének alakulásában. 1. Darabos anyagokra és csomagolt élelmiszerekre vonatkozó technológiai eljárások 1.1. Hámozás 1.1.1. Hámozás vegyszeres oldattal és a hámozott anyag felületi hőmérsékletének növelésével 1.1.2. Hámozás felületi fagyasztással és koptatással 1.1.3. Hámozás felületi fagyasztással és az azt követő felengedéssel 58
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei 1.2. Előfőzés és Húzatás 1.2.1. Előfőzés, folyadék és gőztérben 1.2.2. Húzatás (lásd a 3.6. pontot) 1.3. Sterilezés és pasztőrözés 1.4. Tárolás hűtött és fagyasztott állapotban 1.5. Szárítás és ozmózisos víztartalomcsökkentés 1.6. Diffúziós extrakció 1.6.1. Szeletelt gyümölcs és zöldség vízoldható száraz anyagtartalmának kinyerése 1.6.2. Gyümölcs- és zöldségfélék színező anyagainak kinyerése 1.7. Áztatás kezelőoldatban 1.8. Mosás 2. Összefüggő rendszert alkotó anyagokra vonatkozó technológiai eljárások 2.1. Előmelegítés és hűtés 2.2. Sterilezés és pasztőrözés 2.3. Bepárlás 2.4. Aromakinyerés 2.4.1. Aromadesztillálás 2.4.2. Aromakinyerés inert gázzal 2.4.3. Aromakinyerés folyadékextrakcióval 2.5. Szárítás 2.5.1. Porlasztva szárítás 2.5.2. Szárítás dobszárítón és egyéb szárító eljárások 59
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei 2.6. Besűrítés (kivéve a 2.3. szerinti bepárlást) 2.6.1. Besűrítés vízkifagyasztással 2.6.2. Besűrítés membrán-szeparációs eljárással (fordított ozmózis) 2.7. Légtelenítés 2.8. Oldás és keverés 2.8.1. Szilárd anyag oldása folyadékban 2.8.2. Gáz oldása folyadékban 2.8.3. Keverés 2.9. Ioncserélő eljárások alkalmazása
2.4.2. Művelettani és fizikai alapok hőátvitelnél A jelen pontban a folyadék- és szilárd halmazállapotú anyagok állandó nyomáson vett fajhőjét c-vel jelöltük, mivel a gyakorlat szempontjából az állandó nyomáson és térfogaton értelmezett fajhő egyezik (cv ≈ cp). Élelmiszerek hőfizikai adataira vonatkozó néhány összefoglaló munkát felsoroltunk az irodalomjegyzékben(1, 38, 52, 53, 66) .
2.4.2.1. Hőközlés hővezetéssel, fázisváltozás nélkül A kizárólag hővezetéssel történő hőközlés számos konzervipari technológiai eljárásban megtalálható. Néhány példa a technológiai eljárásra: vegyi és hőhatással történő hámozás, előfőzés és Húzatás. Csomagolt élelmiszerek sterilezése, ill. pasztőrözése; hűtése tárolás céljából. Összefüggő rendszert alkotó anyagok előmelegítése és hűtése, sterilezése és pasztőrözése, azok dugattyúszerű áramlása mellett. Darabos anyagok és csomagolt élelmiszerek esetében az ipari problémák ma elfogadott egzakt kezelése a következő módszerekre épül: Az élelmiszeranyagon belül a Fourier-féle differenciálegyenlet érvényes. Derékszögű koordinátarendszerben ez lényegében egy dx, dy és dz infinitézimális élhosszakkal rendelkező hasábra felírt hőmérleg eredménye, ha az a-val jelölt hőmérsékletvezetési tényezőt és azon belül a hővezetési tényezőt (λ) , a fajhőt (c) és sűrűséget (ρ) is a hőmérséklettől nem függő állandó átlagértékkel vesszük figyelembe. Az anyag felületén egy konvektív hőátadást figyelembe vevő egyenlet érvényes (határfeltétel). Ez egy infinitézimális vastagságú felületi rétegre felírt hőmérleg eredménye. Ha a hő-átadási tényező: α = 0, akkor a felület hőszigetelt, ha α → ∞, akkor a felületi hőmérséklet megegyezik a közeg hőmérsékletével. Végül pedig ismerni kell a hőkezelt anyagon belül adott időpontban (célszerűen t = 0 időpontban) a hőmérsékletet, mint a helykoordináták függvényét (kezdeti feltétel). 60
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A kizárólagos hővezetés fentebb vázolt esete a kerületérték (peremérték) problémák körébe tartozik. Jelenlegi ismereteink szerint a konzervipari gyakorlat idevágó minden igénye kielégítően megoldható. A fentiekkel kapcsolatban három alapfeladat létezik: a) Végtelen kiterjedésű síklapban létrejövő hővezetés, ez azonos a peremén hőszigetelt véges kiterjedésű síklapra vonatkozókkal. b) Végtelen hosszú hengerben létrejövő hővezetés, ez azonos a véges hosszúságú henger esetével, amikor a henger véglapjai hőszigeteltek. c) Tömör gömbben lejátszódó hővezetés. Ezeknél a kezdeti hőmérséklet az idomok egész tömegében állandó. Az idomok a t = 0 kezdeti időponttól kerülnek az állandó hőmérsékletű hőközlő, vagy hőelvonó közegbe. A célszerűen kidolgozott tömör tárgyalásmód(24, 39) a három esetet együtt kezeli, dimenzió nélküli helykoordináták, a Fourier (Fo) és Biot (Bi) számok bevezetése mellett. A szakirodalom a megoldásokat rendszerint diagramokban közli(7, 15). Az alapfeladatok megoldásaiból a következő egyéb idomokra vonatkozó megoldások származtathatók: a) Téglalap keresztmetszetű, végtelen hosszú hasáb. Ez azonos a véglapjain hőszigetelt véges hosszúságú hasábbal. b) Téglatest. c) Véges hosszúságú henger. Ezek az idomok az alapfeladatok szerinti idomok metszéséből származtathatók. Ha a közeghőmérséklet (Tk) az időben előírt módon változik, akkor numerikus módszerek jöhetnek gyakorlatilag szóba. Ezek közül gyakori az elemi hőmérlegek módszerének valamilyen alkalmazása. A szakirodalom részletesen ismerteti az idevágó eljárásokat(10). A leggyakoribbak az explicit módszerek. Körmendy explicit módszere(42) véges hengernek tekinthető konzerv változó hőmérsékletű közegben való hőkezelésére vonatkozik. Az elemi hőmérlegek módszere is csak számítógépes programok segítségével kezelhető. Az előzőkben a közeghőmérséklet előírt módon változott (vagy állandó volt) az időben. Az ipari gyakorlatban előfordul, hogy a közeg hőmérséklete a darabos (alaktartó) anyaggal folytatott hőcserétől függ. Ilyen például az ellenáramú hőcsere esete. Most a kerületérték-probléma ismertetett összefüggésein kívül a darabos anyag és a közeg hőcseréjének hőmérlegét is figyelembe kell venni. Az így körvonalazott feladat analitikus megoldása a három alapfeladat szerinti idomra vonatkozóan szintén megtalálható a szakirodalomban. Hőközlés hővezetéssel, midőn az anyag dugattyúszerű áramlással halad a csővezetékben. Dugattyúszerű áramlás a konzervipar nem-newtoni folyadékaiban, vagy egyéb folyadék jellegű anyagokban alakulhat ki. Folyadékban diszpergált alaki részekről lévén szó, kellően sima falú csőben ún. csúszó réteg alakulhat ki a 61
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei csőfalnál. Ez a vékony réteg vagy alaki részektől mentes folyadékot tartalmaz, vagy legalábbis a durvább, nagyobb méretű alaki részektől mentes anyagot. Ha a fal mentén a nyírófeszültség kisebb, mint az áramló anyag folyáshatára, akkor kizárólagosan csúszó (perisztaltikus, dugattyúszerű) áramlás alakul ki, mivel a csúszó réteg (látszólagos) viszkozitása mindig kisebb az áramló anyagénál. Az anyag belső elcsúszások nélkül halad, a hőközlés benne csak hővezetéssel történik. A kis térfogatrészekre kiterjedő ún. lokális konvekció a hőközlést gyorsítja. Ezt a hővezetési (és hőmérsékletvezetési) tényező megnövelt értékével tudjuk figyelembe venni. A gyakorlat szempontjából az a legfontosabb eset, midőn a közeghőmérséklet állandó, ahogyan az a 2.4.1. ábrán látható. A feladat megoldása a szakirodalomban megtalálható(20, 37).
2.4.1. ábra - A hőközlés szemléltetése élelmiszeranyag csővezetékben történő dugattyúszerű áramlása mellett. 1: a hőcsere csővezetéke. Az élelmiszeranyag sebessége: v. A cső belső átmérője: 2R. A megtett úthossz: z. A cső hossza: L. Tartózkodási idő z úthosszig: τ , kilépésig: t. Közeghőmérséklet: Tk. Az élelmiszeranyag átlaghőmérséklete belépéskor: Ti, kilépéskor: Tm
62
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.4.2.2. Hőközlés hővezetéssel, fázisváltozás mellett A hőközlésnek ez az esete nyersanyagok fagyasztásával és felengedtetésével kapcsolatban fordul elő. Ipari jelentősége akkor van, ha a konzervipar fagyasztott nyersanyagokat is tárol. További alkalmazást jelent a dörzshámozás előtti fagyasztás és a fagyasztás-felengedtetésen alapuló hámozási eljárás. A feladatkör kezelése hasonló a 2.4.2.1. pontban közöltekhez, de c és λ a hőmérséklet függvénye. A határfeltétel és kezdeti feltétel azonos a fázisváltozás nélküli esetnél előadottakkal. Az így körvonalazott kerületérték-probléma megoldására számítógépen realizálható numerikus módszerek szolgálnak. Az élelmiszerből a víz kifagyása a hűtött felületen kezdődik és a vizet részben kifagyott állapotban tartalmazó zóna befelé halad. Ekkor a jégtartalom belülről kifelé haladva egyre növekszik. Élelmiszeranyagok fagyáspontjának csökkenése kifejezhető a vízaktivitás és fagyáshő függvényeként. Idevágó adatok a szakirodalomban találhatók(5, 21, 62). Szűrt derített levek több-komponensű valódi oldatok, ezért a kifagyasztással történő sűrítés eljárásánál a szakirodalomban megadott egyetlen eutektikus pont értékét kritikával kell kezelni(45).
2.4.2.3. Konvektív hőközlés, természetes és kényszerített konvekcióval Newtoni folyadékok és gázok konvektív hőközlésével kapcsolatos ismeretek részletesen megtalálhatók a szakirodalomban(15, 20). A konzerviparban azonban számos olyan nem-newtoni folyadék és folyadék jellegű élelmiszeranyag van, melyben konvektív hőközlést kell vizsgálni. A newtoni folyadékokra vonatkozó (műszaki jellegű) hőközlési ismeretek nem-newtoni folyadékokra való kiterjesztése már az 1950-es évek második felében elkezdődött. A kialakított módszerek összhangban vannak a konzervipari gyakorlattal, mivel számos folyadék jellegű anyaga időtől független pszeudoplasztikus, vagy plasztikus sajátságot mutat az üzemi gyakorlat szempontjából. A newtoni folyadékok műszaki áramlástanának kiterjesztése a (közismert)
összefüggéssel leírható pszeudoplasztikus (és dilatáló) anyagokra vonatkozóan nagy gyakorlati előnyökkel jár. Itt τ a nyírófeszültség, du/dy a (szög) deformációsebesség, K a konzisztenciára jellemző-tényező, n a newtoni viselkedéstől való eltérésre jellemző dimenzió nélküli kitevő. Csővezetékben történő lamináris áramlás vizsgálatával jutottak a nagy jelentőségű, hatványfüggvényre általánosított Reynolds számhoz(46, 57). Dimenzióanalízis hasonló eredményre vezet. Műszaki feladatok megoldására a tapasztalat szerint hatványfüggvényre általánosított dimenzió nélküli paraméterek közötti összefüggések használhatók. Fontos eredmények vannak csővezetékben és csőidomokban történő áramlás, hőátadás, keverés és keveréssel kapcsolatos hő- és anyagátadás területén. A dimenzió nélküli paraméterek általánosításának elvi alapja a (2.4.1.) összefüggés 63
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
alakra való átalakítása, ahol
. A fentiekben ηl a látszólagos viszkozitás és ennek értéke függ a deformációsebesség nagyságától. A szakirodalomban található eredmények vizsgálata mutatja, hogy rendszerint a newtoni folyadékra vonatkozó dimenzió nélküli számban található viszkozitást egy effektív látszólagos viszkozitással helyettesítik. A szakirodalom szerint az n kitevő értéke csak kevéssé függ a hőmérséklettől, míg K értéke jóval erősebben(7, 57). Használatos a látszólagos viszkozitás kifejezésnek olyan értelmezése, mely a viszkozitást mérő műszerhez kapcsolódó érték. Ez egy olyan newtoni folyadék viszkozitása, mely az adott nem newtoni folyadékkal azonos mért jellemzőket mutat (átlagsebesség, nyomáskülönbség, nyomaték). Ilyenkor célszerűbb lenne a műszerhez kötött effektív látszólagos viszkozitásról beszélni. A konzervipari gyakorlatban nagy jelentősége van a zárt edényekben természetes és kényszerített konvekcióval végbemenő hőközlésnek. Newtoni folyadékokban és természetes konvekció esetében a kísérleti eredmények a Nusselt-, Grashof- és Prandtl-számok közötti összefüggésre vezetnek. Ennek az összefüggésnek, valamint az edényre vonatkozó hőmérlegnek segítségével számítható az erőteljes természetes konvekcióval melegedő konzervedény hőmérséklete az idő függvényében(42), Kényszerített konvekciót a konzervedények mozgatásával (forgatás, lengetés, vibráltatás) hoznak létre. Jelen ismereteink szerint a legkedvezőbb forgatási sebesség értéknél van. Itt R a forgatás sugara, v a sebesség az R sugáron. A szakirodalom igen sok konzervféleségre közöl kísérleti eredményeket, ezek szakszerű feldolgozása dimenzió nélküli paraméterek és szimplexek közötti kapcsolatok formájában azonban sajnos hiányzik.
2.4.2.4. Dielektromos melegítés Dielektromos melegítéskor az élelmiszert elegendően nagy frekvenciával (f, s–1) váltakozó elektromágneses erőtérben kezeljük. Az anyag egyes összetevői (molekulák és ionok) az elektromos erőtér hatására polarizálódnak. A váltakozó elektromos erőtér hatására a molekulák (ionok) mozgásba jönnek és mozgási energiájuk jelentős része hővé alakul. Dielektrikumnak az olyan anyagot tekintjük, melynél a kapacitív és vezetéses ellenállás viszonyszáma, vagyis ϭ/(ω·ε)jóval kisebb 1-nél. Itt σ a fajlagos vezetés (Ω–1 ω·m–1), = 2πf a körfrekvencia (s–1), ε a permittivitás (F·m–1). Kellően nagy frekvenciák (f) mellett” számos anyag dielektrikumnak tekinthető és dielektromos úton melegíthető, annak ellenére, hogy kisebb frekvencián (pl. 50 Hz-nél) még vezető jellegű. Élelmiszerek dielektromos melegítésénél két frekvenciasávot használtak. Az első a 10–50 MHz frekvenciasáv, a rádióhullámok sávja. Ezek alkalmazásánál beszélünk nagyfrekvenciás dielektromos melegítésről. 64
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A második frekvenciasáv a 400–30000 MHz tartományba esik, ezek alkalmazásánál pedig mikrohullámú dielektromos melegítésről beszélünk. A mikrohullámú sávban a nemzetközi megállapodás 915 és 2450 MHz frekvenciákat engedélyez. A dielektromos melegítés élelmiszeripari alkalmazásai a következők: fagyasztott élelmiszerek gyors felengedése, élelmiszerek melegítése, pasztőrözése és sterilezése, főzése, sütése, szárítás légköri nyomáson és vákuumban, liofilezés. A dielektromos hevítésnél az elektromos erőtérben kialakuló viszonyokat a 2.4.2. ábra szemlélteti.
2.4.2. ábra - A térerősség (E) és áramsűrűség (J) közötti kapcsolat szemléltetése komplex számsíkon. A kapacitív áramsűrűségek vákuumban, ill. dielektrikumban: Jco, Jc; a hatásos áramsűrűség: Jw; a vezetéses áramsűrűség: Jv; a hatásos áramsűrűségnek a dielektrikumban indukált része: JwD; a veszteségi szög: δ; valós és képzetes koordináta tengelyek: x, y
Az E térerősség (átlagos makroszkopikus térerősség) hatására vákuumban ε 0ω E kapacitív (meddő) áramsűrűség jön létre. ε 0-lal a vákuum permittivitását jelöltük. A hatásos (wattos) áramsűrűség és a teljesítmény ekkor zérus. Ha az elektromos erőtérben ε r relatív permittivitású anyag van, akkor a kapacitív (meddő) áramsűrűség abszolút értéke ε r ε 0 ω E, a hatásos (wattos) áramsűrűség értéke pedig ε r ε 0 ω tg δ E. Itt δ a veszteségi szög, tg δ pedig a veszteségi tényező. A dielektromos tér adott pontjában a fajlagos veszteség, vagyis a térfogategységre vonatkozó, hővé alakuló teljesítmény a
65
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei összefüggésből számolható. Itt C = 2π ε 0 = 55,6· 10–12 F·m–1, [E] = V·m–1, [f] = Hz, az egyenlet jobb oldalának dimenziója W·m–3. A hatásos áramsűrűség két rész összegéből áll: az egyik rész arányos az anyag elektromos vezetőképességével és statikus térben is létrejön (vezetésbeli áramsűrűség), a másik rész a váltakozó térben indukált polarizáció eredménye (eltolódásbeli áramsűrűség). Az utóbbi értéke arányos a frekvenciával. A (2.4.4.) összefüggés bal oldala az egységnyi térfogatú anyag entalpiájának időbeli változása. Adott élelmiszernél mind εr, mind tgδ értéke erősen függ a hőmérséklettől és a frekvenciától. tgδ-nak meghatározott frekvenciánál maximuma van (állandó hőmérséklet mellett). Az élelmiszer összetétele nagyban befolyásolja ε r és tg δ értékét, így a nedvességtartalom, a zsír-, fehérje-, szénhidráttartalom; fagyasztott élelmiszereknél pedig a jégtartalom is. Csomagolt élelmiszerek melegítésénél a csomagolóanyagot megfelelően kell megválasztani. Fém csomagolóanyag alkalmazása nem lehetséges. A csomagolóanyag olyan dielektrikum kell, hogy legyen, amelyik kevésbé melegszik, mint az élelmiszer és a dielektromos kezelés során nem megy tönkre. Átfolyó rendszerben való melegítésnél az élelmiszernek a kezelőtéren való átszállításához alkalmazott anyagok megválasztására ugyanaz vonatkozik, mint a csomagolóanyagokra. A dielektromos melegítés nem befolyásolja károsan az élelmiszer minőségét, sőt a gyors és térben egyenletes hőmérsékletemelkedés előnyös(17, 75). A nagyüzemi alkalmazást akadályozza az, hogy a melegítés költségei a hagyományos eljárások költségeinek többszörösére rúgnak. Heterogén élelmiszerek egyes összetevői között (nagy víztartalmú részek, jég, zsír) viszont jelentős hőmérsékleti különbségek jöhetnek létre. Az élelmiszeripari célra szolgáló berendezéseket 125 kW hálózati teljesítményig alkalmaztak. Részletesebb ismeretek a szakirodalomban találhatók(18, 29, 61).
2.4.3. Művelettani, fizikai és fizikai-kémiai alapok anyagátvitelnél 2.4.3.1. Az anyagátvitel alapfogalmai Az anyagátviteli folyamatok rendszerezésénél és leírásánál célszerű a transzportfolyamatok elméletéből kiindulni(76). Ennek alapján az anyagátvitel két főhatás szerint diffúziós és konvektív anyagátvitelre bontható. Az, hogy az anyagátvitel kizárólag a főhatástól függjön, csak kivételesen fordul elő, az ebből a célból létrehozott körülmények között (pl. mérőműszerekben). Nagyon gyakran a főhatás mellett mellékhatást is figyelembe kell venni. A diffúzió fogalmának definiálása a múltban nem volt egységes. A transzportfolyamatok elmélete lehetővé teszi a diffúzió fogalmának kellően egzakt definiálását és a különböző diffúziós folyamatok rendszerezését. Jelenlegi ismereteink szerint adott anyagi részecskék (atomok, ionok, molekulák, kolloid méretű részecskék) diffúziójáról akkor beszélünk, ha azok mozgása a teljes kémiai potenciál (mint ún. intenzív paraméter) térbeli különbsége, mint főhatás miatt jön létre, de abban a mellékhatásokhoz tartozó intenzív paraméterek térbeli különbsége is szerepet kap. A transzportfolyamatok elméletében szereplő leggyakoribb intenzív paraméterek: nyomás, hőmérséklet, sűrűség, koncentráció, kémiai potenciál, elektromos térerősség. A diffúziós folyamatok csoportosítása most már aszerint történik, hogy a kémiai potenciálnak mi a konkrét tartalma és a mellékhatások közül • melyeket vesszük figyelembe. A szakirodalom használja a molekuláris diffúzió kifejezést is, akkor, midőn a részecskék rendezetlen hőmozgása és egymás közötti ütközése révén jön létre anyagáram. 66
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A turbulens diffúzió a konvektív anyagátvitel területén alkalmazott kifejezés (lásd a 2.4.3.6 pontban).
2.4.3.2. Vízoldható anyagok, folyadékok, gőzök és gázok mozgása növényi és állati eredetű anyagokban Vízoldható anyagok, folyadékok, gőzök és gázok rendszerint együttes mozgása növényi és állati eredetű anyagokban rendkívül összetett folyamat. Ezt részfolyamatokra szokás bontani, ezeket pedig külön-külön elemezni. Ezután az adott feladathoz tartozó (néha hallgatólagos) elhanyagolások következnek, majd a végső, egyszerűsített összefüggések kialakítása. A végső összefüggésekbe már csak a gyakorlatban használható (összevont) anyagjellemzők kerülnek, melyek mérhetők és számításokra alkalmasak. A fenti mozgások olyan diffúziós folyamat részének tekinthetők, ahol az anyagmozgás a teljes kémiai potenciál térbeli különbsége, mint főhatás révén, továbbá a hőmérséklet, valamint az össznyomás térbeli különbsége, mint mellékhatás révén jön létre. Ezekre a mellékhatásokra a termodiffúzió és szűrőáramlás kifejezések is használatosak. Az össznyomás a parciális nyomások összege. Növényi és állati eredetű anyagokban végbemenő diffúzió a következő eljárásokban, ill. jelenségek kapcsán fordul elő: Diffúziós extrakció gyümölcs- és zöldségfélék vízoldható szárazanyagtartalmának kinyeréséhez. Vízoldható (táp-) anyagok kilépése a szövetekből és azok gáztartalmú pórusainak telítése kezelőfolyadékkal előfőzésnél és Húzatásnál. Kiegyenlítődési folyamatok hőkezelt konzervekben. Húsok főzése, sütése, pácolása, füstölése. Nyersanyagok víztartalmának ozmózisos anyagátvitellel való csökkentése. Növényi és állati eredetű nyersanyagok vízleadása (zsugorodása) és vízfelvétele (duzzadása) különféle kezelések hatására. Nedvességvándorlás besűrítésnél és szárításnál. Szárítmányok, fűszerek kezelése rovar- és mikrobaölő gázokkal. Folyékony halmazállapotú, vagy a kritikusnál nagyobb hőmérsékleten és nyomáson lévő gázzal végzett extrakció egyes élelmiszer-összetevők kinyerésére (pl. festékanyagok extrakciója CO2-dal). Az anyagátviteli folyamat elemzéséhez az anyag szerkezetéből célszerű kiindulni: heterodiszperz, kapilláris-porózus anyagokról van szó, melyek vízben oldott szárazanyagot és gázt, kolloidálisan oldott makromolekulákat, vízben nem oldható alaki részeket részben diszpergálva, részben térbeli szerkezettel rendelkező formában tartalmaznak. A térbeli szerkezet részben a makromolekulák tulajdonsága, részben a növényi és állati szövetek sejtszerkezetéből ered. A sejtek sejtfala és membránja, növényi parenchimasejteknél a sejtfal, membrán, citoplazma és tonoplaszt együttes rendszere, izomszöveteknél a szarkolemma, lehet többé kevésbé félig áteresztő jellegű. A víz többféle kötési állapotban van jelen, ezek főbb típusai: hidratációsan kötött víz a hidrofil makromolekulák felületén, ozmózisos módon kötött víz a sejtekben, szerkezeti víz a gélszerkezetet mutató makromolekulákban, mikro- és makrokapillárisokban, pórusokban elhelyezkedő víz. A diffúziós műszaki feladatok megoldására lényegében két egyszerűsített módszer használatos. Az első csak a kémiai potenciál változását, mint főhatást veszi figyelembe, azon belül is csak a koncentráció változását. Ekkor használatos a Fick 1.- és Fick 2.-összefüggés, vagy konstans, vagy esetleg a koncentrációtól és hőmérséklettől függő (effektív, látszólagos) diffúziós együttható alkalmazásával. A második módszer az előzőn kívül a hőmérsékletkülönbség miatti és a csökkenő hőmérséklet irányába létrejövő mozgást is figyelembe veszi (termodiffúzió, mint mellékhatás eredménye). A diffúziós együtthatókhoz most második anyagjellemzőként a termodiffúziós tényező járul. Amennyiben a diffúziós együttható hőmérsékletfüggő, vagy a termodiffúziót is figyelembe vesszük, úgy egyidejűleg kell koncentráció és hőmérsékletmezőt számítani.
67
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.4.3.3. Vízben oldott anyagok diffúziója növényi és állati eredetű anyagokban Vízben oldott anyagok diffúziójának műszaki jellegű számításaihoz a konzervtechnológia (és a cukoripari technológia) a Fick 1.- és Fick 2.-törvényt használja. A Fick 1.-törvény az állandósult állapotú hővezetés megfelelő összefüggésével, a Fick 2.-törvény a nem állandósult állapotú hővezetéses hőközlés Fourier-féle differenciálegyenletével analóg. A Fick 2.-törvényt a Fick 1.-törvény felhasználásával kapjuk úgy, hogy a diffundáló anyag anyagmérlegét egy infinitézimális hasábra (dx, dy, dz élhosszal) alkalmazzuk. A Fick 1.-törvény az x koordináta tengely irányába felírva, cA-val az A jelű anyag koncentrációját jelöltük (kmol ⋅ m–3, kg ⋅ m–3).
. A fenti összefüggésben DAB (m2 ⋅ s–1) az A jelű anyag diffúziós együtthatója (tényezője) a B- és A jelű anyagot tartalmazó térben, qmA az A jelű anyag tömegárama (kmol ⋅ s–1, kg ⋅ s–1) az x koordinátatengely irányában, az arra merőleges S felületen. Összetett anyag diffúziójánál rendszerint az egyes összetevők más és más sebességgel diffundálnak, hiszen többnyire más és más a diffúziós együtthatójuk. Ilyen esetben beszélhetünk az összetett anyag (átlagos) diffúziós tényezőjéről, konkrét feladat kapcsán. A (2.4.5.) összefüggésben lévő alsó indexeket (A, B) gyakran elhagyják, ha ez nem okoz félreértést. Adott diffundáló anyag diffúziós tényezőjének értéke nemcsak a közegtől, hanem a hőmérséklettől, gázoknál pedig a koncentrációtól is függ. Speciális kérdések merülnek fel akkor, ha a diffúzió olyan közegben megy végbe, amely a diffúzió szempontjából inert anyagot is tartalmaz, kellően egyenletesen elosztva. Az inert anyag gyakorlatilag áthatolhatatlan a diffundáló anyag részére. A szakirodalom az ilyen közeget porózusnak is nevezi. Az inert anyag fogalmába esetleg azt a tulajdonságot is beleértik, hogy az a diffundáló anyagot nem adszorbeálja. Néhány kérdés gyümölcs- és zöldségfélék vízoldható szárazanyagtartalmának diffúziós extrakcióval történő kinyerésével kapcsolatban. A diffúziós extrakciót a nyersanyag darabolt állapotában végezzük. A nyersanyag vékony szeletekre vágva lép a rendszerint ellenáramú rendszerbe. A szeletek oldható szárazanyagtartalmának jelentős részé kerül a szeleteket körüláramló vízbe. Az ellenáramú diffúziós extrakció számítására újabban a 2.4.2.1. pontban említett ellenáramú hőcserélőre vonatkozó módszerek diffúzióra átírt (analóg) módszerét is alkalmazzák(36, 58). Használatos az ellenáramú diffúziós extrakció számítására vonatkozóan az a módszer is, mely analóg az állandó hőátbocsátási tényező melletti ellenáramú hőcserélők számítási eljárásával(50, 51, 58). Itt új fogalmat, az anyagátbocsátási tényező fogalmát (k) kell bevezetni. Ez analóg a hőátbocsátási tényezővel, míg a szelet felületén az anyagátadási tényező a hőátadási tényezőnek felel meg. A 2.4.3. ábrában összehasonlítás céljából a Fick 2.-törvényt tartalmazó kerületérték-probléma megoldásával, valamint az állandó anyagátbocsátási tényezővel kapott átlagos koncentrációt tüntettük fel ellenáramú extrakció esetében, az almaszelet által megtett úthosszhoz tartozó tartózkodási idő függvényében.
68
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.4.3. ábra - Az almaszeletben és a közegben (extraháló víz) oldott anyagok koncentrációjának alakulása az idő függvényében, ellenáram esetén. Mind a szeletek, mind a közeg sebessége állandó. 1: a szeletek átlagos koncentrációja az extraháló közegre redukálva (cr), a Fick 2.-törvényhez kapcsolódó kerület-érték probléma megoldása révén; 2: ua. mint az 1 jelű görbe esetében, de ̄k= 6D/l anyagátbocsátási tényezővel számolva; 3: az extraháló közeg koncentrációja (ck), az 1 jelű görbéhez tartozó értékek; 4: az extraháló közeg koncentrációja, a 2 jelű görbéhez tartozó értékek. A szeletek tartózkodási ideje az előrehaladás során: τ, a kilépésig: t. A szeletek és a közeg térfogatáramai: qv, qvk. Szeletvastagság: l = 3,5 mm, diffúziós együttható: D = 5,1·10–8 m2·min– 1 , qvk/qv ≈ 1. Egyszerűsítő feltétélezés: az anyagátadási tényező a szelet felületén végtelenhez tart ̄k = 8,74 ·10–5 ·m·min–1
Ide tartozó ismeretek számos művelettani szakkönyvben találhatók(24). Néhány anyag diffúziós tényezőjére vonatkozó adat a 2.4.1. táblázatban található.
2.4.1. táblázat - Néhány konzervipari anyag diffúziós együtthatója A diffundáló anyag és közeg megnevezése
Hőmérséklet °C
Diffúziós együttható m2min–1
Jonathán alma vízoldható szárazanyag tartalma az almaszeletben
60
6,8.10–8
70
8,1.10–8
Szacharóz répaszeletben
70
5,1.10–8 69
Megjegyzés
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei 2,34.10–8
85 Aszkorbinsav zöldborsóban előfőzéskor Vízoldható szárazanyag sárgarépaszeletben vizes előfőzéskor
11,4.10–8
85
8,5.10–8
97
10,7.10–8
70
1,4.10–8
Előfőzési idő: 2 min Előfőzési idő: 6 min 6 mm átmérőjű hengerben mérve
Jelentősen gyorsítható a diffúzió sebessége növényi szövetekben a következő kezelésekkel: előfőzés 100 °C körüli hőmérsékleten, vákuumban való kezelés (húzatás), mikrohullámú kezelés, szövetbontó enzimek alkalmazása(74). Az eddig tárgyaltaknál a diffúziós extrakció vízzel történt. Használatosak olyan eljárások is (a konzerviparban ritkán), ahol az extraháló közeg nem víz, például az alkohol vizes és savas oldata, vagy folyékony halmazállapotú gáz. Ilyen eljárásokat alkalmaznak növényi szövetek festékanyagainak kinyerésére. A tárgyalásmód az előzőknél bonyolultabb. Figyelembe kell venni az új komponensek oldhatóságát, diffúzióját, az extrahált anyag koncentrációjának egyensúlyi megoszlását az extrahált anyagban és az extraháló közegben. Bővebb ismeretek a szakirodalomban találhatók(3, 6, 16, 33, 34). Gőzök, gázok és folyadékok csomagolóanyagokon keresztül történő diffúziójával itt részletesen nem foglalkozunk. A diffúziós együttható helyett a csomagoló fóliáknál a vízgőzáteresztő képesség (Pv) és a gázáteresztő képesség (PG) jellemzőket használják. Mindkettő adott vastagságú fóliára vonatkozik. A vízgőzáteresztőképesség adott állandó hőmérsékleten az időegységben és felületegységen áthaladó víz tömege, a fólia két oldala közötti relatív páratartalom előírt különbsége mellett. Példaképpen [Pv] = g ·m–2·d–1 (1d = 24 h). Szokásos hőmérséklet: 20 °C és a relatív páratartalom különbsége: 85%. A gázáteresztő képesség az időegységben és felületegységen áthaladó gáz térfogata a parciális nyomás egységnyi különbsége mellett. Ez is adott állandó hőmérséklethez és rendszerint atmoszférikus össznyomáshoz rendelt érték. Példaképpen: [PG] = cm3·m–2·d–1·bar–1, a hőmérséklet 23 °C, az össznyomás (barometrikus nyomás): 1,013 bar. Egyes szerzők a vízgőz-áteresztőképességet a gőztenzió egységnyi különbségére vonatkoztatják, mindkét áteresztőképességet pedig egységnyi fóliavastagságra(67, 69).
2.4.3.4. Ozmózisos anyagátvitel, vízleadás és vízfelvétel Az ozmózisos anyagátvitel növényi és állati eredetű anyagokban az élő sejtek sajátos felépítésén alapul, ahogyan azt a 2.4.3.2. pontban már ismertettük. Jelentősége a növényi eredetű nyersanyagoknál nagyobb. Mai ismereteink szerint állati eredetű nyersanyagoknál az ozmózisos anyagátvitel alárendelt jelentőségű egyéb hatásokhoz képest. Növényi szövetekben ozmózisos anyagátadásnál a vakuolumban lévő cukrokat, savakat és ásványi sókat tartalmazó vizes oldat (kiegészítve a citoplazmában lévő oldattal) és a kezelőoldat ozmózisnyomásának különbsége a mérvadó. Hipertóniás kezelőoldat ozmózisnyomása nagyobb a vakuoluménál, a sejtből víz lép ki. Izotóniás oldaté egyezik a vakuolum ozmózisnyomásával, ekkor vízcsere nincsen. Hipotóniás oldat ozmózisnyomása kisebb a vakuolumban lévőnél, ekkor víz lép a sejtbe. Melegítés hatására a sejtek denaturációja (denaturálódása) már kb. 45 °C-on megindul, növekvő hőmérsékleten növekvő sebességgel. Ekkor a sejt fehérjéi 70
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei koagulálódnak, a membránok (plazmamembrán, tonoplaszt stb.) szerkezeti változásokat szenvednek. A sejtfal duzzad, gélszerkezete gyengül(19, 70). A denaturált sejtmembránok elveszítik féligáteresztő jellegüket. Az ozmózisos anyagátvitel folyamata növényi eredetű nyersanyagokra vonatkozóan a következő technológiai eljárásokban található: • mosás, kezelőoldatban való áztatás, előfőzés és húzatás; • víztartalom-csökkentés szárítás előtt hipertóniás oldatban való kezeléssel; • káposztasavanyításnál a szeletelt káposzta sózása. Ismert, hogy híg kezelőoldatok ozmózisnyomása, legalábbis közelítőleg, az általános gáztörvénnyel azonos alakú összefüggésből számítható. Az ozmózisnyomás az oldatban lévő molekulák és ionok anyagmennyiség koncentrációjával arányos(41) . A sejtek ozmózisnyomását célszerűen a π= RTcv ln (av–1) összefüggésből kaphatjuk. Itt az előzőkön kívül cv a víz anyag-mennyiség koncentrációja (kmol ⋅ m–3), av a vízaktivitás. cv és av összetartozó értékeire vonatkozóan adatok találhatók a szakirodalomban(5, 16, 17, 36, 116). A vízaktivitás magas, mivel a denaturálódás előtti állapotról van szó. A növényi eredetű anyagok vízfelvétele a szövetekben lévő nem oldott gázok kiszorításának, továbbá a keményítő és a sejtfalak duzzadásának is következménye.
2.4.3.5. Anyagátvitel membránszeparációs módszerrel, ioncserélő eljárások A membránszeparációs eljárások vagy más néven membránműveletek a modern szétválasztási eljárások sorába tartoznak. Membránműveletnek tekinthető minden olyan művelet, amelyben valamilyen hajtóerő hatására szelektív anyagtranszport megy végbe a membránon. A membrán egy féligáteresztő hártya, amely két vagy több komponensből álló elegy egyes komponenseit átereszti, más komponenseit részben vagy teljesen visszatartja (82 és 80). A membránműveletek más-más membránt, illetve anyagtulajdonságot használnak ki, a komponensek tulajdonságai közül az oldódási képesség vagy a diffúziós sebesség vagy a molekulaméret az, ami ezekben az eljárási módokban szerepet kap. A membránszűrési eljárások csoportjába tartozik a mikroszűrés, az ultraszűrés, a nanoszűrés és a fordított ozmózis. Ezeknél a membrán két oldala közötti nyomáskülönbség hatására következik be a szelektív transzport. A legegyszerűbb definíció alapján a membránszűrés olyan membránművelet, amelynek a hajtóereje a transzmembrán nyomáskülönbség (∆PTM). A hajtóerő hatására a szűrőmembrán a két vagy több komponensből álló elegy egyes komponenseit átereszti, másokat pedig részben vagy teljesen visszatartja. Folyadékelegy esetében – a membrán előtt és a membrán mögött fennálló nyomáskülönbség következtében – az oldószer (legtöbbször víz) konvektív áram formájában áthalad a membrán pórusain, míg az elegyben szuszpendált részecskék vagy molekulák – mivel nagyobbak a pórusoknál – nem tudnak azon áthatolni. A membrántechnikában az ún. 71
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei „cross-flow” vagy keresztáramú szűrést alkalmazzuk, amikor a szűrendő folyadékelegyet nagy áramlási sebességgel tangenciálisan áramoltatjuk a membrán előtt, miközben a nyomáskülönbség következtében a folyadék egy része áthatol a membrán pórusain (szűrlet vagy permeátum) az elegy főárama pedig magával hordozva a részecskéket/oldott molekulákat, továbbhalad (sűrítmény v. retentátum). A keresztáramú szűrésnél elméletileg nem képződik szűrőlepény, csak az elegy koncentrációja fog növekedni, és a membrán felülete tiszta marad, aminek következtében a szűrletteljesítmény nem csökken lényegesen a szűrési idő növelésével. A kiszűrendő részecske és a membrán pórusmérete alapján a membránszűrést általában három, az utóbbi időben négy csoportba soroljuk: Mikroszűrés (MF), amelynél a membrán pórusmérete 0,1 µm ás 10 µm között van és ezekkel a membránokkal kiszűrhetők a szuszpendált részecskék, amelyek mérete kisebb a membrán pórusméreténél. A szűrésnél alkalmazott nyomáskülönbség 1–3 bar. A mikroszűrést leginkább a többi membránművelet előtt szokás alkalmazni előszűrő, tisztító eljárásként, ha a leválasztandó részecskék nem oldott formában vannak jelen az elegyben, hanem lebegő részecskék, szuszpenzió vagy emulzió formájában. Alkalmazható mikrobiológiai stabilizátorként, hiszen a mikroorganizmusok közül a baktériumokat és gombákat is el lehet távolítani. A nagy pórusméret nagy szűrletfluxust eredményez. Alkalmas folyamatos, illetve szakaszos üzemmódban is. Ultraszűrés (UF), amelynél a membrán pórusmérete 0,1 µm (100 nm) és 0,01 µm (10 nm) között van és ezekkel a membránokkal makromolekulákat tudunk kiszűrni oldatokból, amelyeknek a molekulatömege 1 000 000 és 1000 Da között van, attól függően, hogy milyen alakú molekulákról (gömb, lánc, kereszt) van szó. A membránokat gyakran nem a pórusmérettel jellemzik, hanem a vágási értékkel (NMWCO, nominal molecular weight cut off), ami arról ad tájékoztatást, hogy mekkora molekulatömegű komponenseket tart vissza a membrán 90%-ban. Az ultraszűrő membránok általában 1000 Da – 1000 kDa vágási értékűek. A szűrésnél alkalmazott nyomáskülönbség 3–8 bar. Nanoszűrés (NF). A nanoszűrő membrán képes a kisebb molekulákat, mint pl. a cukrokat és a két vegyértékű ionokat is kiszűrni a vízből 80–98% visszatartással. A membrán pórusmérete 1–10 nm lehet, vágási értéke 100–1000 Da. Pórusméretére utal ezen kívül a konyhasó-visszatartása is, amelynek a jellemző értéke 30– 70%. A szűrésnél szükséges nyomáskülönbség 10–40 bar között változhat. Fordított ozmózis (RO), membránoknál a membrán pórusmérete 1 nm és 0,1 nm között van. Az ilyen típusú membránokkal a konyhasó és az ahhoz hasonló méretű molekulák/ionok szűrhetők ki nagy hatékonysággal, mert a membrántól függően a visszatartás eléri a 99, sőt 99,5%-ot is. A fordított ozmózis esetében a kisméretű pórusok miatt és a jelentkező ozmózisnyomás leküzdésére az alkalmazott nyomás 10–60 bar. A membránszűrési technikák közül a legfinomabb szűrést ezzel érhetjük el. Az RO membránok gyakorlatilag csak az oldószer molekulákat engedik át. Míg az előbb részletezett háromféle szűrésnél a szitaeffektus hatására vált szét az oldószer és az oldott anyag, ebben az esetben a szétválasztás mechanizmusa nem teljesen tisztázott, csak feltételezések vannak (pl. szitaeffektus, nedvesített felület, szorpciós-kapilláris hatás, oldódás-diffúziós modell) (83 és 84).
2.4.3.5.1. Membránszűrés modellezése Az egykomponensű oldószer (pl. desztillált víz, etil-alkohol) akadálytalanul jut át a membránon és a fluxus egyenesen arányos a transzmembrán nyomáskülönbséggel (∆PTM). A fluxust csak a hőmérséklet befolyásolja. Amennyiben oldatból próbálunk egy adott komponenst eltávolítani, a visszatartás miatt a membrán felületén – esetenként a membrán pórusaiban – megnő a szűrendő anyag koncentrációja, amely jelentős hatással van a szűrésre. Idővel a membránon felhalmozódó molekulák gélréteget képeznek a felületen. Ezt a folyamatot a 2.4.4. ábra szemlélteti. 72
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.4.4. ábra - A fluxus változása a transzmembrán nyomáskülönbség függvényében
Látható, hogy a felfutási görbéken van egy bizonyos transzmembrán nyomáskülönbség (amely függ a makromolekulák vagy a részecskék koncentrációjától), amelyen túl a nyomáskülönbség növelésével nem növekszik a szűrlet fluxusa, attól függetlenné válik. Ezt kritikus transzmembrán nyomásnak nevezi az irodalom, amelyhez tartozik egy állandósult fluxus érték is. Ez a viselkedési forma legjobban az ultraszűrésre jellemző és a modellezésnél az ultraszűrés műveletét általában kétféle modellel szokásos leírni: • Ellenállás modell. • Anyagátadási, vagy film modell. Az ultraszűrésnél a nyomás által irányított tartományban az ellenállás modell alkalmazható, míg az anyagátadási modell az anyagátadás sebességével szabályozott területen használható. A membrán előtt keresztáramban áthaladó oldat sebességének növelésével a kialakult gélréteg ellenállása részben csökkenthető, de az ismert elméletek szerint egy bizonyos nyomáson túl a szűrletteljesítményt a gélréteg és az oldat tömegében lévő koncentrációk különbsége következtében kialakult ellenáramú diffúzió kontrollálja. A keresztáramú szűrés alkalmazásánál a már említett gélréteg mellett a szűrési sebességet csökkenti a szűrés folyamán keletkező póruseltömődés, valamint az áramlási (hidrodinamikai) határréteg ellenállása is. A membránszűrés folyamán kialakult állapotot a 2.4.5. ábra szemlélteti.
73
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
2.4.5. ábra - A koncentrációviszonyok keresztáramú szűrés esetén
Anyagátadási modell. A keresztáramú szűrési folyamat során ugyan a keresztáram tisztítja a membránfelületet, de az anyagátjutás következtében a membrán közelében földúsul az anyag. Ennek a polarizációs rétegnek az ellenállása abban nyilvánul meg, hogy a koncentráció gradiensre ellentétesen, azaz a főtömeg felé kezdenek a komponensek áramlani. Az állandósult áramlási, hőmérsékleti és nyomásviszonyok esetén a két áramlás kiegyenlíti egymást.
. A differenciál egyenletet rendezve, a határok az alábbiak szerint alakulnak: a diffúziós úthossz (x) 0-tól a határréteg vastagságáig δ-ig tart, a koncentrációt (c) a főtömeg koncentrációja (cb) és a membrán melletti koncentráció határozza meg (cm):
. Integrálás és rendezés után a következőket kapjuk a fluxusra meghatározva 74
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei
, ahol, δ az anyagátadási határréteg vastagságát [m] jelöli, D/δ = k az anyagátadási együtthatót [m/s] határozza meg. Az áramoltatás sebességét csökkentve a határréteg ellenállása növekszik egészen addig, amíg a felületi koncentráció értéke nem éri el azt a határértéket, ahol az oldott anyag kirakódik a membrán felületére. Az ekkor kialakuló gélréteg-koncentráció (cg) a kiülepedett molekulára jellemző konstans, így a hajtóerőtől függetlenné és a folyamatban állandó értékké válik. Az alkalmazott nyomás növelésével a fluxus egyenes arányban növekszik a tiszta víz esetén (TVF, tiszta víz fluxus). Amennyiben oldatot szűrűnk, a fluxusgörbe felvesz egy bizonyos értéket és fölé nem vihető, mivel a gélréteg és az oldat főtömegének koncentráció-különbsége folytán kialakult ellenáramú diffúzió szabályozza azt. Erre az állandósult állapotra a következő összefüggés érvényes, feltételezve, hogy a gélréteg koncentrációja jóval magasabb a permeátuméhoz viszonyítva, azaz cP ~ 0.
. A változók szétválasztását követően, határoknak a gélréteg vastagságát, illetve a gélréteg koncentrációját választjuk. A következő egyenletet kapjuk:
. Amennyiben a betáplálás azonos koncentrációban történik, az egyenletben a koncentráció-hányados is állandó. Ebben az esetben a fluxus csak az áramlási viszonyoktól függ. Mivel a fizikai tulajdonságoktól függ az áramlás, ha adott állandó viszonyok mellett végezzük a szűrést, akkor csak a modul geometriájától függ a szűrletteljesítmény. Ellenállás modell. Az ellenállás modell elvileg az összes membránszűrési eljárásra alkalmazható, így a mikroszűrést is az ellenállás modellel jellemezhetjük. A nanoszűrés és fordított ozmózis esetén más a helyzet, itt az ozmotikus nyomás által okozott hajtóerő-csökkenéssel is számolni kell. A modell alapja Ohm törvénye (81):
. 75
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A fluxust tehát az alkalmazott transzmembrán nyomáskülönbség (ΔPTM) és az ellenállások összegének hányadosa adja. Az ellenállások a membrán anyagának ellenállása R*m, a gélréteg ellenállásnak és a határréteg ellenállásának összegéből álló polarizációs réteg ellenállás (R*p) és az eltömődésből származó ellenállás (R*f) összegeként értelmezhetők. Desztillált víz esetén a képlet egyszerűsödik, hiszen nem alakul ki gélréteg, így polarizációs ellenállás és eltömődésből származó ellenállás sem jelenik meg
. Oldatok esetén viszont az előbb elhagyott tényezők fellépnek és egy többváltozós rendszert alkotnak. R*p + R*f = f (Qrec, cb, T, η). Az ellenállások hőmérsékletfüggőségét a viszkozitás bevezetésével szüntethetjük meg.
, ahol η a szűrlet viszkozitása [Pas]. Ozmózisnyomás modell. A membránszűrési folyamat egyik megbízható leíró modellje az ozmózisnyomás modell.
2.4.6. ábra - Ozmotikus jelenség és szűrési modell
A 2.4.6. ábra sematikusan ábrázolja a víz elválasztását membrán segítségével sós oldattól. A membrán szemipermeábilis, azaz az oldószer (víz) számára átjárható, míg az oldott anyag (só, cukor) nem képes áthatolni rajta. Ahhoz, hogy a tiszta víz átáramoljon a sűrítendő anyagból a membrán másik oldalára, az alkalmazott 76
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei nyomásnak nagyobbnak kell lennie az ozmotikus nyomásnál, viszont ha kisebb nyomást alkalmazunk, mint az ozmotikus, akkor a víz a sűrítmény felé áramlik. Az ábrán jól látható jelölések szerint a folyamat a koncentráció-kiegyenlítődésre törekedne, azaz víz áramlana a nagyobb koncentrációjú térbe (sötét színű térbe). Ha viszont a transzmembrán nyomáskülönbséget megnöveljük az ozmotikus nyomás fölé, az oldószer elhagyja a nagyobb koncentrációjú teret és az így létrejött effektív víz fluxus (permeátum fluxus) kifejezhető a membrán permeabilitásának (B) és a hajtó-erőnek (transzmembrán nyomáskülönbség és ozmózisnyomás különbsége) a szorzatával: Jvíz = B(ΔPTM – Δπ). A membrán permeabilitása (B) fordítottan arányos a membrán ellenállásával (RM). A fordított ozmózis esetén használt nyomás értéke 20 és 100 bar között változhat, a nanoszűrésnél ugyanez az érték csak 10 és 80 bar között változik. Az ultraszűréssel és mikroszűréssel ellentétben az itt tárgyalt eljárásokban használt membránok anyaga közvetlenül hat az anyagátadási együtthatókra. Más szavakkal, a membránok anyaga jobban befolyásolja az oldószer anyagáramát, mint az oldott anyagét. Tehát itt fontos szerepe van a membrán anyag kiválasztásának, mivel a szűrés tulajdonságait közvetlenül határozza meg. Ioncserélő eljárások. A konzerviparban ioncserélő eljárásokat a következő területeken használnak: ionmentes víz előállítása (mind anion-, mind kation-mentes) speciális dietetikus készítményekhez. Az élelmiszerrel érintkezésbe kerülő, ill. abba bekerülő víz vas- és mangántartalmának csökkentése. Gyümölcslevek savtartalmának részleges csökkentése. Almalé és sűrítmény színtelenítése (polifenolok, polikinonok eltávolítása). Előfőzés és húzatás céljára használt víz lágyítása. Osztott hidrosztatikus sterilező berendezések hőközlő vizének lágyítása. Az ioncserélő eljárások kémiai alapjaira és műszaki megoldásaira vonatkozólag a szakirodalomra utalunk(26, 45).
2.4.3.6. Konvektív anyagátvitel A fázisváltozás nélküli konvektív anyagátvitel analóg a konvektív hőátvitellel, főleg a közeg áramlása létesíti. Az anyagátadási tényező a hőátadási tényezővel analóg és léteznek a hőátvitel dimenzió nélküli paramétereivel analóg anyagátviteli dimenzió nélküli paraméterek(14, 34) . Szilárd anyagok folyadékban történő oldását is lehet a konvektív anyagátvitel körében tárgyalni. Fontos fogalom itt az oldékonyság, az oldás sebessége és az oldáshő. Az oldás sebessége az anyagátadási tényezővel és a fajlagos felülettel arányos. Az anyagátadási tényező oldásnál a szilárd anyag felszínén lévő telítési koncentráció és az oldat átlagos koncentrációjának különbségére vonatkozik. Azok a konzervipari eljárások, melyekbe a fázisváltozás nélküli konvektív anyagátvitel és az oldás folyamatai beépülnek, a következők: • Dzsemek főzése keverős vákuumüstben • Pektin oldása vízben • Porított, instantizált, granulált szárítmányok oldása vízben • Tartósítószerek oldása élelmiszeranyagokban 77
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei • Só és cukor oldása vízben és az oldat melegítése • Derítőszerek diszpergálása és oldása gyümölcslevekben • Lúg oldása vízben vegyszeres hámozáshoz A konzervipari gyakorlatban a fázisváltozás nélküli konvektív anyagátvitel és az oldás legfontosabb alkalmazásai a folyadékkeverés, mint műveleti egység területén találhatók.
2.4.3.7. Anyagátvitel fázisváltozással folyadék-gőz-gáz rendszerekben A fázisváltozással járó anyagátvitel folyamatai a feldolgozott élelmiszeranyagot érintő következő technológiai eljárásokban talál hatók: • Hevítés gőzbekeveréssel és hűtés vízelpárologtatással • Gyümölcs- és zöldséglevek bepárlása • Szárítás • Növényi és állati eredetű anyagok gáztalanítása (pl. gyümölcslevek légtelenítése) • Megtöltött konzervedények légtelenítése közvetlenül zárás előtt • Gáz oldása folyadékban (pl. CO2-dal való telítés) • Aromadesztillálás • Aromakinyerés inert gázokkal Folyadékok párolgása és gőzök kondenzációja egykomponensű rendszerben. Az idevágó ismereteket a hőfizika és művelettan részletesen ismerteti(14, 15, 20, 34, 60, 74) . A műszaki gyakorlatban gyakran van szükség a tiszta víz gőztenziójának értékeire. A víz elpárologtatása olyan oldatokból és szuszpenziókból, mely illékony anyagokat csak elhanyagolható mértékben tartalmaz. Az ilyen oldatokból való vízelpárologtatáskor a tiszta vízre jellemző fizikai és hőfizikai, valamint fizikai-kémiai tulajdonságok megváltoznak, az oldott és szuszpendált anyagok töménységével arányosan: az oldat viszkozitása, sűrűsége és ozmózisnyomása növekszik, hővezetési tényezője csökken. Az oldat fajhője és vízaktivitása (vagyis a gőztenziója) csökken, a forráspont és a párolgáshő növekszik. A felületi feszültség változása nem egyértelmű és csak kevés adat áll rendelkezésünkre. Cukoroldatok felületi feszültsége növekszik a cukor tömegtörtjével. A felsorolt jellemzőkre vonatkozó adatok a szakirodalomban találhatók(7, 9, 30, 38, 47, 52, 60, 66). A fenti változások adott berendezésben a tiszta vízhez viszonyítva csökkentik a hőátadás intenzitását, az oldat irányába, növelik a bepárlás hőmérsékletének értékét és csökkentik a hőátbocsátás hőmérsékletkülönbségét. Növekszik a keverési és szivattyúzási teljesítmény. 78
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei A konzervipari oldatok fajhője és így fajlagos entalpiája is csökken az oldott (és szuszpendált) anyagok tömegtörtjével arányosan. A párolgáshő viszont növekszik, hiszen a tiszta víz párolgáshőjéhez hozzá kell adni a különböző módokon kötött víz kötési energiájának megfelelő részét. Az oldat felett a vízgőz túlhevített állapotban van. A bepárlás műveletének számítását célszerű volna „fajlagos entalpia-oldott anyag tömegtörtje” diagramok alapján végezni. Ezek azonban csak vegyipari oldatokra (pl. só- és lúgoldatokra) állnak rendelkezésünkre(14, 60). A konzervipari gyakorlatban fajhő–tömegtört, pontosabb számításoknál fajhő–tömegtört– hőmérséklet összefüggésekből és a forrpontemelkedésre (vagy tenziócsökkenésre) vonatkozó adatok alapján számítjuk a fajlagos entalpiát, A gőz fázis fajlagos entalpiáját ui. a forrpontemelkedés (vagy tenziócsökkenés) figyelembevételével kapjuk a túlhevített vízgőzre vonatkozó táblázatból. Az ozmózisnyomáshoz (vö. a (2.4.6.) összefüggéssel) és fagyáspontcsökkenéshez hasonlóan a forrpontemelkedés (ΔT) és tenziócsökkenés (Δp) is kifejezhető a vízaktivitás függvényében:
Δp = (1 – av) pv. A fenti összefüggésekben av a vízaktivitás, R az általános gázállandó (R = 8,314 kJ·kmol–1 ⋅ K–1), T a hőmérséklet (K), rs az oldat párolgáshője (kJ·kg–1), pv a tiszta víz vízgőztenziója, Mv a víz moláris tömege (kg·kmol–1). Ha adott hőmérsékleten ismerjük a forráspont-emelkedést, úgy ezt a (2.4.7.) összefüggés segítségével számíthatjuk át más hőmérsékletre, a vízaktivitást közel állandónak tekinthetjük (vö. a Tiscsenkó-formulával(30, 60)). A Dühring-szabályt is alkalmazhatjuk, akkor azonban legalább két hőmérsékleten kell ismerni a forráspont-emelkedést(14, 60). A sűrítmény entalpiája mindig csökken, a párolgáshő mindig nő, akár azonos nyomású, akár azonos hőmérsékletű vízzel hasonlítjuk is azt össze. Azonos hőmérsékletű vízhez hasonlítva az oldat feletti gőzök fajlagos entalpiája csökkenhet is. Illékony anyagok eltávolítása oldatból való elgőzölögtetéssel. A kérdéssel a szakirodalom részletesen foglalkozik(5, 7, 34, 53). Illékony anyag (ilyen az aromaanyagok legtöbbje) tömegtörtje a folyadékfázissal egyensúlyban lévő gőzfázisban nagyobb, mint a folyadékfázisban. Az illékony aromaanyagokat az jellemzi, hogy molekuláik és a víz molekulái között taszítóerők vannak. Ez a tény az illékony anyag aktivitási tényezőjében fejeződik ki mérhető formában. Az illékonysági tényező az illékony anyag gőztenziójának és aktivitási tényezőjének szorzatával arányos. Vizes oldatban az illékonysági tényező az A jelű komponensre vonatkozóan:
. Itt x és y az alsó index szerinti komponens moltörtje a folyadék ill. gőz fázisban, v index a vízre utal. Csak az az anyag illékony, melyre nézve αa > 1. Adott élelmiszerre jellemző aromakomponensek csak igen kis koncentrációban vannak jelen. Gyümölcslevekben egyetlen komponens tömegtörtje wa < 10–5, az összes komponensé: wa < 10–4. Ezért az egyes aromakomponensek kölcsönhatása elhanyagolható, vagyis minden egyes komponens úgy kezelhető, mintha egyedül volna a vízben oldva és a végtelenül híg oldatra vonatkozó illékonysági és aktivitási tényezővel számolhatunk. 79
A konzerviparban alkalmazott technológiai eljárások alapelvei Adott homológ sorba tartozó aromakomponensek illékonysági tényezője növekszik a moláris tömeggel, noha forrpontjuk emelkedik és gőztenziójuk csökken. Gyümölcslevek aromáinak kinyerésére elsősorban desztillációs eljárásokat használnak, ritkábban inert gázzal (pl. nitrogénnel), vagy folyadékextrakcióval (pl. folyékony CO2-dal) végzik az aromák kinyerését(5). Növényi eredetű anyag gáztartalmának eltávolítása azon az elven történik, hogy annak hőmérsékletét a környezeti nyomásnak megfelelő forrponti hőmérséklet közelébe emeljük (vagy a környezeti nyomást csökkentjük a forrpontnak megfelelő vízgőztenziót megközelítő értékre). Így a gázok parciális nyomása erősen lecsökken, kitágulnak és eltávoznak. Ez az elv az alapja az előfőzésnél, vákuum alatti térben való kezelésnél (húzatás), vagy gyümölcslevek vákuumban való porlasztásánál tapasztalható gáztalanítási hatásnak. A gáztalanítás tehát mindig az alkalmazott környezeti nyomásnak megfelelő hőmérsékleti szinten megy végbe.
80
3. fejezet - Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz 3.1. Résztechnológiák felbontása és csoportosítása Növényi nyersanyagok előkészítő eljárásai közé mindazon tevékenységeket soroljuk, melyek az átvételtől a tartósító eljárásokig terjednek. Az aszeptikus technológiák alkalmazása esetén a töltés és zárás is a tartósító eljárás része, míg az ún. fél-aszeptikus technológiáknál a töltést és a zárást is az előkészítő eljárások közé sorolhatjuk. A növényi nyersanyagok betakarítása nem konzervipari, hanem mezőgazdasági tevékenység, azonban a feldolgozó üzem sem nélkülözheti az idevágó alapozó ismereteket. A betakarítás gyakran jár együtt előzetes feldolgozás jellegű tevékenységgel: cséplés, fürtbontás, előtisztítás, előválogatás stb. A betakarított nyersanyagot vagy a mezőgazdasági üzem területén lévő előfeldolgozó telepre, vagy a konzervgyárba szállítják. Az előkészítő eljárások nagyobbik része a nyersanyag tisztítására irányul. Ezek közül külön pontokban tárgyaljuk a nyersanyag mosását és hámozását (3.4, 3.5. és 3.6. pontok). Az aprító eljárásokat (3.7. pont) gyakran együtt végzik a tisztító eljárásokkal. A termikus előkészítő eljárások (3.8. pont) szintén fontos csoportot alkotnak. Igen változatosak a különböző lényerési és létisztítási eljárások (3.9. és 3.10. pontok). A töltési és zárási eljárások (3.12. pont) az aszeptikus eljárás kivételével közvetlenül megelőzik a tartósítást. Ezekhez kapcsolódva ismertetjük a konzervedények és egyéb csomagoló-szerek mosását, tisztítását. Sűrítmények és szárítmányok töltése, zárása a tartósítást követő műveletek. Ezek ismertetése konkrét feldolgozó technológiákhoz kapcsolódik, vagy a 3.12. pont, ill. a szakirodalom(107) foglalkozik velük. A lezárt és hőkezelt konzervedényeket többnyire tisztítják, szárítják, címkézik, különböző egységekbe (kartondoboz, zsugorfóliás egység, rekeszek, rakodólapos egységek stb.) csomagolják. Ezeket raktárakban tárolják a kiszállításig. Félkész termékek tárolása, akkor is, ha konzervedényben történik, ideiglenes, a késztermék elkészítéséig.
3.2. Növényi eredetű nyersanyagok átvétele A nyersanyag minőségének vizsgálatához első lépés a mintavétel. A gyümölcsök és zöldségfélék minősége gyorsan változik, ezért az átvételre kerülő tételből mielőbb mintát kell venni és azt azonnal meg kell vizsgálni. A minták vizsgálatáról esetenként előírások intézkednek.
3.2.1. A nyersanyagok egyes értékmérő tulajdonságai és a minősítés A minősítés értékmérő tulajdonságok alapján történik és mind érzékszervi, mind pedig műszeres mérésen alapuló (objektív) eljárásokat alkalmaznak. Az objektív eljárásokat elsősorban ott alkalmazzák, ahol a minőségi osztályba való sorolás a nyersanyag átvételi árát is eldönti. Bármelyik értékmérő tulajdonságról is legyen 81
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz szó, fontos az egyöntetűség. Az egyöntetűség azt jelenti, hogy a jellemzők előírt értékek között maradnak, vagy a jellemzők statisztikai értelemben vett szórása, variációs koefficiense kellően kicsi.
Fajtaazonosság: A konzervipar a „fajtaazonos” kifejezést nem szigorúan növényrendszertani értelemben használja. Az iparban fajtaazonos az a nyersanyag, amely tulajdonságaiban (alak, méret, szín, állomány, íz, összetétel) egyöntetű és a feldolgozás szempontjából megszokott. Ismert jellemzőkkel rendelkezik.
Tisztaság: A nyersanyag tisztátalanságát idegen anyagok (föld, por, növényvédő szer, idegen gyümölcs, zöldség, egyéb növényi rész stb.) okozzák. A tisztaságot szokás %ban kifejezni:
.
Érettség Az egyenletes érettség jelentős kihatással van a késztermék minőségére. A gyümölcsök és zöldségfélék érettségi állapotát a felhasználás módjához és céljához kapcsolódva különböző fokozatokban fejezik ki. Ismeretesek a gazdaságilag érett, éretlen, utóérő, túlérett kategóriák. Gyümölcsök esetében gyakran használjuk a „befőtt-érettség” kifejezést, mely pl. körténél 55%, őszibaracknál 65–75%, kajszibaracknál 80–90%-os érettséget jelent. Ennél érettebb gyümölcs befőtt gyártásra nem, csak lé, dzsem, íz gyártására alkalmas.
Alak, fejlettség, egyöntetűség A gyümölcsök és zöldségfélék fontos tulajdonsága a fajtára jellemző alak és méret. Az alak és méret mind tetszetősség, mind az alkalmazható technológia szempontjából fontos tulajdonság. A méretre vonatkozó előírásokat a termékszabványok tartalmazzák. A fenti tulajdonságok erősen kihatnak a gyártásközi veszteségekre, az anyagi ráfordításra.
Egészségi állapot Szétválogatjuk a beteg, sérült, szépség-, száraz- és romló hibás, valamint romlott gyümölcsöt, illetve zöldséget. Beteg az a gyümölcs, zöldség, amely valamely ok következtében életfolyamatában zavart szenved, rajta kórtünetek, betegségek, károsodás fedezhető fel. Szépséghiba a gyümölcs, zöldség felületét érintő, kismértékű parásodás, foltosság, behegedt jégverésnyom, enyhe színeltérés, áttelelő zöldségeknél a levélzsugorodás stb., ha ez felhasználhatóságukat jelentősen nem befolyásolja. 82
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Szárazhiba a gyümölcs, zöldség felületét érintő nagyobb mérvű parásodás, varas vagy egyéb száraz folt, állati szívástól és rágástól eredő beparásodott száraz nyomok, nem mély repedések és sérülések stb., ha ezek megfelelő árukezelés mellett romlást nem okozhatnak. Romló hiba állati és növényi kártevők okozta felületi és belső elváltozás, mechanikai sérülés, nyomódás, napégés, fagyás, fülledés, nyálkásodás, akkor is, ha ezek az átvétel időpontjában még romló jelleget nem mutatnak. Romlott a gyümölcs, zöldség, amelyen a romlást jellemző tünetek (rothadás, penészszag stb.) – bármely kis mértékben is – mutatkoznak. Romlottnak minősül az olyan hibás gyümölcs, zöldség is, amely külsejével, szagával vagy izével undort kelt. A vizsgálat során a minőséghiba okozóját (pl. kórokozó) nem, de a hiba megjelenését, formáját (pl. rothadt) megnevezzük.
Az érzékszervi vizsgálat sorrendje: Megszemlélés, amely a következőkre terjed ki: szín (színhiba, színelváltozás, a szín egyöntetűsége), nagyság, méret (nagyság-egyöntetűség, méret-egyöntetűség), alak (jellemző alaktól eltérés, alakhiba, alak-egyöntetűség), felület (sima, ráncos, érdes, parás, foszló), idegen anyag jelenléte. Állomány vizsgálata közben a gyümölcs, zöldség puha, kemény, fás, rostos, szivacsos, pudvás stb. állapotát tapintással, roncsolással, rágással bírálják el. Illat vizsgálatánál a jellemzőt, a jellegtelent, az idegen és a romlásra utalót kell elsősorban észlelni. Az illatot azonnal értékelni kell, mert az ízlelés módosíthatja az érzékelést íz vizsgálatánál a jellemző íz intenzitását, a jellemző íz hiányát, az idegen ízt és romlásra utaló ízeket kell értékelni. Kis mennyiségek többszöri ízlelése határozottabb eredményt nyújt, mint egyszerre nagyobb adag kóstolása. Az érzékszervi tulajdonságok – a vonatkozó termékszabvány előírásai szerint – kifejezhetők minősítő jelzővel, vagy rövid szöveges leírással, esetleg értékpontrendszerrel.
Beltartalmi tulajdonságok A konzervipar szempontjából legértékesebb kémiai összetevők összessége, amelyek analitikai vagy egyéb műszeres vizsgálatokkal megállapíthatók. Ilyenek pl.: szárazanyag-, cukor-, sav-, keményítő‑, fehérje-, vitamin- és ásványianyag-tartalom stb. A vizsgálatokat részben a vonatkozó előírások tartalmazzák.
3.3. A válogatás és osztályozás technológiája 3.3.1. Alapelvek A válogatás és osztályozás együtt tárgyalandó rokon fogalmak. Lényegük, hogy az adott nyersanyaghalmazt egy, vagy több szempont szerint részhalmazokra bontjuk úgy, hogy a részhalmazok a szempont(ok) szerint egymástól megkülönböztethetők legyenek. A válogatásnál a nyersanyaghalmazt a célul kitűzött feldolgozás szempontjából megfelelő és nem megfelelő részekre osztjuk, míg az osztályozásnál a megfelelő részt bontjuk tovább (lásd a 3.3.1. ábrát). 83
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.3.1. ábra - A válogatás és osztályozás alapelvének szemléltetése. 1. nyersanyaghalmaz; 2. megfelelő rész a célul kitűzött feldolgozás szempontjából; 3. nem megfelelő rész a célul kitűzött feldolgozás szempontjából. Az egyes osztályok jelölése: a, b, c, d, e
A nem megfelelő rész további sorsa: a) A megfelelő rész szerinti feldolgozástól eltérő, más konzervipari termékké való feldolgozás. Ipari példa: a piros paradicsombogyókból kiválogatott zöld bogyókból konzervált savanyúság készül. b) Hulladékként való hasznosítás. Például a kiszelektált hibás zöldborsó szemeket takarmányozás céljára állattartó gazdaságnak adják el. c) A nem hasznosítható rész hulladékként a környezetet szennyezi. Törekedni kell, hogy ez a rész a lehető legkevesebb legyen.
A minősítés kapcsolata a válogatással és osztályozással A válogatást-osztályozást megelőző minősítés célja, hogy a következő kérdésekben lehessen dönteni: a) Alkalmas-e a nyersanyag konzervipari feldolgozásra? b) Milyen késztermék(ek) készítésére alkalmas a nyersanyag? c) Szükséges-e válogatni, vagy osztályozni? A válogatás–osztályozás utáni minősítés során kell dönteni a következő kérdésekben: a) A válogatás valóban kielégítő? b) Az osztályozással kapott részhalmazok az osztályozás szempontja(i) alapján valóban különböznek-e egymástól? 84
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Szakszerű minősítés csak a megfelelő matematikai-statisztikai módszerek alkalmazásával végezhető(9). Nem lehet eléggé hangsúlyozni a megfelelő mintavétel jelentőségét A részhalmazok vizsgálata tipikusan a variancia-analízis körébe tartozik. A varianciaanalízis általában annyi tényezővel rendelkezik, ahány szempont van az osztályozásnál. Ha egy osztályon belül alosztályok is vannak, akkor a hierarchikus modell használható. A csoportosításhoz és sorrendbe állításhoz Tukey módszere is használható(62, 109). Annak eldöntésére, hogy az osztályozás szempontjainak megfelelő jellemzők között milyen (sztochasztikus) kapcsolat van, rendszerint korreláció-regresszió analízist használnak. Így elemezhető például az uborka hosszúsága és „átmérője” közötti kapcsolat. A válogatásra-osztályozásra vonatkozó ismeretek természetesen nem csak a nyersanyagra, hanem értelemszerűen félkész, átmeneti termékre is vonatkoznak. A válogatáshoz, osztályozáshoz tartozó eloszlás- és sűrűségfüggvények és anyagmérlegek. A válogatás-osztályozás eljárásának és a kapcsolódó minősítő módszerek szakszerű végzéséhez ismerni kell az eredeti- és a részhalmazoknak az eloszlás, ill. sűrűségfüggvényeit. Az eloszlásfüggvény tartalma a gyakorlatban tömeghányad (vagy tömegtört) és darabszám-hányad (vagy darabszám-tört). A független változó a válogatás-osztályozás szempontja szerinti jellemző (pl. jellemző méret, sűrűség). Az eredeti halmaz eloszlásfüggvénye a részhalmazok eloszlásfüggvényeiből a keverékeloszlás képzésére vonatkozók szerint kapható(90). A 3.3.2. ábrán válogatásra, illetve két részre történő osztályozásra vonatkozóan tüntettük fel a sűrűségfüggvényeket (a sűrűségfüggvény egyenértékű az eloszlásfüggvénnyel, de szemléltetőbb). A tökéletes és a nem tökéletes elválasztást egyaránt szemléltettük.
3.3.2. ábra - A két részre történő osztályozás szemléltetése sűrűségfüggvények [f(x)
segítségével. A – a tökéletes elválasztás; B – nem tökéletes, átkeveréses elválasztás. 1. az osztályozás előtti anyag; 2, 3. a kisebb paraméterértékekkel rendelkező osztály; 4, 5. a nagyobb paraméterértékű osztály. Az osztályozás szempontja szerinti jellemző (paraméter) értékei: x. Az elválasztás előírt határának értéke: xE] A két részre való osztályozáshoz minden további nélkül használható a két-termékes elválasztás elmélete(88), ez kiterjeszthető több, mint két részre történő osztályozásra is. Az anyagmérlegekre vonatkozókat egyszerűség kedvéért szintén két részre történő osztályozás (válogatás) kapcsán mutatjuk be. Két anyagmérlegünk van: 85
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz wA + wB = 1, x = wA xA + wB xB. Itt wA a válogatás utáni megfelelő (kevés hibás egyedet tartalmazó) rész tömegtörtje, wB a nem megfelelő (sok hibás egyedet tartalmazó) rész tömegtörtje. x, xA, xB a selejtesek hányada (törtje), mégpedig a válogatás előtti anyagban, a válogatás utáni megfelelő részben, a nem megfelelő részben. Hasonló összefüggések írhatók fel darabszám törtekkel is. Mind a tömegtörtek, mind a selejtesek hányadai 0 és 1 közötti értékeket vehetnek fel. A válogatás akkor tökéletes, ha xA = 0, vagyis minden selejtes anyag nem megfelelő részbe került, és xB = 1, vagyis a nem megfelelő részben csak selejtes anyag van. A (3.3.1) és (3.3.2) összefüggésekből
. A (3.3.3.) összefüggés segítségével wA kiszámítható, ha x, xA, xB értékét megfelelő mintavételre alapozott módszerekkel meghatározzuk. A (3.3.2.), vagy (3.3.3.) összefüggés wA állandó mellett x, xA és xB között lineáris kapcsolatot fejez ki, mely egy xA, xB, x derékszögű koordinátarendszerben síkkal ábrázolható, ahogyan az a 3.3.3. ábrán látható. Ha a három selejthányadon kívül wA-t ismerjük, akkor módunk van a mérési eredmények pontosítására azáltal, hogy a mért értékekre regressziós síkot (síkokat) illesztünk.
3.3.3. ábra - A selejthányadok között wA = állandó esetén lévő kapcsolatot szemléltető sík válogatásnál (két részre történő osztályozásnál). 1: a kapcsolatot ábrázoló sík; 2: xA , xB , x = 1 pont; 3: xA, xB, x = 0 pont; 4: a tökéletes elválasztás (xA = 0, xB = l) egyenese. Selejthányadok (megfelelő, nem megfelelő, válogatás előtti anyag): xA, xB, x. A megfelelő és nem megfelelő osztályok tömegtörtjei: wA, wB.
86
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
Válogatási–osztályozási optimum Optimum meghatározásáról csak akkor beszélhetünk, ha előzőleg számszerűsíthető célt tűztünk ki. Ez lehet a gazdaságossággal kapcsolatos, pl. max. árbevétel, vagy haszon, minimális önköltség. Lehet a késztermék minőségével kapcsolatos stb. Ezután kell a célfüggvényt definiálni, majd a korlátozó feltételeket. Gyakorlatilag a legtöbb ipari feladatot egyedi esetként szükséges kezelni, közös formulát nem lehet alkalmazni ezekre. Nézzük a következő példákat: gyorsfagyasztott paradicsompaprika-kocka kiválogatott részében a megtűrt selejthányad xAE = 0,028 és a termék egységára független attól, hogy ez alatt az érték alatt mennyi a selejthányad. A selejtes rész most elhanyagolható áron hasznosul. A maximális árbevételhez akkor jutunk, ha a válogatóberendezést (pl. egy szín szerinti válogatót) úgy üzemeltetjük, hogy a tényleges selejtarány alig legyen kevesebb, mint xAE. Ha viszont a termék egységára jelentősen növekszik csökkenő selejthányad mellett, akkor a maximális árbevétel a zérus selejthányad közelébe fog esni.
3.3.2. A válogatás-osztályozás konzervipari gyakorlata A válogatás-osztályozás szempontjainak kialakításánál a következőket kell figyelembe venni: a) A késztermék minőségére vonatkozó követelmények: aktuális kereskedelmi igények, megállapodások. Az utóbbiak főleg exportált árukkal kapcsolatban jelentkeznek. b) A válogatást-osztályozást követő feldolgozó eljárások lehetővé tétele, elősegítése. Dörzshámozás előtt például célszerű méret szerinti osztályozást alkalmazni a veszteségek csökkentése miatt. c) A nyersanyag tárolhatóságának növelése, további romlás csökkentése a már romlott egyedek eltávolítása révén. A válogatás szempontjai: a) Károsult nyersanyagegyedek eltávolítása. A károsult egyedek jellegzetes típusai: romlott, rovarok, más állatok (csiga, madár, kutya, róka, rágcsálók stb.) által károsított, növényi betegségtől károsult, mechanikailag sérült (vágott, ütődött) egyedek. b) Fejletlen vagy túlérett termések c) Torz alakú egyedek eltávolítása d) Elütő színű egyedek A válogatás rendszerint kézi munkával történik. A szín szerinti válogatásra gépi berendezések is használatosak, ezeket az osztályozásnál ismertetjük. A kézi válogatás egyszerű berendezései a válogatóasztalok és a válogatószalagok. Az utóbbiak főbb típusai közé a görgős, hajlékony hevederrel ellátott, sodronnyal ellátott, perforált lemeztagokból kiképzett válogatószalagok tartoznak. 87
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A válogató szalag teljesítőképessége, vagyis a szalagra kerülő anyag tömegárama a qm = kbv összefüggésből számolható. Itt b a szalag szélessége (m), k az egységnyi szalagfelületen egy rétegben elhelyezhető nyersanyag tömege (kg ⋅ m–2), v a szalag sebessége (m ⋅ s–1). qm-et az előző mértékegységek alkalmazásával kg ⋅ s–1-ben kapjuk. A „k” értékeire vonatkozó adatok a 3.3.1. táblázatban találhatók.
3.3.1. táblázat - Az egységnyi szalagfelületen egy rétegben elhelyezhető nyersanyag tömege A nyersanyag megnevezése
k, kg . m–2
Alma
20
Braunschweigi karotta
12
Burgonya
22
Őszibarack
27
Paradicsom
20–25
Ringló
20
Kajszi
13–14
Szilva
12
Zöldborsó
3–4
A görgős válogatószalag működési elve a 3.3.4. ábrán látható.
88
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.3.4. ábra - Szalag rendszerű válogatókra vonatkozó két elv szemléltetése. A: Görgős válogató működési elve; B: Egyszerű szállítószalagokból kialakított válogatószalag nyersanyag átforgatását végző csatlakozásokkal
A görgők a nyersanyag egyedeket forgatják, így azok minden oldala megfigyelhető. Hátrányos az, hogy a válogatást végzők szeme gyorsan kifárad a mozgó, vibráló nyersanyag megfigyelésében, előnyösebb a 3.3.4. ábrán feltüntetett másik megoldás. Itt a nyersanyag az egymást követő szalagok csatlakozásánál átfordul. A megvilágítás erőssége kézi válogatásnál, osztályozásnál minimálisan 100 lux az egész válogató helyiségre nézve, a közvetlen munkaterületé kb. 300 lux. Az osztályozás szempontjai a konzerviparban: a) geometriai jellemzők (méret, alak); b) a nyersanyagegyedek tömege; c) az egyedek sűrűsége; d) szín; e) állomány (keménység, puhaság); f) érettségi állapot. 89
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
Osztályozás a geometriai jellemzők (méret, alak) alapján A geometriai jellemzők alapján történő osztályozás célja többnyire a késztermékben lévő alakos (darabos) részek egyöntetű megjelenésének biztosítása. Ilyen konzervek például a befőttek, zöldborsó-, zöldbab-, csemegeuborka-, finomfőzelék-, hámozott és hámozatlan csemegekukorica konzervek. Számos esetben a további feldolgozás számára szükséges az osztályozás. Ilyen feldolgozó eljárások a gyümölcsök magozása és felezése, egyéb darabolás, véglevágás, csumázás dörzsöléssel és lehántolással (esztergályozással) történő hámozás. Alakra, méretre vonatkozóan léteznek szabatos definíciók(44, 101). Ilyen például a gömb alakúság, egyik definíciója: a nyersanyag egyeddel azonos térfogatú gömb átmérője osztva a befoglaló gömb átmérőjével. A szabatos definíciók helyett a konzerviparban a 3.3.5. ábrának megfelelő méreteket használják. Egyenes terméseknél általában hosszméreten a szár csatlakozást és a kelyhet összekötő tengely mentén mért méretet értünk. Forgástest alakú terméseknél az átmérő az erre merőleges síkban mért legnagyobb méret. Hosszúkás, de görbült terméseknél megkülönböztetünk hosszméretet és magasságot. Kerek (gömb alakú, gömbölyű) nyersanyagot egyetlen „átmérővel” jellemzünk.
90
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.3.5. ábra - Jellegzetes, nem szabatos méretek a konzervipari nyersanyagok osztályozásához. A: forgástesttel közelíthető alakok; B: gömbbel közelíthető alak (gömb alakú, kerek, gömbölyű); C: a tengelyre (a hosszméret irányára) merőleges síkban lapított alak; D: görbült alak. l: tengely. A lapított alakok szélessége és vastagsága: a, b. Az „átmérő” Jelölése: d. A magasság és hossz jelölése: h, l
A méret szerinti osztályozásra használt berendezések alapelvét a 3.3.6. és 3.3.7. ábrák szemléltetik. A 3.3.6. ábrán látható hengeres osztályozókat apró, gömb alakú anyagokhoz, elsősorban zöldborsóhoz, esetenként egreshez, cseresznyéhez és meggyhez használják. A távolodó húros és léces osztályozók mindenféle nyersanyaghoz használatosak. A ferde szalagos osztályozók gömb alakú anyagokhoz használatosak, míg speciális megoldást képvisel a hazai fejlesztésű uborka hosszúság szerinti osztályozó. Részletesebb adatok, ismeretek a szakirodalomban állnak rendelkezésre(1, 26, 36, 37, 42).
91
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.3.6. ábra - Méret szerinti hengeres osztályozók működési elve. A: Hengeres osztályozó osztályozó szegmensekkel; B: Kaszkád rendszerű hengeres osztályozó. 1. forgó osztályozó dob; 2. szegmensek, a haladás irányába növekvő méretű osztályozó nyílásokkal ellátva; 3. henger az osztályozó nyílásokba beszorult egyedek visszanyomásához; 4. a nyersanyag haladásának iránya; 5. forgó osztályozó dob, az osztályozó nyílások mérete egyetlen dobon azonos, a legnagyobb méretű nyílások a legfelső dobon vannak; 6. az áthullott szemeket gyűjtő és továbbító vályú; 7. a legnagyobb méretű osztályba tartozó nyersanyag kilépése; 8. a legkisebb méretű anyag kilépése
92
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.3.7. ábra - Különböző típusú méret szerinti osztályozók működésének alapelve. A: Távolodó húros osztályozó; B: Távolodó léces osztályozó; C: Ferde szalagos osztályozó, oldalsó osztályozó nyílásokkal; D: Hosszúság szerinti uborkaosztályozó. 1. osztályozó zsinór; 2. a zsinórok mozgatására és kifeszítésére szolgáló egyik dob; 3. trapéz keresztmetszetű léc; 4. az osztályozott anyag; 5. állítható oldalsó lapok; 6. az oldalsó osztályozó nyílások irányába döntött szállítószalag; 7. a haladás irányába növekedő szélességű osztályozó nyílással ellátott síklap, az osztályozónyílás irányába megdöntve; 8. mozgó, keresztirányú továbbító lécek; 9. álló, határoló léc; 10. továbbító görgő; 11. támasztó görgő; 12. a támasztó görgőt tartó lánctag;13. összekötő lánctag; 14. oldalsó támasztólánc; 15. támasztógörgők vezető pályája
Speciális berendezések szolgálnak a zöldbab vastagság szerinti osztályozására. A régebbi, osztályozó gyűrűkkel és végtelenített zsinórokkal ellátott típus helyett(42) újabban a zsalus osztályozólécekkel rendelkező típust is alkalmazzák (International Machinery Corporation)(37). Vágott zöldbab osztályozására olyan forgó henger 93
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz használatos, amelynek belső palástján a zöldbab méretének megfelelő átmérőjű csészék vannak. A kis méretű vágott darabok a csészékbe ülnek és onnan felfelé haladtukban kihordó szalagra hullnak. A nagyobb méretű darabok a henger aljáról elkülönítve kerülnek ki. Az eddig ismertetett összes típusnál, kivéve a kaszkád elrendezésű osztályozókat, a nyersanyag mérete az előrehaladás irányába növekszik. A kaszkád elrendezésnél (3.3.6. ábra) fordított a helyzet. Az ún. manipuláló gépsorok ismertetése Gyarakynál(26) található. Szín szerinti osztályozás. A szín szerinti osztályozás történhet érzékszervi úton. Ekkor etalon(ok) alapján kézzel osztályoznak. Többféle gépi megoldás létezik, ezek a színmérés elvét tekintve eltérnek a színmérő készülékektől. Ennek oka az, hogy a megfelelő teljesítőképesség eléréséhez rendkívül rövid idő áll a mérés és a döntés rendelkezésére. A megoldások egyik csoportját a 3.3.8. ábra szemlélteti. Az egyedek a rendező részből állandó távközzel és állandó sebességgel kilépve kerülnek a kevert (fehér) fényforráshoz. A visszavert, vagy áthaladó fényt két részre osztva, a felületi teljesítményt két célszerűen választott hullámhosszon mérik. Ezek hányadosának logaritmusa alapján [lg(Ee1/Ee2)] születik döntés arról, hogy az egyed melyik osztályba kerül.
3.3.8. ábra - Két hullámhosszon mérő, szín szerinti osztályozók működésének alapelve. 1. rendezetlen nyersanyag; 2. rendezett anyag; 3. kevert fényű megvilágító egység; 4. optikai rendszer transzmissziós méréshez; 5. optikai rendszer reflexiós méréshez
Paradicsom válogatásánál például a zöld-sárga színű bogyókat kis tehetetlenségű pneumatikus működtetésű kiütőlap távolítja el, ahogyan azt a 3.3.9. ábra szemlélteti. A gyakorlatban a nyersanyag több sorban („csatornában”) halad.
94
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.3.9. ábra - Reflexiós elven működő szín szerinti osztályozó berendezés paradicsomhoz. 1. szállító egység a rendezett bogyók részére; 2. megvilágító egység; 3. két hullámhosszon mérő optikai rendszer; 4. kiütőlap; 5. zöld színű bogyó; 6. piros színű bogyó
A 3.3.10. ábra az etalon háttérrel történő osztályozás elvét szemlélteti. A fényérzékelők nyersanyag mentes állapotban a háttér ernyők színét érzékelik.
95
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.3.10. ábra - Etalon háttérrel rendelkező szín szerinti osztályozó működésének alapelve. 1. világítótest; 2. optikai mérőrendszer; 3. háttérernyő; 4. kifúvó szerkezet; 5. osztályozatlan anyag; 6. a megfelelő színű anyag haladási iránya; 7. a nem megfelelő színű anyag haladási iránya
Ha az optikai téren áthaladó nyersanyag egyed színe csak előírt mértéken belül tér el a háttér-ernyők színétől, altkor az a megfelelő rész útján halad. Ha nem, akkor a fúvóka levegővel a nem megfelelő rész útjára tereli. Lehetséges az is, hogy csak akkor történik az egyed eltávolítása, ha az például sötétebb (vagy például világosabb), mint az etalon háttér. Részletesebb ismeretek a szakirodalomban találhatók(32, 74).
3.4. A növényi nyersanyagok mosása 3.4.1. A mosás technológiája A nyersanyagok elsődleges feldolgozása közben többszörösen beiktatott művelet a mosás, melynek célja a nyersanyag felületére tapadt szennyeződések eltávolítása, a mikroflóra csökkentése; azaz a fizikai, kémiai és mikrobiológiai tisztaság növelése. A zöldség- és gyümölcsfélék földdel, porral, növényrészekkel, növényvédő szerekkel szennyezettek. A gépi betakarítás terjedésével a mosás jelentősége sokszorosára növekedett. A jól vezetett mosással a nyersanyag felületén található 105–109 grammonkénti mikrobaszámot 1–2 nagyságrenddel csökkenthetjük. A szennyeződéseket általában vízfürdőben leválaszthatjuk, mert ezeket vízben oldódó, lágyuló, illetve olyan anyagok alkotják, melyek tapadó képessége vízben való áztatás során csökken. A mosandó nyersanyag felszínének nedvesítése a hatékony mosás egyik alapfeltétele.
96
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A szennyeződés leválasztása szempontjából a mechanikai értelemben vett nyírófeszültségeket tekintik fontosnak, bár húzóigénybevétel is előfordulhat. Mosásnál általában ivóvíz minőségű vizet használnak. Előmosás, előáztatás céljából mikrobás fertőzéstől mentes, egyszer használt technológiai víz is felhasználható ( kellő körültekintéssel). A mosás hatékonysága szempontjából lényeges a mosott felület hidrofil, vagy hidrofób jellege. Viaszos kutikulával rendelkező, olajos anyagokkal átitatott héjú termések (uborka, szilva, narancs) mosásakor dörzsöléssel választhatjuk le a viaszos-olajos felületi réteget, vagy enyhén meleg vizet (50–60 °C) használhatunk oldás céljából. A legcélszerűbb eljárás olyan bipoláris tenzidek alkalmazása, melyek hidrofób része a nyersanyag felületéhez, hidrofil része a vízhez kapcsolódik, és ilyen módon csökkenti a felületi feszültséget, ugyanakkor emulgeáló és zsíroldó hatású (pl. zsíralkohol-szulfonát). Ezek azonban drágák és csak kivételesen használják őket mosásnál, sokkal inkább hámozásnál (lásd a 3.6. pontot). Minél magasabb a víz hőmérséklete, annál nagyobb a kilúgozódási veszteség. A termék szennyezettségének mértéke, azonos szennyezettségi rétegvastagságot feltételezve, a fajlagos felülettel arányos, vagyis fordítva arányos a termés jellemző méretével (lásd a hámozási héjveszteséget a 3.6. pontban). A mosás intenzitását ultrahang segítségével is növelhetjük, a konzerviparban azonban ilyen módszert nem használnak. A mosással szembeni követelmények: • hatékony, de emellett kíméletes legyen, • ne okozzon nagy szárazanyag-veszteséget (kilúgozódás), • a kezdeti csiraszám jelentősen csökkenjen, • érvényesülj ön az ellenáram elve, a gazdaságos vízfogyasztás, • a mosóvíz relatív sebessége kellően nagy legyen, • az áztató-mosó szakaszt erős vízsugaras öblítő szakasz kövesse, • a mosógép könnyen, gyorsan tisztítható legyen, • a mosógép kevés energiaigényű és megbízható legyen. A mosóvízzel szembeni követelmények: • ivóvíz minőség, • megfelelő keménység (német keménységi fokban = NK° 25), • nem tartalmazhat mérgező anyagokat, 97
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz • oxigénfogyasztás: legfeljebb 3 mg/liter O2, • mikrobiológiai állapot: korlátozott sz. koliform, • a Fe++, Mn++ ionok koncentrációja kisebb, mint 0,3 mg/l (együttesen). A mosás művelete 3 fő részből áll: áztatás (előmosás), mosás, öblítés. A talajrészek hathatós eltávolítása érdekében jó szolgálatot tesz az áztatás. Az előáztatással az anyaghoz erősen kötött földrészek is fellazulnak, melyeket azután a mosógép akadálymentesen tud eltávolítani. A nyersanyag felületéről leválasztott szennyeződés a mosóvízzel általában szuszpenziót képez. Lehetőséget kell teremteni mosás során arra, hogy a mosóvízből a diszpergált fázis elkülönüljön. A talajszennyeződés és por sűrűsége (kb. 2 g ⋅ cm–3) nagyobb a vízénél, így ezek ülepítéssel választhatók el a terméstől. Míg a szennyezés leválasztásának fázisa nagy relatív sebességet igényel, a talajvízszennyezés kiülepedése kis sebesség és lamináris áramlás mellett mehet csak végbe. A konzerviparban a mosásra felhasznált víz mennyisége a mosott nyersanyagnak 2–3-szoros értéke. Ha a mosóvizet visszakeringtető rendszerben ülepítjük, hidrociklonon eresztjük át, szűrjük (esetleg fertőtlenítjük), akkor ez az érték kb. a felére csökken. Az öblítés általában nem körüláramló, hanem rápermetezett vízzel történik azért, hogy a szennyeződést a mosóközeg itt már ne hordja át egyik darabról a másikra és az ne tudjon visszajutni a nyersanyag felületére.
3.4.2. A mosás műszaki megoldásai A vízmozgatással oldó mosók a szennyezőanyagok leoldását vízáramoltatással, víz alá történő nyomkodással, a vízbe bevezetett levegővel érik el. Kíméletes mosást biztosítanak, ezért sérülékeny állományú nyersanyagokhoz ajánlhatók. Ide tartoznak az úsztatóvályú, a légbefúvásos, flotációs, lágytermék-mosó, a leveles zöldség mosógépei (parajmosó). A vízsugarak alkalmazásával működő (permetező) mosók a termény állományától függő sebességű vízsugárral tisztítanak. Ezeket önállóan ritkán használják, vagy mosórendszer, vagy egyéb alapelven működő mosógép részei. Az intenzív dörzsölő mosóknál a mosás intenzitását forgó vagy alternáló mozgást végző elemek, dörzsölő kefék művelik. A nyersanyag mosás közben erős igénybevételnek van kitéve. Ezért ezeket a gépeket szívósabb állományú termények mosására alkalmazzák. Ide sorolhatók a különféle kefés mosógépek, karos mosógépek, dobmosók stb. A mosógépek műszaki ismertetése részletesen megtalálható a szakirodalomban(1, 11, 36, 37, 42). Gépi betakarítású paradicsom mosására speciális mosórendszereket használnak. A 3.4.1. ábra a légbefúvásos mosó elvi kialakítását mutatja. A 3.4.2. ábra a zöldborsó mosására használt ún. flotációs mosót, a 3.4.3. ábra pedig a mosásra és szállításra egyaránt használt úsztatóvályút szemlélteti. 98
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.4.1. ábra - Légbefúvásos mosógép elvi kialakítása. 1. vízzel telt kád; 2. túlfolyó; 3. álfenék; 4. leürítő tolózár; 5. cső a levegő bevezetésére; 6. kihordószalag; 7. permetezőcsövek; 8. a nyersanyag belépése; 9. a nyersanyag kilépése
3.4.2. ábra - Flotációs zöldborsómosó. 1. terelőgát; 2. ülepítőlemezek; 3. bukógát; 4. dobszűrő kihordócsigával; 5. zöldborsókihordó cső (vízsugár-impulzussal működtetve); 6. vízleválasztó rázórosta; 7. vízporlasztásos permetezők; 8. vízgyűjtő garat; 9. víztartály; 10. túlfolyó; 11. vízelosztó; 12. szivattyú; 13. szűrőlemez (perforált); 14. adagológarat
99
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.4.3. ábra - Úsztatóvályú keresztmetszetek és a homokfogó vázlata. A: Tipikus vályúkeresztmetszetek; B: Homokfogó 1. perforált lemez; 2. leülepedett szennyeződés; 3. tisztítónyílás az ürítőcsap, vagy zárókupak eltávolított állapotában ábrázolva
A lágytermékmosók biztosítják a legkíméletesebb mosást (3.4.4. ábra). A 3.4.5. ábra a dobmosók elvét szemlélteti, míg a 3.4.6. ábra az egyik fajta parajmosót mutatja. Ez utóbbi olyan légbefúvásos mosó, melynél alternáló mozgást végző villák nyomkodják víz alá a levélzöldséget, egyúttal továbbítják is azt.
100
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.4.4. ábra - Lágy húsú gyümölcsök mosóberendezései. A: Egyszerű mártogató-mosó; B: Folytonos üzemű lengő-vályús, légbefúvásos mosó. 1. mosókád állvánnyal; 2. perforált gyümölcstartó kosár; 3. levegőbevezetés elosztó körcsöve; 4. légelosztó perforált lemez; 5. vízleürítő csap; 6. ventillátor; 7. légelosztó csővezeték; 8. ürítőnyílás; 9. túlfolyócső; 10. permetező cső; 11. kád; 12. lengetőkar; 13. mosóvályú sodronyszövetű fenékkel; 14. forgattyúkar; 15. feladógarat
101
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.4.5. ábra - Dobmosók vázlata. A: Áztató-permetező rendszerű gép; B: Permetező rendszerű gép. 1. kád; 2. forgómosódob perforált palásttal; 3. vízpermetező csövek; 4. tolózár, vagy csap
3.4.6. ábra - Paraj- és zöldbabmosó berendezés. 1. mártogató-továbbító lengővillák; 2. kihordószalag; 3. légbevezető cső; 4. mosókád; 5. vízpermetező csőrendszer; 6. álfenék metszetben
A dobmosók gumósok, gyökérfélék, kemény állományú gyümölcsök mosására alkalmasak. Szilárd, egyszerű konstrukciók. A dob általában vízzel telt kádban forog, belső kiképzése lehet fémléc, fémpálca-sor, vagy fémszövet. A mosás közbeni ütődések csökkentése és jobb dörzsölő hatás elérése céljából esetenként a lécbetétekre recés felületű gumifeltétet szerelnek. A tisztítás intenzitásának növelése céljából a dobban – tengelyirányban – vízsugárrózsákat vagy perforált csövet helyeznek el. Az anyag továbbítása a dobpalást belső felületére szerelt továbbítólapátok vagy csiga segítségével történik. A kiadagolást kiemelő szerkezet végzi. Kevésbé szennyezett nyersanyagoknál, vagy ahol az áztatás már külön műveletben megtörtént, a dob nem merül vízbe. A 3.4.7. ábrán kefés mosógépek működési elve látható. A vízkádas kivitel az elterjedtebb, a kúpos típusnál a kefék dörzsölő hatását vízsugárral való öblítés egészíti ki.
102
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.4.7. ábra - Kefés mosógépek. A: Hagyományos kialakítású kefés mosógép; B: Kúpos típusú gép. 1. álfenék; 2. álló kefék; 3. forgó kefék; 4. garat; 5. kihordó szalag; 6. leeresztőszelep; 7. hajtómű; 8. vízpermetező rendszer; 9. garat; 10. forgó kefék; 11. állítható távolságú álló kefék; 12. permetező víz bevezetése; 13. álló terelőlemez; 14. vízgyűjtő vályú; 15. függesztőelem
A mosóberendezések csökkenő kíméletességének sorrendje: lágy termékmosó, légbefúvásos és dotációs mosó, dobmosó, kefés mosó. Vízsugarak alkalmazásánál csökken a vízsugár sebességének és keresztmetszetének növekedésével. 6–8 bar víznyomás már csak kemény zöldségfélékhez alkalmazható, míg egy-két tized bar nyomással lágytermékek is moshatók. A mosott nyersanyag szempontjából is megkülönböztetünk determinált és indeterminált tartózkodási idővel rendelkező berendezéseket. Determinált berendezések teljesítőképessége folytonos üzemben (a mosott anyag tömegárama, qm) a
103
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
összefüggésből számítható. Itt m a berendezésben egyidejűleg lévő nyersanyag tömege, t az áthaladási (tartózkodási) idő. A t idő értékét a nyersanyag, vagy az azt szállító szalag sebességéből számítani tudjak. Indeterminált berendezéseknél az előző formula érvényes, de t helyébe a tartózkodási idő, mint valószínűségi változó várható értékét kell helyettesíteni. Ez azonban csak mérésekkel állapítható meg. A determinált berendezésben a termény minden egyede (majdnem) állandó sebességgel halad. Determináltnak tekinthető az úsztatóvályú, ha a nyersanyag kisebb sűrűségű, mint a víz. Determinált a szalagos, vibrációs, szállítócsigás továbbítása berendezés. Indeterminált a légbefúvásos, flotációs mosó, a kefés uborkamosó(87). Számos esetben a mosás más művelet része: meggy, cseresznye, szilva, szamóca szártépése permetező mosással van egybekötve. Ugyanez a helyzet a zöldbab hegyének levágásakor, vagy a zöldbab szeletelésekor. A gépi hámozás műveletét is követi mosás.
3.5. Növényi nyersanyagok tisztítása A növényi nyersanyagok tisztítására szolgáló eljárások közül a mosást és hámozást külön pontokban tárgyaljuk (3.4 és 3.6. pont). A jelen pontba sorolt tisztító műveletek: szártalanítás; csonthéjasok, almatermésűek, paprika magjának, magházának eltávolítása; a törmelék és idegen anyagok eltávolítása légáramban, vagy vízsugár alatt. Egyes termények feldolgozásánál speciális tisztító műveleteket is alkalmaznak: zöldborsó pattintó rendszerű tisztítása; hüvelyes zöldbab végeinek levágása; kukorica háncsleveleinek (csuhé) és bibeszálainak (bajusz) eltávolítása; hagymavégek levágása, hagymaszár letépése, egres koptatása stb. Olyan speciális megoldásokról van szó, melyeket célszerűbb az adott termény készáruvá való feldolgozása kapcsán (lásd az 5. fejezetet) ismertetni. A tisztítógépek, berendezések részletesebb ismertetése megtalálható a szakirodalomban(1, 26, 36, 37, 42).
3.5.1 Szártalanítás A gépi szártalanítást kellően kemény állományú cseresznyénél, meggynél, szilvánál, ribiszkénél és szamócánál stb. alkalmazzák. Kézi szártalanításra puha nyersanyagnál, vagy után tisztításnál kerülhet sor. A ribiszke és szamóca szártalanítását fagyasztott állapotban is szokás végezni. A szártalanítás elvi sémáját mutatja a 3.5.1. ábra. A beadagolt gyümölcs a gumihengerekből kiképzett felületre – asztalra – kerül. A hengerek páronként egymással szemben forognak. Az asztal a vízszinteshez képest dönthető, tehát a szártalanított gyümölcs a hengersoron végiggurul és a gépből így eltávozik.
104
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.5.1. ábra - Szártépő gép működésének elve. 1. rugók; 2. gumiköpennyel ellátott hengerek; 3. gyümölcs behúzott szárral
3.5.2 Magozás Gyümölcsfélék feldolgozásánál gyakori művelet, de egyes esetekben zöldségféléknél is előfordul (paprikamagház, tökbél eltávolítása stb.). Magozni szokták a dzsem- és befőttgyártás nyersanyagát, sok esetben a lényerésre kerülő kajszi- és őszibarackot (vékony rétegű prések alkalmazásánál). Velőgyártásnál is magozhatunk, azonban elterjedt a gőzölés utáni magpasszírozás is (lásd a 3.7. pontot). Befőttfélék gyártásánál roncsolásmentes felület szükséges, ezért barack- és szilvafélék magozását gyakran végzik kézzel. A cseresznye és meggy egyre gyakrabban kerül magozott befőttként gyártásra. Kajszi- és őszibarack, szilva sok esetben magozott, felezett. Minden esetben eltávolítják a körte és alma magházát. Igen sokféle magozógép ismeretes. A meggy, cseresznye, szilva magozásának elvi vázlatát a 3.5.2. ábra mutatja.
3.5.2. ábra - A magkiszúrás elvi vázlata. 1. kiszúrótüske; 2. mag; 3. gyümölcstartó fészek
A gépi berendezések közül példaként a svájci Ferrum cég egyik magozógépének elvét szemlélteti a 3.5.3. ábra. A gyümölcs a garatból kerül az alumíniumöntvényből kiképzett szegmensek fészkeibe. A fészekbe nem jutó terményt a forgókefe söpri vissza a garatba. A szegmensek a mindenkori gyümölcsméretnek megfelelően cserélhetők. A terméknek úgy kell elhelyezkednie a fészekben, hogy a szár felőli rész alulra essen. Ezt az ún. beforgató-mechanizmus végzi, mely fészkenként igazítja a szemeket.
105
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.5.3. ábra - Magozógép felépítése. 1. gyümölcs-beforgató szerkezet; 2. forgó kefe (fészekbe való ültetéshez); 3. görgős lánc lánckerékkel; 4. garat; 5. fészkekkel ellátott szegmens; 6. magozómechanizmus; 7. kiszúrótüskék lehúzólappal; 8. magkiszállító csiga; 9. excenteres gyümölcskidobó mechanizmus
A szegmenseket a görgős lánc szakaszosan mozgatja a magozómechanizmus alá. Itt a kiszúrótüskék – a szegmensek megállása után – lefelé elmozdulnak és a magot a fészek alján levő nyíláson át kitolják. A lehulló magokat szállítócsiga táplálja ki a gépből.
106
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Magvaváló szilva magozására alkalmas a Kerényi-féle felezőmagozó, melynél vízsugár löki a szilvaszemeket a felező késeknek és a magkiütő elemnek. Dzsem gyártáshoz a kajszibarack felezését–magozását a meggymagozókhoz hasonló gépek végzik, azzal a különbséggel, hogy a szomszédos szegmensek szélein kialakított fél csészék együtt alkotnak barack-tartó csészét, továbbá tüskék helyett egyetlen késlap végzi a felezést és a magok kinyomását. Magvaváló barackfélék befőtt gyártásra alkalmas minőségben történő felezését–magozását végző gépek a barack magja körül, a varratos héjhártya mentén vágják el a húst (körkéssel), majd a magot kiütik. A nem magvaváló barackféléket (főleg őszibarackot) a varratos héjhártya mentén kettéfűrészelik fűrészes körkéssel) , majd mindkét félből kikanalazzák a magot. Almatermésűek, paprika magházának eltávolítását hengeres (cső alakú) fúrókkal végzik. A termést megfelelő csészékbe ültetik, a fúrók relatív mozgása függőleges irányú. A csészék körmozgást, vagy végtelenített szalagon haladó mozgást végeznek. A magház eltávolítását gyakran kapcsolják össze felezéssel, gerezdeléssel. Körtebefőtt gyártásához a legjobb minőséget (és legkisebb veszteséget) a kézi felezés és a magház kivájása (kikanalazása) adja. A gyümölcsök magozási vesztesége 10–15% körül van.
3.5.3 Szelektálás 3.5.3.1. Tisztítás légárammal A nyersanyagban lévő idegen anyagok (kő, fém, fa, papír) és a hibás, vagy fel nem használható növényi részek (szár, mag, virág, levél stb.) eltávolítása légszeparátorokkal is történhet. Megfelelő sebességű légáramban a nyersanyag lebegésben tartható, míg a nagy fajlagos felületű (apró méretű por, vékony levél stb.), vagy kis sűrűségű (száraz levél, törmelék) szennyeződést, idegen növényi részeket a légáram magával ragadja. Nagy sűrűségű és kis fajlagos felületű kövek stb. a légárammal szemben is elválhatnak a nehézségi erő hatására. Egyszerű légszeparátor elvi kialakítása látható a 3.5.4. ábrán. A légszeparátort elsősorban szárítmányok tisztítására használják. A gép megoldja a nehéz és könnyű idegen anyag, valamint a szárrészek leválasztását a szárítmányról.
107
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.5.4. ábra - Egyszerű légszeparátor vázlata. 1. beadagológarat; 2. perforált lemez; 3. ventillátor; 4. lemezajtó a légbeszíváshoz; 5. kiadagológarat; 6. hulladékelvezető csonk; 7. tisztított termék; 8. lebegő szennyeződés; 9. ház
Az egész rendszer depresszió alatt van, a légszívatást egyetlen ventillátor végzi. A levegőáramok változtatható nyílásokkal szabályozhatók, így az elválasztás élessége beállítható. Az elragadott port és egyéb szennyezést ciklon választja le. A berendezés teljesítménye szárított levélzöldségekből 60–80 kg/h, kockázott, pelyhesített gyökérfélékből, hagymából 90–140 kg/h.
3.5.3.2. Sík- és dobszelektorok alkalmazása A kisméretű szennyeződések, méreten aluli darabok leválasztására szolgál a síkszelektor. A leválasztást a vízszinteshez képest 3–5 fokos lejtésszögű perforált lemezzel, illetve egymástól meghatározott távolságra levő pálcákkal érik el úgy, hogy a tálcaszerűen kiképzett felületet vibráltatják. A síkszelektor vázlatát mutatja a 3.5.5. ábra. A síkszelektoréhoz hasonló technológiai célok megvalósítására szolgál a dobszelektor is. A dobszelektor és a dobmosó (3.4. pont) azon változata közt, melynél a termény nem kerül vízfürdőbe, nincs eltérés. A dobszelektornál a síkszelektornál alkalmazott felület kerül a palástra. A lejtős, forgó dobban haladó anyag vízöblítést kap. 108
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.5.5. ábra - Síkszelektor körvonalrajza. 1. vízbevezető csonk; 2. lengő tálca; 3. zuhanyozó rendszer; 4. hulladékelvezető csonk; 5. laprugók; 6. excenteres hajtómű; 7. kiadagoló surrantó; 8. perforált lemez a tálca alján
3.5.3.3. Zöldborsótisztítás pattintó rendszerű berendezéssel A száraz tisztítást alkalmazó üzemekben, ahol a könnyű szennyezőanyagokat légszelektorral távolítják el, a borsó csak a pattintó berendezésben találkozik vízzel. A hagyományos nedves tisztítást alkalmazó üzemekben a pattintó berendezést a tisztító vonal végére telepítik és utótisztítóként üzemeltetik. A pattintó tisztítás lényege, hogy az állandó magasságból eső szennyezett borsó tömege az esés irányára szögben elhelyezkedő sík felületre ütközve szétválik, ugyanis az ép szemek magasabb röppályán pattannak el, mint a szennyező anyagok. A röppálya alatt egy elválasztó élt megfelelően elhelyezve, az ép szemek az él után, az idegen anyagok pedig az él előtt esnek le (3.5.6. ábra). A tisztítási veszteség a pattintás 2–3 ismétlésével csökkenthető.
109
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.5.6. ábra - Pattintó rendszerű borsótisztító berendezés működési elve. 1. elosztó lejtő; 2. ejtőrés; 3. pattintóléc; 4. elválasztóél; 5. szennyezett, kevert zöldborsó; 6. az ép szemek röppályája; 7. az idegen anyagok pályája. Változtatható távolság a pattintóléc és az elválasztóél között: L
3.6. A hámozás technológiája 3.6.1. A bőrszövet-rendszer felépítése, hámozási veszteség A megfelelő hámozási eljárás kialakításához a nyersanyag bőrszövet-rendszerének (héj) felépítéséből kell kiindulni. Ez a következők szerint csoportosítható: a) Epidermisz, mely egyetlen réteg epidermisz-sejtekből áll, az utóbbi réteget kívülről az erős, összefüggő kutikula-réteg borítja. Ilyen héja van az almástermésűeknek, a csonthéjas gyümölcsök közül a cseresznyének, meggynek, ringlónak, szilvának, egyes kajszi- és őszibarack fajtáknak, a paradicsom és paprika bogyóinak, az uborka kobaktermésének. A kutikula polimerizált zsírsavakból álló kutint tartalmaz és külső felületét is gyakran összefüggő vékony viaszréteg borítja. Az epidermisz-sejtek külső (kutikula felőli) oldalán a sejtfalak cellulózban és pektinben gazdagok. A hámozás célja a kutikula, legfeljebb az epidermisz-sejtek rétegének eltávolítása. A héj hámozáskor nagyobb, rendszerint összefüggő darabokban távolítható el. b) Epidermisz, melynek epidermisz-sejtjeiből szőrképletek nőnek ki és a kutikula kevés kutint és sok gázcsere-nyílást tartalmaz. Az epidermisz-sejteket fedő réteg lazább, mint a) alatt és porózus. Ilyen héja van a legtöbb őszibarackfajtának és egyes kajszifajtáknak. A héj kisebb foszlányokban távolítható el.
110
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz c) Rizodermisz (epibléma) és parakéreg. Az előbbi fiatal, az utóbbi idősebb föld alatti hajtások bőrszövet-rendszere, mely elparásodott szövetből (paraszövet, fellom), alatta parakambiumból (fellogén) és legbelül a fellodermából áll. Ilyen héja van a gyökérzöldségek és gumós növények gyökereinek, gyökértörzseinek, föld alatti szárainak és gumóinak. A héj rendszerint apró foszlányokban távolítható el (pl. burgonyánál, sárgarépánál). d) Száraz buroklevél. A vöröshagyma a földben rövidszártagú tengelyen fejlődő, húsos leveleket viselő hajtás, melyet száraz buroklevelek borítanak. A hámozás itt a szárcsatlakozás és gyökérzet, valamint a száraz buroklevelek eltávolítását jelenti. A hámozáskor a parenchima-sejteket és a szállítónyalábok sejtjeit nem volna szabad megsérteni, vagy eltávolítani. A hámozási héjveszteség. A megfelelő hámozási eljárásnak – elsősorban gazdaságossági szempontok miatt – olyannak kell lennie, hogy a hámozási héjveszteség a lehető legkevesebb legyen. A héjveszteségen az eltávolított héj tömegének és az eredeti anyag tömegének viszonyszámát értjük. Ezt rendszerint százalékban szokás kifejezni. A hámozási héjveszteség (v) a lehámozott anyag (átlagos) rétegvastagságával (a, m) és az anyag fajlagos felületével (f, m–1) arányos:
Itt ρ a termény sűrűsége, ρa az eltávolított rész sűrűsége, d a jellemző méret (m), k arányossági tényező (m). A fajlagos felület, a felület és térfogat viszonyszáma, geometriailag hasonló anyagoknál a jellemző méret reciprokával arányos. Valamely konkrét hámozási technológia ismertetésénél a hámozási héjveszteség mellett a fajlagos felületet, vagy legalább a jellemző méretet is meg kell adni. A terményekre vonatkozó fizikai adatok többek között Komándyné munkájában(44) találhatók. A 3.6.1. ábrán burgonya héjvesztesége és a jellemző méret közötti kapcsolat látható.
3.6.1. ábra - Burgonya hámozási vesztesége (v) és jellemző mérete közötti kapcsolat(6). 1. mért értékekből kapott görbe; 2. a (3.6.1.) összefüggés szerinti hiperbola, a legkisebb négyzetek módszerével illesztve, k = 7,3132·10–3m
A hámozás technológiájával, gazdasági kihatása miatt, számos publikáció foglalkozik. Ezek között csak kivételesen akad olyan, mely a hámozással kapcsolatos hisztológiai és biokémiai kérdésekbe belemegy(92). A legtöbb közlemény megelégszik a laboratóriumi, félüzemi vagy üzemi jellemzők és a hámozási veszteség 111
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz megadásával. A cél a hámozási veszteség csökkentése úgy, hogy a hámozott anyag érzékszervi jellemzői kielégítőek legyenek. Hazánkban a kifejlesztett kísérleti hámozógépek közül csak a Mühl-féle csigás lúghámozó terjedt el(42). Több ígéretes konstrukció fejlesztése leállt a kísérleti gépnél, vagy megmaradt egyetlen üzemi berendezésnek. Ilyen volt a 900–1200 °C hőmérsékleten üzemelő hőhámozó, több típusa a túlnyomás alatti gőzhámozónak, a forgó rekeszes lúghámozó és a KOHdal működő almahámozó(10, 29, 42, 45, 46, 52, 53, 80-, 81, 104). A konzervipar vállalatai több berendezést szereztek be importból.
3.6.2. Az ipari gyakorlatban alkalmazott hámozási eljárások Az ipari gyakorlatban alkalmazott hámozási eljárásokat legtöbbször előkészítő, szorosabb értelemben vett hámozó és befejező részeljárásokra bonthatjuk. A hámozási eljárások főbb típusai: mechanikai úton történő hámozás, a héjszövetek nedves és meleg közegben (víz, kondenzvíz, lúgoldat) történő lebontása, a héj szárítással egybekötött melegítése, a héj elszenesítése vagy elégetése, a termény-felület fagyasztása és felengedtetése. A nem mechanikai úton végbemenő eljárások befejező művelete rendszerint valamilyen mechanikai eljárás a felrepedt és elmállott héj eltávolítására (koptatás, kefés dörzsölés, vízsugár alkalmazása, véglevágás és a héjból való kinyomás, a kutikula felhasítása és a héj lenyúzása, erős vízáramban való mozgatás stb.). A befejező rész-eljárások közé sorolhatjuk a kézi utántisztítást is. Ide tartozik a lúghámozásnál a savas közömbösítés is. Az előkészítő eljárás a szárcsatlakozás és gyökér levágása (sárgarépa, hagyma stb.), a kutikula felsértése stb. Esetenként kombinált eljárásokat is alkalmaznak. A hámozási eljárás gazdaságosságát a következő tényezők befolyásolják: a) Héjveszteség (lásd a 3.6.1. pont alatt). b) Egyéb hámozási veszteség. Ez a hámozás során egyéb különböző okokból keletkezett nem megfelelő anyag mennyisége az eredeti mennyiségre vonatkoztatva. Az ipari gyakorlatban a) és b) alattiakat gyakran együtt hívják hámozási veszteségnek. Ha a hámozáson kívül egyéb tisztító művelet is van, akkor rendszerint összefoglaló módon tisztítási veszteségről beszélünk. Ennek csak egyik része a héjveszteség, a hámozási veszteség pedig gyakran nem különíthető el az egyéb tisztító műveletek veszteségétől. c) A hámozás munkabére. A kézi hámozás (és az utántisztítás) jelentős munkabér ráfordításával jár. Pontos fogalom itt a munkanorma (1 fő által 1 óra alatt hámozott anyag tömege), mely mindig előírt héjveszteséghez kötött érték. Nincsen külön hámozási norma akkor, ha a hámozást egyéb tisztító művelettel együtt végzik (pl. almahámozás, gerezdelés és magházkivágás). Gépi hámozásnál a gépkezelők és egyéb kiszolgálók munkabére is jelentkezik. A fajlagos munkabér szorosan függ az alkalmazott gépek teljesítőképességétől. d) Egyéb hámozási költségek. Ide tartoznak az energia (gőz, hámozási fűtőanyag, elektromos áram, víz, vegyszerek (lúg, tenzidek, sav) költségei. Ide kellene sorolni a hámozási szennyvíz kezelésének, tisztításának költségeit is. Hámozási és héjveszteség szempontjából a különböző eljárások csak azonos hely, időpont és fajta esetén hasonlíthatók össze. Különböző helyen és időpontban végzett kísérletek rendszerint összehasonlíthatatlanok. Laboratóriumi és üzemi értékek jelentősen eltérnek, bár a laboratóriumi eredményekből következtethetünk az üzemi értékekre. Mechanikai úton történő hámozás. Ide tartozik a héj kézzel történő lehántása. Speciális kések alkalmazásával csökkenthető a héjveszteség, ugyanakkor csökken az egy főre eső hámozási teljesítmény. Paradicsom és alma, körte, őszibarack, birsalma hámozási munkanormája 6–10 kg ⋅ h–1 , hagymáé 15 kg ⋅ h–1 egy főre 112
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz értve. A gépi eljárások közé a héj ledörzsölése, lekoptatása (dörzshámozás), a géppel történő lehántás (forgácsolás, esztergályozás) tartozik. Ezt elsősorban almához használják. A dörzshámozás minden fajta kemény húsú terményhez használható, amelyik gömb alakú, forgástest alakú és kontúrja konvex (körtéhez például nem használható), nem görbült. Lágy terméseknél esetenként koptatás előtt a felületet fagyasztják. A mechanikai úton történő hámozásra vonatkozó néhány adatot a 3.6.1. táblázat tartalmaz.
3.6.1. táblázat - A mechanikai úton történő hámozásra vonatkozó néhány adat Hámozási héjveszteség tömegtörtje
Hámozási (összes) veszteség tömegtörtje
Alma
0,12
0,24
Kajszi
–
0,28*
A termény A hámozási eljárás megnevezése megnevezése
Paradicsom Hagyma
Előkészítő eljárás
0,07 kézi hámozás
–
0,050–0,115
30–35 mm 35–40 mm 40–45 mm Burgonya, Sárgarépa, Zeller
– dörzshámozás
Cékla, zeller
gőzölés, főzés 100 °C-on 0,77–1,7 min. között
–
–
Szakirodalmi forrás, megjegyzés (80)
*magveszteséggel együtt félüzemi labor, kísérlet(80, 81)
0,212 ** 0,145** 0,110**
(80)
0,20–0,33
(52)
0,134 – 0,276–0,279
félüzemi kísérlet
félüzemi kísérletek, **véglevágással együtt
üzemi adatok
főzés előtt méret szerint osztályozva osztályozatlanul feldolgozva, (118) üzemi adatok
A szakaszos üzemű dörzshámozókban a nyersanyagot forgatás mellett korunddal bevont felülethez, vagy forgó koptató tárcsákhoz szorítják. A folytonos üzemű berendezések jellegzetes eleme a korunddal bevont, vagy koptató kefékkel ellátott hosszúkás henger (lásd a 3.6.2. és 3.6.3. ábrát).
113
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.6.2. ábra - Folytonos üzemű dörzshámozó működési elve(6). 1. a nyersanyag belépése; 2. a hámozott anyag kilépése; 3. koptatókefékkel ellátott hosszúkás henger; 4. támasztószalag, a szalag sebessége ellentétes irányú a kefék forgási sebességével a szalagot legjobban megközelítő helyzetben; 5. lekoptatott héj
114
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.6.3. ábra - Folytonos üzemű dörzshámozó működési elve. 1. a nyersanyag belépése; 2. a hámozott nyersanyag kilépése; 3. továbbítócsiga, a csiga tengelyén elhelyezett furatokon át vízzel mossák a nyersanyagot és a koptatóhengereket; 4. korunddal bevont, vagy kefékkel ellátott koptatóhenger, a hengerek egyidejűleg saját és a csiga tengelyvonala körül forognak
A héj szöveteinek nedves és meleg közegben történő lebontása. Ide tartozik a termény felületének forró vízben, telített gőzben, forró NaOH-, vagy KOH-oldatban való kezelése. Ekkor a vizes, vagy lúgos közegben végbemenő hidrolízis során a cellulóz duzzad, részben depolimerizálódik és szilárdsága csökken, az egyéb poliszacharidok molekulái erősebben bomlanak. A pektin és protopektin bomlik, a keményítő csirizesedik, az egész sejtszerkezet mállik. Ideális esetben a bomlási folyamat nem éri el a parenchima-sejteket. A hőmérséklet emelkedése a bomlás sebességét jelentősen gyorsítja. A hőmérséklet és a lúg koncentrációjának hely és idő szerinti változása a felületi rétegben a Fourier-féle differenciálegyenletre, ill. a Fick 2.-törvényre alapozott kerületérték-problémák megoldásával, a szövetek mállása pedig a változáskinetikai paraméterek ismeretében számítható. A legfontosabb technológiai paraméterek a hőmérséklet, a közeg koncentrációja, a tartózkodási idő. Ezek a különböző gépi megoldásoknál kézzel, vagy automatikusan szabályozhatók.
115
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A forró vízben, vagy atmoszferikus nyomáson nedves gőzben végzett hámozásra vonatkozó néhány adat a 3.6.2. táblázatban található. A gépi megoldások az előfőző és gőzölő berendezésekhez hasonlóak (lásd a 3.8. pontot).
3.6.2. táblázat - Atmoszférikus nyomáson forró vízben, nedves gőzben, vagy túlnyomás alatti telített gőzben történő hámozásra vonatkozó néhány adat, p = gőznyomás (absz) A termény megnevezése
A hámozási közeg és jellemzői víz, 98–100 °C
Paradicsom
nedves gőz, 100 °C
Kajszi Szilva Burgonya
Kezelési idő (s)
–
0,127
30–40
hűtés 22 °C hőm. vízben 30-60 sig
0,094–0,143
Karotta
35–45
Cékla
70–80
Burgonya
p = 7,5–8 bar
Újburgonya, régi burgonya, ipari p = 8–16 bar s. répa, cékla, karotta
héjleválasztás enyhe vízsugárral
30–35 10 30 20–30
forrás (15)
labor, kísérletek
(117)
labor, kísérletek
0,06
5–6 50–60
Szakirodalmi
Hámozási héjveszteség tömegtörtje
60
7–8 p = 5,5–6 bar
Befejező eljárás
0,2
(80)
félüzemi
kísérletek
héjleválasztás erőteljes vízsugárral
–
–
–
(6)
üzemi adatok
A túlnyomás alatti (telített) gőzzel történő hámozás szintén alkalmas különböző gyümölcs- és zöldségfélék hámozására. Idevágó adatok a 3.6.2. táblázatban találhatók. Szakaszos és folytonos üzemű gépi megoldásokat használnak. Az utóbbiak fontos szerkezeti eleme a terményt a túlnyomás alatti gőztérbe bejuttató és ebből kiszállító szerkezet. A legnagyobb gőznyomás 16 bar(6). A 3.6.4. ábrán szakaszos üzemű gőzhámozó működésének alapelvét szemléltettük. A főbb műveleti ciklusok: a nyersanyag beadagolása a hámozótérbe, a levegő kiszorítása gőzzel, a tér teljes lezárása, – túlnyomású gőzzel gőzölés és esetleg az anyag mozgatása, a gőzbevezetés lezárása, a gőz kondenzáltatása vízzel, a nyersanyag kiürítése a hámozótérből.
116
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.6.4. ábra - Szakaszos üzemű gőzhámozó működési elve. A: A hámozó töltése; B: A zárás előtti légtelenítés; C: A gőzölő tér lezárt állapotban; D: Gőzölés és forgatás; E: A nyitás utáni állapot, nyitás előtt a gőznyomás lecsökken; F: A hámozó ürítése
Lúgoldatban történő hámozás. A lúgoldatban történő hámozásnál a NaOH tömegtörtje (wl), az oldat hőmérséklete (T) és a kezelési idő (t) tág határok között változik, wl = 0,015–0,3, T = 60–105 °C, t = 20 s – 8 min. 100 °C-nál magasabb hőmérséklet a lúgoldat forráspontjának emelkedése miatt érhető el, mert a lúghámozó berendezések atmoszférikus nyomáson üzemelnek. Nagy viasztartalmú kutikula esetén (egyes almafajták, körte, uborka) célszerű tenzideket használni. Ezek csökkentik a felületi feszültséget, elősegítik a felület nedvesedését, a viaszok emulgeálását és elszappanosodását, gyorsítják a lúg behatolását a héjba. Az alkalmazott tenzidek fantázianeveken kerülnek forgalomba. Ezek összetételét vétel előtt kell tisztázni. A szakirodalomban említett tenzidek: • Na-2-etil-hexil-szulfát, • Na-mono- és dimetil-naftalin-szulfonát, • Na-alkil-aril-szulfonát, • zsíralkohol-szulfonát, • etanol és izo-propilalkohol, • alkil-aril-polietilén-éter, 117
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz • polioxi-etilén-lauril-éter. A tenzideket kis mennyiségben adagolják: tömegtörtjük 0,002–0,006 körüli érték. Szokás a terményt lúgozás előtt tenzideket tartalmazó fürdőbe mártani, vagy a tenzidet a lúgoldathoz hozzáadni. A lúgoldatban való kezelést a héj mechanikai úton történő eltávolítása követi, melyet minden esetben valamilyen vizes mosással kombinálnak a maradék lúg eltávolítására. Ezt savas közömbösítés követi, melyhez borkősavat, citromsavat vagy ecetsavat használnak 0,01–0,02 tömegtörttel (1–2%). Kénessav oldatot ritkábban használnak, max. 5. 10–4 tömegtörttel (0,5‰). Néhány idevágó adat a 3.6.3. és 3.6.4. táblázatban található.
3.6.3. táblázat - Lúgoldatban (NaOH) történő hámozásra vonatkozó (üzemi) adatok Schultz és Smith(98) alapján A termény megnevezése
A NaOH tömegtörtje
Hőmérséklet (°C)
Lúgozási idő (min)
A tenzid (Faspeel) térfogat-törtje
Alma
0,12–0,15
63–74
3,5–4
0,6 . 10–2
Körte
0,1
64
3,5–4
0,3 . 10–2
Őszibarack
0,015–0,05
63–71
0,33–0,5
0,3 . 10–2
Paradicsom
0,16–0,20
88–99
0,33–0,5
0,3 . 10–2
Sárgarépa
0,05–0,06
90–96
1,5–3
0,6 . 10–2
Újburgonya
0,08
99
2
0,6 . 10–2
Tárolt burgonya
0,16
61–63
5
1,0 . 10–2
0,18–0,20
74–77
1–1,5
0,6 . 10–2
Hagyma
3.6.4. táblázat - Lúgoldatban (NaOH) történt hámozásra vonatkozó adatok A termény megnevezése Körte Hardenpont Kieffer Pap
(min)
Előkészítő eljárás
Befejező eljárás
Hámozási héjveszteség tömegtörtje
Hámozási (összes) veszteség tömegtörtje
95–100
1–2,25
–
–
0,12–0,29
–
0,20
80–100
1–2,75
–
–
0,13–0,31
–
0,24
95
4
–
–
0,285
–
A NaOH tömegtörtje
Hőmérséklet
Lúgozási idő
(°C)
0,20
118
Szakirodalmi forrás, megjegyzés
(10)
, laboratóriumi kísérlet
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Körte
–
Birsalma
–
–
Uborka
–
–
–
–
0,18
0,34*
–
–
–
0,17
0,18*
–
–
–
0,2–0,25
–
egész b. felezett b. Őszibarack
Kajszi Őszibarack Kajszi Kajszi
Paradicsom
–
0,1–0,18
–
95–105
–
–
egész b. felezett b.
–
0,09–0,1 0,14 –
–
0,09 0,14–0,25
üzemi adatok, 100 kg nyersanyagra 2,5 kg NaOH és 0,45 kg borkősav * a magház veszteségével együtt labor, adatok labor adatok
0,14 0,24
–
(52)
_
üzemi adatok(29), 100 kg nyersanyagra 0,54–0,96 kg NaOH labor adat üzemi adatok(29) (52)
–
–
–
–
–
–
–
–
0,3–
95–100
0,5–0,67
–
0,12–0,18
91
0,33–0,5
–
0,241
98–100
0,67
a héj felsértve, vagy anélkül
119
felezés és a mag eltávolítása
0,16 0,16
0,34* 0,28*
0,1–0,12
–
–
–
–
hűtés 22 °C hőm. vízben 60 s–ig
0,135–0,164
–
–
0,102–0,105
–
, üzemi adatok * magveszteséggel együtt (80) félüzemi kísérletek (104)
, félüzemi kísérletek (117)
, labor, kísérlet (48)
, félüzemi mérés
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A legelterjedtebb lúghámozó berendezés működési elvét a 3.6.5. ábra szemlélteti. Ennek az az előnye, hogy igen nagy és egészen kis méretű nyersanyaghoz egyaránt használható, felépítése egyszerű. Használnak még olyan berendezéseket is, melyekben szállítócsiga továbbítja a terményt a lúgoldaton keresztül.
3.6.5. ábra - Forgódobos lúghámozó működési elve. 1. nyersanyagbelépés; 2. a nyersanyag kilépése; 3. rekeszekkel ellátott forgódob; 4. a rekesz perforált határoló fala; 5. lúgfürdő gőzfűtésű fűtőcsövekkel; 6. csővezeték a gőz bevezetésére
Ha a lúg eléri a parenchima-sejteket, úgy a vakuolumokban lévő redukáló cukrokkal barnás elszíneződést adó vegyületeket képez, ez a késztermék szempontjából elfogadhatatlan. Lúg–gőz hámozás atmoszférikus viszonyok között. Az eljárás a nyersanyag lúgoldatba való merítéséből, vagy lúgoldattal való bepermetezéséből, az ezt követő gőzölésből áll. A héjat vízsugárral, vagy egyéb mechanikai eljárással távolítják el. Gőzölés helyett, infravörös sugarakkal való besugárzást is használnak. őszibarackot felezve és kimagozva, a vágott felülettel lefelé sodronyszalagra fektetik, majd lúgos permetezés és gőzölés után vízsugárral távolítják el a héjat. Lúg–gőz hámozás túlnyomás alatti gőzzel. Hasonló eljárás az előzőhöz, de a gőzölés túlnyomás alatti térben történik (lásd az előző bekezdéseket). Ezeknél a módszereknél a melegítés a szövetek bontásának sebességét fokozza. Lúghámozó berendezések kezelői védőfelszerelésben dolgoznak (gumicsizma, gumikesztyű, gumikötény, védőszemüveg). A szilárd lúgot különálló, lezárható helyiségben tárolják. Aprítását, a berendezéshez való szállítását és beadagolását lúgmester végzi. A termény felületeknek a héj szárításával egybekötött melegítése. Az eljárást paradicsom hámozására dolgozták ki. A nyersanyagot 200–450 °C hőmérsékletű levegőben, vagy a fenti hőmérsékletre túlhevített gőz ráfúvatásával kezelik. Mindkét közeg szárítja a kutikulát, ugyanakkor alatta az epidermisz sejtek bomlanak. A kutikula felrepedezik és mechanikai úton könnyen eltávolítható.
120
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A 900–1200 °C hőmérsékleten végzett „hőhámozás”-nál a termény izzó, samott-téglával bélelt kemencén halad keresztül. A héj vagy elszenesedik, vagy leég (pl. hagymánál). A hő zömében sugárzás útján melegíti a termény felületét A kemencéből kijövő anyagot vízzel azonnal hűteni kell. Az utóbbi két eljárásra vonatkozó adatok a 3.6.5. táblázatban találhatók. A 3.6.6. ábra egy hőhámozó működési elvét szemlélteti.
3.6.5. táblázat - Száraz körülmények közötti melegítéssel („száraz hővel”) történő hámozási eljárásokra vonatkozó adatok, p – gőznyomás (absz.) A termény megnevezése
A hámozó Melegítési A hámozó Hámozási Hámozási Szakirodalmi közeg idő közeg Befejező eljárás héjveszteség összes veszteség forrás, hőmérséklete, megnevezése tömegtörtje tömegtörtje megjegyzés (s) (°C) (53)
Paradicsom
levegő
350–400
6–18
túlhev. gőz p = 2 bar
260–450
18–30
túlhev. gőz p = 3,1–4,1 bar
450
Alma
20–27
Burgonya
900–1200
Sárgarépa Zeller
9–18
6–12 levegő
héjlenyúzó görgők alkalmazása
–
–
0,42–0,063
–
0,023– 0,055
–
kefés mosógép alkalmazása
0,04–0,05
nagy sebességű
0,05–0,17
0,1–0,16
0,03–0,05
0,11–0,17
0,1–0,12
0,2–0,27
–
0,187* 0,142* 0,110*
vízsugár alkalmazása kefés mosógép alkalmazása
Hagyma 30–35 mm 35–40 mm 40–45 mm
héjeltávolítás vízsugárral
800–900
8–12
kézi levágás és utántisztítás
121
labor
+ üzemi adatok (117)
labor, kísérlet
(80, 53)
félüzemi kísérletek, a *véglevágásal
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.6.6. ábra - 900–1200 °C hőmérsékleten üzemelő hőhámozó működési elve. 1. samottbéléssel és belső szállítómenettel ellátott forgó hámozódob; 2. a nyersanyag belépése; 3. a nyersanyag kilépése; 4. a füstgázokat elvezető kémény; 5. hajtó görgő; 6. meghajtó motor; 7. olajégő; 8. olajtartály; 9. a sűrített levegő tartálya; 10. a fűtő levegő előmelegítője
Fagyasztás-felengedés módszere. Az eredetileg Cagnonitól származó eljárást paradicsomra dolgozták ki és többen továbbfejlesztették. A paradicsom felületét hűtőfolyadékban fagyasztják, majd felengedik és kb. 40 °C hőmérsékleten tartják, a fagyasztástól sérült sejtek endoenzimjei szubsztrátumukkal érintkezésbe lépve végzik az epidermisz sejtek bontását a kutikula alatt. A fellazult héjat mechanikai úton távolítják el. A héjat felhasítják és lenyúzzák vagy ledörzsölik, vagy a végeket levágják és a hámozott bogyót kinyomják a héjból. Néhány adatot a 3.6.6. táblázat tartalmaz.
3.6.6. táblázat - Paradicsom „fagyasztás-felengedés” elvén történő hámozásával kapcsolatos (üzemi) adatok A felengedő vízben való kezelés
A fagyasztás közege
Kalciumklorid- oldat
időtartama hőmérséklete időtartama hőmérséklete (s) 20–30
Folyékony nitrogén
20
Folyékony nitrogén
5–15
(°C) –20
–
–
(min) 10
0,5
0,5
Befejező eljárás
(°C) 40
20–30
66
Hámozási héjveszteség tömegtörtje
véglevágás, a héj mechanikai úton történő eltávolítása kutikula felhasítása, a belső részek kinyomása –
122
Szakirodalmi forrás, megjegyzés (52, 53, 71),
adatok
0,061– 0,076 0,046– 0,076
üzemi
(15, 117) laboratóriumi kísérletek
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7. Aprítás, homogénezés, keverés 3.7.1. Aprítás, homogénezés 3.7.1.1. Általános ismeretek Aprítás alatt értjük azt az eljárást, amikor valamilyen szilárd, kemény, félkemény vagy lágy anyagot, ill. ezek szemcsés halmazát mechanikai vagy egyéb (pl. ultrahang) erőhatással valamilyen meghatározott végméretre, ill. alakra hozunk. Az aprítás célja általában négyféle lehet: a) Az aprított részecske végmérete egy adott határértéknél kisebb, vagy nagyobb legyen, vagy két határérték közé essen. b) Az anyag fajlagos felületét a transzport folyamatok, esetleg kémiai reakciók intenzívebbé tétele miatt megnöveljük. c) Adott alak, forma elérése szükséges. d) Sejtek feltárása, hogy azokból az értékes sejtnedv és egyéb anyagok (színezékek, illat- és aromaanyagok) kinyerhetők legyenek. Az a) esetre tipikus példa fűszerkeverék, vagy fagylaltpor előállítása. Ilyenkor valamilyen előírt méretnél kisebb szemcsékből álló halmazt kell létrehozni. A b) esetre példa az extrakciós lényerés. Itt a kioldott anyagmennyiség többek között arányos a fajlagos felülettel. A kockázott, csíkra, korongra vágott zöldségek, gyümölcsök a c) esetet példázzák. A sejtfeltáró aprítás, pl. a paradicsom vagy a gyümölcsök zúzása elősegíti a sejtnedvek kinyerését (d eset). Az aprításnál az anyag szövetszerkezete kisebb-nagyobb mértékben roncsolódik és ez a feltárt új felületen számos kedvezőtlen kémiai, mikrobiológiai és egyéb nem kívánatos változást eredményezhet. Káros enzimatikus folyamatok, oxidáció, illat- és ízanyagcsökkenés, kiszáradás stb. figyelhetők meg. Megnövekszik a romlás veszélye is. Célszerű tehát az aprítás után a termék azonnali feldolgozása. Különleges esete az aprításnak a porlasztás. Ilyenkor a folyadékot bontjuk kisméretű cseppekké, hogy azokat könnyen beszáríthassuk. A jelenséggel a porlasztva szárításnál külön foglalkozunk. Az aprítás formái a gyakorlatban a törés, zúzás, őrlés, darabolás (vágás, szeletelés). A homogénezést (keverő egyneműsítés) a konzervipari gyakorlatban mindig összekötik a finom és igen finom aprítással. Igaz az is, hogy a keverési – elegyítési folyamatok kísérőjelensége lehet a – sok esetben nem kívánatos – aprítódás. 123
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Az aprítást, illetve annak eredményét az ún. aprítási fokkal lehet jellemezni:
Ez a viszonyszám természetesen csak akkor alkalmazható, ha a jellemző szemcseméret valamilyen módon meghatározható. Célszerű az aprítási folyamatot a fajlagos felülettel, melynek dimenziója m2 ⋅ m–3 = m–1 , jellemezni. A fajlagos felület dk reciprokával arányos. Az aprítandó anyagokat keménységük alapján négy csoportra oszthatjuk. A csoportosítás alapja a 10 részre osztott ún. Mohs-skála. A 3.7.1. táblázatban néhány jellemző élelmiszert soroltunk be a csoportosításba. Az aprításhoz felhasznált jellemző erőhatásokat a 3.7.1. ábra tünteti fel.
3.7.1. táblázat - Élelmiszerek csoportosítása a Mohs-féle keménységi skála alapján Keménység Mohs szerint
Jellemzők
Példa
5–10
nagyon kemény
élelmiszeripari példa nincs
2–5
kemény
só, cukor, gyümölcs mag
1
középkemény
gabonafélék, fűszerek, kávé, kakaóbab
1
lágy (plasztikus, viszkózus, elasztikus)
hús, hal, gyümölcs, zöldség
124
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.1. ábra - Az aprításhoz használt terhelések (behatások, erőhatások). A: nyomás (préselés, zúzás); B: húzás (tépés, hasítás); C: ütés (ismételt lökésszerű nyomás); D: nyírás; E: ütközés; P: őrlés (dörzsölés); G: vágás; 1. aprított anyag, F, Ft terhelő erőket jelölnek
Az aprítandó anyag keménysége és szaporításhoz felhasználható behatás egymással összefügg. A 3.7.2. táblázatban ezt az összefüggést tüntettük fel(30).
3.7.2. táblázat - Az anyagi tulajdonság és az aprító hatás közötti kapcsolat Anyagi jellemző
Ütés
Nyomás
Dörzsölés, nyírás
Ütközés
Vágás
Kemény
(1)
(1)
(3)
(3)
(3)
Rideg
(1)
(1)
(3)
(1)
(3)
Félkemény
(1)
(1)
(2)
(1)
(3)
Lágy
(2)
(2)
(1)
(1)
(1)
125
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Rugalmas
(3)
(3)
(3)
(2)
(1)
Nyúlós
(3)
(3)
(3)
(1)
(1)
Szálas
(2)
(3)
(2)
(2)
(1)
Hőérzékeny
(3)
(3)
(3)
(1)
(2)
(l) = jól alkalmazható (2) = korlátoltan alkalmazható (3) = nem alkalmazható Az aprítás során elért szemcseméretek alapján a szakirodalom az aprítás finomságaira 6 osztályt ad meg 50 mm és 5 μm között, illetve a fenti értékek feletti és alatti osztályokat. A konzervipar ezeket csak ritkán veszi figyelembe. Jelentős különbség van a kemény, rideg és félkemény anyagok aprítása, illetve a lágy, rugalmas, szálas és hőérzékeny nyersanyagok őrlése, vágása között. Ez a gépkiválasztásnál és az aprítási energiaigény meghatározásánál egyaránt fontos. Aprításkor le kell győzni a feltárandó új felületeket összetartó erőket. Amennyiben kemény és rideg anyagról van szó, a kötőerők legyőzésekor rögtön egy mikrorepedés keletkezik az anyagban, ami a hangsebességgel terjed tova a szilárd testben. Teljesen más a helyzet a lágy, rugalmas anyagoknál. Ezek a „törés” kezdete előtt rugalmas alakváltozást szenvednek és a repedés továbbhaladása meglehetősen lassú, közepes aprítási sebességnél és normál hőfokon. Itt nagyobb aprítási sebességek és alacsony hőfokok csökkentik az aprítás energiaigényét. Az alakadó aprításnál, mint amilyen a darabolás, szeletelés, csíkvágás, kockázás, az aprítás előtti és utáni anyag reológiai tulajdonságai lényegében egyeznek: az aprított anyag az aprítás előtti anyagból vett mintának is tekinthető. Nagy víztartalmú termények zúzásánál, áttörésénél a reológiai tulajdonságok erősen változnak, például alaktartó darabokból álló anyagból összefüggő, folyadék jellegű, szivattyúzható diszperz rendszer lesz. 3.7.1.2. Az aprítás energiaigénye. A gyakorlatban elsősorban az aprítógép tényleges energiaigénye érdekes. A szakirodalom összefüggései növekvő aprítási fokhoz növekvő tényleges fajlagos aprítási munkát rendelnek. Patat(85) formuláján kívül használatos a Bond és Wang által javasolt összefüggés:
. A 3.7.2. ábra a fenti összefüggés szerint ad tájékoztató jellegű adatokat a fajlagos munka előzetes számításához. A már említett jelöléseken kívül C az aprított anyag reológiai jellemzőitől függő dimenziós konstans. 126
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.2. ábra - Aprítóberendezések fajlagos energiafelhasználása (EA) a (3.7.2.) összefüggés alapján. Aprítási fok: m (3.7.1. összefüggés szerint). Az aprítás utáni jellemző méret: dk
A következőkben ismertetett anyagok jelentős része részletesebben is megtalálható a szakirodalomban(1, 4, 5, 7, 16, 18, 22, 30, 34–38, 42, 73, 77, 85, 97, 105, 106, 116)
3.7.1.3. A vágás, szeletelés jellemzői A vágással kapcsolatos fő technológiai kívánalom a vágás pontossága és a vágási felület simasága, roncsolásmentessége. A vágás során a vágóél előtt két zóna alakul ki az anyag előtt: a plasztikus és elasztikus alakváltozás zónái (3.7.3. ábra).
127
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.3. ábra - Alakváltozások és erők vágásnál. A: erőhatások; B: deformációk; 1. élelmiszer; 2. a feszültség megoszlása; 3. kés; 4. a plasztikus deformáció zónája; 5. a rugalmas alakváltozás zónája; α0 a kés ékszöge; FN. vágóerő; F1 az élcsúcsnál fellépő ellenállás; F2, F3 a kés felületén kialakuló normális irányú erők; FR2, FR3 a kés felületén fellépő súrlódó erők
Az egyes zónák vastagsági mérete az anyag reológiai jellemzőitől függ. Ha az anyagra merőlegesen vágunk, akkor a vágóerő (FN) a 3.7.3. ábra alapján:
alakban fejezhető ki. F1, F2 és F3 a mozgatott tömegekkel arányos tehetetlenségi erőket is magukban foglalják, α0 a kés ék-szöge. 128
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Szelés esetén a szelési (vágási) szöget (λ) is figyelembe kell venni. A 3.7.4. ábra húzó szelés esetét mutatja.
3.7.4. ábra - A vágási szög (λ) és az erők, ill. sebességek viszonya. 1. a vágásnak kitett anyag; 2. kés. F, Ft, FN: a vágóerő és komponensei; v, vt, vN: a vágási sebesség és komponensei
A vágási szög (λ) megszabja a késélre merőleges és a késél irányába eső erők és sebességek viszonyát. A kés effektív ékszöge (α) és a tényleges ékszög közötti kapcsolat: α = α 0 cos. Merőleges vágásnál tehát eleve kis ékszöget kell alkalmazni. A kések kialakítása (3.7.3.) összefüggés jobb oldalán szereplő erők viszonyától függ(106). A 3.7.3. táblázatban néhány fontosabb élelmiszerre megadjuk az ajánlott effektív ékszöget(106). A vágási energia jelentős változást mutat a vágási szög függvényében. Ezt láthatjuk a 3.7.5. ábrán. Az ábrából kitűnik, hogy sok esetben létezik egy optimális vágási szög, amit állandó értéken kell tartani. Ez álló késeknél nem okoz problémát Forgó körkéseknél a feltétel csak logaritmikus spirál alakú késekkel biztosítható (lásd káposztaszeletelő, illetve kutterek kését).
3.7.3. táblázat - Ajánlott effektív kés-ékszögek élelmiszerekhez Termék
α°
Húsfélék (egyenes kés)
6–10
Búza- és rozskenyér (egyenes kés)
8–10
Húsfélék (körkés)
10–15
Zöldség- és gyümölcsfélék (egyenes kés) (kemény húsú)
10–15
Halfélék
10–20 129
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Zöldség-, gyümölcsfélék (körkés)
15–25
3.7.5. ábra - Vágási munka (E) a vágási szög (λ) függvényében. 1. káposzta szeletelése egyszerű késsel; 2. nyers marhahús vágása kutterkéssel; 3. kenyér szelése körkéssel
Egymással szemben forgó körkések (pl. fűszerpaprika szeletelő), vagy zúzó hengerek (bogyós gyümölcsök zúzása) esetén fontos a behúzást szög – φ – figyelembevétele, mely az aprító gépen feldolgozható maximális méretet megszabja. A 3.7.6. ábrán világosan látható, hogy adott anyagmérethez úgy kell megválasztani a behúzási szöget, hogy a késél (vagy a zúzóhenger felülete) és az anyag között ébredő súrlódási erő – Ft – , valamint a késélre merőleges erő – FN – eredője a szög belseje felé mutasson. Ilyenkor az összezáródó késélek (vagy zúzóhengerek) behúzzák az anyagot. Ha az eredő kifelé mutat, az összezáródó élek kifelé taszítják az aprítandó terméket, ekkor nincs aprítás, illetve lefullad a gép a felhalmozódó anyag miatt. Javítási lehetőség: a súrlódási tényező –µ – illetve súrlódási szög -p– növelése, pl. fogazott körkéssel, vagy zúzóhengerrel; esetleg az egyik henger bevonása gumival.
130
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.6. ábra - Behúzási viszonyok alakulása vágásnál és zúzásnál. 1. nagy méretű nyersanyag; 2. kis méretű nyersanyag; 3. késtárcsák vagy zúzóhengerek. FN: normális irányú erő; Ft: érintőleges irányú súrlódóerő; F: eredő erő; ɸ: behúzási szög;p: súrlódási szög; tg p= Ft/FN. A behúzás feltétele: ɸ/2 = ß
Fontos paraméter még a két hengerrel dolgozó aprítógépeknél az ún. őrlőhézag – h -. Ennek állításával javítható, bizonyos határokon belül, a behúzás feltétele. A 3.7.6. ábra jelöléseivel a behúzás feltétele:
ahol 131
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
Egyes esetekben
helyébe beírható
azaz az aprítási fok reciproka.
Növekvő súrlódási tényezővel nő a még behúzható részecske mérete, növekvő aprítási fokkal pedig csökken(97). Az a körülmény, hogy az aprítandó részecske és az őrlőhézag mérete között szoros összefüggés van, pl. lehetőséget ad arra, hogy az áttört gyümölcshústól elválasszuk a magokat (lásd: datolyazúzó). Forgó körkéses vágásnál, szeletelésnél a vágási szög függvénye a körkés kerületi sebességének, a kerületi sebességgel tehát változtatni lehet a vágási szög nagyságát(106). Az egyes anyagok vágásához szükséges erő (Fe) nagysága a 3.7.4. táblázatban közölt empirikus úton meghatározott fajlagos vágóerő: – f – segítségével egyszerűen számítható: Fe = f ⋅ l Itt l = a vágóél hossza.
3.7.4. táblázat - Fajlagos vágóerő néhány konzervipari nyersanyagra f N . m–1
Anyag Alma
330
Körte
360
Burgonya (nyers)
6–700
Hagyma
990
Tök
λ=90°-nál a vágás
1230
Fehér káposzta
szélessége: 0,1 mm
1300
Sárgarépa
1400–1600
Torzsa
1580
Petrezselyem
1640
Birsalma
1900
Paprika
2440
Fekete retek
2530
Hús (frissen vágott)
5000–8000 132
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Hús (gyorsfagyasztott)
23–30000
Szalonna
10–15000
3.7.1.4. Az aprítás hatásfoka Az aprítás (és ezzel az aprítógépek) hatásfoka rendkívül alacsony, max. 1% (!) Az aprítás hatásfokán a felületnövelésre fordított munka (a határfelületi szabad energiával egyezik) és az összes befektetett munka viszonyszámát értjük. Az összes befektetett munka a felületnövelés munkáján (E0) kívül tartalmazza az aprított anyag alakváltozásához (Ea), az aprított anyag súrlódásához, mozgatásához (Es), a gépalkatrészek súrlódásához, mozgatásához (Eg) szükséges munkát is. A súrlódási munka gyakorlatilag hővé alakul, jelentős lehet a melegedés. A „túlaprításra” fordított munkát is tekinthetjük veszteségnek. Ekkor el kell különíteni az előírt méretre történő aprításra és a túlaprításra fordított munkákat is. Fontos energiatakarékossági szempontból néhány alapszabályt betartani a gyakorlati szakembernek: • Az aprítandó anyagból már aprítás előtt el kell távolítani mindazon részecskéket, amelyek mérete a kívánt végméretnél kisebb. • Az aprítás során a kívánt végméretű részecskéket folyamatosan el kell távolítani a gépből a túlaprítás elkerülése érdekében. • Finomaprításnál a súrlódást a réteg fellazításával, ill. folyadék adagolásával (nedves aprítás!) csökkenteni kell. • Mivel az aprítási folyamat egy bizonyos aprítási fokon túl jelentősen lelassul, durvább, illetve keményebb darabok adagolásával a folyamat gyorsítható. • Törekedni kell arra, hogy egy gépben túlzottan nagy aprítási fokot ne akarjunk elérni. Megfelelő durva és finom fokozatok sorba kapcsolásával csökkenthető az energiaigény (lásd pl. a Fryma cég egyes feldolgozósorait). • Lágy, szívós és rugalmas, valamint hőérzékeny anyagok hoz célszerű hidegaprítást alkalmazni. A cseppfolyós nitrogénnel (196 °C) lehűtött anyagok keménnyé, rideggé válnak, ezzel nagy mértékben csökken az alakváltozásra fordított energia. Emellett a felmelegedés is jelentősen lecsökken, így elkerülhető az aromaanyagveszteség, színváltozás, ill. kiszáradás is.
3.7.1.5. Alakadó aprítás A darabolás, gerezdre vágás durva aprítási folyamat, ahol a többnyire hosszúkás alakú terméket véglevágás után néhány cm-es darabokra vágjuk. Ilyen a zöldbab darabolása. A vágás végezhető hidegen, vagy előfőzött nyersanyaggal. Pontos a vágási törmelék és a kipergő szemek rendszeres eltávolítása, az egyenletes méret és a sértetlen vágási felület. Egy korszerű zöldbabdaraboló elvi vázlatát a 3.7.7. ábra tünteti fel. A vágandó zöldbabot forgólapátos bolygató juttatja függőlegesen elrendezve a két szemben forgó henger közé. A dobok egyike gumírozott, a másikon találhatók a sugár irányú vágókések. A kések közé szorult babot excenterrel mozgatott pálcák tolják ki. A két henger palástja egymást átfedi 0,5–1 mm-rel, azaz a kések darabolás közben benyomódnak a gumihengerbe. 133
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.7. ábra - Zöldbabdaraboló működésének elve. 1. forgó, késtartó henger; 2. kések; 3. kitolópálcák; 4. felületi gumiréteggel ellátott henger
Alma, körte, birs stb. befőttek és szárítmányok gyártásakor a hámozott vagy hámozatlan gyümölcsöt meghatározott számú gerezdre kell vágni, miközben a magházat el kell távolítani. Sokszor a gerezdvágás előtt hámozni is kell a gyümölcsöt. A tüskére felszúrt gyümölcsöt egy hengeres magházkivágóra erősített 2–12 szárnyú kés vágja szét A magház a kivágó-szerszám belsejéből felfelé, ill. lefelé eltávolítható. A gépek lehetnek szalagos, vagy körforgó rendszerűek. A gyümölcs és a hengerkivágó tengelye egybeesik (v.ö. a 3.3. ponttal). Hasonló elven működnek a paprika csumázó-szeletelő gépek is. A magház. ill. csuma kifúrását forgó, hengeres kés külön ütemben is végezheti, ezután következik a gerezdelés. Szeletelésnél általában a késztermékre jellemző végső formára vágunk. A szeletelés másik célja az anyagátadás (szárítás, diffúziós extrakció) felületének növelése. Kívánatos a vágási felület simasága, roncsolásmentessége. Szeleteléssel kialakíthatók: korongok (pl. alma, uborka, gomba), karikák (zöldpaprika, hagyma), szálak (káposztafélék). A gépek alapelve forgó, speciális késtárcsa, amelyhez megfelelő szorítószerkezettel nekinyomják a szeletelendő anyagot. Ha az anyag vágás közben elmozdul, törmelékes terméket kapunk. A 3.7.8. ábrán néhány jellegzetes késforma látható.
3.7.8. ábra - Szeletelő betétek. A: egyszerű szeletvágó; B: szeletelő szalmaburgonyához; C: szeletelő póréhagymához; D: cikkcakk vágó
134
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A 3.7.9. ábrán látható szeletelővel 0,8–3 mm vastag szeletek vághatók (speciális késsel 0,1 mm-es szelet is vágható). Alkalmazása: alma, cékla, káposzta, répa, fokhagyma, fejes saláta, gomba, hagyma, burgonya, paradicsom, retek, szamóca szeletelése.
3.7.9. ábra - Szeletelő működése. 1. a szeletelt nyersanyag; 2. forgó lapát; 3. hengeres öntvény; 4. szeletelőkés; 5. késtartó betét
A forgó dob belsejébe beadott terméket a centrifugális erő juttatja a kerületen lévő 8 db kés hatásvonalához. A terméket támasztólap szorítja a késélnek. Káposzta szeletelésekor használt kés élvonala logaritmikus spirális; ezzel biztosítható az állandó vágási szög, ami roncsolásmentes szeletelést eredményez (3.7.10. ábra). A szeletelt káposzta vastagsága 1,2–2,0 mm között szokott lenni.
3.7.10. ábra - Káposztaszeletelők késtárcsája. 1. késtartó tárcsa; 2. spirális kés; 3. lemezalátét; 4. szeletelt termék
Lecsó gyártásakor az egymásba rakott, csumázott paprikát hosszanti irányba vágjuk 4 szeletre a körkéses paprikaszeletelővel. A körkések befelé forognak, így a hüvelyeket behúzva szeletelik(42). Csíkvágás, kockázás. Kockázásnál a megfelelően előkészített nyersanyagból szabályos kockát, vagy téglatestet, csíkvágásnál négyzet, vagy téglalap keresztmetszetű hosszú hasábot alakítunk ki. Ilyenkor általában 4–6 oldallapon keletkezik friss vágási felület feltárt sejtekkel. A terméket kockázhatjuk, csíkozhatjuk nyersen, vagy előfőzött állapotban. Kisméretű induló anyag esetén gyakran 30%-ot is kitehet az ún. szecska (szabályostól eltérő alak és méret) részaránya. Ezért célszerű előválogatás alkalmazása. Szokásos méretek: 6–10 mm élhosszú kockák; 6–16 mm élhosszú négyzetes alappal rendelkező, 1–3 mm vastag téglatestek. A vastagságot gyakran a termés falvastagsága adja (pl. paradicsompaprikánál). 135
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Csíkok keresztmetszete 4×4 – 6×6 mm között szokott lenni. A gépi berendezések legnagyobb része csík- és kockavágásra egyaránt alkalmas. A 3.7.11. ábrán jellegzetes kockázó vágó része látható. A berendezés szeletet vág, majd azt késrácson nyomja át (kétütemű kockázás).
3.7.11. ábra - Két ütemben kockázó, késráccsal rendelkező berendezés vágó része. A: támasztócsiga; B: szeletelőkés; C: kockázó késrács
Alkalmas a gép zöldségfélék, gyümölcsök (beleértve a dinnyét is), paradicsom, paprika, hagyma, saláta, gomba vágására egyaránt. Puha és széles termékek, ill. zöldségek szeletelésére, csíkvágására és kockázására használatos a 3.7.12. ábrán látható berendezés.
136
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.12. ábra - Növényi nyersanyagokhoz szeletelésre, csíkvágásra és kockázásra szolgáló berendezés (háromütemű kockázó). 1. a szeletelt nyersanyag; 2. forgó lapátos kerék; 3. állítható szeletvágó kés; 4. szeletadagoló dob és orsó; 5. csíkvágó késtárcsa sor; 6. kockázókések
A szeletvágás után egymással szemben forgó adagoló dob és orsó vezeti szorosan rögzítve a terméket a csíkvágó késhez. Az egymástól szétválasztott csíkokat végül kockázó körkés vágja a kívánt méretre (háromütemű kockázás). Különleges késeket igényel a cikk-cakk vágás. Cékla, illetve igényes piacra szállított keményebb húsú gyümölcsök esetén használatos ez a vágási forma. A vágás módja és a speciális késrendszer a 3.7.13. ábrán látható. Itt mind a szeletvágó, mind a csíkvágó kés éle hullámos kialakítású.
137
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.13. ábra - Cikk-cakk vágó belső felépítése. A: szorítócsiga; B: hullámos élű szeletvágó kés; C: hullámos élű csíkvágó kések
3.7.1.6. A zúzás, áttörés növényi eredetű nyersanyagok, félkész-termékek, kisméretű, szabálytalan alakra való aprításának művelete Cél: a szövetszerkezet feltárása, roncsolása a sejtnedvek kinyerése céljából; szárítmányoknál a felhasználásra kerülő por, ill. fűszer-keverék élvezhetőségének, emészthetőségének javítása. A zúzógépek mindig forgórendszerűek, megfelelő nyomó és nyíró (esetleg ütő) igénybevételt létesítenek. Gyümölcsök préselés előtti aprítását végzik a hengeres zúzók. A 3.7.14. ábrán gyümölcszúzó látható. A fogazás csökkenti a behúzási szög nagyságot.
138
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.14. ábra - Hengeres gyümölcszúzó bogyós és csonthéjas gyümölcsökhöz. 1. állítható zúzóhenger; 2. rögzített zúzóhenger. A zúzóhézag 1–13 mm között állítható be
Paradicsom kíméletes zúzására alkalmas a 3.7.15. ábrán látható fogas zúzó, amelynél a házban egy álló fogasléc van, amelynek fogai között halad át a forgó henger fogazata. Előnye, hogy a magot nem töri.
3.7.15. ábra - Fogas zúzó paradicsombogyókhoz. 1. hengeres ház; 2. fogazott dob; 3. a fogak közötti hézag; 4. fésűs álló kések egysége; 5. oldalsó tárcsák; 6. garat; 7. kiadagoló nyílás; 8. meghajtó ékszíjtárcsa
Kemény húsú gyümölcsök és zöldségek préselés előtti aprítását az ún. gyümölcsmarókkal végzik. Ezek axiális irányú hasítékokkal és fogazott késekkel ellátott hengeres házrészt tartalmaznak, ebben forog a háromszárnyú lapátkerék, mely a gyümölcsöt a késeknek nyomja (3.7.16. ábra). A marókések cserélhetők és a gyümölcs fajtájának és érettségi fokának megfelelő fogazassál készülnek. Használhatók almatermésűek, répa, burgonya, zeller, hagyma stb. zúzására. 139
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A kalapácsos malmok (dezintegrátorok) zölségfélék, kemény húsú gyümölcsök, fűszerek, szárítmányok zúzásához használhatók.
3.7.16. ábra - Almamaró
A kalapácsos darálók forgó, a centrifugális erő hatására kilendülő ütőelemeket (kalapácsokat) tartalmaznak, melyeket perforált köpeny vesz körül. A szétzúzott anyag a perforációkon halad át. Kivételesen rögzített ütőelemeket is használnak(1, 35, 38, 42). Áttörésnél, passzírozásnál részben aprítás, részben elválasztás történik. A gyümölcsök, zöldségek lágy részelt a centrifugális erő perforált hengeren kényszeríti át, míg a héj, mag, szár, csuma stb. a henger belső felületén maradnak. Alkalmas rostos levek, pürék, krémek, velők készítésére. Az áttört anyag folyékony, vagy pépes jellegű. A passzírozás történhet hidegen, vagy melegen. A meleg passzírozás előnye a jobb kihozatal, az áttörés alatt csökken a viszkozitás, csökken a mikrobák száma és az enzimek inaktiválhatók. A passzírozók működési elve a 3.7.17. ábrán látható.
140
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.17. ábra - Áttörő (passzírozó) gépek vázlatos felépítése. 1. áttörő szita (perforált henger); 2. verőléc; 3. az anyag belépése; 4. az áttört anyag kilépése; 5. az áttörési maradék kilépése
A tengelyhez 2–8°-os szögben hajló verőlécek forgásuk közben az anyagot átkényszerítik a perforált szitahengeren, míg a nagyméretű darabokat (héjat, magot stb.) a dob belsejéből a szögben hajló verőléc a hulladékelvezető nyílás felé sodorja. Megkülönböztetünk centrifugális, dörzs- és magozó passzírozókat. A centrifugális passzírozóknál a centrifugális erő végzi az anyag áthajtását a szitán. Jelzőszámuk, vagyis a centrifugális erők és nehézségi erők viszonyszáma a verőléc külső élére számítva 50–180 között van. Az áttörő furatok 0,4–5 mm átmérővel rendelkeznek, a henger hosszának és átmérőjének viszonya 2,5–3,5 között szokott lenni. A verőlécek külső éle és a palást közötti hézag 3–15 mm. Méretezésük a Tringer-féle(105) képlettel végezhető:
Az összefüggésben lévő jelöléseket a 3.7.18. ábra magyarázza.
141
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.18. ábra - A Tringer-féle formula jelöléseinek magyarázata. D = dobátmérő (m); L = dobhossz (m); n = fordulatszám (sec– 1 ); qv = térfogatáram (belépő, m3·s1); α = a verőléc szöge
Az összes dimenzió m és s egységeket tartalmaz. A dimenzió nélküli ξ<< 1 érték kísérletileg határozható meg, a nyersanyag jellegétől és a szita kialakításától függ. Tipikus dobátmérők: 300–500 mm, tipikus fordulatszámok: 500–1000 min–1. A dörzspasszírozók jelenlegi változatainál az áttörést a centrifugális erőn kívül, a verőléc által létesített torlónyomás végzi. A verőléc külső éle jóval közelebb van a palásthoz és a palásttal szöget zár be, a torlóhatás létrejöttéhez. Ide sorolják a passzír-turbinát is. A magozó passzírozók csonthéjas termések magját választják el. Verőlécek helyett hengeres rudakra szerelt spirálrugók, vagy gumicsövek végzik az áttörést. A gyümölcsöt előzőleg felmelegítik, főzik. Jelzőszámuk 20 körüli, furatátmérő, ill. a hosszúkás áttörő rés szélessége 3–12 mm, fordulatszámuk 200–500 min–1. 3.7.1.7. A homogénezés A homogénezés a konzerviparban a legfinomabb méretre történő aprítás művelete, melyhez egyneműsítő keverés is járul. A homogénezett anyagok kolloidikai értelemben azonban nem homogének (a diszkontinuitások természetesen nagyobbak 1 μm-nél). A homogénezés végterméke a konzerviparban vizes diszpergáló közeggel rendelkező szuszpenzió (szövetek oldhatatlan részeiből képződik), vagy emulzió (zsír-, olajcsepp finoman elosztva). Légtelenítés nélküli homogénezésnél levegő, CO2 diszpergálása is végbemegy. A homogénezés célja: rostos gyümölcsleveknél az alaki részek (rostok) kiülepedésének lassítása; pépes anyagok sima, egyöntetű ízű, színű, állományú jellegének biztosítása; az emulgeált olaj, zsír elválásának megakadályozása. Homogénezésnél nő a látszólagos viszkozitás, konzisztensebb lesz az anyag, ugyanakkor javul a kenhetőség. Ennek oka az, hogy a rostok felülete és vízkötő képessége nő. Homogénezés hatására lassul az ülepedés és a kiülepedett réteg is vastagszik. Itt a következő hatások vannak: a Stokes-törvény és a gravitációs erők figyelembevétele alapján az ülepedési sebesség a jellemző méret négyzetével és a sűrűségkülönbséggel egyenesen arányos. A rostok felületén megkötött víz viszonylagos mennyisége növekszik kisebb méretnél. A kisebb rostok átlagos sűrűsége kevésbé különbözik a diszpergáló közegétől. Végül pedig az alaki részek közötti mozgékony (szabad) víz, vizes oldat mennyisége is csökken. 142
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Gyümölcs- és zöldségleveknél a homogénezésen kívül egyéb stabilizáló eljárásokat is használnak(38). A rostok mérete homogénezés után zömében 70um alatt van. A homogénezéssel kapott emulziók stabilitására vonatkozó általános ismeretek itt is érvényesek. A stabilizáló szerek itt a felületi feszültség csökkentése, a diszpergáló közeg (vizes oldat) viszkozitásának növelése révén hatnak. A részecskeméret 1–5um körüli. A diszpergált levegő a megnövelt érintkezési felületen keresztül jóval gyorsabban oxidál, ezért célszerű homogénezés előtt (vagy közvetlenül utána) az anyagot légteleníteni. A konzervipar rostos leveken kívül kecsup, majonéz, gyermekételkonzervek, zöldség- és húskrémek előállításánál alkalmaz homogénezést. A homogénezés hatásosságát három módszerrel ellenőrzik: ülepedés-vizsgálattal, a (látszólagos) viszkozitás növekedésének mérésével, mikroszkópos méreteloszlásvizsgálattal. A homogénező berendezések főbb csoportjai: • forgó folyadékőrlők (nedves-őrlők), • réshatás elvén működő homogénezők, • ultrahanggal diszpergáló berendezések. Az aprítást végző főbb hatások: nagy nyírófeszültség, kavitáció, ultrahang-hatás. Kavitációnál a helyi depresszió hatására apró gőzbuborékok képződnek, majd nyomásnövekedésnél ezek robbanásszerűen összeomlanak. Az ultrahang aprító hatását is kavitációra vezetik vissza (a hang frekvenciájának megfelelő periódusú nyomásingadozás!). A nedves őrlők típusai: korundtárcsás és fogkoszorús (fogazott tárcsás) „kolloidmalmok”, lyuktárcsás malmok (őrlők), vágó-keverők (turmix berendezések, kutterek stb.). A kolloidmalmokban álló és forgó tárcsák közötti résen halad át a homogénezett anyag. A nagy fordulatszám miatt (n ~ 3000 min–1) keletkező súrlódási hő a viszkozitást előnyösen csökkenti. Ha azonban az anyag melegedése káros, úgy hűtőköpenyekkel ellátott berendezéseket alkalmaznak. Az aprító hatás oka főleg a nagy nyírófeszültség (ütközés, ütés is van), de kavitáció is felléphet. A 3.7.19. ábra korundtárcsás malom, a 3.7.20. ábra fogkoszorús kolloidmalom vázlatos kialakítását mutatja. Az álló és forgó tárcsák közötti rész 5um – 10um közötti legkisebb értékekre csökkenthető.
143
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.19. ábra - Korundtárcsás (kolloid) malom; 1. sztátor, korund-betéttel, állítható kivitelben; 2. rotor, korundtárcsával és meghajtótengellyel; 3. anyagbelépés; 4. anyagkilépés; 5, 6. a sztátor, ill. a rotor felülete erős nagyításnál
3.7.20. ábra - Fogkoszorús kolloidmalom működési elve. 1. kúpos, fogazott betéttel ellátott állítható sztátor (állórész); 2. kúpos, fogazott felületekkel és meghajtó-tengellyel ellátott rotor (forgórész); 3. anyagbelépés; 4. anyagkilépés; 5, 6. a sztátor, ill. a rotor felületének kiképzése
144
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Lyuktárcsás őrlőkben forgó kés kényszeríti át az anyagot furatos tárcsán. Ezeket előaprításra használják, de többnyire a kolloidmalmokkal összeépítve, ezért ismertetik őket rendszerint a kolloidmalmoknál (3.7.21. ábra).
3.7.21. ábra - Lyuktárcsás malom. 1. különböző átmérőjű furatokkal ellátott, cserélhető tárcsák; 2. forgó aprítókés
A réshatás elvén működő homogénezők alapelve az, hogy a homogénezendő folyadékot igen nagy nyomással (70–600 bar) szűk (álló) réseken nyomják keresztül. A konzerviparban főleg zöldség- és gyümölcs-alapú rostos ivólevek gyártásánál használják ezeket. A homogénező fejek példaképpeni kivitelét a 3.7.22. ábrán tüntettük fel. Alkalmazási határuk max. 2 Pa.s viszkozitásig terjed, de a homogénező hatás 0,5 Pa.s viszkozitás felett fokozatosan csökken. Az aprítás a nagy nyírófeszültségek és ütközések révén, és egyes konstrukcióknál kavitáció révén (változó keresztmetszetű rés létrehozásával, 3.7.22.C. ábra) jön létre. A berendezés nagy nyomású dugattyús szivattyúhoz hasonlít, a homogénező fej a nyomóoldali szelep helyén található.
145
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.22. ábra - Homogénező rések példaképpeni kialakítása. A: ütközőgyűrűs homogénező; B: egyszerű homogénező szelep; C: kúpos szelep keresztmetszet-változásokkal
A folyadéksípok(35, 36) ultrahangot hoznak létre az anyagban. Bár fajlagos energiafelvételük viszonylag alacsony, pontosan nem ismert okból nem terjedtek el.
3.7.1.8. Egyéb aprítási eljárások Hőérzékeny anyagok, illetve lágy, szálas anyagok esetén előnyös a hidegaprítás. Ekkor a lehűtött anyag keménnyé, rideggé válik. Az alacsony hőfok megakadályozza az aromaveszteségeket. A lefagyasztott anyag vibrációs malomban, vagy sugármalomban nehézség nélkül aprítható. A malom levegőjét elpárolgott cseppfolyós N2 hűti. Az inertgáz-atmoszféra egyben kizárja az oxidációs folyamatokat. Fűszerek, illetve bizonyos lágy gyümölcs-és zöldségfélék finom aprítása jöhet itt szóba. Az aprítóegység kopásálló golyótöltettel ellátott vibrációs csőmalom is lehet, ahol a golyók ütögetés, dörzsölés útján aprítanak. Különleges eljárás a túlnyomásos sejtfeltáró aprítás (cell cracking(5)). Itt az aprítandó (esetleg előaprított) anyagot nagy nyomású gáztérbe (N2- vagy CO2-gáz is szóba jöhet) helyezik és miután a sejtekben is kialakul a nagy nyomás, hirtelen lecsökkentik a nyomást. A sejtben fellépő túlnyomás robbanásszerűen feltépi a sejtmembránokat. A nyomástartó edényből kirepülő részeket még torlólapnak is ütköztetik, ami további aprítást ad. Zöldség-, gyümölcsfélékre jól alkalmazható, a mechanikus aprítógépeknél lényegesen nagyobb hatásfokkal, hőfejlődés nélkül, a gép mechanikai igénybevétele is jelentéktelen. Az eljárás lényerési célokra alkalmas lehet.
146
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.2. Keverés 3.7.2.1 Általános ismeretek A konzervipar számos technológiai eljárásban alkalmaz keverést. A keverés részben a konvektív anyagátvitel körében is tárgyalható. A keverési feladatokat leginkább a keverésre kerülő anyagok halmazállapota szerint csoportosítjuk. A keverés célja lehet: a) Folyadék oldása folyadékban, pl. ivólevek készítése izocukorral. b) Emulzió készítése, pl. olaj emulgeálása majonéz készítésekor. c) Szilárd anyag oldása folyadékban, pl. cukor- és sóoldatok készítése, pektinpor oldása vízben. d) Szuszpenzió készítése, pl. szűrési segédanyag szuszpenziójának előállítása. e) Gáz oldása folyadékban, pl. CO2-tartalmú üdítőital gyártása. f) Porok elegyítése, pl. fagylaltporok, fűszerporok gyártása. g) Porok nedvesítése. h) Hőközlés intenzitásának fokozása. A keverés történhet szakaszos, ill. folyamatos üzemben. Különleges esete a keverésnek a gyúrás, ahol igen nagy látszólagos viszkozitással bíró anyagot (anyagokat) kell egyenletesre „keverni”. A keverés sokszor aprítással jár együtt. Célszerű az aprítási és keverési feladatokat egyetlen berendezésben elvégezni. A keverés elvégezhető forgó mozgást, ingamozgást, vibrációs mozgást végző keverőelemekkel; gázbefúvással, keringtetéssel, sugárszivattyúkkal (injektorokkal), statikus keverőkkel. A konzerviparban a valódi oldatok kivételével számos különféle egyszerű, illetve komplex diszperz rendszer fordul elő. Diszperz rendszerek előállításakor a keverés célja az, hogy a különböző komponenseket úgy keverje össze, hogy a keverékből vett előírtan kis mintában azonos legyen a komponensek részaránya. A folyékony fázisban történő elkeverés elmélete lényegesen jobban tisztázott, mint a szilárd fázisú keverésé. A konzerviparban a folyadékok keverése az esetek jelentős részében a nem-newtoni közegekkel zajlik le. 147
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.2.2 Keverés folyadékokban A leggyakoribb keverő típusok körmozgást végző keverőelemeket tartalmaznak. Ezt használják pl. cukoroldásra, italkészítésre, folyadékok felmelegítésére (sokszor más feladattal egybekötve), segédanyag-szuszpenziók előállítására. A 3.7.23. ábrán a leggyakrabban használt körmozgást végző keverőelemeket tüntettük fel.
3.7.23. ábra - A gyakrabban előforduló keverők. A: propelleres keverő; B: mókuskerék; C: egyszerű lapkeverő; D: lapkeverő ferde lapokkal; E: fogazott keverő („disszolver”) ; F: Anker-keverő; G: ujjas keverő
A 3.7.5. táblázatban ezen keverők legfontosabb jellemzőit és alkalmazhatóságát állítottuk össze a megfelelő keverőelem kiválasztásához.
3.7.5. táblázat - Keverőelemek alkalmazhatósága Típus Propeller Mókuskerék
N min–1
Re
η Pa.s
Elegyítés
Szuszpendáltatás
Emulgálás
Gáz oldása
Hőátadás (köpenyes)
Hőátadás (csőkígyós)
80–3000
103
10–3–0,5
xx
xxx
xxxx
xxx
x
xxxx
0,2–2
xx
xxx
xxx
xxx
xxxx
xxxx
500–3000
2
5×10
148
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Lapkeverő Ferde lapkeverő
40–200 40–200
50 2
5×10
Fogazott keverő 500–3000 Anker-keverő
20–100
Ujjkeverő
5–50
– 2
xxx
xx
xxxx
xxxx
xxx
x
0,3–6
xxx
xx
xxxx
xxx
xx
xxxx
0,2–2
xxx
xxx
x
xx
–
–
4
0,2–50
xxxx
xxxx
–
xxx
xx
–
4
0,2–50
xxxx
xxxx
–
xxx
xx
10 –10 50–10
20
Jelmagyarázat: – = nem használható (vagy nincs adat) x = igen jól használható xx = jól használható xxx = használható xxxx = korlátozottan használható Az excentrikus, ill. ferde elhelyezés, azonos teljesítményigény mellett lényegesen intenzívebb keverést biztosít és főleg nagy tartályoknál célszerű az alkalmazása. A gyakorlati szakember számára az a fontos, hogy egy adott keverési feladat kis energiaigénnyel, rövid idő alatt legyen elvégezhető. A keverők teljesítményfelvételének kiszámítása (beleértve az indulási teljesítménycsúcsot is), a keverési idő számítása, a hőátadási tényező meghatározása, a legkisebb energiafelvétellel járó fordulatszám (optimális fordulat) a művelettani szakirodalom alapján elvégezhető(1, 4. 22, 30, 34). Nem-newtoni folyadékoknál a newtoni viszkozitás helyébe az effektív látszólagos viszkozitás helyettesítendő. A számításokat dimenzió nélküli paraméterek közötti összefüggések alapján végzik. Szakaszos üzemű keveréses hőközlésnél a melegedési, vagy lehűlési idő számításának alapja a kevert anyagra felírt hőmérleg, amely a fajhőt, tömeget, anyagfelületet, a hőátbocsátási tényezőt és a fűtő-, vagy hűtőközeg hőmérsékletét tartalmazza. Szilárd anyag oldásakor a keverés időtartamát elsősorban az anyagátadási tényező és a diffúziós állandó határozza meg. Ezen eset számítását megtalálhatjuk a szakirodalomban(34). Gáz diszpergáltatásra vonatkozó összefüggéseket a(22) alatt lehet találni. Az Ultra-Turrax keverő (3.7.24. ábra) nyíró-, ütő- és ütközés elvén alapuló speciális keverő, egy lépésben elvégzi a finom őrlést és a homogénezést is. Emellett rendkívül hatékonyan képes diszpergálása emulgeálási és gázbekeverési feladatok elvégzésére. A keverő egy sűrűn fogazott állórészből és abban forgó – a feladatnak megfelelő kialakítású – késrendszerből áll. Szinte minden keverési feladat elvégzésére alkalmas. 149
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.24. ábra - Az Ultra-Turrax fantázianévvel rendelkező keverő. A: fej diszpergáláshoz, nagy viszkozitású anyag esetén; B: nagyobb darabok zúzására, növényi rostok finomaprítására alkalmas fej; C: kis és közepes viszkozitású közegekben való diszpergáltatásra alkalmas fej
A statikus keverők folyamatos működésűek, csővezetékbe építve gyakorlatilag a szivattyúzás, továbbítás során már el is végzik a keverési feladatokat. A statikus keverők általában azonos kialakítású keverőelemekből állnak, amelyek egyesével, vagy csoportokba összefogva, egymáshoz képest 90°-kal elforgatva egy csőrendszerben vannak elhelyezve. Ezek az elemek állandóan változó irányban felezik, szétválasztják, majd összeterelik az áramló folyadékot. Az átforgatások száma (k) exponenciálisan változik az elemek számával, így K = 2i 20 db elem kb. 1 milliószor forgatja át a folyadékot. Alkalmazásuk gázoktól az igen nagy viszkozitású folyadékokig terjed. A 3.7.25. ábrán jellegzetes statikus keverőt tüntettünk fel(77).
150
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.7.25. ábra - Statikus keverő. 1. csőidom; 2. keverőelem
A keverési teljesítmény a keverőelemeken bekövetkező nyomáseséssel és a térfogat árammal arányos. Cirkulációs keverőket sokszor a kényszer hatására használnak, hosszadalmas és energiaigényes keverés. Injektoros keverőket főleg szénsavas üdítőitalok gyártásához használnak. Számításuk az impulzus-tétel alapján végezhető.
3.7.2.3. Nagy viszkozitású közegek keverése, gyúrása Itt igen nagy nyíróerőket kell létrehozni, ami nagy fajlagos energiafogyasztást eredményez (max. 1 kWh ⋅ kg–1). Ezen típusú anyagoknál az áramlás mindig lamináris. A feldolgozott közegek keverési teljesítményszükségletének számításakor a Bingham-típusú anyagmodellt vehetjük számításba. Ekkor a dimenzió nélküli paraméterek közé a plasztikus viszkozitással képzett Reynolds-számon kívül a folyáshatárt tartalmazó plaszticitási szám is bekerül. A konzervipar konzervált húskészítmények, speciális (textúrált) készítmények, kenhető mogyorókrém, zöldség és hús alapú sűrítmények készítéséhez használ idevágó berendezéseket. Legelterjedtebbek a Z-karú keverők-dagasztók. Fajlagos beépített teljesítményük 10–150 kW ·m–3, hasznos térfogatra számolva. A kezelhető anyag viszkozitása 10–3000 Pa ·s, a fordulatszám kb. 10–30 min–1. A bolygóműves gyúrógépeknél a megfelelő jellemzők értékei: 50–300 kW·m–3, 10–5000 Pa·s. A folyamatos gyúrók többnyire kétcsigás kivitelűek, fajlagos beruházott teljesítményigényük 300–2500 kW ·m–3.
3.7.2.4. Porszerű szilárd anyagok keverése Fagylaltpor, tejszínhabpor, fűszerkeverékek stb. gyártásakor szilárd halmazállapotú anyagokat kell összekeverni, esetenként egészen kis mennyiségű folyadékot (pl. aroma-koncentrátum) is el kell ezekben oszlatni. 151
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Porok keverése időben véletlen, ún. sztohasztikus folyamat. Elegendő idő eltelte után olyan végső kevertségi állapot érhető el, amelynél a keverékből vett egyes minták összetétele kis ingadozást mutat az átlagos összetétel értéke körül. A kérdés matematikai-statisztikai módszerekkel kezelhető(7, 22) és jelentős szerepe van a mintanagyság (tömeg, vagy térfogat) megfelelő megválasztásának. A porkeverőkkel kapcsolatos egyéb műszaki ismeretek a szakirodalomban találhatók(22).
3.8. Előmelegítés, előfőzés, vákuumban való kezelés (húzatás), áztatás kezelőoldatban 3.8.1. Általános ismeretek A konzervipari előkészítő eljárások közé tartozik a nyersanyag, vagy már részben előkészített nyersanyag melegítése (előmelegítés, előfőzés, gőzölés, esetleg húzatás), gáztalanítása (vákuumban való kezelés, húzatás), kezelőoldatban történő áztatása (elszíneződés gátlása, a szövet keményítése). Az előmelegítés kifejezést rendszerint összefüggő rendszert képező (folyadék, folyadék jellegű) élelmiszeranyag többnyire felületi hőcserélőben történő melegítésével kapcsolatban használják. Az alkalmazott berendezések: átfolyó rendszerű csöves és lemezes hőcserélő; kapart falú hőcserélő; aprítókésekkel, vagy roppantóval és anyagtovábbító csigával ellátott hőcserélő („thermo-break” berendezés); forgó, spirális fűtőcsővel rendelkező előmelegítő(1, 26, 42, 72). Az előmelegítés alkalmazása a technológiai eljárásokban: a) Előmelegítés aprítás előtt, vagy az aprítással egybekötött előmelegítés. Példák: a durván zúzott (roppantott) paradicsomot áttörés előtt előmelegítik (rostos levek gyártásánál az ép gyümölcsöt gőzölik, majd pl. magozó passzírozón áttörik). b) Előmelegítés gáztalanítás céljából. Gyümölcslevek homogénezése, pasztőrözése előtt alkalmazott eljárás része. Az előmelegített gyümölcslevet vákuumban porlasztják. A gázeltávolítás alapelve azonos az előfőzésnél tárgyaltakkal. c) Előmelegítés besűrítés, vagy porlasztva szárítás előtt. Az előmelegítés a szóban forgó művelet része. d) Előmelegítés enzimes kezelés előtt. Az élelmiszeranyag előmelegítése az alkalmazott enzim aktivitásának maximumát biztosító hőmérsékletre történik (általában 40–55 °C). Példák: zúzatok kezelése préselés előtt; prés- vagy extrakciós levek derítése. e) Előmelegítés konzervedénybe való töltés előtt. A cél a zárás előtti megfelelő hőmérséklet elérése. Az előmelegítés technológiai és műszaki méretezése három összefüggő részfeladatra bontható: • A hőtani méretezés a kívánt hőmérséklet elérésére és a hőenergia-felhasználásra vonatkozó számításokat tartalmazza. 152
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz • Az áramlástani méretezés az átfolyó élelmiszeranyag áramlási ellenállásának megállapítására, a szállítószivattyú kiválasztására (és ellenőrzésére), a nyomások értékeinek meghatározására szolgál. • Az előmelegítőben létrejövő tulajdonságváltozások számítása az élelmiszeranyag tartózkodási ideje eloszlásfüggvényének, a kiválasztott tulajdonság változáskinetikai (reakciókinetikai) jellemzőinek és a hőmérséklet időbeni változásának ismeretén alapul. A fentiekhez szükség van az élelmiszeranyag hőfizikai és reológiai jellemzőire is. Alaktartó (darabos) részeket tartalmazó összefüggő anyagoknál üzemi méretű kísérletekre vagyunk utalva. A newtoni és nem-newtoni folyadékokra vonatkozó számítási eljárások rendelkezésünkre állnak. Kiegészítő ismeretek találhatók a 2.4. pontban, valamint a szakirodalomban(1, 3, 59, 72, 125). Az előfőzés és gőzölés kifejezést darabos részeket tartalmazó (esetleg darabolt) nyersanyagra vonatkozóan használják. Az előfőzés a nyersanyaggal érintkező vízben, vagy vizes oldatban történik, rendszerint 100 °C alatt, kivételesen 100 °C feletti túlnyomáson. A gőzölés gőztérben történő előfőzés. Használatos az előfőzés kifejezés a húzatás kifejezés helyett 100 °C alatti vákuumban végzett kezelésre is. A húzatás kifejezést elsősorban akkor használják, ha a kezelés vizes oldatban melegítéssel, vagy melegítés nélkül történik vákuumban. Az atmoszférikus nyomáson cukoroldatban való előfőzést is hívják húzatásnak. Az előfőzés, gőzölés és húzatás célja, ill. következményei részben az élő szövetek élettevékenységének megszűnéséhez, részben egyéb fizikai-kémiai, kémiai folyamatokhoz kapcsolódnak. Ezek a következők: a) Az állomány módosulása. A cél itt elsősorban a késztermékre jellemző állomány kialakítása, továbbá a későbbi aprító műveletekre, préselésre, mozgatásra és konzervedénybe történő töltésre alkalmas állomány elérése. b) Az enzimek inaktiválása (peroxidáz, kataláz, polifenoloxidáz), az élő mikrobák számának csökkentése. c) A nyersanyag szöveteiben lévő gáz eltávolítása. d) Egyes anyagátadási folyamatok elősegítése, mások akadályozása. e) Íz, szín és külső megjelenés javítása. f) Szárítmányok gyártásánál a vízleadási sebesség növelése és a készáru vízfelvevő (rekonstituciós) képességének javítása. Az előfőzésre, gőzölésre és húzatásra vonatkozó eljárások igen változatosak. Példák találhatók a szakirodalomban(17, 27, 36, 37, 56, 70, 78, 83, 47). Előfőzésre sem túl lágy, sem túl kemény előfőzővíz nem alkalmas. Célszerű, ha az előfőző víz 12 Nk° (német keménységi fok) alatti és kb. 5 Nk° feletti értékű. Zöldborsó, zöldbab kemény vízben nem főzhető puhára, sőt sterilezés során sem puhul. Növényi szövetek kemény vízben való keményedésének oka a pektinátok képződése. Túl lágy vízben előfőzött zöldborsónál nagyobb a keményítőkiválás mértéke a késztermékben(26, 27, 31, 78). Az előfőző vizet, vagy oldatot cserélni kell a kialakult gyakorlatnak megfelelően. Rendszerint 1 kg nyersanyagra 0,5–1 kg pótvíz számítható. A pótvíz sok hőenergiát vesz fel. 153
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.8.2. Hő- és anyagátvitel előfőzéskor, gőzöléskor és húzatáskor A darabos nyersanyag melegítése (esetleg hűtése is) a nem állandósult állapotú hővezetéses hőközléshez tartozó kerületérték-probléma megoldásával számítással követhető. Adott hőmérséklet eléréséhez szükséges idő körülbelül a darabos részek jellemző méretének négyzetével arányos. A kizárólagos hővezetés feltételezése egyszerűsítés, hiszen a folyamat közben lejátszódó anyagtranszport (pl. a gázjáratok feltöltődése kezelőfolyadékkal) is párosul hőátvitellel. Az anyagátviteli folyamatokkal a 2,4. pont foglalkozik. Az anyagátvitellel kapcsolatos főbb részfolyamatok: a) A nyersanyag gáztartalmának csökkenése. A gáztartalom csökkenése a gázok parciális nyomása csökkenésének, valamint a gázok hőtágulásának következménye. A gáztartalom időbeni változására vonatkozóan csak tapasztalati ismeretek vannak, a végső gáztartalom számítható. A számítás tökéletes gázokat feltételez és a Dalton-törvény érvényességét, eltekint a gázok oldódásától és a nyersanyagot egyenletesen átmelegedettnek tekinti. A számítás alapja az az egyszerűsítés, hogy a melegítés során a nyersanyagban az eredeti gáztérfogat állandó marad, így a kitágult gáz megfelelő része eltávozik. A nyersanyag lehűlésekor a maradék gáz térfogata csökken és a térfogatkülönbséget kezelőfolyadék tölti ki. A számítás a gázok parciális nyomásának megállapításával kezdődik, mégpedig a kezelés előtti állapotban (pG1) és a kezelés végállapotában (pG2), pG1 = pb – pE1, pG2 = p2 – pE2. összefüggésekből. Itt pb a légköri nyomás, vagyis az összenyomás értéke a kezelés előtt, p2 a kezelő berendezésben létesített és a végállapothoz tartozó össznyomás. PE1 és PE2 a nyersanyag vízgőztenziója a kezelés előtti és a kezelés végállapotához tartozó hőmérsékleten. A kezelés előtti (VG1) és a kezelés végállapotában lévő (VG2) gáz térfogatainak aránya az általános gáztörvényből:
. Itt T1 és T2 az azonos indexszel jelölt parciális nyomásokhoz tartozó (abszolút) hőmérséklet K-ban. A gáztalanítás eredményessége (Y, hatásossága) az eltávozott gáz mennyisége osztva az eredeti gázmennyiséggel. A végállapot gázsűrűségével osztva kapjuk, hogy
. A gáztalanítás hatásossága nem annyira az össznyomástól, hanem főleg attól függ, hogy mennyire közelíti meg a vízgőztenzió az össznyomást. Vákuum alatt azonban a gáztalanítás alacsonyabb hőmérsékleten történik, mint atmoszférikus nyomáson. Ezért egyes nyersanyagok (alma, őszibarack, kajszi) gáztalanítás alatti elpuhulása csak vákuumos kezeléssel kerülhető el. A valóságban a gázok távozása és a kezelőfolyadék behatolása a gázjáratokba nagyjából egyidejűleg történik. 154
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz b) Ozmózisos anyagátvitel. Idevágó részletesebb Ismeretek a 2.4. pontban találhatók. Az ozmózisos anyagátvitelnek a sejtek denaturációjának bekövetkezéséig van szerepe. 40 °C alatt az ozmózisos anyagátvitel az egész kezelést végigkísérheti, előfőzésnél és gőzölésnél a kezelés kezdeti szakaszában van szerepe. Almaszeletek hipotóniás oldatban történő előfőzése esetén a sejtek kezdetben vízfelvétel mellett duzzadnak. Ekkor a szelet mechanikai szilárdsága nő. Később, a denaturáció bekövetkezése után a szeletek szilárdsága jóval a kiindulási érték alá csökken(113). Hipertóniás oldatban (pl. cukoroldatban) történő húzatással jelentősen csökkenthető a nyersanyag víztartalma. Egyes gyümölcsöket, pl. cseresznyét, meggyet, szilvát izotóniás cukoroldatban főzzük elő. Ezeknél hipotóniás oldatban a sejtek duzzadása a héj felrepedéséhez vezet(36, 37). c) Vízben oldott anyagok diffúziója a növényi szövetekben. Részletesebb ismereteket a 2.4. pont tartalmaz. Az oldott anyagok vándorlása a koncentrációcsökkenés irányába történik. A 2.4.2. táblázat diffúziós együtthatókat tartalmaz. d) Anyagátadás a nyersanyag felületén. A felületre kidiffundált anyagok, a felületen lévő sérült sejtek tartalma részben a felület mentén kialakult határrétegen keresztül diffundál a kezelőoldatba, részben konvekciós áramlással jut bele. A folyamat fordított irányban is lejátszódik. Anyagátadási tényezőkre vonatkozó adatok hiányoznak. e) Sejtösszetevők vízfelvétele és vízleadása a melegítés hatására. Az előzőkön kívül előfőzéskor, gőzöléskor és húzatáskor a szöveteket felépítő poliszacharidok és fehérjék szerkezeti változásai is vízfelvétellel, ill. vízleadással járnak. A keményítő jelentős mértékben, a sejtfal kisebb mértékben duzzad, míg a fehérjék rendszerint vizet adnak le a melegítés hatására.
3.8.3. Fizikai-kémiai, kémiai és biokémiai változásokra visszavezethető tulajdonságváltozások előfőzés, gőzölés és húzatás alatt a) Állományváltozást okozó folyamatok: a denaturáció bekövetkezéséig hipotóniás oldatban nő a turgornyomás és ezzel a szövetek szilárdsága, utána csökken. Hipertóniás oldatban fordított a helyzet, a sejtek vizet veszítenek, ernyednek (lásd még előbb az ozmózisos anyagátvitelre vonatkozó bekezdést). A melegítés hatására ( a szövetek szilárdsága az alábbi okok miatt is csökken: nagy keményítőtartalmú nyersanyagokban a keményítő duzzadása és csirizesedése szétszakítja a sejtfalakat (60 °C felett). A cellulóz duzzad, a protopektin részben oldható pektinné alakul, a hemicellulóz is részben leépülhet. A növényi szövet poliszacharidjainak hidrolízise a szövet szilárdságának csökkenése irányában hat. Kivételt jelent az alacsony előfőzési hőmérsékleten végbemenő keményedési folyamat. Ezt azzal magyarázzák, hogy a szövetekben lévő pektin-metilészteráz, valamint kalcium- és magnéziumionok jelenléte miatt a kis észterezési fokú pektinek gélt alakítanak ki és így szilárdítanak(70, 114). b) Az enzimek inaktiválása. Konzervipari (és hűtőipari) szempontból a peroxidáz, kataláz és polifenoloxidáz, esetleg a pektinázok inaktiválása a legfontosabb. Aktivitásuk maximuma 30–60 °C közé esik. 70 °C felett rendszerint irreverzibilisen vesztik el aktivitásukat. A peroxidáz inaktiválásának ellenőrzésére a hűtőipar a guajakol próbát használja. Az inaktiváláshoz tartozó változáskinetikai (reakciókinetikai) paraméterek (Tr z, Dr, lásd a 2.1. és 2.2. pontot) rendkívül változatosak(27, 68, 75, 114) . c) Ízváltozás. Melegítés hatására a nyersanyagok nyers íze jellegzetes főtt ízzé alakul. A nyers íz jellegében a szövetek lipidjeinek is van szerepe. Az illékony aromaanyagok (lásd a 2.4. pontot) a gázokkal és vízgőzzel együtt részben eltávoznak. A főtt íz kialakulásának hátterében a glutamin → glutaminsav → pirrolidonkarbonsav, valamint az aszparagin → aszparaginsav reakciók is állanak. 155
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz d) Színváltozás(24. 38, 75, 78, 95). A színváltozások a következő kémiai folyamatokra vezethetők viasza: • Enzimes barnulás. Tipikusan a polifenolok enzimesen katalizált oxidációja tartozik ide. A végtermékek polikinonok és cserző-anyagok. • A klorofill (a, b) átalakulása feofitinné (a, b). Az élénk zöld szín barnás-zöld színűvé válik. Magnézium-karbonát adagolásával a folyamat akadályozható. • Flavonok és flavonolok képződése. Burgonya és kukorica főzéskor bekövetkező sárgulása vezethető vissza ezekre a reakciókra. • Antocianinok színtelen vegyületekké történő alakulása. Ez az átalakulás okozza a szamóca, cseresznye, meggy, szilva stb. főzési elszíntelenedését. Ezzel szemben előfordul a katechin, leukoantocianin → antocianin folyamat is, melynek során a nyersanyag vörös-lila színeződést kap (pl. egyes körtefajták, vagy a karfiol főzési elszíneződése). Az antocianinok hőre is érzékenyek, de főleg a pH-érték változására. • Karotinoidok oxidációja. A karotinoidok oxidációja általában színtelen vegyületeket eredményez. Oxigéntől és fénytől elzárva kellően stabil vegyületek. Számos nyersanyag sárgás-vöröses színét adják (kajszi, paprika, paradicsom, sárgarépa). e) Az élő mikrobák számának csökkenése. A kezelések hőmérsékletétől és időtartamától függően csökken az élő vegetatív mikrobák száma, vagyis pasztőrözési hatás is fellép az előfőzés, gőzölés és húzatás eljárásainál. Az ipari gyakorlat előfőzése, gőzölése 2–4 nagyságrenddel csökkenti az élő mikrobák számát. A lehűlés periódusában azonban újra gyorsan szaporodhatnak az élő mikrobák. f) Veszteségek. A kezelés során tápanyag, vízoldható vitaminok, ásványi sók lépnek ki a nyersanyagból. Az előfőzés jóval nagyobb veszteségeket okoz, mint a gőzölés. Idevágó adatok a 3.8.1. táblázatban találhatók(26, 27). Az adatokat újabb vizsgálatok kvalitatív módon megerősítették(17). A veszteségek számítása a diffúziós folyamatokra alkalmazott módszerekkel történhet.
3.8.1. táblázat - Előfőzési veszteségre vonatkozó néhány adat(26, 27) A nyersanyag megnevezése
Előfőző közeg víz (100 °C)
Zöldborsó gőz (100 °C) Paraj
víz (100 °C)
Előfőzési veszteség
Veszteségek tömegarány százalékban kifejezve vízoldható szárazanyag
fehérje
ásványi anyag
C-vitamin
1
7,2
14,5
2
9,9
3
15,5
48,0
1
2,5
5,6
2
4,7
3
8,2
1
11,0
2
22,2
–
–
–
–
31,0
20,5 29,5
–
156
–
15,3 32,5
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
gőz (100 °C) víz (100 °C) Paprikaszelet gőz (100 °C)
Zöldborsó
víz gőz
Zöldbab, egész
víz gőz
Zöldbab, szeletelt
víz gőz
Sárgarépa, egész
víz gőz
Sárgarépa, csíkokra vágott
víz gőz
3
30,7
64,0
1
2,0
9,2
2
7,3
3
10,3
28,0
1
9,1
10,0
2
13,0
3
16,1
29,0
1
2,2
6,3
2
6,0
3
7,5
1 6
–
3 1 6
–
3 1 6
–
3 1 6
_
3 1 6 3
–
–
–
–
–
–
–
16,3
19,5
9,4 12,1
9
12
19
15
16
40
4
5
16
0
9
7
10
11
18
3
15
18
8
21
34
19
44
56
13
20
36
10
6
16
10
16
44
9
9
32
30
15
26
30
24
39
26
10
22
157
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Zöldborsó előfőzésekor az is a célunk, hogy olyan, egyébként hasznos tápanyagok, mint a keményítő melegen (kolloidálisan) oldódó frakciói, vagy fehérjék kilépjenek az előfőző vízbe, különben sterilezéskor a konzerv felöntőlevébe kerülnek és hidegen fehér csapadékot képeznek. Az ilyen konzerv kifejezetten ellenszenves a fogyasztónak. Ugyanakkor a fehérjék denaturálódása csökkenti a sterilezés alatti kidiffundálásuk mértékét(27).
3.8.4. Az előfőzés, gőzölés, húzatás berendezései Előfőzéshez valaha szakaszos üzemű köpenyfűtésű nyitott üstöket, ún. duplikátor üstöket használtak. A napjainkban elterjedt típusok közé tartozik a folytonos üzemű serleges és sodronyszalagos előfőző-gőzölő berendezés. Ezekben perforált serlegekből, ill. fémsodronyból kialakított, végtelenített szállítószalagon halad a nyersanyag a főzőfürdőn, ill. a gőzölőtéren át (a fürdőt ekkor nem töltik fel vízzel). A csigás (hengeres) előfőzőben perforált henger belső felületére erősített szállítócsiga mozgatja a nyersanyagot vízfürdőn keresztül. A szállítócsiga végénél lapátos kiadagoló szerkezet emeli ki a nyersanyagot. A fenti folytonos üzemű berendezésekben a tartózkodási (előfőzési, gőzölési) idő a szalagok sebességének, ill. a csiga fordulatszámának változtatásával szabályozható. Az előfőző fürdők fűtése rendszerint közvetlen gőzbefúvással történik. A csigás előfőző gőzölésre nem használható. A párolgási veszteségek csökkentése céljából fontos a jól kialakított burkolat, a munkatér gőztelenítése céljából pedig az elszívó kürtők alkalmazása. Az atmoszférikus nyomáson működő és kizárólag gőzölésre használható berendezések: toronygőzölők, korongos és szalagos gőzölők. A gőzölési idő az elsőnél a kiadagoló cellás kerék fordulatának, a másodiknál a korongfordulatnak, míg az utolsónál a szalag sebességének változtatásával szabályozható. A túlnyomás alatti gőzölő-főző berendezések a túlnyomás alatti gőzhámozókkal azonos elven működnek (lásd a 3.6. pontot), de a gőzölési idő természetesen hosszabb. A forráspont közelében közvetlen gőzbefúvással működő előfőző-gőzölő berendezéseket a gőz tömegáramát korlátozó szerkezettel, műszaki megoldással kell kiegészíteni. Ekkor ui. a berendezés annyi gőzt fogyaszt, amennyit belevezetünk. Túl sok gőz kidobhatja az élelmiszeranyagot a toronygőzölőből. Előfőző-gőzölő berendezések részletesebb ismertetése megtalálható a szakirodalomban(1, 26, 27, 36, 42, 78). A vákuum alatti kezelés (húzatás) berendezései. Az igen elterjedt szakaszos üzemű berendezés vázlata a 3.8.1. ábrán látható.
158
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.8.1. ábra - Szakaszos üzemű vákuumos húzató berendezés felépítése. 1. húzatóedény saválló acélból; 2. fűtőtér; 3. gőzbevezetőcsonk; 4. leeresztőszelep; 5. kondenzvíz-eltávolítás; 6. fedél; 7. mérőműszer a vákuum értékének mérésére; 8. hőmérő; 9. csatlakozó csonk a vákuumszivattyúhoz; 10. csap és tartóidomok a fedél mozgatásához (billentéséhez); 11. perforált falú saválló kosár nyitható perforált fedéllel a nyersanyag részére
A nyersanyagot perforált tartóedényekbe helyezik, ezeket lefedik, mivel a kezelés előtti nyersanyag sűrűsége kisebb a kezelőoldaténál és így később kiúsznának a darabok a tartóedényből. Az edényt a kezelőoldattal töltött húzatóüstbe helyezik, az üstöt lezárják. Ezután az üstöt vákuum alá helyezik és felfűtik az előírt hőmérsékletre. Az előírt kezelési idő után a kezelt (húzatott) nyersanyagot kiemelik további feldolgozásra. A folytonos üzemű berendezések hidrosztatikus elven működnek. A húzatóoldat szivattyú által létesített áramlása szállítja a nyersanyagot a kezelőtérbe és onnan ki. A kezelőtéren át történő szabályozható idejű szállításra különböző megoldásokat alkalmaznak (szállítócsiga, szállítószalag stb.). Egyik megoldást példaképpen a 3.8.2. ábra szemlélteti. Bővebb ismeretek a szakirodalomban találhatók(46, 56, 66).
159
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.8.2. ábra - Folytonos üzemű, hidrosztatikus elven működő vákuumos húzató berendezés. 1. húzató-tartály; 2. hajtómű a húzatótartályban lévő továbbítószerkezet mozgatásához; 3. csatlakozó csonk a vákuum-szivattyúhoz; 4. betekintő-nyílás fedele; 5. szivattyú a húzató oldat és nyersanyag együtt történő szállításához; 6. szállítócső; 7. ejtőcső ; 8. kád a húzatott nyersanyag és húzatóoldat befogadására; 9. szállítószalag a húzatott nyersanyag kiemelésére; 10. túlfolyócső; 11. szívóoldali tartály a szivattyúhoz
Előfőző-, gőzölő- és húzatóberendezések hőenergia-fogyasztása. A hőenergia-fogyasztás (Q) adott üzemidő (pl. műszak) alatt négy részből tevődik össze: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4. Itt Q1 a nyersanyag felmelegítésének hőigénye, Q2 a készülék felmelegítésének hőigénye (szerkezeti anyagok és víz, felmelegítés alatti hőveszteségek), Q3 a hőveszteség a felmelegítést követő üzemi használat során (párolgással elvitt hő és konvektív hőátadással a határolófelületeken leadott hő), Q4 az előfőzéshez adagolt pótvíz (pótoldat) felmelegítésének hőigénye. Egy szakirodalmi ismertetés alapján(94) parajlevelek előfőzésénél példaképpen: A felfűtési idő: 0,37 h, a hasznos üzemidő: 6,58 h. A feldolgozott parajlevél: 34 t, a felhasznált pótvíz: 17 t. Az előfőzés hőmérséklete: 97 °C. Az összes felhasznált hőenergia: Q = 28,3·106 kJ Az egyes részfelhasználások viszonyszáma: Q1/Q = 0,358; Q2/Q = 0,042; Q3/Q = 0,406; O4/Q = 0,194. Az 1 kg nyersanyagra vonatkoztatott gőzfelhasználás kgban: 0,355. Az előfőzővízbe 4,9 bar nyomású telített gőzt kondenzáltattak. A Q3-mal jelölt hőveszteség viszonylag magas, mert 97 °C-on már igen nagy a párolgási hőveszteség (a forráspont közelében vagyunk). 160
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.8.5. A nyersanyag áztatása kezelőoldatban A feldolgozás során a nyersanyagot esetenként kezelőoldatban áztatják. Az áztatás célja vagy az elszíneződés megakadályozása, vagy a szövetek szilárdságának növelése(26, 27, 31, 36, 37, 75, 78). Az elszíneződés megakadályozására a tisztított és esetleg darabolt nyersanyagot kénessavat, citromsavat, esetleg konyhasót (kivételesen aszkorbinsavat) tartalmazó oldatban áztatják. Néhány példa: Fehér húsú gyümölcsöt (tipikusan a gerezdelt almát) 4 ·10–5–6·10–5 tömegtörttel rendelkező (0,04–0,06‰) kénessavas hideg oldatban áztatják 20–60 min időtartamig. Karfiolt előfőzés előtt 5·10–4 tömegtörtű (0,5‰) hideg kénessavas oldatban 1,5 h-ig, előfőzés után 3·10–2 tömegtörtű (3%) NaCl-oldatban áztatják. Áztatáshoz vas- és mangánionoktól mentes vizet lehet csak használni (lásd a 3.4. pontot). Puddingalma áztatásához ionmentes víz néhány ezrelék NaCl-ot, kénessavat és aszkorbinsavat tartalmazó oldatát használják. A növényi szövetek szilárdságának növelésére az áztatást Ca(OH)2, CaCl2, CaSO4, CaH2(SO3)2, A12(SO4)3, KAl(SO4)2 vizes oldatában végzik. A szövetek kalciumsók által történő szilárdulásának oka a pektinátok képződése. Néhány példa: Kajszi szilárdításához használt áztatóvíz 10 kg oltott meszet tartalmaz 100 l vízben. Almaszelet keményítésére 1·10–2 tömegtörttel rendelkező (1%-os) CaCl2-oldatot alkalmaznak 5–10 min időtartamig. Dinnyét, őszibarackot oltott meszet és timsót tartalmazó vizes oldatban áztatják.
3.9. Lényerési eljárások A lényerési eljárások csoportosítása. Számos lényerési eljárás alakult ki az idők folyamán. Ezeket két nagyobb csoportra bonthatjuk: • Préselés és egyéb mechanikai eljárások. • Diffúziós extrakció és egyéb nem mechanikai eljárások. Mindegyik eljáráshoz tartoznak előkészítő- és befejező műveletek is, így adott eljárás alkalmazása, megítélése az előkészítő-lényerő-, befejező részeljárások együttesére kell, hogy vonatkozzon. A további csoportosítás alapja a késztermék jellege: a szűrt–derített levek valódi oldatok, míg az ún. rostos levek kolloidálisan oldott anyagokon kívül alaki részeket is tartalmaznak. További csoportosítás a 3.9.1. és 3.9.2. pontokban található. A 3.9.3. pontban a kombinált eljárásokat tekintjük át.
161
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.9.1 Préselés és egyéb mechanikai eljárások 3.9.1.1 Az eljárások áttekintése A préselés és egyéb mechanikai eljárások csoportosítását a 3.9.1. táblázatban adtuk meg. Amint a táblázatból érzékelhető, az előkészítő, lényerő és befejező eljárások számos kombinációja állítható elő. A szakaszos üzemű prések és a folytonos üzemű szalagprések általában derített–szűrt levek előállítására, a csigás–kosaras és a csigás prések pedig több-kevesebb alaki részt tartalmazó (rostos) levek előállításakor használatosak(93, 112).
3.9.1. táblázat - A préselés és egyéb mechanikai eljárások csoportosítása. (1) = derített-szűrt levek gyártásához, (2) = kevés alaki részt tartalmazó levekhez (opálos, trüb), (3) = sok alaki részt tartalmazó (rostos) levekhez Előkészítő eljárások aprítás Préselés szakaszos üzemben
darabolás, zúzás
Préselés folytonos üzemben
előkezelés előmelegítés, fagyasztásfelengedés, enzimes pektinbontás előerjesztés, tejsavas erjesztés zöldségzúzatokban, préselési segédanyag
Előlényerés
gravitációs vízszintes és függőleges és kosaras prések, vibrációs csomagprések, lecsepegtetéstömlős prések alkalmazása (1) szakaszos szalagprések és alkalmazása folytonos (vízszintes és függőleges üzemben elrendezésben) (1) csigás-kosaras prések alkalmazása (egy- vagy két nyomócsigával) (2)
adagolása, elektroplazmolízis, oxidációt gátló adalékok adagolása Egyéb mechanikai eljárások
zúzás hidegen,
előmelegítés,
Lényerés
Befejező eljárások létisztítás derítés (l), szűrés (1, 2), centrifugálás (1), kihordó-csigás ülepítő centrifuga (2), hidrociklon alkalmazása (l, 2, 3), ultraszűrés
csigás prések egy alkalmazása vagy két csigával (2) –
vákuummal üzemelő dobszűrő alkalmazása (1); 162
egyéb légtelenítés, homogénezés (2, 3)
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz gőzölés + zúzás,
tejsavas erjesztés zöldségzúzatokban,
áttörés durva préselési segédanyag fokozatban adagolása, (2, 3) citrusfélék felezése
oxidációt gátló adalék adagolása
áttörés passzírozókkal (3) kihordócsigás perforált dobú centrifugával (2) citrusfélék kifacsarása (2)
A préselés művelettani értelemben a mechanikai elválasztás egyik művelete, a szűrés, ülepítés és centrifugálás mellett A szakirodalom számos esetben a szűrés körében tárgyalja. Az áttörés (lásd a 3.7. pontot) részben aprító, részben mechanikai elválasztó művelet A csigás-kosaras és csigás prések neve megtévesztő, mert áttörést is végeznek, bár több alaki részt választanak le, mint az áttörőgépek (passzírozók). A préseléskor, a préselt anyag egészét tekintve az elválasztás mindig túlnyomóan mechanikai értelemben vett külső erők hatására jön létre. A térerők (gravitációs, centrifugális) hatása elhanyagolható. A préseléskor a kiindulási anyag lényegében két, külön-külön összefüggő rendszert képező összetevőből áll: az egyik a szűrőfelületen (szűrőszöveten) áthatoló folyadék, a másik a visszatartott anyag, amely a présélés viszonyai között nem képes a szűrőszöveten áthatolni. Gyümölcs- és zöldségfélék préselésekor a szűrőszöveten áthaladó folyadék a gyümölcslé és zöldséglé. A préselésnél kapott gyümölcs- és zöldséglevek többnyire newtoni, vagy közel newtoni folyadékok. A kipréselt gyümölcs- és zöldséglevekben a szárazanyag-tartalom nagy része valódi oldat formájában van jelen, a nagyobb moláris tömegű anyagok (pektinek, fehérjék) azonban kolloid oldatot adnak. A szűrőszövetek által visszatartott anyagot közönségesen „szilárd” összetevőnek hívjuk. Itt azonban kontinuum-mechanikai értelemben képlékeny, viszkózus és rugalmas tulajdonságokat együttesen felmutató anyagokról van szó, melyeket a gyümölcs- és zöldségfélék vízben oldhatatlan szöveti elemeinek különböző mértékű tömörödésekor kapunk. A folyadék összetevőtől gondolatban elkülönített „szilárd” összetevő a préselés kezdetén lehet például pszeudoplasztikus nem-newtoni folyadék, később plasztikus nem-newtoni folyadék, majd kis folyadéktartalomnál, elaszto-viszkózus anyag. A jól kipréselt présmaradék (préstörköly) már jelentős mértékű reverzibilis deformációra képes nyomófeszültségek hatására. A „szilárd” összetevő anyagegyenlete (ami a feszültségek és deformáció, ill. azok idő szerinti deriváltjai közötti összefüggés), tehát erősen változik a préselés során. A kiindulási anyag tartalmazhat többé-kevésbé finoman diszpergált gázt (bekevert levegőt stb.) is. A tapasztalat szerint azonban ez a gáztartalom zömében már a préselés kezdetekor eltávozik(58, 61). A préselés műveletének az előbbiek alapján tehát a következő fő ismérvei vannak: 163
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Mechanikai értelemben vett külső erők alkalmazása a préselt anyag egészére vonatkozóan. Folyadék és „szilárd” összetevőkből álló anyag, melyek mindegyike összefüggő rendszert képez. Szűrőszövet, mely a folyadékot átereszti, a „szilárd” összetevőt visszatartja. A 3.9.1. ábrán egyszerű mechanikai modellek segítségével szemléltettük a préselés, a szűrés és az áttörés közötti különbségeket. Mindegyik modellnél feltüntettük az állandó nyomóerő mellett értelmezett jelleggörbét és annak egyenletét is. A jelleggörbék a léhozam-arány logaritmusának változását mutatják az idő logaritmusának függvényében. A jelleggörbékhez tartozó egyenletek konstansai lényegében alkalmasak az anyag jellemzésére is(48, 49, 50, 55). A léhozam-arány (átlagos, y): a kipréselt lé tömege osztva a préselt anyag kezdeti tömegével.
3.9.1. ábra - Az áttörés, szűrés és préselés egyszerű mechanikai modelljei és a megfelelő jelleggörbék. A: áttörés; B: szűrés; C: préselés. 1. az áttörés előtti anyag; 2. perforált lemez; 3. az áttörés utáni anyag; 4. a szűrés előtti anyag; 5. szűrőszövet; 6. szűrt lé; 7. a préselt anyag; 8. a kipréselt lé. A1, A2, A3 = állandók. F0 = állandó értékű nyomóerő, t = idő, y– = léhozam-arány, az áttört, szűrt, kipréselt lé tömege az eredeti anyag tömegéhez viszonyítva, ym = léhozam-arány egyensúlyi értéke
A préselésnél feltüntetett szaggatott görbe azt a szakaszt jellemzi, ahol a léhozam-arány már negatív exponenciális jelleggel tart egy maximális, egyensúlyi értékhez (ym).
3.9.1.2. A préselmélet alapjai A préseléselméletet gyümölcsfélék préselésével kapcsolatban hazai kutatók dolgozták ki(51, 54, 60, 64, 69). 164
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Az elmélet összhangban van a vegyipari műveletek és a talajmechanika területén kapott elméleti eredményekkel(99). Jelen könyvben a préselmélet legegyszerűbb, ugyanakkor ipari szempontból legfontosabb végeredményeit közöljük, a párhuzamos síklapokkal határolt anyag préselésére vonatkozó eredményeket. Legáltalánosabb formájában a préseléselmélet kontinuum-mechanikai módszereket alkalmaz. Az elmélet ezideig összhangban van a gyakorlati tapasztalatokkal, illetve kísérleti eredményekkel. Az itt közölt eredmények a következő feltételek teljesülése esetén érvényesek: • A préselt anyag a préselés kezdetén gyakorlatilag levegőmentes. • A préselt anyagban lévő diszkontinuitások kellően kicsinyek a rétegvastagsághoz képest (ez teszi lehetővé a helykoordináták szerinti differenciálhatóságot). Ez a feltétel vékonyrétegű préseknél csak közelítéssel áll fenn. A térerők (gyakorlatilag a gravitációs erő), továbbá a préselés során az anyagban létrejövő sebességváltozásokkal arányos tehetetlenségi erők elhanyagolhatók. • A préseléskor az anyagban fellépő csúsztató (nyíró) feszültségeket egyedül a „szilárd” összetevő veszi fel. • A kipréselt lé newtoni folyadék. • A folyadék összetevőtől gondolatban elkülönített „szilárd” összetevő fajlagos térfogata és a nyomás között egyértelmű függvénykapcsolat van, legalábbis, ha a préselés során a nyomás nem csökken. • A préselt anyagban a szűréselmélet Darcy-törvénye érvényes. • A szűrőszövetnek a kipréselt lére vonatkozó ellenállasa elhanyagolható.
165
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.9.2. ábra - Párhuzamos síklapokkal határolt anyag préselése. A: a helykoordináták értelmezése; B: a Terzaghi-féle mechanikai modell, a rugalmas-szilárd összetevőt helyettesítő rugókkal. 1. a préselt anyag; 2. nyomólap (dugattyú); 3. szűrőszövet; 4. határoló fal; 5. nyomóerő (F0); 6. helyettesítő rugók; 7. fojtó nyílásokkal ellátott lapok a szűrési ellenállás figyelembevételéhez. L = a préselt anyag tényleges vastagsága préselés közben; Li = a kezdeti rétegvastagság; x = a tényleges (Euler-féle) helykoordináta, xi = Lagrange-féle helykoordináta.; t = préselés idő; D = hengerátmérő
166
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.9.3. ábra - A helyi léhozam-arány (y), az össznyomás (p) alakulása a préselés során, a préselt anyagon belül. 1. nyomólap; 2. szűrőszövet. L, Li, t, x jelentése ugyanaz, mint a 3.9.2. ábrán. Lm = a végső, egyensúlyi rétegvastagság hosszú préselési idő után; ym = az egyensúlyi léhozam-arány
A 3.9.2. és 3.9.3. ábra jelöléseivel összhangban a préselés differenciálegyenlete, valamint a kezdeti és határfeltételek a következők:
, (kezdeti feltétel)
= 0 esetén =
esetén
(a nyomólapnál érvényes határfeltétel) (a szűrőszövetnél érvényes határfeltétel).
167
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A fenti összefüggésekben C a préselési tényező, dimenziója egyezik a hőmérséklet-vezetési tényező, illetve a diffúziós együttható dimenziójával, pl. m2 ⋅ s–1 ⋅ y itt a léhozam-arány lokális (helyi) értéke, ezt nem szabad összetéveszteni az egész préselt rétegre vonatkozó eredő (vagy átlagos) léhozam-aránnyal, dimenzió nélküli érték. t az idő (mértékegysége pl. s), t = 0 időpont a préselés kezdetét jelöli, y = az anyag lokális összenyomódását jellemzi. xi a préselt anyag egyes rétegeit megnevező Lagrange-féle helykoordináta a nyomólaptól mérve. Ezt úgy kell érteni, hogy bárhová is mozduljon el a préselt anyag egy elemi vastagságú rétege a préselés során, mindig azzal a távolsággal „nevezzük meg”, mellyel a préselés kezdetén rendelkezett, a nyomólap síkjától mérve. Mértékegysége ennek megfelelően pl. m. A rétegek valódi távolságait a nyomólaptól mérve az x helykoordináta adja (Euler-féle helykoordináta). A (3.9.1.) egyenletből kitűnik, hogy a préselés művelete esetünkben formailag a diffúzióval (Fick-féle 2. törvény), illetve a hővezetéssel (Fourier-féle differenciálegyenlet) analóg módon írható le. C értéke erősen függ a préselt anyag összenyomódásának mértékétől, vagyis y-tól. Az egyenletek megoldásának módszerei azonban már rendelkezésre állnak. C értékét a következő összefüggésből kapjuk meg:
. Itt ρi a préselt anyag kezdeti sűrűsége (pl. kg·m–3) η a kipréselt lé viszkozitása (pl. N·s ·m–2) α* a préselt anyag fajlagos ellenállás egységnyi viszkozitású lére vonatkoztatva (pl. m4·kg–2) α * értéke egy olyan vastag rétegen létrejövő folyadéknyomás-változás abszolút értékével egyezik, mely préselés előtti kiindulási állapotban egységnyi keresztmetszeten az anyag egységnyi mennyiségét (tömegét) tartalmazza, továbbá az egységnyi keresztmetszeten az időegységben egységnyi lémennyiség áramlik át (a tömegsebesség egységnyi). A Darcy-törvényben szokásosan szereplő fajlagos (vagy szűrési) ellenállás (α, m–2) α *-tól abban különbözik, hogy egységnyi vastagságú rétegen létrejövő nyomásesésre vonatkozik, ha egységnyi keresztmetszeten át a térfogatáram (az ún. szűrési sebesség) egységnyi. α és α * között az
kapcsolat áll fenn. Itt pF a préslé, pt pedig y léhozam-arányhoz tartozó préselt anyag sűrűsége (kgm–3). pc a „szilárd” összetevő deformációtól függő nyomása (a továbbiakban: rétegnyomás, pl. N ·m–2). A rétegnyomás a nyomólappal párhuzamos síkokban ébredő össznyomásnak (közönségesen présnyomásnak) az anyagban áramló folyadék (lé) nyomásával csökkentett értéke. Az össznyomást úgy kapjuk, hogy a préselést végző erőt osztjuk a keresztmetszettel (A). pc értékét tehát a 168
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz pc = p0 – p összefüggés adja, ahol a p0 az össznyomás, p a folyadéknyomás.
A
differenciálhányados értelmezése a következő:
A feltételezések szerint (a tapasztalattal összhangban) a rétegnyomás és a léhozam-arány között egyértelmű függvénykapcsolat van, ha ezt a függvénykapcsolatot állandóan növekvő deformáló nyomások mellett állapítjuk meg és értelmezzük (lásd a 3.9.4. ábrát).
3.9.4. ábra - Az egyensúlyi léhozam-arány (ym) a rétegnyomás (pc) függvényében almazúzat préselésénél
A
ennek az összefüggésnek a differenciálhányadosa.
Magának a függvénykapcsolatnak a meghatározását később ismertetjük. A préselés időbeli lefolyása a 3.9.3. ábrához kapcsolódóan a következő: a préselés kezdő időpontjában (t = 0), a lé még nem lépett ki a préselt anyagból, a lokális léhozam-arány (y) értéke zérus a réteg mentén. A rétegnyomás (pc) értéke szintén zérus és az össznyomás egyezik a folyadéknyomással (p). 169
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A Lagrange és Euler koordináták is egyeznek ebben az időpontban (x = xi, , L = Li). A továbbiakban (t > 0) a lé elsősorban a szűrőszövet közelében lévő anyagból áramlik ki. A legjobban a szűrőszövetnél nyomódik össze az anyag, itt ui. a pc = p0 rétegnyomáshoz tartozó ym léhozam-aránynak megfelelően tömörödik össze. A nyomólap felé haladva csökken a léhozam-arány lokális értéke és ennek megfelelően a rétegnyomásé is, míg a folyadéknyomás nő. A nyomólap és szűrőszövet közötti anyag rétegvastagsága a kezdeti Li értékről L értékre csökken. Igen hosszú préselési idő után (t →∞) beáll az egyensúlyi állapot. A léhozam-arány lokális értéke mindenütt ym, a folyadéknyomás zérus értékű, a rétegnyomás mindenütt egyezik az össznyomással. A rétegvastagság Lm értékre csökken. Minél nagyobb C értéke, annál gyorsabban tart a folyamat az egyensúlyi állapothoz, azonos kezdeti rétegvastagságnál.
3.9.1.3. A préselt anyag fizikai jellemzői A préselt anyag fizikai jellemzőit a következő felosztásban ismertetjük(61): A préselt lé vízoldható szárazanyagtartalma, sűrűsége, viszkozitása és nedvesrost-tartalma. A préselt anyag egyensúlyi léhozam-aránya és a deformáló-nyomás közötti összefüggés (függvénykapcsolat). A préselt anyag fajlagos ellenállása saját levével szemben. A présmaradék sűrűsége és nedvességtartalma. A préselt anyag sűrűsége. A hőmérséklettől függő jellemzőket (sűrűség, viszkozitás, fajlagos ellenállás) állandó hőfokon, a préselés hőmérsékletén kell meghatározni. Az aprítottság foka az egyensúlyi léhozam-arány és fajlagos ellenállás értékeit befolyásolja. Alma préselésénél például akkor kedvező az aprítási fok, ha a zúzat legalább 30%-ban 3– 5,5 mm átmérőjű, de kb. 5,5 mm-nél nem nagyobb, apró darabokat tartalmaz. Alma préselésénél kapott adatokat a 3.9.2. táblázatban, valamint a 3.9.4. és 3.9.6. ábrán tüntettük fel.
3.9.2. táblázat - Préselt almalé fizikai jellemzőire vonatkozó adatok Vízoldható sz.a. tartalom 20 °Con, refr. %-ban
Sűrűség 25 °Con, kg . m–3
11–13
1045–1055
Dinamikai viszkozitás 25 °C-on (cP) frissen préselt lé
derített, szűrt lé
Nedvesrosttartalom (%)
2,3.10–3 – 3,5.10– 3 (2,3–3,5)
1,2.10–3–1,7.10–3 (1,2–1,7)
1,37–2,64
A préselt lé vízoldható szárazanyagtartalmát rendszerint refraktométerrel határozzuk meg, 20 °C-on. A lé sűrűségét piknométerrel, esetleg Mohr-Westphal mérleggel, vagy areométerrel szokás meghatározni. A lé viszkozitásának mérésére alkalmazott módszer erősen függ a lé jellegétől. Olyan levek viszkozitását, melyekben csak kevés zavarosító anyag, aprított rost van jelen, kapilláris (Oswald-féle) viszkoziméterrel mérik. Ezek rendesen newtoni folyadékok. Sűrűn folyó, nagy rosttartalmú levek viszkozitását általában rotációs viszkoziméterrel határozzák meg. Ezek már nem-newtoni, pszeudoplasztikus folyadékok, melyeket aprító (áttörő) berendezésekben kapunk(59). A nedvesrost-tartalom a lé centrifugálással kapott üledékének a tömege az eredeti lé tömegének százalékában kifejezve. A mérésre szögcentrifugát használnak. Fordulatszám 6000 min–1, centrifugálási idő legalább 20 min, jelzőszám a csésze tengelyének legkülső pontjánál: 3400, a csészébe mért lé mennyisége kb. 40 g. 170
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A préselt anyag egyensúlyi léhozam-aránya és a deformáló nyomás közötti összefüggés. A kérdés elméleti vonatkozásaival már előzőleg is foglalkoztunk. Az egyensúlyi léhozam-arány és a deformáló nyomás közötti kapcsolat meghatározása úgy történik, hogy a kompressziós cellák alapelvét (lásd a 3.9.2. ábrát) alkalmazó préselésvizsgáló készülékben az adott anyagot olyan hosszú ideig préseljük meghatározott nyomáson, amíg a 3.9.3. ábrán t→∞jelöléssel jelölt állapotot el nem értük. Ekkor pc = p0. Mérjük a kipréselt lé mennyiségét és a nyomást. Különböző nyomásokon végzett mérésekből kapott összetartozó értékpárok szolgáltatják az összefüggést (lásd a 3.9.4. ábrát). A préselt anyag fajlagos ellenállása saját levével szemben. Az előzőkben megadtuk a fajlagos ellenállás (α*) definícióját. Célszerű azonban a lé tényleges viszkozitását figyelembe vevő értéket meghatározni. A meghatározásnál szigorúan ügyelni kell arra, hogy az állandó hőmérsékleten menjen végbe. A mérés alapelvét a 3.9.5. ábrán tüntettük fel.
3.9.5. ábra - A fajlagos ellenállás mérésének módszerét szemléltető ábra. A.: préselés, kétoldali lékilépéssel; B: léátáramoltatás a (részben) kipréselt anyagon keresztül; C: a préslé nyomásának változása az anyagon keresztül. 1. préselt anyag; 2. préselő és folyadékelosztó tárcsa; 3. szűrőszövetek; 4. csap a nyomógáz bevezetésére, zárt állapotban; 5. lé betöltő csonk nyitott állapotban; 6. a 2 jelű tárcsa helyzetét rögzítő szerkezet; 7. lébetöltő csonk lezárt állapotban; 8. a nyomógázcsap nyitott helyzetben; 9. a préselt anyagra töltött lé
A mérés a következő lépésekből áll: először a kívánt mértékig lassan összenyomjuk az anyagot úgy, hogy a lokális léhozam az anyagban mindenütt azonos legyen. A préselő és folyadékelosztó tárcsa helyzetét rögzítjük, hogy az összenyomott anyag változatlan állapotban maradjon. Ezután préslevet töltünk a préselő és folyadékelosztó tárcsa fölé és ezt meghatározott nyomással átáramoltatjuk a préselt anyagon(64, 65). ηα* az alábbi összefüggésből számítható (mértékegysége pl. N·m2·kg–2 = m3·kg–1·s–1)
. Itt K a frissen préselt lé viszkozitása osztva a méréshez használt lé tényleges viszkozitásával (dimenzió nélküli szám). 171
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Δp a lé nyomásesése az anyagon keresztül (N·m–2), m (kg) a t idő (s) alatt átáramló lémennyiség, A a keresztmetszet (m2), mi a préselt anyag kezdeti mennyisége (kg). A 3.9.6. ábrán különböző mértékig összenyomott, vagyis ezeknek megfelelő egyensúlyi léhozam-arányokkal (y) jellemzett almazúzat fajlagos ellenállásait tüntettük fel. Látható, hogy rendkívül erősen növekszik a fajlagos ellenállás az egyensúlyi léhozam-aránnyal(65).
3.9.6. ábra - A léviszkozitással szorzott fajlagos ellenállás (η·α*) az egyensúlyi léhozam-arány (ym) függvényében
A présmaradék sűrűségét piknométerrel mérjük xilolban. A xilol sűrűségét azonos piknométerben, desztillált vízzel kell meghatározni. A présmaradék nedvességtartalmát szárítással állapíthatjuk meg. A préselt anyag sűrűségét a léhozam-arány függvényében a préselt lé és présmaradék sűrűségének segítségével számíthatjuk. Présberendezések egyes típusainak méretezéséhez, vagy meglevő berendezések munkájának javításához lehetőség van laboratóriumi kísérletek alapján műszaki számítások végzésére. 172
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.9.1.4. Présberendezések üzemelésével kapcsolatos kérdések A préseléselmélet gyakorlati következményei: a) Annál nagyobb a léleadás sebessége, minél kisebb az anyag fajlagos ellenállása saját levével szemben és a lé viszkozitása, valamint az egyensúlyi léhozam-arány változásához minél nagyobb rétegnyomás-változás tartozik. A léleadás sebessége ui. arányos a préselési tényezővel, mely a (3.9.2.) összefüggés szerinti tényezők szorzata. b) A kinyerhető lé mennyisége és az azzal arányos végső léhozam-arány növekvő össznyomással növekszik. Az össznyomás a préselés végén közelítőleg egyezik a rétegnyomással (lásd a 3.9.4. ábrát). c) A léleadás sebessége arányos a préselt anyag fajlagos felületével (A/mi, A/Vi). Két állandó kezdeti vastagságú rétegben elhelyezett anyag préselésénél adott léhozam-arány eléréséhez szükséges idő a kezdeti rétegvastagság négyzetével arányos, ha az össznyomás mindkét esetben azonos és időben állandó. Ugyanez a megállapítás akkor is igaz, ha az össznyomás időben változik, de azonos össznyomás tartozik azonos t/Li2 értékekhez(35, 38, 54, 60). Tehát 2 cm kezdő rétegvastagság esetén a szükséges préselési idő kb. 1/4-e lesz a 4 cm kezdő rétegvastagságnál szükséges időnek. d) A préselés kezdetén a nyomást csak lassan növelhetjük. A „szilárd” összetevő ui. áthatol a szűrőszöveten, ha nagy a nyomáskülönbség annak két oldala között. Az anyag tömörödése során szilárdsága megnő és nagy nyomáskülönbség hatására sem hatol át a szűrőszöveten. Ugyanakkor a présnyomás túl gyors növelése aránytalanul és előnytelenül nagy fajlagos ellenállást eredményezhet a szűrőszövet mellett fekvő rétegben. e) A törköly préselés közben végzett lazítása, átkeverése növeli a léleadás sebességét és a végső léhozamot. f) Létezik a nyersanyag legkedvezőbb aprítási foka. Túl finomra aprított (zúzott) nyersanyag fajlagos ellenállása nagy, de adott össznyomáshoz nagy egyensúlyi léhozam-arány tartozik, ezt azonban csak igen hosszú préselési idő után tudnánk elérni. Durván aprított nyersanyagnál fordított a helyzet. A kosaras préseket elsősorban borászati célokra történő préselésnél használják. A Bucher–Guyer cég által előállított HP típus-sorozatba tartozó prések szűrőtömlőkkel rendelkeznek. Ezek mindenféle gyümölcsre alkalmazhatók, derített-szűrt levek nyerésénél. Csomagpréseket szintén mindenféle gyümölcshöz lehet használni, szűrt levek nyerésére. A csigás-kosaras és csigás prések borászati alkalmazáson kívül rostos levek előállításánál használatosak. Derített-szűrt levek nyeréséhez általában csak préselési segédanyag alkalmazása mellett használhatók. A szalagpréseket főként derített-szűrt levek nyerésére használják(12, 14). Esetenként alkalmaznak előleválasztókat is. Ezekben a lé könnyen elváló része a gravitációs erő hatására folyik ki a zúzatból. A szőlőzúzatot például perforált fenekű tartályba szokás préselés előtt vezetni, de alkalmaznak olyan szállítócsigákat is, melyeknek hengeres köpenye perforált. Prések megválasztásánál főleg a következő szempontokra kell tekintettel lenni: 173
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz • Szakaszos vagy folytonos üzem. • Fajlagos lényerő-felület nagysága és értéke. • Az anyagra ható tényleges présnyomás (össznyomás) értéke, illetve annak az időben történő változtathatósága. • A préselési idő. • A részben kipréselt anyag préselés közbeni átkeverhetősége. • A szűrőszövet vagy szűrőszita típusa, tisztíthatósága. • Préselési segédanyag adagolhatósága, az adagolás szükséges volta. • Az elérhető léhozam-arány értéke. • A kipréselt lé nedvrost-tartalma. • Az automatizáltság foka. • Tisztíthatóság. • Fajlagos munkaerő- és energia-felhasználás. Gyümölcsök préselésénél az anyagra ható maximális présnyomás 30–34 bar. Csomagpréseknél és kosaras préseknél a présnyomás ellenőrizhető a berendezésekben lévő nyomásmérő műszerek segítségével. Csigás préseknél és szalagpréseknél általában nem, a présnyomás nagysága egyes kivételektől eltekintve a geometriai viszonyok és az alkalmazott sebességek (a csiga fordulatszáma, a szalag sebessége) függvénye. A zúzat préselés közben történő átkeverése, segédanyag adagolása rendszerint jelentősen növeli a léhozam-arányt(23, 63, 95). A 3.9.7. ábra csomagprésnél példaképpen mutatja a léhozam-arány és az anyagra ható présnyomás (össznyomás) változását a préselési idő függvényében.
174
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.9.7. ábra - A léhozam-arány (y–) és a présnyomás (össznyomás, p0) alakulása csomagprésnél. 1. a nehézségi erők okozta lélecsurgás préscsomagok készítésénél; 2. préselés kis nyomással; 3. préselés nagy nyomással; t = préselési idő
Derített szűrt levek nyerésére használnak vákuummal üzemelő dobszűrőket is. Jellemző ezekre, hogy finomabb aprítást alkalmaznak, mint a préselésnél és esetenként enzimes előkezelést. A dobszűrőt szűrési segédanyag (kovaföld, perlit) adagolása mellett használják. Passzírozással apró alaki részekben gazdag, ún. rostos leveket nyernek. Passzírozás előtt zúzás, előmelegítés, magozás valamelyik eljárása, vagy ezek kombinációja szerepel. Passzírozás után további finomaprítás következik, homogénezéssel és légtelenítéssel kombinálva. Az áttörés műveletét valósítják meg a kihordó csigás szűrőcentrifugák is („superscreen” típusok)(38, 95). Finom aprításra korundtárcsás őrlők és egyéb forgó folyadékőrlők, pl. fogazott kolloidmalmok használatosak. Folytonos üzemű kihordócsigás ülepítőcentrifugákkal (dekanter) pedig a rosttartalom részleges kiválasztása történhet(38, 95, 120). Az előkezelési eljárásokat a 3.9.1. táblázat is felsorolja. a) Előmelegítés. Ide tartozó részletesebb ismeretek a szakirodalomban találhatók(35, 38, 112). Az előmelegítés történhet az enzimes előkezeléshez, mintegy 40– 50 °C-ra, az alkalmazott pektináz, amiláz, proteáz, celluláz aktivitásának optimumához tartozó értékre. Ilyen eljárásokat használnak a préselési léhozam növelésére málnánál, piros és fekete ribiszkénél, pektindús szőlőknél, esetenként almánál. Ennél magasabb hőmérsékletre történő előmelegítés pektin-szegény színes gyümölcsöknél használatos a lé színének javítása céljából. Esetenként alkalmazták a zúzat 70–90 °C-ra történő gyors felmelegítésének és gyors hűtésének módszerét is az oxidációt katalizáló enzimek inaktiválására és a vegetatív mikroflóra pusztítására. b) Fagyasztás–felengedés. Költséges volta miatt ritkán használt eljárás. A fagyasztáskor képződő jégkristályok felszakítják a membránokat és a sejtfalat. A vakuolumok tartalma könnyen távozik a lényerő eljárásnál. 175
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz c) Enzimes előkezelés. Elsősorban pektinbontásról van szó, az a) bekezdésben már tárgyaltuk. d) Előerjesztés. Málna- és szamócalé nyeréséhez használt előkezelés. A zúzat szobahőmérsékleten 1–3 napig áll, a kezdő erjedés pektinbomlással párosul a gyümölcsben lévő pektinázok hatására. A gyümölcslé színe mélyül. Tejsavas erjesztést dietetikus üdítőitalok előállításánál alkalmaznak(23, 38, 95, 102, 112). e) Préselési segédanyag adagolása. Max. 2%-ban adagolt préselési segédanyag (perlit, kovaföld, foszlatott cellulóz, rizspelyva stb.) jelentősen növeli a préselési léhozamot. A segédanyagot a zúzatba megfelelő speciális adagoló és keverőberendezésekkel juttatják(63, 95, 102). Az eljárás alkalmazásánál tekintettel kell lenni a segédanyag tisztaságára, mikroflórájára, valamint a présmaradék takarmányozásra való alkalmasságára. f) Elektroplazmolízis. A zúzaton váltakozó áramot vezetnek keresztül. A léhozam-növelő hatást a kezelés hatására a sejtekben bekövetkező plazmolízisnek tulajdonítják. g) Oxidációt gátló adalékok adagolása. A zúzat előkezelésénél használt oxidációt gátló anyagok az aszkorbinsav, citromsav és kén-dioxid. Ezeket világos színű levek barnulásának meggátlására használják. A befejező eljárásokra vonatkozólag lásd a 3.10. pontot, ill. a rostos levek lényerésénél előzőleg tárgyaltakat.
3.9.2 Diffúziós extrakció és egyéb nem mechanikai eljárások 3.9.2.1. Általános ismeretek Az ellenáramú diffúziós extrakcióval a cukorrépa tároló parenchima szövetének vakuolumaiban elhelyezkedő’ sejtnedv oldott anyagait vonták ki először ipari mértékben. Az eljárást almaszelet vízoldható szárazanyagainak extrakciójára is alkalmazhatják(38, 82). A vonatkozó elvi alapokkal a 2.4. pont is foglalkozik. Az elméleti összefüggésekben az extraháló folyadék és az extrahálandó anyag térfogatáramainak (folytonos üzemben), vagy azok térfogatainak (szakaszos üzemben) viszonyszáma szerepel. Az ipari gyakorlatban inkább az ezeknek megfelelő tömegáramok, ill. tömegek aránya („hidromodul”) szerepel. Használják az extrakcióval nyert oldat (extraktum, lé) tömegének, az extrahálandó anyag tömegére vonatkoztatott értékét (a cukoriparban „lélehúzás”, jele: P). Az extrakciós fok (ex) az extraktumba átment szárazanyag mennyisége az extrahálandó anyagban lévő szárazanyag mennyiségéhez viszonyítva. Diffúziós együtthatókra vonatkozó adatok a 2.4.1. táblázatban találhatók. A mai ipari gyakorlatban darabolt (szeletelt) gyümölcsöt kizárólag ellenáramú berendezésekben vízzel extrahálnak. Az extrahált anyagot esetleg még ki is préselik (lásd a 3.9.11. ábrát). Elterjed a préselést követő extrahálás is, ekkor a présmaradékot (törköly) extrahálják vízzel. A préseletlen anyag extrakcióját mindig melegen végzik, olyan hőmérsékleten, amelyen a sejtek denaturációja kellő gyorsasággal bekövetkezik és a sejtek vakuolumát körülvevő membránok áteresztővé (holopermeábilissá) válnak.
176
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.9.2.2. Macerálás és perkoláció A diffúziós extrakció legegyszerűbb megoldása a maceráció: az aprított növényi nyersanyagot zárt rendszerben időnként felöntik az extraháló folyadékkal, egy darabig állni hagyják, esetleg rövidebb ideig kevergetik, majd az extraktumot eltávolítják. Értékes nyersanyag esetében ezt a műveletet többször is megismétlik, miközben mind hígabb extraktumot nyernek. A perkoláció a kivonó folyadék cirkuláltatása a kivonandó aprított növényi anyagon keresztül. Mindkét technikát a préstörköly extrahálására használják. A Bucher-rendszerű kombinált préseléses-extrakciós lényerésnél az eljárás befejező fázisa a törköly macerálása vízzel, vagy hígabb extraktummal. Az említett technikák alkalmazása esetén a zúzatban lévő lé és az extraháló folyadék koncentrációja a kiegyenlítődés felé tart a 3.9.8. ábra szerint. A kiegyenlítődés kinetikája egyenletekkel írható le, és alkalmas a kivonásra kerülő anyag diffúziós állandójának meghatározására(79).
3.9.8. ábra - Az extraháló lé koncentrációja (c1) és az extrahált anyagban lévő oldat koncentrációja (c0) a macerálási idő (t) függvényében
A koncentrációkiegyenlítődés sebessége valamelyest nő a hidromodul növelésével, az extraktumba került hasznosanyag mennyisége is nő, az extraktum koncentrációja azonban csökken.
3.9.2.3. Az ellenáramú extrakció és anyagátadási viszonyai A folyamatos extrakciót célszerű ellenáramban megvalósítani. Egy megfelelően kialakított berendezés egyik végén folyamatosan beadagoljuk az extrahálandó aprított gyümölcsöt (szeletet) és a másik végén folyamatosan eltávolítjuk az extrahált szeletet. Ugyanakkor az extrahált szelet oldalán folyamatosan betápláljuk az extraháló folyadékot és a friss gyümölcsszelet betáplálása helyén folyamatosan elvisszük az extraktumot. Így a rendszerből kilépő lé érintkezik a friss gyümölcsszelettel, amelyben a hasznos anyag koncentrációja a legnagyobb. Az extraktum a hidromodultól (vagy lélehúzástól) függő legnagyobb koncentrációval kerül ki a rendszerből. Viszont az extrahált szelet találkozik a leghígabb kivonó folyadékkal (tiszta vízzel), amely még csökkenti a rendszert elhagyó extrahált 177
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz szeletben a koncentrációt, így viszonylag kis hidromodullal (1,1–1,3) kedvező extrakciós fok érhető el és egyben kellően koncentrált lé nyerhető. A szelet és az extraháló folyadék koncentrációjának változtatását az extrakciós idő függvényében a 2.4.3. ábra szemlélteti. Természetes, hogy az extrakcióhoz előbb permeábilissá kell tenni a gyümölcsszeletet. A kinyert hasznos anyag viszonylagos tömege, az extrakciós fok (ex) növelhető a lélehúzás (P, lásd az előzőkben) növelésével. A kapcsolatot a 3.9.9. ábrán tüntettük fel.
3.9.9. ábra - Az extrakciós fok (ex) a lélehúzás (P) függvényében, különböző λ ⋅ t értékek mellett
A nomogram paramétere a λ ⋅ t szorzat (speciális Fourier-szám), ahol t az extrakció időtartama (s), λ pedig a következő paraméter:
, ahol: D a hasznosanyag diffúziós állandója ( cm2 ⋅ s–1), l a szelet vastagsága (cm), η egy hatásfok jellegű tényező, amely a berendezésre jellemző, az ideális rendszertől való eltéréseket veszi figyelembe(110), anyagátbocsátási tényező (lásd a 2.4.3. pontot, cm· s–1). 178
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Látható, hogy a lélehúzás (P) csökkentése mellett is növelhető az extrakciós fok, ha növeljük a λ ⋅ t szorzat értékét, például csökkentjük a szeletvastagságot és növeljük az extrakció időtartamát. Tehát érdemes minél vékonyabb szeletre törekedni, ha ezt a hidrodinamikai viszonyok megengedik (lásd a 3.9.2.4. pontot). Más alakzatnál (hasáb, henger stb.) a szeletvastagság helyett a fajlagos felület reciproka kerül a számításokba.
3.9.2.4. Az ellenáramú extrakció hidrodinamikai viszonyai A szeletelt gyümölcs és zöldség (pl. alma, cékla) az áramló folyadékban összenyomódik. Az áramlás által keletkező súrlódó erők a szeletet az áramlás irányába igyekeznek elmozdítani. Az összenyomódás ott a legnagyobb, ahol támasztóelem (pl. szita, perforált lap) megakadályozza az elmozdulást és ettől távolodva csökken az összenyomódás. A viszonyokat a 3.9.10. ábra szemlélteti.
3.9.10. ábra - A tényleges (átlagos) áramlási sebesség (v), a szelet halmazsűrűsége (térfogatsűrűség, ρh) és a folyadék túlnyomásának (p) változása az áramlás irányában, h vastagságú szeletrétegnél. x = távolság a szeletréteg kezdetétől
Látható, hogy az áramlás irányában nem csak a halmazsűrűség (térfogatsűrűség, ρh), hanem a tényleges folyadéksebesség (v) is nő, míg a folyadéknyomás (p) nemlineáris módon csökken. A viszonyok kísérletekkel is elemezhetők. Megállapítható az extrahált anyag összenyomódási tényezője, a fajlagos (áramlási) ellenállás, számítható a folyadéknyomás különbsége és a folyadék térfogatárama közötti kapcsolat, a térkitöltés mértéke. Az ipari gyakorlat szerint az extraktorokban célszerű legalább 1 cm ⋅ s–1 átlagos folyadéksebességet létesíteni(111). A folyamat analóg az összenyomható szűrőközeg melletti szűréssel. Túl finomra aprított, túl vékonyra szeletelt nyersanyag olyan nagy ellenállást fejthet ki, hogy megfelelő folyadékáramlás nem létesíthető!
3.9.2.5 A közvetlen ellenáramú extrakció technikája Az alma közvetlen ellenáramú extrakciója céljából a legkedvezőbb a zöldségvágógépen hullámos késsel készített hullámos felületű szelet(19). 179
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Mivel a tárolt almából vágott szelet könnyen komprimálható, a szeletelt almát kalcium-hidroxiddal kezelhetjük: legfeljebb 0,01% CaO-nak megfelelő mennyiségű mésztej rápermetezése útján. A szelet keményedése miatt (vö. a 3.8.5. ponttal) az extrakció során csökken a szelethalmaz összenyomhatósága. Az almához hasonló módon szeletelhető a körte, a birs és a cékla. A meggy és a ribiszke olyan zúzógéppel aprítandó, amely nem foszlatja (hanem roppantja vagy vágja) a gyümölcsöt. A folytonos üzemű, ellenáramú extraháló berendezések három elvi típusát alkalmazták almalényerésre: tálcás, csigás és szalagos extraktorokat. A tálcás extraktorok közül magyar konstrukció a J diffúzor és az U extraktor. Az elsőt a cukoripar, a másodikat a gyógyszeripar céljaira fejlesztették ki(39, 82, 86). A csigás extraktorok közül almalé nyerésére a lejtőteknős csigás extraktorok terjedtek el, elsősorban a DdS dán vállalat extraktorai, részben az Amos cég hasonló elven működő extraktorai. A DdS berendezése viszonylag egyszerű, beruházási igénye kisebb, mint az azonos kapacitású préseké. Két párhuzamos, egymás felé forgó csiga szállítja a lejtős teknő alsó végén betáplált szeletet felfelé, a forró extraháló folyadék a felső végről gravitációs úton folyik az alsó homlokzatot záró szitához, amelyen át a kész lé távozik. A melegítés a köpenyen át történik, így a rendszer 60–65 °C hőmérsékleten tartható. Az extraktort a kiszolgáló berendezésekkel együtt a 3.9.11. ábra mutatja. Az extrakció ideje: 1–1,5 h.
3.9.11. ábra - Két-csigás extraktor vázlata. 1. a mosott nyersanyag érkezése; 2. szeletkészítő gép; 3. szállítószalag és szalagmérleg; 4. ferde elhelyezésű extraháló-ház; 5. két-csigás szeletszállító; 6. ki emelőkerék a kilúgzott szelethez; 7. fűtőköpeny; 8. hőfokszabályozó; 9. szalagprés a kilúgzott szelethez; 10. vizes préslé; 11. a préselt szelet elszállítása; 12. a vizes préslé visszavezetése; 13. friss, meleg víz bevezetése; 14. a kinyert lé elvezetése; 15. az elfolyás folyadékszintjét szabályozó szerkezet; 16. lészivattyú
A szalagos extraktorok lényeges része egy néhány fokos szögben enyhén emelkedő redőnyös (lemez-tagos) szalag, amelynek alsó végén terítik el az extrahálandó szeletet. A szalag alatt 8–16 db felfogó edény helyezkedik el a szeleten átszivárgott lé felfogására. A szalag felső végén a kilépő szeletre vizet permeteznek, amely átszivárogva a szeletrétegen ebből kivon bizonyos mennyiségű szárazanyagot, és így kerül az utolsó felfogóedénybe. Innen szivattyú emeli az előző, frissebb szeletet szállító szakasz fölé, amin átszivárogva feldúsul és kerül a sorrendben előző felfogóedénybe. Ez így ismétlődik, amíg az első szakaszon átszivárgott legdúsabb levet el nem vezetik(86). A berendezés viszonylag bonyolult, de igen rugalmas és alkalmazkodóképes a legkülönbözőbb nyersanyagokhoz. 180
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.9.2.6. A közvetlen extrakcióval nyert levek minősége Nyugat-Európában lényerési célokra nemesített és külön erre a célra termesztett léalma feldolgozásakor azt találták, hogy a diffúzióval nyert lé polifenoltartalma többszöröse annak, ami a préslében található, ezért íze érdes, fanyar, összehúzó. Az extraktorokban az almamag egy része zúzódik, ebből polifenolok, benzaldehid és floridzin kerülnek a lébe. Az utóbbi érdes ízt ad. Ezeket, valamint ivóvíz bevitelét hozták fel a diffúziós lé almaléként való forgalomba hozatalának korlátozására tett intézkedések indokolásául. A hazai tapasztalatok és vizsgálatok azt mutatják, hogy a nálunk léalmának nevezett étkezési alma feldolgozása esetén a diffúziós almalé értéke nem marad el a préseléssel kapott lé mögött(39, 86).
3.9.2.7. Préseléssel, ill. centrifugálással kombinált extrakciós lényerés A préseléssel kombinált extrakció egyik példája: a folytonos üzemű prés kombinálása szalagextraktorral (lásd a 3.9.12. ábrát(39)).
3.9.12. ábra - Préseléssel, majd törkölyextrakcióval működő vonal. 1. szalagprés; 2. szalagos extraktor; 3. csigás prés a kilúgzott törköly víztelenítésére
A préselést és a törköly macerációját ellenáramban alkalmazzák a Bucher rendszerű prés-extrakciós eljárásnál. A friss zúzat Bucher-présen történő préselése után a törkölyt fellazítják és az előző ciklusból származó macerálási lével macerálják, majd kipréselik és ezt a levet a présléhez keverik. Az így kapott törkölyt ismét hígabb lével macerálják, ezt a műveletet még kétszer megismétlik, az utolsó (negyedik) fokozatban a törkölyt vízzel macerálják. Az első macerálást követő három fokozatban macerálással nyert leveket tartályokba gyűjtik és mindig a töményebb törköly macerálására használják (3.9.13. ábra). Az eljárás jól automatizált, az extrakciós fok igen jó. Az extrakcióval nyert lé az összes lé 16–18%-a, ezért minősége gyakorlatilag egyezik a préslé minőségével. Az eljárás időigényes, ezért jelentősen csökken a prések kapacitása(39). 181
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.9.13. ábra - Préselő-extraháló rendszer vázlata. 1, 2, 3. gyűjtőtartályok a különböző töménységű levek számára; 4. szivattyú; 5. vízbevezetés; 6. gőzbevezetés; 7. CIP rendszerben (helyben mosó rendszer) üzemelő mosószertartály; 8. prés
Létezik két lépcsőben való ülepítő centrifugálással (dekanter) megoldott eljárás, ahol az első fokozat törkölyét vízzel keverik és ezután újra centrifugálást alkalmaznak. A levet légritkított térbe vezetik el. Az eljárás előnye, hogy kedvezőtlen mechanikai tulajdonságú almából is a szárazanyag 78–84%-a kinyerhető(2).
3.9.2.8. Enzimes pépesítés, folyósítás (lásd még a 2.3. pontot) Az enzimes pépesítés a szövetek sejtjeinek egymástól való elválasztása, úm. enzimes macerálás. A maceráló enzimek („macerázok”) tulajdonképpen túlnyomó részben endopoligalakturonáz és polimetilgalakturonáz hatású készítmények, amelyek főleg a sejtek köztes lamelláját képező protopektint folyósítják el, míg az oldott (főképp nagy metoxi-tartalmú) pektint alig károsítják, így a levek nagy viszkozitását fenntartják. Ezért az elkülönült sejtek nem ülepszenek, hanem viszonylag tartós szuszpenziót képeznek. Az így nyert levek homogének, és tartalmazzák a gyümölcsszövet összes hasznos anyagát(38, 39, 76, 121). A gyümölcszúzat ún. teljes elfolyósításának nevezik újabban az olyan enzimekkel való elfolyósítást, amelyek a protopektint, a hemicellulózokat, a cellulózt, a keményítőt és fehérjéket oldható termékekké hidrolizálják. Csak a szuberinben dús (parás) héjrészek és a lignintartalmú (fás) mag nem folyósodik el. Így ezektől el kell választani az elfolyósított cefrét(20, 89, 91, 96). Kevesebb enzimmel megoldható a kipréselt törköly teljes elfolyósítása, így utópréseléssel lényegesen növelhető a léhozam. Az enzimesen teljesen elfolyósított lé megfelelő segédanyagok alkalmazásával szűrhető, így az átlátszó, szűrt lé sűrítésre alkalmas.
3.10. Létisztítás A préseléssel, vagy diffúziós úton előállított gyümölcslevek több-kevesebb zavarosító anyagot tartalmaznak. Ezek mennyisége, összetétele, részecske-mérete, a lében való eloszlása erőteljesen befolyásolja a létisztítás technológiájának lépéseit, a berendezések és segédanyagok kiválasztását. A zavarosító anyagok vízben nem oldható aprított növényi részek („rostok”, cellulóz, hemicellulóz, protopektin, keményítő, lipidek), kolloidálisan oldott makromolekulák: pektinek, fehérjék, a keményítő oldható frakciói, egyes polifenolok, vagy azok oxidált, kondenzált származékai. 182
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A létisztítás célja a zavarosító anyagok elkülönítése, a későbbi (utó-) zavarosodás, kiválás megakadályozása, az érzékszervi tulajdonságok (íz, illat, szín) javítása. A létisztítás vesztesége hazánkban, derített–szűrt levek gyártásánál, a nedvesrost-tartalomnak (lásd a 3.9.1.5. pontot) kb. 4-szeres értéke (2% nedvesrost esetén 8% a veszteség). Ezen lehet segíteni azzal, hogy a tisztítási maradékból (zavarosító rész) szűréssel, préseléssel, centrifugálással további levet választunk el. Szokás a tisztítási maradékot pálinkafőzésre is felhasználni. A létisztítás különböző eljárásait (derítés, ülepítés, centrifugálás, szűrés) derített–szűrt levek („tükrös” levek) és opálos („trüb”) levek előállításánál alkalmazzák (lásd a 3.9.1. táblázatot). A derített–szűrt levek (ideális esetben) valódi oldatok, alaki részeket és kolloidálisan oldott anyagokat nem tartalmaznak. Az opálos lé kevés, apró alaki részt (rostot) és kolloidálisan oldott anyagokat is tartalmaz. Alma préslevében az összes pektin 0,2–5,3 g/l között ingadozik. Opálos levek gyártásánál a tisztítás durvább szűrés és centrifugálás, míg derített–szűrt leveknél az oldott makromolekulákat részben lebontják, részben kicsapatják, aggregáltatják (flokkuláltatják) és elválasztják a valódi oldattól. Az aprított, nem oldható növényi részeket szintén aggregálás és mechanikai elválasztás (ülepítés, centrifugálás, szűrés, préselés) távolítja el. Újabban a derítéssel egyidejűleg mikro- és ultraszűrést is alkalmaznak. Próbálkozások voltak inert gázbuborékok segítségével történő flotációs eljárások bevezetésére(25, 84).
3.10.1. Derítési eljárások A derítés bonyolult kolloidkémiai, elektrokémiai és egyéb fizikai–kémiai folyamatok összességeként megy végbe. A derítési folyamat a derítőszerek megválasztásától, az alkalmazott hőfoktól, időtől, a gyümölcslé állapotától függ. A gyümölcsléiparban használatos derítőszerek csoportosítása: ásványi eredetű, fehérjetartalmú, enzim-alapú és egyéb derítőszerek. A derítési technológiákat több szakkönyv is részletesen ismerteti(38, 41, 95, 108). Az ásványi eredetű derítőszerek hatása felületaktivitásukon és elektromos töltésükön alapul. Gyümölcslevek kezelésére a bentonit és a kovasavszól jön számításba. A bentonit a montmorillonitok közé tartozó, vulkáni eredetű agyagásvány, víztartalmú Al- és Mg-szilikát, mely kalciumot, vagy nátriumot is tartalmaz. Fajlagos felülete és duzzadóképessége nagy, negatív töltésű részecskéi erősen adszorbeálják a pozitív töltéssel rendelkező fehérjéket. A bentonitok tulajdonságai származási helyüktől függően különbözőek és így derítő hatásuk sem egyforma. A gyümölcslé-gyártásban a Na-típusú bentonitok terjedtek el. A bentonit igen jó derítő és stabilizáló anyag(108). Ennek 5–10%-os szuszpenzióját adagolják a gyümölcslébe. A próbaderítés szerinti mennyiséget állandó keverés mellett adják a léhez, általában 100 literre 10–80 g-ot. Más bentonitokból mintegy 50–150 g-ot adagolnak 100 l-re számítva(41). 183
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A jó bentonit felhasználása gyors, egyszerű; jó hatásfokkal, gyorsan tisztít; üledéke tömör, éles határfelülettel; a lében nem oldódik és idegen ízt, illatot nem okoz. A derítésre használt kovasav-szól negatív töltésű részecskéket tartalmazó kolloidoldat, opálos folyadék, amely 15% SiO2-nak megfelelő peptizált kovasavat tartalmaz. Általában más derítőszerekkel kombinálva, vagy enzimes kezeléssel együtt, ritkábban önállóan is, alkalmazzák. Kombinálható pektinbontó és többkomponensű enzimekkel, zselatinnal, bentonittal, sárgavérlúgsóval. Derítő hatása jó, a derítési idő rövid. Enzimes pektinbontásnál a kovasavszólt az enzimkészítménnyel együtt adagolják a lébe. Többnyire zselatinnal együtt alkalmazzák (lásd később). A fehérjetartalmú derítőanyagok közé a zselatin tartozik, melyet gyakran csersavval (tannin) együtt alkalmaznak. A pozitív töltésű zselatin (részben hidrolizált kötőszöveti fehérje) a negatív töltésű részecskékkel (alaki részek, polifenolok, lebontott pektinek) csapadékot képez. A negatív töltésű tannin viszont a fehérjékkel és a fölös zselatinnal együtt válik ki. A zselatint kovasavszóllal is kombináljak. Gyümölcslevekhez pektinbontás után mintegy 10–200 g zselatint adnak 100 literenként 5–10%-os vizes oldatban. Tanninból mintegy 5–15 g-ot adnak 100 liter lére számítva, közvetlenül a zselatin bevitele előtt A pontos adagolás laboratóriumi próbaderítés alapján történik. Kovasavszóllal kombinált zselatinos derítésnél a 15%-os szólból a zselatinnak mintegy 10–15-szörös mennyiségét adagolják. Enzim alapú derítőszerek. A gyümölcslevek derítése során le kell bontani azokat a védőkolloidokat, amelyek a lebegő anyagok ülepedését, az aggregátumok képződését gátolják. A kolloidálisan oldott anyagok lebontásával a lé viszkozitása is jelentősen csökken, így az ülepedés a Stokes-törvénnyel összhangban gyorsul. A védőkolloidok majdnem kizárólag pektinek, melyek kisebb-nagyobb moláris tömegű, negatív töltésű, erősen hidratált makromolekulákkal rendelkeznek. A pektin enzimes lebontása a legelterjedtebb eljárás, melynek hatásmechanizmusát (endo- és exo-enzimek, polimetilgalakturonáz, poligalakturonáz, metilészteráz, transzelimináz) a szakirodalom részletesen tárgyalja(24, 38, 95) (lásd még a 2.3. pontot is!). A pektinbontást általában keményítő- és fehérjebontással is kiegészítik, ezért a forgalomban lévő enzimkészítmények pektinbontó komponensek mellett más enzimkomponenseket is tartalmaznak. Az enzimkészítmények por, granulátum vagy folyékony állapotban kerülnek a felhasználóhoz. Aktivitási maximumuk 40–50 °C között van, a bontási idő tág határok között (0,5–3 h) változik. Aktivitásuk erősen függ a pH-értékétől is. Alkalmazásuk előtt próbaderítés szükséges. Az aktivitás mérése és a bontás megfelelő voltának ellenőrzése a lé viszkozitásának mérésén, esetleg nefelometrián alapul. Az enzimes bontást egyéb derítés követi (lásd az előzőket). Almalé viszkozitásának változására vonatkozó adatok találhatók a 3.9.2. táblázatban. A polivinil-polipirrolidon (PVPP) külföldön terjedő, por alakú, vízben nem oldódó műanyag, mely derítőszerként főleg a lében előforduló polifenolokat adszorbeálja és viszi csapadékba. 100 liter léhez mintegy 50–200 g-ot adagolnak, vagy önmagában, de többnyire tanninnal kombinálva alkalmazzák. Ipari méretű hazai használatára még nem került sor. Az alginátok (az alginsav sói) közül derítésre külföldön a nátrium alginát használatos(33). Általában 4–10 g-ot adnak 100 liter léhez, többnyire 5–10% zselatinnal kombinálják. Az alginátok a felesleges zselatint (túladagolás) kicsapják. Használatuk hazánkban nem terjedt el. 184
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A kékderítés (kálium-ferrocianid alkalmazása) a gyümölcslégyártásban szinte egyáltalán nem használatos, kivéve, ha feldolgozási, technológiai, vagy tárolási hiba folytán, olyan mennyiségű fémion (vas, réz stb.) kerül a gyümölcslébe, aminek eltávolítása másként nem lehetséges. Amennyiben a gyümölcslében olyan „törési” folyamat mutatkozik (barnatörés, feketetörés), mely magas fémion-tartalomra utal, kékderítést kell végezni.
3.10.2. A létisztítás fizikai (mechanikai) eljárásai A létisztítás fizikai eljárásai közé a mechanikai elválasztás hagyományos műveletein alapuló eljárásokat, az ülepítést, a centrifugálást (ülepítő és szűrő centrifugálás), a szűrést és préselést; továbbá az újabban alkalmazott ultraszűrést és flotációs eljárást soroljuk. Ezeket a fizikai eljárásokat a 3.10.1. pont szerinti derítési eljárásokkal együtt alkalmazzák, esetenként azok nélkül. A gravitációs ülepítés viszonylag lassú folyamat, a derítőtartályokban a derítéssel egyidejűleg megy végbe. A gravitációs ülepítés szerepe megnő, ha üzemgazdasági okokból (ideiglenesen) tartósított prés- vagy extrakciós levet tárolunk a feldolgozási idény meghosszabbítása céljából.
3.10.2.1. Centrifugálás A centrifugálást számos változatban alkalmazzák létisztításra. Elsősorban szakaszos és folytonos üzemű ülepítő centrifugákat használnak. A centrifugák legfontosabb jellemzői a jelzőszám (j, a centrifugális és gravitációs erők viszonyszáma) és az egyenértékű derítőfelület. Az utóbbi a centrifugáéval azonos teljesítményű gravitációs ülepítő felülete. A határszemcse mérete a leválasztható legkisebb részecske mérete. A szakaszos üzemű berendezéseket az üledéktér feltöltődése után leállítják és kitisztítják. Ide tartoznak a válaszfal nélküli, vagy hengeres válaszfalakkal ellátott kamrás, kúpos válaszfalakkal rendelkező „tányéros” centrifugák (j < 8000), a csöves dobú szupercentrifugák (8000 < j < 40000). Folytonos üzeműek az időnként szétnyíló dobbal rendelkező kamrás, vagy tányéros „önürítő”, valamint az üledékeltávolító fúvókákkal rendelkező típusok. Folytonos üzemű az üledékhordó csigával rendelkező centrifuga is (dekanter). A gyakorlatban az ülepítő centrifugálást az aprított növényi részek (részleges) leválasztására használják, esetleg az előszűrést helyettesítik velük. A centrifugálásra kerülő lé nem tartalmazhat diszpergált levegőt, mert az a rostok ülepedését meggátolja. A dekantereket előszeretettel használják rostszegényítésre rostos, vagy opálos levek gyártásakor. A centrifugálásra vonatkozóan részletekbe menő szakirodalom található(1, 21, 36, 37, 38, 95).
3.10.2.2. Különböző (hagyományos) szűrési eljárások A különböző (hagyományos) szűrési eljárásokat kiterjedten alkalmazzák létisztításra. Rendszerint több fokozatban szűrnek (előszűrés, finomszűrés, mikrobamentesítő szűrés), vagy a finom fokozat előtt centrifugálnak. Részletesebb ismertetés található a szakirodalomban(36, 37, 38, 95, 103). A kiszűrésre kerülő rostok leghosszabb mérete (l) 500 μm-nél kisebb, zömében 100 μm alatt van. Mikrobáké: 0,2 µm < 7 µm, kolloidális részecskéké: 1 nm < 500 nm. A szűrést rendszerint feliszapolt előréteggel rendelkező mélységi szűrővel kezdik. Az előréteg feliszapolását 1–2,5 mm vastag szűrési segédanyaggal (kovaföld, perlit, ritkábban azbesztpehely, vagy cellulóz) végzik, melyet a szűrendő lébe kevernek. Az előréteg kialakítása után is juttatnak kisebb mennyiségű segédanyagot a lébe. A szűrési segédanyagok bejuttatására speciális segédanyag- (kovaföld-) adagoló szolgál. 185
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Feliszapoló szűrést többféle berendezéssel valósítanak meg: táskás és gyertyás szűrők, vákuummal üzemelő dobszűrők, keretes szűrők speciális feliszapoló kialakítással. Korszerű feliszapoló szűrő szétszedés nélkül tisztítható, mosószer áramoltatásával (ellenáramban is!), a szűrősziták mozgatásával. Finomabb szűrésre gyakran alkalmaznak lapszűrőket. A szűrés élessége a szűrőlap típusától, anyagától függ. Régebben azbeszt , cellulóz és kovaföld keverékéből, újabban műszálból, porózus műanyagból (polipropilén, poliamid), kerámiai anyagból és fémből készítenek szűrőlapokat. Részben mélységi, részben felületi szűrők. Elterjedtek a henger (cső) alakú műszálas felületi és mélységi szűrők is (pl. az Ultrafilter cég szűrői). Ezekkel a szűrőkkel egészen a csiramentesítő szűrés élességéig (kb. 0,2 µm) el lehet jutni. A finomszűrés korszerű berendezései gőzzel sterilezhetők. A lapszűrők közé tartoznak a keretes szűrők, melyeknél több, sorba kapcsolt fokozat is elhelyezhető egyetlen egységen belül. A feliszapoló szűrők némelyike szintén üzemeltethető szűrőlapokkal is. A cső alakú szűrőelemeket tartalmazó szűrők átfogják a hagyományos lapszűrők szűrési tartományát. Ipari szűrés előtt célszerű laboratóriumi kísérleti szűrést végezni. A kísérletek kiértékelése, üzemi méretekre való átszámítása a művelettani szűréselméleten alapszik (Darcy-törvény stb.(40, 103)).A felrétegző szűrők 100 liter léhez 85–125 g kovaföldet fogyasztanak.
3.10.2.3 Létisztítás membránszűréssel A membránszűrések közül (bővebben lásd 2.4.3.5. fejezet) a mikroszűrés (MF) és az ultraszűrés (UF) alkalmas a gyümölcslevek esetében a létisztításra, mert ezekben a membránszűrési tartományban a membránokkal kiszűrhetők a szuszpendált részecskék illetve azok mellett a makromolekulák is (UF), amelyek mérete kisebb a membrán pórusméreténél. A mikroszűrést és/vagy ultraszűrést leginkább tisztító eljárásként szokás alkalmazni, ha a leválasztandó komponensek nem csak oldott formában vannak jelen az elegyben, hanem lebegő részecskék, szuszpenzió vagy emulzió formájában. Alkalmazhatók mikrobiológiai stabilizátorként, hiszen a mikroorganizmusok közül a baktériumokat és gombákat is el lehet távolítani és mellette a létisztítási művelet a következő célokat szolgálja: • a lebegő anyagok kiszűrésével csökken a viszkozitás és javulnak az áramlási viszonyok valamint a szűrletteljesítmény, • további besűríteséknél az áramlási csatornák és fűtőcsövek eltömődési veszélye lecsökken, • a mikroorganizmusok eltávolíthatók a gyümölcsléből, így elvégezzük annak csírátlanítását is. A Budapesti Corvinus Egyetem Élelmiszeripari Műveletek és Gépek Tanszékén különböző szőlőfajtákból préselt mustokkal végeztünk létisztítási kísérleteket kerámia mikroszűrő membránnal. A mikroszűrés műveletének elsődleges célja a lebegőanyag-tartalom csökkentése volt. Az eredményekről nemzetközi publikációkban számoltunk be (123 és 124), amelyek alapján megállapítható, hogy szűrés a tükrösítés szempontjából eredményesnek tekinthető, mivel a membrán teljes mértékben visszatartotta a lebegő anyagokat a mustból. A mikroszűrés másodlagos célja a csírátlanítás. Ennek vizsgálatára a kiindulási mintákat és a szűrés után kapott permeátumokat mikrobiológiai elemzésnek vetettük alá. A kapott eredmények bizonyítják a mikroszűrés csírátlanító hatását. A kiindulási must mintában a sejtszám 14 ⋅ 106 db/cm3 volt. A szűrési művelet során a szűrletből vett minta elemzése alapján a kezdeti csíraszámot 6 nagyságrenddel sikerült csökkentenünk (123 és 124). Az ipari méretű berendezések a szűrési tartománynak megfelelő nyomáson, recirkulációs áramlási sebességgel, szobahőmérsékleten (20 °C) és esetenként ennél magasabb hőmérsékleten (40–60 °C) működnek. 186
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.10.1. ábra - A szakaszos keresztáramú membránszűrés elvi folyamatábrája. 1. tartály, 2. szivattyú, 3. membrán, 4. áramlásmérő, 5. recirkuláció szelepe, 6. fojtószelep, 7–8. mintavevő szelep, 9–10. nyomásmérő
A berendezés(ek) a következőképpen működtethető(k): A táptartályba (1) öntött szűrendő elegyet – folyadékot – a duplafalú tartály, vagy a recirkulációs áramlási körbe épített hőcserélő segítségével tudjuk állandó hőmérsékleten tartani, amit a tartályba helyezett vagy a csővezetékbe épített hőmérővel ellenőrzünk. A tartályból a szűrendő elegyet a szivattyú (2) szállítja a membránmodulra (3), majd vissza a tartályba. A membrán előtti és a membrán utáni nyomásokat nyomásmérőkön (9; 10) tudjuk ellenőrizni. A recirkulációs térfogatáramot rotaméterrel vagy más jellegű áramlásmérővel (4) mérjük. A megfelelő térfogatáram és nyomás beállítására szolgál a recirkuláció szelepe (5) és a fojtószelep (6). A szakaszos besűrítéseknél, amelyet állandó műveleti paraméterek beállítása ((∆PTM, T és Qrec) mellett végzünk, a szűrletet (permeátumot) tárolótartályban gyűjtjük és a besűrítés folyamán a tartályban lévő sűrítmény térfogata (7) rendszerből elvett szűrlet (8) mennyiségével csökken. Nagyobb üzemi méretű berendezéseket nem csak szakaszos üzemmódban, hanem az ún. „feed and bleed” üzemmódban is működtethetjük. A működési elv lényege, hogy a szűrendő anyagot egy adott recirkulációs térfogatárammal keringetjük a membránmodulban, amely térfogatáram nagyságrenddel nagyobb, mint a rátáplálás térfogatárama, vagy az azzal azonos mennyiségű, állandó jelleggel elvezetett szűrlet és sűrítmény térfogatárama együtt. Ezt a félfolytonos üzemmódot gyakran alkalmazzák nagyüzemi besűrítéseknél (122).
3.10.2.4. A derítési alj feldolgozása A derítés során leülepedett csapadék és az azt körülvevő lé a derítési alj. A derítési alj sok esetben kb. 80 °C-on való melegítéssel szűrhetővé tehető, továbbá bentonit adagolással is (pl. 100 liter aljba 200 g bentonit keverésével). A derítési alj szűrésére igen alkalmasak a kamrás szűrőprések, valamint a folytonos üzemű vákuumos dobszűrők, kovaföld hozzáadásával üzemeltetve. 187
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.11. Gázok oldása folyadékban 3.11.1. Gáztörvények Gáznak a kritikus hőmérséklet feletti, gőznek a kritikus hőmérséklet alatti légnemű közeget hívják. Nedves gőz a saját folyadékával érintkező gőz. A konzervipari gyakorlatban többnyire az ideális gázok állapotegyenletét használják, ami elfogadható a mintegy 0–140 °C hőmérséklettartományban és p < 4 bar nyomástartományban (vö. a 3.8.2. ponttal). Az ideális gázok állapotegyenletének célszerű kifejezési formái:
. Itt p a gáz nyomása (Pa), V a gáz térfogata (m3), T az (abszolút) hőmérséklet (K). R = 8314 J ·kmol–1 ·K–1, az egyetemes gázállandó, n a gáz anyagmennyisége (kmol), m a gáz tömege (kg), M a gáz moláris tömege (kg·kmol–1), Vm a moláris térfogat (kmol·m–3). Pontosabb (főleg gőzöknél) a Van der Waals-állapotegyenlet. Gázelegyek a Dalton-törvényt követik.
3.11.2. Gázok oldódása folyadékokban A gázok oldódását abszorpciónak, vagy elnyelésnek nevezzük. A folyadékban oldott gáz koncentrációja a gáz nyomásával egyenes, a folyadék hőmérsékletével fordított arányban van (Henry-féle törvény). Többféle gáz egyidejű oldódásakor az egyes gázok parciális nyomása kerül a Henry-törvénybe (lásd a 4.1.3.2. pontot). A tapasztalat szerint azok a gázok, amelyek könnyen cseppfolyósíthatok, vízben is jól oldódnak, pl. a szén-dioxid, kén-dioxid, ammónia. Ezek azonban nem csak egyszerű oldatot képeznek a vízben, hanem vegyületeket hoznak létre: kén-dioxid – kénessav, szén-dioxid – szénsav stb. A gázok oldhatóságát mérésekből kapott táblázatok, vagy diagramok, vagy átlagos Henry-féle állandók alapján számítják.
3.11.3. A kén-dioxid tulajdonságai és a kénessav készítése A kén-dioxid, SO2, színtelen szúrós szagú, köhögésre ingerlő gáz. Belélegezve mérgező hatású: már a 0,04% kén-dioxid tartalmú levegő is légzési zavarokat, fulladásos köhögést és szaruhártya-gyulladást okoz. Szúrós szaga miatt ennél kisebb koncentrációban felismerhető. Erélyes redukálószer, valamint mikrobagátló és mikrobicid hatású. Nyomás alatt szobahőmérsékleten könnyen cseppfolyósítható ( 15–20 °C hőmérsékleten elegendő 4–5 bar nyomás). Forráspontja atmoszférikus nyomáson –8 °C, kritikus hőmérséklete: 430 K. A cseppfolyós kén-dioxid fölötti nyomás: • 10 °C hőmérsékleten 1,18 bar, 188
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz • 20 °C hőmérsékleten 2,20 bar, • 30 °C hőmérsékleten 3,44 bar. A folyékony kén-dioxidot acélpalackban szállítják. Sűrűsége szobahőmérsékleten 1,46 kg/dm3. A palackból kiengedhető SO2 nyomása és így tömegárama függ a hőmérséklettől. A kén-dioxidot általában nem vezetik közvetlenül a kénezendő termékbe, mivel az egyenletes elkeverés nehéz, hanem általában először vízben buborékoltatással elnyeletik és kénessavat készítenek belőle. A kén-dioxid oldhatóságát a vízben atmoszférikus nyomáson a hőmérséklet függvényében a 3.11.1. táblázat tartalmazza(8).
3.11.1. táblázat - Kén-dioxid (SO2) oldhatósága vízben, atmoszférikus nyomáson Hőmérséklet (°C)
1 liter vízben oldott SO2, (g)
0
228,2
5
189,6
10
156,3
15
128,2
20
104,9
25
85,8
Mivel a kénessav készítése legtöbbször nyáron esedékes, a gyakorlatban literenként 50–60 g SO2-t tartalmazó kénessavat használnak, mivel a töményebb oldat fölött már túl nagy a kén-dioxid tenziója. A kénessav oldatok kén-dioxid-tartalmára a gyakorlatban legegyszerűbb a sűrűségből következtetni (3.11.2. táblázat).
3.11.2. táblázat - Kénessavoldatok sűrűsége 15 °C-on Sűrűség (g . cm3)
Az oldott SO2 százalékban kifejezett tömegtörtje (100 w)
1,0028
0,5
1,0056
1,0 189
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz 1,0085
1,5
1,0113
2,0
1,0141
2,5
1,0168
3,0
1,0194
3,5
1,0221
4,0
1,0248
4,5
1,0275
5,0
1,0302
5,5
1,0328
6,0
1,0353
6,5
1,0377
7,0
1,0401
7,5
1,0426
8,0
1,0450
8,5
1,0474
9,0
1,0497
9,5
1,0520
10,0
A kénessav redukáló hatása kevésbé függ a pH-tól, mint a mikrobicid hatása. A száraz kén-dioxid nem okoz korróziót: acélpalackban szállítható és tárolható. A kénessav korróziós hatása jelentős. A nedves levegőből a hideg felületekre kondenzáló vízzel a kén-dioxid is (SO2) kicsapódik, mivel a levegőn a kén-dioxid kis részben fokozatosan kén-trioxiddá (SO3) oxidálódik, a kondenzrétegben nemcsak kénessav (H2SO3), hanem kénsav (H2SO4) is kialakul. Az utóbbi pedig a fémfelületeket súlyosan korrodálja.
3.11.4. A szén-dioxid és a szén-dioxidos szaturálás A szén-dioxid, CO2, színtelen, nem égő, enyhén savanyú szagú és ízű gáz. A levegőnél mintegy másfélszer nehezebb. Nyomás alatt könnyen cseppfolyósítható. Vízben oldódik, miközben kis részben szénsav (H2CO3) is keletkezik. –79 °C-on ún. szárazjéggé kristályosodik, amely nagy szublimációs hője folytán (639 kJ/kg) kitűnő hűtőanyag. 190
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Acélpalackokban, cseppfolyós állapotban hozzák forgalomba, nyomása a 31 °C kritikus hőmérsékleten 74 bar (absz.). A szén-dioxid lefejtése közben a cseppfolyós szén-dioxid elpárolog és ez jelentős párolgáshő (301,5 kJ/kg) felhasználásával történik. Palackból óránként a benne levő szén-dioxidnak kb. egy tizede fejthető le. Egy 60 kg/óra CO2-ot felhasználó üzemben egy időben 30 db 20 kg-os palackból szükséges a szén-dioxidot lefejteni és a folyamatos ellátáshoz még ugyanannyi palacknak kell váltásra készen várakozni(l00). Az üdítőitalok élvezeti értékét nagyban befolyásolja a szén-dioxid-tartalom. Az italok szén-dioxiddal való telítése, az ipari szóhasználat szerint, szaturálás. A széndioxid oldhatóságára vonatkozó adatokat a 3.11.1. ábra, valamint a 3.11.3. táblázat tartalmazza.
3.11.3. táblázat - A szén-dioxid oldhatóságára vonatkozó adatok, vízben, gyümölcslében és alkoholban, atmoszférikus nyomáson (l,013 bar) 1 liter vízben oldott CO2
(gdm3)
1 liter 10 refr. % gyümölcslében oldott CO2
dm3
g
dm3
g
dm3
g
0
1,964
1,713
3,35
1,542
3,02
4,329
8,50
1
1,956
1,646
3,22
1,481
2,90
4,232
8,28
2
1,957
1,548
3,10
1,426
2,79
4,140
8,10
3
1,958
1,527
2,99
1,374
2,69
4,055
7,94
4
1,955
1,473
2,88
1,320
2,59
3,970
7,76
5
1,945
1,424
2,77
1,282
2,49
3,890
7,47
6
1,932
1,377
2,66
1,239
2,39
3,810
7,36
7
1,916
1,331
2,55
1,198
2,29
3,733
7,15
8
1,911
1,282
2,45
1,154
2,20
3,657
6,99
9
1,908
1,237
2,36
1,113
2,12
3,584
6,84
10
1,910
1,194
2,28
1,076
2,05
3,514
6,71
11
1,906
1,154
2,20
1,039
1,98
3,446
6,47
12
1,898
1,117
2,12
1,005
1,91
3,380
6,42
13
1,884
1,083
2,04
0,975
1,84
3,317
6,25
14
1,886
1,050
1,98
0,945
1,78
3,257
6,14
15
1,874
1,019
1,91
0,917
1,92
3,199
5,99
Hőfok
A CO2 sűrűsége
(°C)
191
1 liter alkoholban oldott CO2
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz 20
1,789
0,665
1,19
0,598
1,07
2,946
5,27
A szén-dioxid elnyeletésének sebessége a gázbuborékok fajlagos felületével arányos. A folyadékban elnyelt egyéb gázok, a CO2 parciális nyomásának csökkentésén keresztül, az oldott CO2 koncentrációját is csökkentik, ezért szükséges a levek légtelenítése. Attól függően, hogy üdítőital készítése során a víz és a szörp összekeverése a töltés előtt, vagy magában a palackban történik-e, premix (előkeverő) és postmix (utókeverő) rendszerű szén-dioxid-telítő és italkeverő berendezést különböztetünk meg. Premix rendszerben a víz és szörp keverékét, postmix rendszerben csak a vizet telítik. A szénsavas italok CO2 tartalmának meghatározására elegendő a nyomás és hőmérséklet egyidejű mérése. A koncentráció a 3.11.1. ábrához hasonló görbeseregből, vagy táblázatból, vagy a Henry törvényből megkapható(8, 38, 95, 100).
3.11.1. ábra - Vízben oldott szén-dioxid koncentrációja, parciális nyomásának (p) függvényében, különböző hőmérsékleten (T)
3.12. Töltés és zárás technológiája 3.12.1. Töltés A feldolgozás különböző műveletein áthaladt terméket megfelelően előkészített csomagolóeszközbe kell tölteni. A töltést általában a zárás művelete követi. Régen a zárás előtt a konzervedényt melegítették a gázok eltávolítása céljából (exhausztálás). A töltést és zárást követő műveleteket a 3.1. pont ismerteti tömören. A konzervárukat általában kis egységekbe: üvegbe, palackba, fém és műanyag, valamint kombinált csomagolóeszközökbe töltik. Méretek és adatok Varsányi munkájában(107) találhatók. 192
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Töltés helyett a kiszerelés kifejezést is használják, akkor, ha egy nagyobb mennyiségű tartósított terméket kisebb csomagolási egységekbe töltenek. Ilyen pl. a szárítmányok, savanyú káposzta, gyorsfagyasztott készítmények kiszerelése kis egységekbe. A csomagolóeszköz megválasztása sok tényezőtől függ. Ezek között szerepel a tartósítás módja is, de a csomagolóeszköz ára és a fogyasztói szokások is ide értendők. A csomagolóeszközök azon tulajdonságai, amelyeket egy-egy konkrét termék csomagolása során figyelembe kell venni, a következők: a) Áteresztőképesség: vízgőz-, gáz- (aroma), fényáteresztés; zsír- és olaj állóság. b) Kémiai stabilitás: a termék és a külső környezet kémiai hatásaival szembeni ellenállás; az élelmiszer összetételét, minőségét nem befolyásoló jelleg, időben állandó kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. c) Mechanikai jellegű igénybevételekkel szembeni ellenállás: zárhatóság, visszazárhatóság, tömítettség, hőállóság, nyomásállóság; külső erőkkel, ejtéssel, ütéssel, rázással szembeni ellenálló képesség. d) Hőfizikai tulajdonságok: hővezetési tényező, fajhő. e) Klimatikus és sugárzási igénybevételekkel szembeni ellenállás: napsugárzás, léghőmérséklet, légnedvesség, légnyomás, szél, légszennyezések behatásaival szembeni ellenállás; ionizáló sugarakkal való terhelhetőség. f) A korrózió elleni védelemmel kapcsolatos igények: bevonatok, burkolatok jellemzői; páralekötő anyagok, korrózió elleni inhibitorok alkalmazhatósága. g) Mikro- és makrobiológiai hatások elleni védelem: mikrobák, rovarok és rágcsálók károsításának megakadályozása. h) Marketingtulajdonságok: formázhatóság, nyomtathatóság, egységképzés, reklámhatás. Töltés előtt a csomagolóeszközök ellenőrzésének a következőkre kell kiterjedni: tisztaság, épség (pl. szivárgásmentesség), méretek (pl. a dobozperem méretei és minősége); forrasztás, vagy hegesztés minősége. A hibás csomagolóeszközökbe töltött termékek csökkent értékűvé vagy selejtté válnak. A töltést úgy kell elvégezni, hogy azonos méretű csomagolóeszközbe azonos mennyiségű anyag kerüljön és a tömegeltérés mértéke ne haladja meg az előírt, engedélyezett tűrést. A töltés legfontosabb fogalmai: Bruttó (teljes) tömeg: a csomagolóeszköz és zárószerkezet (teljes göngyöleg), valamint az élelmiszer (beltartalom) együttes tömege. Tiszta (nettó) tömeg: az élelmiszeranyag tömege. Töltő tömeg: Azokban a konzervipari termékekben, ahol a nettótömeg két vagy több komponensből tevődik össze, és a komponensek közül az egyik értékesebb, mint a másik; vagy a két komponens közül az egyik folyékony, a másik szilárd (darabos) jellegű, az értékesebb, vagy pedig a darabos jellegű komponens tömegét töltőtömegnek nevezzük. Néhány példa: töltőtömeg a befőttekben a gyümölcs, a mártásos húskészítményekben (pl. pörkölt) a hús, a „hámozatlan paradicsom paradicsomlében” készítményben a darabos paradicsom tömege. 193
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Bemérési tömeg: A bemérési tömeg az a tömeg, amelyből a hőkezelés és az azt követő raktározás folyamán, a diffúziós kiegyenlítődési folyamatok, vagy egyéb vízleadással, ill. vízfelvétellel járó folyamatok (hús főzési vízleadása, keményítő vízfelvétellel járó duzzadása) hatására a töltőtömeg képződik. A bemérési tömeg lehet nagyobb, egyenlő, vagy kisebb, mint a töltőtömeg. A bemérési tömeg tehát a betöltés állapotára korrigált töltőtömeg. Befőtteknél a bemérési tömeg általában valamivel nagyobb, mint a töltőtömeg: a gyümölcs szárazanyagtartalma a konzervben nő, de ugyanakkor vizet ad le. Táratömeg: Táratömegnek nevezzük az élelmiszerrel közvetlenül érintkező göngyölegnek a tömegét (konzerves doboz, üveg a zárógarnitúrával, palackok a dugóval, gyümölcsízes láda, hordó, műanyag fólia stb.). A göngyöleg kifejezést a csomagolószer, csomagolóeszköz szavak helyettesítésére használják. A nettó (tiszta) és töltőtömeget g-ban szokták megadni a csomagolóeszközön. Folyadékok esetében előfordul, hogy űrtartalmat (l, cm3 stb.) tüntetnek fel. A töltésnél három alapelv van: adott tömegre, térfogatra vagy szintre való töltés. Nagy darabszám-teljesítményű és kis térfogatú konzervedényeknél térfogatra, vagy szintre töltenek, a műszaki megoldás egyszerűsége miatt. Nagyobb tömegek (általában 5 kg nettó tömeg felett) és értékesebb anyagok töltésénél tömegmérést alkalmaznak (pl. paradicsomsűrítmény töltése 10 kg-os dobozokba). Térfogatra való töltéskor ügyelni kell arra, hogy a betöltött anyag sűrűsége ne ingadozzon. A 15–20 °C-ra megadott táblázati értékek helyett a töltés hőmérsékletének (pl. 80–95 °C) megfelelő tényleges (mért) sűrűséggel kell számolni. Darabos anyagok térfogatra való töltésekor csak akkor nem ingadozik túlzottan a tömeg, ha a darabok méret és alak szempontjából kellően egyöntetűek. A méret szerinti osztályozás és egyenletes darabolás tehát a töltés és a mennyiségek állandósága szempontjából is fontos. Az előírások, kereskedelmi szerződések és egyéb minőségi előírások, végső soron a gyártástechnológiai utasítások előírják, hogy adott termék, meghatározott csomagolásban (kiszerelésben) milyen mennyiséggel és egyéb összetételi jellemzőkkel (refr. %, színezék, tartósítószer-koncentráció stb.) rendelkezzen. Ezek az előírások üzemgazdasági, egészségvédelmi, fogyasztói-érdekvédelmi stb. szempontok miatt tűréssel is kiegészülnek. A tűrés háromféle lehet: • Az alsó korlátos tűrésnél a termék minden egyes egységében az adott összetételi jellemző értékének minimálisan annyinak kell lennie, mint a deklarált (névleges) érték. • A kétkorlátos tűrésnél („tól-ig” tűrés, plusz-mínusz tűrés) a termék valamennyi egységében az adott jellemző értékének a két korlátérték között kell lennie és az egység darabszámát növelve az értékek átlaga a deklarált értékhez, vagy a két korlát számtani középértékéhez kell, hogy tartson. Hazánkban a legtöbb tömegtűrés ebbe a kategóriába tartozik. A deklaráció többféleképpen történhet, pl.: 550 g ±55 gramm, alsó korlát 495 g, felső korlát 605 g 550 g ±10%, Ka = 495 g, Kf = 605 g, átlag (x) = 550 g 28–30 refr. %, Ka = 28 refr.%, Kf = 30 refr.%, x = 29 refr. % • A felső korlátos tűrés azt jelenti, hogy a termék minden egyes egységében az adott jellemző értéke legfeljebb annyi lehet, mint a deklarált érték. Ebbe a kategóriába tartozik a legtöbb tartósítószer, ízesítő- és színezőanyag. 194
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A tiszta és a töltőtömeg méréses ellenőrzésével előírások foglalkoznak. A mért és névleges átlagértékek eltérésére, valamint a korlátok betartására vonatkozó vizsgálatok matematikai-statisztikai elveken alapulnak. Az átlag és korlát különbsége a szórás értékének többszöröse(9, 43).
A töltés technológiai jellemzői Reológiai jellemzők: A töltési művelet és a berendezés kialakítása jelentősen függ a töltendő anyag reológiai jellemzőitől. Főbb anyagtípusok: • newtoni folyadék (felöntőlevek, derített szűrt gyümölcslevek stb.), • nem-newtoni folyadék, viszonylag kis látszólagos viszkozitással (rostos gyümölcs- és zöldséglevek stb.), • pépes, pasztaszerű nem-newtoni folyadékok (paradicsompüré, mustár, húskrémek, pástétomok stb.), • nehezen folyó heterogén folyadék jellegű anyagok (dzsemek, zöldségtartalmú mártások stb.), • alaktartó darabos anyagok (befőttek, főzelékek, hústartalmú konzervek darabos összetevői stb.), • légnemű (CO2 szénsavas üdítőknél, védő inert gázas töltések stb.)
Hőmérséklet: A töltési hőmérséklet adott termék töltéséhez a technológiai előírásban rögzített állandó értékű paraméter. Hőkezelés előtt rendszerint forrón töltenek (kivéve néhány aprított húst tartalmazó konzervféleséget). Forrón történő töltésnél a betöltött anyag felett forró levegővel kevert vízgőz van, mely lehűlve vákuumot hoz létre.
Töltöttség mértéke: A töltöttség mértéke (töltési fok) a betöltött anyag térfogata az edény teljes térfogatára vonatkoztatva. Értéke 0,9–0,94 között szokott lenni. A töltési fok és hőmérséklet kihat a hőkezelés alatti belső nyomás értékére is.
Légtelenítés (evakuálás) alkalmazása: A töltés és zárás alatt alkalmazott evakuálás a forrón történő töltéshez hasonlóan csökkenti a belső nyomást a hőkezelés alatt, lehűlés után vákuumot hoz létre a konzervedényben. Különösen fontos ez osztott hidrosztatikus sterilező berendezésekben hőkezelt üvegeknél az ún. rövidlevesség elkerülése miatt. Rövidlevesség esetén a sterilezőben az üvegben lévő túlnyomás a felöntőlé egy részét a sterilező vízbe juttatja. A konzervben lévő oxigénszegény környezet kedvező az élelmiszer minőségének megőrzése (oxidációs barnulás, C-vitamin bomlása, aerob mikrobák visszaszorítása), valamint a dobozok és fémlapkák korróziójának gátlása szempontjából. A vákuum hatására behorpadt tető automatizált ellenőrzést tesz lehetővé. 195
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Töltési hibák: légpárnahiány, túltöltés (szennyezett perem), „rövidlevesség” (kevés felöntőlé betöltése), töltő- és tiszta tömeg eltérések, a töltőgép károsítja a csomagolóeszközt. A konzerviparban alkalmazott töltőgépeket a következők szerint csoportosítjuk. 1. Adagolási mód szerint: tömegre, térfogatra vagy szintre töltők. 2. Az adagoló szerkezet száma szerint: egy- vagy többfejes. 3. A konzervek mozgása szerint: rotációs (körforgó), lineáris ( szalagos). 4. A töltési nyomás szerint: hidrosztatikus, túlnyomásos, vákuumos. 5. Mechanizálási fokuk szerint: kézi működtetésű, félautomata, automata. 6. A töltendő áru jellege (állománya) szerint: az előzőleg „reológiai jellemzők” alatt felsorolt anyagok töltésére szolgáló különféle gépek és gépkombinációk. Az alaktartó („szilárd”, darabos) készítmények töltési módjainak bemutatása a 3.12.1. ábrán, a folyékony és pépes termékeké pedig a 3.12.2. ábrán látható.
3.12.1. ábra - Töltőgépek darabos, alaktartó anyagokhoz. 1. megtöltendő edényzet; 2. álló töltőasztal; 3. forgó töltőasztal; 4. mérő–adagoló henger; 5. forgódob; 6. beadagoló csillagkerék; 7. kiadagoló csillagkerék
196
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.12.2. ábra - Töltőgépek folyékony és pépes készítményekhez. 1. megtöltendő edényzet; 2. a lé, vagy a pépes anyag adagolója; 3. forgó töltőasztal; 4. beadagoló csillagkerék; 5. kiadagoló csillagkerék
A következőkben néhány, jobban elterjedt töltőgépet a töltendő áruk jellege szerint említünk. Részletesebb ismeretek a szakirodalomban találhatók(l, 26, 37, 38, 42). Alaktartó (szilárd), darabos anyagok töltésére szolgáló gépek térfogatra töltenek. A zöldborsótöltő mérőhengere adott térfogatú borsószemet juttat a konzervedénybe, majd másik mérőhenger megfelelő térfogatú felöntőlevet tölt rá (kombinált gép). A rotációs és vibrációs töltőgépek- (töltőasztalok) a konzervedényeket peremszintig töltik darabos anyaggal. A forgódobos töltőberendezésnél a konzervdobozok a vízszintes forgó dobon annak tengelyével párhuzamosan haladnak át. A dob belsejében lévő nyersanyagot lapátok hordják fel és szórják a dobozokba. A visszahullott nyersanyagot a lapátok ismételten felhordják. Dugattyús töltőgépeket használnak pépes, pasztaszerű nem-newtoni folyadékok, valamint nehezen folyó heterogén folyadék jellegű anyagok töltésére. Ezek is állandó térfogatot töltenek, elvük megegyezik a dugattyús szivattyúkéval. A konzervedény mozgása alapján ezek is rotációs (körforgós) és lineáris (szalagos) csoportokra különülnek. Kis viszkozitású folyadékok palackba való töltéséhez számos töltőgép fajtát konstruáltak.
197
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A vákuum alatt szintre töltő berendezések egyike a palackban létesített vákuummal szívja be a folyadékot. A vákuum alatt elragadott folyadék leválasztó egységen át visszajut a töltőrészbe. Egy másik berendezés mind a palackban, mind a létartályban vákuumot tart és a lé gravitációs úton folyik le a palackba. Ezek a berendezések meleg, CO2-ot oldva tartalmazó, vagy illékony aromákat tartalmazó levekhez nem használhatók. Az ellennyomásos töltőgépek mind a palackban, mind a létartályban azonos túlnyomást tartanak. A lé itt is a szintkülönbség hatására folyik a palackba. A levegőt a palackból először CO2, vagy egyéb inert gáz szorítja ki. Szénsavas italok töltésére alkalmazzák ezeket a szintre töltő berendezéseket. Atmoszférikus nyomáson működő, állandó térfogatot töltő berendezéseket híg folyadékok töltésére használnak. Az aszeptikus technológiák töltő-záró megoldásai.
3.12.2. A zárás technológiája A konzervedények és egyéb csomagolóeszközök zárószerkezetei is a 3.12.1. pont a) ... h) bekezdései szerinti követelményeket kell, hogy kielégítsék. Zárással, zárógépekkel kapcsolatos további, bővebb ismeretek a szakirodalomban állnak rendelkezésre(1, 26, 37, 38, 42, 95).
3.12.2.1. Konzerves üvegek zárása Konzerves üvegek zárására kilégző és nem-kilégző zárásokat használnak. A 3.12.3. ábrán az Omnia és a Pano zárások kialakítása látható, a 3.12.4. ábrán az Eurocap és Hungarocap (egyúttal Twist-off) zárásokat tüntettük fel. Ezek kilélegző zárások, mivel az üveg peremének homlokfelületén tömítenek. A Hungarocap (Twistoff) zárást többen nem-lélegzőnek tekintik, mivel a kilélegzés belső túlnyomása jóval nagyobb a többinél.
3.12.3. ábra - Omnia (A) és Pano (B) fantázianevekkel rendelkező üvegzárások metszete
198
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.12.4. ábra - Eurocap (A) és Hungarocap – Twist-off (B) fantázianevekkel rendelkező üvegzárások metszetben ábrázolva
A 3.12.5. ábrán Pry-off zárás látható, ez a száj palástfelületén tömít és nem-lélegző.
3.12.5. ábra - A Pry-off nevű üvegzárás metszete
A lapkák anyaga acél- vagy alumíniumlemez, rendszerint mindkét oldalon lakkozva. A tömítés a hőkezelés hőmérsékletétől függő összetételű mű-, vagy természetes, vulkanizált gumi. Ezt rendszerint folyékony állapotban hordják fel a lapkára, vagy előregyártott rugalmas gyűrűt alkalmaznak. A kilélegző zárásoknál fontos, hogy a hőkezelés után az üveg vákuum alatt legyen, sőt OHS berendezéseknél a sterilezés alatt is mindig nagyobb legyen a külső nyomás, mint a belső. Palack zárását a konzervipar rendszerint koronakupakkal, menetes kupakkal, vagy letépőkupakkal végzi. 199
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.12.2.2. A konzervdobozok zárása A konzervdobozok zárása a legkényesebb zárási műveletek közé tartozik. Néhány század milliméter eltolódás a zárási profil kialakításakor elegendő ahhoz, hogy több száz, vagy ezer dobozos késztermék mikrobiológiailag utófertőződjék. A dobozpalástra a fedéllapot úgy kell rádolgozni, hogy a kapcsolat gáztömör, megfelelő mechanikai szilárdságú és időtálló legyen. Legalkalmasabb és ma már szinte kizárólagosan alkalmazott módszer az ún. körkorcolás. A megfelelően kiképzett palást- és tetőperemeket összehajlítják oly módon, hogy a peremekből kialakult hornyok és a közöttük elhelyezkedő tömítőanyag zárjon, ahogyan az a 3.12.6. és 3.12.7. ábrákon látható.
3.12.6. ábra - Körkorcolás kialakítása és a kettős korc elemei dobozok fedelének lezárásánál. 1, 2, 3, 4, 5: a korckialakítás lépései a növekvő számok irányában. ZT: tetőszorító zárótányér; EG: görgő az elzáráshoz; ZG: görgő az utózáráshoz. A kettőskorc jellemző méretei: Alp = átlapolás; Hp = a palásthorog mérete; Ht = a tetőhorog mérete; Lp, Lt = palást- és tetővastagság; S, V = a korc szélessége (magassága) és vastagsága
200
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.12.7. ábra - A dobozzárás vázlatos szemléltetése. A: az előzárás kezdeti szakasza; B: az előzárás vége; C: az utózárás közbenső állapota. 1. fedéllemez-szorító tányér; 2. fedél; 3. palást; 4. előzáró görgő; 5. utózáró görgő
A dobozzárási műveletnek két fő üteme van: az előzárás és az utó- vagy végzárás. A két ütem minden zárógéptípusnál megtalálható, eltérések csak a műszaki megoldásokban vannak. Az előzárás a korckialakítás első lépése. A palástra rászorított fedő peremét az előzáró szerszám a palástperem alá hajtja és azzal összekapcsolja. Az utózáró szerszám szerepe, hogy az előzárásnál képzett hornyokat a dobos palástjához szorítsa, azaz tömítse. A jelenleg használatos számos zárógéptípust csoportosíthatjuk a lezárandó doboz helyzete szerint: álló- vagy forgódobozos, függőleges vagy fekvő elrendezésű; a mechanizáltság foka szerint: kézi, félautomata, automata. Munkahelyek száma szerint: egyfejes, többfejes (4, 6, 8, 10 fej); az elő- és utózárás elrendezése szerint egykoszorús, kétkoszorús. Vannak atmoszférikus nyomáson záró, valamint vákuum létesítésével egyidejűleg záró gépek. A legkorszerűbb nagy teljesítményű zárógépek egykoszorús, többfejes rendszerűek, amelyek állódobozos vagy forgódobozos kivitelben készülnek. Nagy teljesítményüket a több zárófejnek és a nagy fordulatszámnak köszönhetik. A forgódobozos gépek szerkezetileg egyszerűbbek, az állódobozos megoldás viszont, különösen töltött dobozok zárásához, előnyös. Természetesen ezek a géptípusok automatikus fedő- és dobozadagolóval vannak ellátva. A dobozok véglapjait szintén mű-, vagy természetes gumiból készült tömítéssel tömítik. Használnak különböző nem-hengeres dobozokat is. A fedelet esetenként forrasztással erősítik a dobozperemhez (pl. lapos, hosszúkás halkonzerv-dobozok). Egyéb csomagolóeszközök zárásával a szakirodalom(107) foglalkozik.
3.12.2.3. Csomagolóeszközt is előállító töltés és zárás Egyszerűsödik a feladat, ha a csomagolóeszköz elkészítése, a töltés és zárás egy menetben történik. Ebben az esetben a csomagolóanyagot a felhasználás helyén kell felhelyezni és a csomagolóeszköz készítését, töltését és zárását egy ugyanazon gép végzi. 201
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz Az ún. eldobó csomagolások közé tartoznak azok a csomagolási anyagok, melyek hőre lágyuló műanyagból, vagy egyéb anyagból, de műanyaggal kasírozott formában készülnek. A műanyag általában PVC, polietilén, polipropilén, merev dobozoknál polisztirol. A kasírozott fólia műanyag-, alumínium- vagy papír rétegekből áll. A hőre hegedő papír–alumínium–műanyag kasírozott fóliákkal dolgozó gépek köre sokrétű. Ismert csoportjuk a lapos-tasakoló gépek, melyek főleg poros, szemcsés (levesporok), de egyes esetekben folyékony termékek (gyümölcslé) adagcsomagolására alkalmasak. Lapos tasakos csomagológép elvi működését szemlélteti a 3.12.8. ábra. Zárás során a tiszta felületű műanyagot nagyfrekvenciás árammal, vagy más hőhatással összehegesztik.
3.12.8. ábra - Társított fóliatekercsből lapos tasakokat készítő és töltő gép működési elve. 1. fóliatekercs; 2. a fólia kettévágása; 3. a tasak kialakítása hegesztéssel; 4. töltendő termék beadagolása; 5. a tasak levágása; 6. a kész tasakok elszállítása
Dzsemkészítmények csomagolására használják az ún. FORM-PACK csomagolást. Az automata gép műanyag fóliából melegformázással dobozt formál, majd megtölti. A zárófedelet polietilénnel kasírozott alumíniumfólia adja, melyet a dobozra hegesztenek (3.12.9. ábra).
202
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.12.9. ábra - Műanyag-dobozokat formázó, töltő és záró berendezés működésének elvi kialakítása. 1. műanyag tekercs; 2. melegítő szakasz; 3. formázószerszám; 4. töltés; 5. a tető (fedő) fólia tekercse; 6. fej a tető lehegesztésére; 7. vágószerkezet a lezárt dobozok elkülönítésére
Valamennyi hegesztéses műanyagzárás kényes a zárófelület tisztaságára, ezért fokozottan ügyelni kell arra, hogy a zárófelületre és a zárószerszámra termék ne kerüljön.
3.12.3. Üvegek, palackok, dobozok mosása A töltő vonalak teljes körű kiszolgálása feltételezi az üres edényzetek (öblös üvegek, palackok, fémdobozok) öblítését, mosását, majd a töltött, lezárt egységek tisztítását. A töltendő edényzetek egyrészt egységrakományok formájában, másrészt kartondobozokban érkeznek a feldolgozó üzembe. Az új edényeket öblíteni, a szennyezetteket pedig mosni szükséges. Az öblítés meleg vizes zuhanyozást jelent, amit fémdobozok esetében gyakran gőzölés követ a csírátlanítás elősegítése érdekében. Üvegmosás során először általában vegyszeres áztatást alkalmaznak, ezt követi a többfázisú zuhanyozás, esetenként mechanikai beavatkozással fokozva a mosás hatékonyságát. A mosás utolsó fázisa minden esetben az öblítés, amit meleg vagy hideg, ivóvíz minőségű vízzel végeznek. Rotációs üvegöblítő berendezés elvi vázlatát mutatja a 3.12.10. ábra. Az öblítőben a kezelni kívánt üvegek kör alakú pályán haladnak végig, miközben az öblítés, majd az öblítővíz eltávozása a legkedvezőbb pozícióban történik.
203
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz
3.12.10. ábra - Rotációs rendszerű üvegöblítő metszete. 1. álló dob; 2. ikerszalag; 3. öblítendő üveg; 4. választólapok; 5. szórófejek; 6. továbbítókocsi; 7. pneumatikus henger; 8. kilincsmű; 9. burkolat; 10. kifolyónyílás; 11. tartóláb; 12. kiöblített üveg; 13. forgó, külső koszorú; 14. körmök; 15. támasztógörgők
Dobozok öblítésére konstruált berendezést mutat a 3.12.11. ábra(1). Az öblítendő dobozok hevederes, mozgó szalagra kerülnek. A hevedert a mágneses fegyverzettel ellátott dobok forgatják. A mágnesezhető dobozok a hevederrel együtt haladva szájnyílással lefelé helyezkednek el az alsó kezelősíkban, ahol az öblítés a vízelosztó vezetékkel történik. Az öblítővíz eltávozása után az edények ismét a felső hevederágra kerülnek. Innen kényszerpálya segítségével terelik a tiszta edényeket a feldolgozóvonalra.
3.12.11. ábra - Mágneses dobozöblítő vázlata. 1. szalag; 2. mágneses dobok; 3. permanens mágnes; 4. üres dobozok; 5. vízelosztó vezeték; 6. támasztólemez
204
Növényi nyersanyagok előkészítése a konzerváláshoz A szennyezett palackok és öblös üvegek mosására, öblítésére szolgál a 3.12.12. ábrán bemutatott üvegmosó berendezés(1).
3.12.12. ábra - Üvegmosó berendezés vázlata. 1. üvegbehordó szalag ; 2. betolópálya; 3. serlegsor
A serlegekbe beadagolt üvegek előmelegítés céljából melegvizes előzuhanyt kapnak, ezzel egyidejűleg a bennük levő szennyes folyékony anyagok is eltávoznak. Az áztató szakaszban 60–65 °C-os hőmérsékleten történik lúgos oldatban az edények áztatása. Az áztatófürdőben az üvegek függőleges helyzetben haladnak végig, így belső terük is érintkezik a lúgos oldattal. Az áztató szakasz végén a serlegsor kiemeli a vízből az üvegeket, miközben a lúgos oldat is kiürül. Az áztatáson keresztülment palackok az áztatófolyadékkal külső, belső fecskendezést kapnak, 70–75 °C, 60–6 5 °C és 50 °C-os zónákban, majd melegvizes mosás 40 °C-on, ezt követően fertőtlenítőszeres mosás 30 °C-on és végül hidegvizes zuhanyozás megy végbe. A fenti mosási műveleteken keresztülhaladt üvegek megfelelő helyzetbe kerülve kicsúsznak a kiadagoló berendezésre, amely a kihordószalagra továbbítja őket. A hatásos mosás elérése és az üvegtörés elkerülése szempontjából igen lényeges az egyes zónákban az ismertetett hőmérsékletek betartása.
205
4. fejezet - A hőkezeléses tartósítás alapjai Az előző fejezet részekben ismertetett előkészítő műveletek alkalmassá teszik a nyersanyagokat arra, hogy tartós késztermékek alapanyagai lehessenek. A tartóssá tétel egyik legmegbízhatóbb formája a hőközléssel való csírátlanítás, régi kifejezéssel: a konzerválás. A konzerv termékek széles körben terjedtek el a világ minden országában, azonban a túlzott mértékben alkalmazott hőhatás okozta kedvezőtlen változások miatt, minőségüket tekintve, az alacsonyabb érték kategóriába sorolódtak. Napjainkra az élelmiszerek hőkezeléses tartósításának eddigi negatív megítélése átalakulóban van, amióta ipari gyakorlattá vált az un. méretezett hőkezeléses technológiák alkalmazása. A tartósításra váró nyersanyagok friss állapotban kevés kivételtől eltekintve gyorsan romlásnak indulnak, ennek elsődleges oka a magas vízaktivitásuk. A vízaktivitás az élelmiszerek azon jellemzője, mely alapján megkülönböztetünk könnyen és nehezen eltartható termékeket. A vízaktivitás, a zárt térben az élelmiszer fölött kialakuló páratér relatív páratartalma és az ugyanezen hőmérsékleten lévő tiszta víz feletti tér relatív páratartalmának hányadosa (másképpen, de ezzel egyenértékűen megfogalmazva: az élelmiszer feletti tér vízgőztenzió aránya a tiszta víz gőztenziójához). A tiszta víz vízaktivitása természetesen 1, az élelmiszereké ennél kisebb, az erősen romló élelmiszereké 0,8-nél nagyobb, a jól eltartható élelmiszereké 0,6-nél kisebb. A megelőzendő romlás szerint az élelmiszer-tartósítási módszerek legalapvetőbb csoportosítása: • Fizikai eredetű romlás megakadályozása: A) a nedvességtartalom változásának gátlása (tárolótér klimatizálása, csomagolás), B) az állag megőrzése (emulgeáló, diszpergáló, gélképző szerek alkalmazása), C) szállítási károsodás elleni védelem (gyűjtőcsomagolás). • Kémiai eredetű romlás megakadályozása: A) a szöveti enzimek hatástalanítása, B) autooxidáció teljes vagy időleges gátlása (antioxidánsok alkalmazása). • Mikrobiológiai eredetű romlás megakadályozása: A) a mikrobák távoltartása (aszepszis, csomagolás), B) a mikrobák eltávolítása (szűrés), C) a mikrobák szaporodásának, ill. tevékenységének gátlása (enyhe hőkezelés, hőelvonás, vízelvonás, mikrobagátló anyagok adagolása stb.), D) a mikrobák megfelelő biztonsággal történő elpusztítása (hőkezelés, besugárzás). • Makrobiológiai eredetű romlás megakadályozása: rágcsálók, madarak, rovarkártevők távoltartása (tárolási rendszabályok, csomagolás, riasztórendszerek alkalmazása).
4.1. Az élelmiszerek eltarthatóságának biztosítása hőkezeléssel A tartósító hőkezelés célja élelmiszerbiztonsági szempontból: Mikrobiológiailag stabil, eltartható termék előállítása, melynek fogyasztása az ember számára nem vet fel egészségügyi kockázatokat (ételmérgezések: azonnali hatás, élelmiszer eredetű megbetegedések: hosszabb távú hatás). Mindeközben ügyelni kell arra, hogy a termék minősége a hőkezelés során és a tárolás során ne változzon hátrányosan. Az élelmiszerek hőkezeléses tartósítása során a mikrobiológiai sterilitás sok esetben csak a minőség számottevő csökkenésével érhető el, viszont a nagy hőmérsékletű hosszú idejű hőkezelés után már nagy valószínűséggel állítható, hogy mikrobiológiai romlás nem fog előfordulni a tárolás során. Ezen probléma megoldására kezdtek el foglalkozni a hőkezelésre kerülő élelmiszerek alapvető fizikai-kémiai és mikrobiológiai jellemzőt figyelembevevő hőkezelés technológiák méretezésével. 206
A hőkezeléses tartósítás alapjai A hőkezelés méretezési módszereinek alapjait Bigelow és munkatársai (1) dolgozták ki. Módszerük főbb alaptételei a következők voltak: Kiválasztották a leghőtűrőbb és emberre legveszélyesebb baktériumot. Ez a légzőközpontot megbénító, halálos toxint termelő mezofil spórás Clostridium botulinum lett. Mivel a Clostridium botulinum nem képes toxint termelni kis pH mellett (pH < 4,5), ezért választották a hőkezelési paraméterek megválasztását meghatározó határértéknek a termékek savasságát jelző pH adatok közül a pH 4,5 értéket. Ennek alapján 3 fő csoportra oszthatók az élelmiszerek. A csoportosítást láthatjuk a 4.1.1. táblázatban.
4.1.1. táblázat - A konzervek osztályozása pH-érték szerint Megnevezés Enyhén savas élelmiszerek Savas élelmiszerek
Erősen savas élelmiszerek Forrás:
pH-tartomány pH > 4,5 4 < pH < 4,5
pH < 4
Termék példák
Hőkezelés formája
húsfélék, zöldségek
sterilezés
egyes zöldségek
erős pasztőrözés vagy enyhe sterilezés
(pl. paradicsom) gyümölcsök (pl. meggy) savanyúságok
100 oC alatti pasztőrözés
[5]
Ezen felosztás alapján pl. a gyümölcsök nagy részének elegendő a 100 °C alatti vagy azt csak nagyon kismértékben azt meghaladó hőmérsékletű hőkezelés. Itt viszont vigyázni kell arra, hogy a pH-érték fajtánként, betakarítási időszakonként, érettség stb. tekintetében ingadozhat, és így a felső határérték esetén túllépés lehetséges, ami romláshoz vezethet. Ha a termék összetevők közt csak egynek is pH 4,5 vagy e feletti értéke van, akkor függetlenül az összes többi komponens pH-értékétől sterilezést kell alkalmazni.
A sterilitás fogalmai Az élelmiszerek tartóssá tétele során tisztázni kell a hőkezelt termékek sterilitásának fogalmát, melynek megértéséhez a 4.1.2. táblázat nyújt segítséget.
4.1.2. táblázat - A sterilitás fogalma és értelmezése Sterilitási fogalom
Értelmezés
Biológiai sterilitás
Minden életképes mikroorganizmus és működőképes enzim inaktiválása *
Bakteriológiai sterilitás
Minden életképes mikroorganizmus inaktiválása 207
A hőkezeléses tartósítás alapjai
Gyakorlati (kereskedelmi) sterilitás
Minden patogén és toxinképző csíra, valamint azon mikroorganizmusok és enzimek inaktiválása, amelyek a termék romlását idézik elő normál tárolási körülmények között. Megfelelő biztonságnak tekinthető, ha a Cl. botulinum jelenléte csak minden egy billiomodik (10 -12) konzervben lehetséges.
* Inaktív: saját élelmiszer közegében vagy táptalaján
4.2. A különböző hőközlési műveletek, és az élelmiszer-tartósító hőkezelés A hőmérséklet növelésével, és a megnövelt hőmérséklet bizonyos ideig való tartásával, az élelmiszereket különböző célokból kezelhetjük. Például a növényi és állati szövetek fogyasztásra, vagy további feldolgozásra alkalmas állományának és kellemes főtt ízének kialakításához, továbbá az enzimek bénításához speciális hőkezelést alkalmazunk, amit előfőzésnek nevezünk. A különböző hőközlési műveletek további céljai: megfelelő szín kialakítása, zsírok eltávolítása, a keményítő melegen oldható frakciójának eltávolítása, oxalátok kioldása, esetleg a mikroorganizmusok számának csökkentése (2). Néhány gyakorlati példa az élelmiszerek különböző célú hőközléses műveleteinek alkalmazására: • A folyékony termékek, pl. gyümölcslevek melegítése az enzimes kezelés optimális hőmérsékletére; • a folyékony élelmiszerek bepárlása, • darabos részeket tartalmazó élelmiszerek szárítása. A fenti példáktól teljesen külön kell megvizsgálni, azokat a hőközléses műveleteket, amelyeknek a célja egyértelműen az élelmiszerek hosszú idejű és biztonságos tartóssá tétele. Ezen műveletek összességét nevezzük hőkezeléses tartósításnak.
4.2.1. A hőkezeléses tartósítás főbb csoportjai Abban az esetben, amikor az alkalmazott hőkezelési művelet célja az élelmiszerek tartósságának hosszabb vagy rövidebb idejű meghosszabbítása, a következő szempontokat kell figyelembe venni: • Pasztőrözésnek nevezzük a 100 °C alatti, vagy folyékony élelmiszerek esetében a 100 °C feletti, de rövid idejű (1–2 s), ún. pillanatpasztőrözést, azaz egy viszonylag enyhe beavatkozást, amely az enzimek inaktiválása mellett a mikroorganizmusok vegetatív alakjainak elpusztítását biztosítja, ezáltal rövid idejű tartósság, esetleg hűtőtárolás alkalmazása mellett több hónapos minőség megőrzés valósítható meg. A pasztőröző hőkezelés elsősorban a spórát nem képző patogén baktériumok (szalmonellák, sztafilokokkuszok, patogén sztreptokokkuszok, brucellák, V. parahaemolyticus stb.) elpusztítását célozza. Nagy vízaktivitású élelmiszerek esetén 208
A hőkezeléses tartósítás alapjai ennek a hőkezelésnek a mértéke – a 61,1 °C-on 3,5 perces hőkezeléstől (folyékony, teljes tojás szalmonellamentesítése) a tej legalább 132,2 °C-on, 1 másodpercig végzett – „ultra nagy hőmérsékletű” (UHT) pasztőrözéséig terjed. Kisebb vízaktivitású vagy nagy zsírtartalmú élelmiszerek esetén erőteljesebb hőkezelés szükséges. A pasztőrözött élelmiszerek biztonságos voltának előfeltétele, hogy a hőkezelést olyan csomagolással egészítsék ki (a pasztőrözést megelőzően, vagy azt követően), ami az újraszennyeződésüket kizárja és a pasztőrözés után a hőkezelést túlélő, legtöbbnyire spóraképző mikroorganizmusok elszaporodásának megelőzése érdekében 10 °C-nál jóval kisebb hőmérsékleten tárolják őket. • Sterilezésnek nevezzük az élelmiszerek romlását előidéző minden mikroorganizmus hővel történő teljes elpusztítását. Bár a gyakorlatban ma minden 100 °Cnál kisebb hőmérsékleten való hőkezelést pasztőrözésnek neveznek, az ilyen tartósító hőkezelő művelet is lehet sterilezés, amennyiben a teljes pusztítást 100 °C alatti hőmérsékleten érik el. Bizonyos esetekben, pedig a sterilezésnek megfelelő technikai eszközökkel tulajdonképpen csak pasztőrözést végeznek, pl. az ún. fél és háromnegyed konzervek gyártásánál. Az eltérő tartósságú termékek esetében az alkalmazandó hőkezelés szükséglet különböző lehet, ezt a csoportosítást mutatja be a 4.2.1.1. táblázat.
4.2.1.1. táblázat - Hőkezelt tartós élelmiszerek felosztása eltarthatóság szerint Megnevezés
Hőkezelés mértéke
Eltarthatóság
Kíméletesen hőkezelt
Paszt = 30–60 perc
6 hét
„sous vide” termékek
maghőm.: 65–75 oC
6 oC alatt
Fél konzervek
1 óra 98 oC felett illetve Fo >0,4 min
3/4 konzervek
Fo= 0,6–0,8 min
Teljes konzervek
Fo= 4,0–5,5 min
Trópusi konzervek
Fo= 12–15 min
0,5 év, 5 oC 0,5–1 év, o
10 C alatt 4 év, o
25 C alatt 1 év, o
40 C alatt
Elpusztított mikroorganizmusok vegetatív csírák
mint 1. + pszichrotróf spórások mint 1. és 2. + mezofil spórás bacillusok mint 1, 2,3 + spórás mezofil clostridiumok mint 1,2,3,4, + spórás thermofil clostridiumok és bacillusok
Az élelmiszeripari gyakorlatban valójában nem a teljes sterilitáson van a hangsúly, hanem azon, hogy a hermetikus csomagolású élelmiszer, hűtés nélkül romlás mentesen legyen tárolható, és mikrobiológiai egészségártalmat ne okozzon. A stabilitás és az egészségártalom veszélyét nem hordozó, de életképes mikroorganizmusokat kis számban tartalmazó konzerveket ezért „kereskedelmileg sterilnek” szokták nevezni. 209
A hőkezeléses tartósítás alapjai A hagyományos konzerváláshoz a tartósítandó élelmiszert a hermetikusan zárható fémdobozba, vagy üveg konzervedénybe töltik, hogy az újraszennyeződését megakadályozzák. A legtöbb konzerv mikrobiológiai stabilitása gyakorlatilag korlátlan, és legalább 12 hónapig tárolható, számottevő egyéb minőségromlás nélkül szobahőmérsékleten is. Újabban egyre gyakrabban találkozhatunk hőkezelhető műanyag csomagolásokkal is, melyekben a tárolt élelmiszerek minőségmegőrzését egyéb korszerű, kíméletes tartósítási módszerekkel biztosítják (4). Aszeptikus technológiák. A fenti kereskedelmi sterilitást biztosító hőkezelési műveletek minőség centrikus fejlesztése során olyan különleges hőkezelési módszereket is kidolgoztak, amikor az előzetesen sterilezett élelmiszert teljesen csíramentes csomagolásba töltik, un. aszeptikus töltő-záró berendezéseken. Az utófertőződés így teljesen kizárható, és ezek az aszeptikus technológiával előállított termékek kiváló minőségben, akár szobahőmérsékleten is, hosszú ideig tárolhatók (speciális rozsdamentes vagy műanyag bevonatos aszeptikus tankokban, illetve minőségvédő, társított anyagú, flexibilis csomagolásokban).
4.3. A hőkezeléses tartósítás mikrobiológiai háttere – A mikroorganizmusok hőpusztulásának alapösszefüggései A hőkezelés szükséglet időtartamát a kezelendő élelmiszerek kezdeti élőcsíra száma határozza meg. Az elégséges hőkezelési időtartam annál nagyobb, minél nagyobb a kezdeti csíraszám. A mikroorganizmusok biztonságos hőpusztításához a következő adatok ismerete szükséges: • D érték: állandó hőmérsékleten végzett hőkezelés esetén szükséges hőkezelési idő, melynek során a termék élőcsíra száma a tizedére csökken (egy nagyságrendnyi csíraszám csökkenéshez szükséges idő). • Pusztulási sebesség (S): a tizedre csökkenési idővel (D érték) fordítottan arányos.
• Q10 érték: ugyanazon mikroorganizmus esetén 10 °C-kal különböző hőmérsékleteken mért tizedre csökkenési idő ( hőmérsékleti koefficiense.
), vagy pusztulási sebesség (
)
A tartós termék biztosításához nem elegendő a túlélő mikroorganizmusok számát tizedére csökkenteni, ennél jóval nagyobb pusztulási arányt szükséges elérni. Azt az időt, amely alatt a termék indulási csíraszámát az előírt mértékre tudjuk csökkenteni többségi pusztulási időnek (ξ) nevezzük. Az abszolút pusztulás a gyakorlati hőkezelés során sohasem érhető el, de hosszú pusztulási idő alatt a túlélő sejtszám közelít a nullához. • z érték: a hőpusztulási idő hőmérsékleti összefüggését adja meg, miszerint a z érték a hőpusztulási görbe iránytangensének negatív reciproka, vagyis az a hőmérsékletnövekedés (°C-ban), amely az előírt pusztulási arányhoz tartozó hőpusztulási időt pontosan 1 nagyságrenddel csökkenti. • F érték: nemzetközi megállapodás szerint választott hőmérsékleten (121,1 °C-on/250 °F-on) mért hőpusztulási idő, melyet referencia értékként használnak a hőkezelési művelet méretezése során. 210
A hőkezeléses tartósítás alapjai A különböző mikroorganizmusok hőtűrése, vagyis hőpusztulásának hőmérséklet függése eltérő, amint azt a 4.3.1. ábra is szemlélteti.
4.3.1. ábra - Különböző mikroorganizmusok hőpusztulási görbéi
211
A hőkezeléses tartósítás alapjai A mikroorganizmusok hőpusztulásával behatóan foglalkoztak világszerte a tudósok. Megállapították, hogy a legfontosabb mikroorganizmusok nedves hőre bekövetkező pusztulása első közelítésben negatív exponenciális összefüggéssel írható le (ez elsőrendű reakciónak megfelelő kinetikai leírás, és elfogadhatóságának biológiai oka feltehetőleg az, hogy nedves hő hatására az életfontosságú (vitalis) fehérjék alvadnak meg monomolekuláris reakciónak megfelelően), mely szerint az egymást követő, azonos hőkezelési időtartamok után a mindenkori kezdeti élő csíraszámnak mindig azonos hányada marad életben. Ezt az összefüggést a mikroorganizmusok túlélési görbéjéről olvashatjuk le (2.2.2. ábra). A sterilezés hőterhelésének a hőpusztulási görbe alapján történő számítását legelőször Bigelow és munkatársai javasolták. A hőpusztulási görbe segítségével méretezhető a sterilezéshez alkalmazott hőkezelő berendezés (pasztőrkád, autokláv) megkívánt hőmérséklete és a kezelés időtartama közötti összefüggés. A gyakorlatban szükségünk van az un. a steril képletre, amely megadja a hőkezelés menetét és egyes szakaszait, természetesen akkor, ha ismerjük a hőkezelendő termék leglassabban felmelegedő pontjában, az un. hidegpontban a hőmérséklet időbeli változását, ipari nyelven a hőpenetrációs görbét. A tartósítandó termék hidegponti hőmérsékletének a hőkezelési idő függvényében való ábrázolása az ún. hőbehatolási görbe, melyet a 4.3.2. ábra szemléltet.
212
A hőkezeléses tartósítás alapjai
4.3.2. ábra - A hőpenetrációs görbe
A görbe első része a felmelegedés időszaka, második része az ún. hőntartási szakasz, harmadik fázisa, pedig a befejezett hőkezelést követő lehűtés időszakában végbemenő hőmérséklet-változás.
4.4. A sterilezés méretezése – a sterilezési értékgörbe szerkesztése A hőkezelés szükséglet meghatározásához természetesen ismerni kell a tartósítási eljárás eredményességét megszabó, kiválasztott patogén mikroorganizmus kívánt mértékű pusztulása előidézéséhez szükséges hőpusztulási (ζ) időket a szóba jövő (T) hőmérsékleten. Az ún. vonatkozási mikroorganizmus F és a z értékek ismeretében kiszámíthatjuk a különböző (T) hőmérsékletekhez tartozó relatív pusztulási sebességeket, az F/ τ értékeket a 121,1 °C-nál tapasztaltra, mint egységre vonatkoztatva: 213
A hőkezeléses tartósítás alapjai A hőkezelési szükséglet megállapítására szolgál az ún. sterilezési értékgörbék felvétele. Ezen görbék elkészítése a hőbehatolási görbe és a vonatkozási mikroorganizmus (az adott hőkezelési hőmérsékleten leghőtűrőbb patogén mikroba) hőpusztulási görbéje z értékének ismeretében lehetséges. Egy ilyen sterilezési értékgörbét mutat a 4.4.1. ábra.
4.4.1. ábra - A sterilezési értékgörbe
Ezen az ábrán a hőbehatolási görbét is feltüntettük, melynek segítségével a sterilezési értékgörbe pontjait lehet meghatározni (z = 10 °C-ot alapul véve). A sterilezési értékgörbe úgy kapható meg, hogy a hőkezelési idő függvényében nem a hőmérséklet értékeket, hanem az ezekhez tartozó relatív pusztulási sebességeket (F/τ) kell feltüntetni. A sterilezési görbe alatti, F-egységekben kifejezett területet a hőkezelési folyamat ún. sterilezési egyenértéke (F0 mértéke), ami integrálszámítással 214
A hőkezeléses tartósítás alapjai állapítható meg. Tehát a sterilezési értékgörbe szerkesztése az adott hőbehatolási görbe alapján történik (2). A grafikonon minden esetben ábrázolni kell a hőkezelőtér hőmérsékletét, hidegpont hőmérsékletét, és a pusztulási sebességgörbét a hőkezelési idő függvényében.
4.5. A hőkezelési egyenértékek (egyenértékű hőkezelési idők), ezen belül a sterilezési egyenérték fogalma, és szerepe a hőkezeléses tartósításban Az F0 érték, a sterilezési egyenérték azt fejezi ki, hogy az adott hőkezelés során a tárgy hidegpontján mérhető változó hőmérsékletek a 10 °C-os z értékű mikroorganizmusra olyan pusztító hatást fejtene ki, amely F0 percnyi 121,1 °C-on tartással egyenértékű. Az F0 érték alapján a különböző hőkezelések hatékonysága összehasonlítható (3). Amennyiben a z = 10 °C-t mutató mikroorganizmus hőpusztulási sebességét 121,1 °C-on egységnyinek tekintjük, akkor pl. 100 °C-on a relatív pusztulási sebesség csak 0,0077625, azaz 100 °C-on 1/0,0077625 = 128,8-szor hosszabb idő alatt következik be azonos mérvű pusztulás, mint 121,1 °C-on. Ha a z érték nagyobb, mint 10 °C, akkor az F/τ érték a hőmérséklet növelésével kisebb mértékben nő és megfordítva. A Clostridium botulinum spórák különböző közegekben meghatározott hőpusztulási görbéinek z értéke 14,7–16,3 °F között, a nemzetközileg összehasonlítási alapul ugyancsak elfogadott Clostridium sporogenes P.A. 3679 jelű rothasztó anaerob baktériumtörzs spórái pedig z = 16,6 és 20,5 °F értékek között mozog. Ezért szokás átlagértékként z = 18 °F = 10 °C-kal számolni. A Clostridium botulinum spóráknál észlelt legnagyobb D érték 0,21 perc volt 121,1 °C-on. Az 1960-as évektől különböző hőkezelési egyenértékeket vezettek be, a már meglévő hőkezelési egyenérték mellé. A különböző egyenértékek az ipari gyakorlatban is használatosak: F, F, P, C, Edt. • Az F-fel jelölt hőkezelési egyenérték a legrégebben használt egyenérték. F0 ugyanaz, mint F, de megállapodás szerint z = 10 °C-nál. • A P-vel jelölt pasztőrözési számot 100 °C alatti hőkezelésnél használják. • A főzési számnak is nevezett C értéknél bonyolulttá teszi a helyzetet, hogy a legkülönfélébb tulajdonságokkal kapcsolatban alkalmazzák, pl. vitamintartalom, darabos anyagok mechanikai tulajdonsága, szín, érzékszervi bírálattal megállapított minősítő szám. • E-vel az enziminaktiválási számot jelöljük.
4.6. A hőkezelés mérése, a méretezés gyakorlati megvalósítása A konzervdobozokban a hőmérséklet a hely és idő függvénye (2), és a hőkezelés mértékét a doboz leglassabban melegedő pontjában az ún. magban, vagyis a doboz un. hidegpontjában (kritikus pont) kell ellenőrizni, mivel ha ez a pont megfelelő hőterhelést kap, az összes többi pont ennél biztosan többet kap, így a baktériumok elpusztítása biztos, ha a hidegpontra vonatkoztatva egy bizonyos határértéket elérünk (4). 215
A hőkezeléses tartósítás alapjai A hidegpont elhelyezkedése csomagolóeszközön belül függ a termék jellegétől (homogén pl. lunch, darabos pl. húsgombócok paradicsom mártásban, leveses pl. gulyásleves), a csomagolóeszköz geometriájától és a hőkezelő berendezés típusától pl. elárasztásos vízkeringetéses autokláv vagy vízpermetezős autokláv (5). Tapasztalataink szerint homogén termék esetén a hidegpont a doboz geometriai középpontjában vagy a doboz alsó harmada és a geometriai középpont között helyezkedik el, míg a leveses termékek esetében az alsó harmadában található. Darabos termékek esetén pl. húsgombóc mártásban, a hidegpont a mártásban lévő húsgombóc geometriai középpontjában lehet. Tehát a geometriai középpont helyett más hely is szóba jöhet attól függően, hogy az élelmiszer melyik része kapja a legkisebb hőterhelést. A baktériumok pusztulása az egyes hőmérsékleteken megtörtént részpusztulásokból tevődik össze. Ezt nevezzük integrális hőpusztulásnak, tehát a pusztulás mértékét az adott időpillanatokban egy referencia hőmérséklethez viszonyítottan elért részpusztulási egyenértékek összegzésével kapjuk meg. A hőkezelés mértékének meghatározásához grafikus számításos eljárást is megadtak. Ma már inkább csak az utóbbit használjuk (számítógépes alkalmazások). A gyakorlat számára kielégítő pontosságot adó, félpercenkénti maghőmérséklet mérés és számítás, meg kell azonban egyezni, hogy kis tömegű termékeknél illetve dinamikus (gyors) méréseknél szükség lehet sűrűbb mintavételezésre. (A legújabb ELLAB hőmérsékletmérő műszerek mintavételi sűrűsége 2 sec!) A hőpenetráció mérése erre a feladatra kialakított (hazai gyakorlatban a dán ELLAB típusú) készülék segítségével történik, ami számítógéphez csatlakoztatva automatikus adatgyűjtést tesz lehetővé. A hőmérsékleti csatornák beállításakor az alábbiak közül választhatunk: • Tc: maghőmérsékletet jelöl. A maghőmérsékletet mérő csatornákhoz fel tudjuk venni az F, P görbéket. • Ta: térhőmérsékletet jelöl (hozzá F görbe nem adható meg). • Td: a száraz csatorna a Tw pedig a nedves. Az itt mért hőmérsékletekből számítható ki a relatív páratartalom. A termék illetve a környezeti hőmérsékletét több csatornán mérve a rendszer az előre beállított időközönként rögzíti. Mindegyik maghőmérsékletet mérő csatornának (Tc) lehet saját F grafikonja. A mérés megkezdése előtt a programnak meg kell adni a referencia hőmérsékletet és a z értéket, hogy folyamatosan számolni tudja az F0 értéket.
, ahol: T = hidegpontban mért pillanatnyi hőmérséklet, Tref = referencia hőmérséklet, ami sterilezésnél 121, 1°C, z = a kiválasztott mikroorganizmusra jellemző érték (Clostridium botulinum esetében a kezelt anyagtól függően 10 és 20 között változhat, de a gyakorlatban 10zel számolunk) 216
A hőkezeléses tartósítás alapjai tp = a hőkezelés végéig eltelt idő. A következő 4.6.1. táblázat a hőkezelések során ellenőrizendő kritikus tényezőket foglalja össze.
4.6.1. táblázat - A hőkezelés során ellenőrizendő kritikus tényezők Jellemzők
Részletezés
Termék kémiai jellemzői
A termék összetétele (pl. víztartalom, zsírtartalom) maximális pH
Termék fizikai jellemzői
Maximális töltőtömeg vagy lecsepegés utáni tömeg, nettó tömeg, a szemcseméretek (mozaik képzők) elrendeződése a csomagolásban, a fél merev és flexibilis csomagolások maximális vastagsága a hőkezelés alatt, maximális vízaktivitás, a termék konzisztenciája, viszkozitása
Az alkalmazott hőkezelő berendezés típusából adódó fizikai jellemzők
Szakaszos hőkezelő berendezések: Pasztőrkád: vízhőmérséklet Autoklávok: (álló, fekvő) : vízhőmérséklet, rétegződések, hidegpont(ok), nyomás Forgó autoklávok: előzőek+ forgatási sebesség Folyamatos hőkezelő berendezések: Alagútpasztőr: láncsebesség, előmelegítő-, merülő- és lehűtő szakaszok vízhőmérséklete, hőeloszlása Osztott hidrosztatikus sterilezők (OHS): vízfürdők hőmérséklete, nyomásviszonyok, vontató lánc sebessége
A hőkezelő berendezés szabályozó és ellenőrző műszerei
Minden műszernek hitelesítettnek vagy kalibráltnak kell lennie! Hőmérők: (higanyos, digitális): ± 0,5 oC-nál pontosabb Nyomásmérők: könnyű leolvashatóság Forgatási sebesség és láncsebesség mérők: időmérésre visszavezetve Időmérők: könnyű leolvashatóság és jól láthatók legyenek
Hőkezelési paraméterek
Töltési/indulási maghőmérséklet 217
A hőkezeléses tartósítás alapjai Termék elhelyezkedése a hőkezelés alatt (pl. a autoklávozáskor palettázott, sorolt vagy ömlesztett) Felmelegítés, hőntartás és hűtés hőmérséklete Termék kikerülési maghőmérséklete Termék jellemzők
Mérőszonda „maghőmérséklet” mér-e Vákuum ellenőrzés mérés előtt és mérés után
F, P, C, E érték
A folyamat helyességét tudományosan igazoló egyenérték
A hőkezelő berendezés hideg pontjá(i)nak meghatározásai is fontos! Deviáns folyamatoknak tekintünk minden az előírt paraméterektől eltérő körülmények közt végbement hőkezelést. Ilyen esetekben meg kell állapítani, hogy a rendellenes hőkezelés: folyamatidő növekedést vagy folyamatidő csökkenést, esetleg térhőmérséklet növekedést illetve térhőmérséklet csökkenést okozott-e. A hőkezelési folyamat megszakadása tápellátási hiba, rotációs autoklávnál sebességváltozás miatt következett be.
4.7. A tartósító hőkezelés műveletének biztonsága, az egészségügyi minimum értelmezése Világszerte elfogadott eljárás, hogy a 4,5-nél nagyobb pH-jú élelmiszerek hőkezeléses sterilezésénél egészségügyi szempontból minimálisan olyan hőkezelést követelnek meg, amely Clostridium botulinum spórák 12 nagyságrendnyi pusztulását idézi elő. Ez az ún. 12D elv. Ehhez 12 ⋅ D percnyi, azaz 121,1 °C-on 12 ⋅ 0,21 = 2,52 perces hőkezelési idő szükséges (a Clostridium botulinum spórák F értéke tehát 2,52 perc). Más hőkezelési hőmérsékletek esetére szükséges hőkezelési időket az előbbiek alapján a z = 10 °C érték figyelembe vételével lehet kiszámítani. Az élelmiszerekben azonban a Clostridium botulinum spórákénál nagyobb hőtűrésű baktérium spórák is előfordulhatnak – főleg a nagy optimális szaporodási hőmérsékletű, termofil baktériumoké, amelyek a konzerv nagyobb hőmérsékletű tárolása esetén jelentenének különösen súlyos romlási veszélyt. Ezért a termék összetételét, mikroflóráját és tárolási körülményeit is figyelembe véve kell megállapítani, hogy az adott konzerv gyártásánál az alkalmazandó hőkezelés hányszorosa legyen az egészségügyi minimumnak. A pH 4,5-nél savasabb termékekben a Clostridium botulinum elszaporodásával nem kell számolni és a 12 D-elvet sem kell alkalmazni. A savas közeg jelentősen csökkenti a spórák hőellenállását, és az ilyen termékek tartósítására gyakran a 100 °C alatti hőkezelés is elegendő, amelynek F0 egyenértéke csak néhány századezred perc.
218
A hőkezeléses tartósítás alapjai
4.8. A tartósított élelmiszerek biztonsága, az esetleges romlások eredete A hőkezelt termékek tárolása során előforduló romlások lehetnek bakteriológiai, kémiai és fizikai eredetűek, melyeket most a hőkezelés külső körülményeivel való összefüggésben tárgyalunk. • Bakteriális romlások: A bakteriális romlásokat, amelyek a konzervdoboz puffadáshoz vezetnek, gázképző baktériumok okozzák. A leggyakoriabbak és legveszélyesebbek, amikor a zárásprofilt szétfeszíti a kritikus nyomás különbség. Ennek fő oka a rossz zárás, és/vagy az ún. alulhőkezelés lehet. Ez utóbbi annyit jelent, hogy a doboz tartalma összességében kevesebb mértékű hőkezelést kapott a benne lévő mikroorganizmusok elpusztításához, mint kellett volna. A túlélő baktériumok legtöbbször spórásak pl. clostridiumok (Cl. sporogenes, Cl. butyricum) bacillusok (B. subtilis, B. cereus). A clostridiumok fehérjebontók, a doboz tartalma romlott szagú, vajsavat és légzárványokat tartalmaz. A szerves savak mellett ammónia is képződhet az amino-csoportból. Kimutathatóak illékony és nem illékony kénvegyületek a kéntartalmú aminosavakból. A Bacillusok hasonló jelenségeket idéznek elő, de azok hatása sokkal kisebb. Az íz és szagelváltozás kismértékű, a konzisztencia felpuhulása el is maradhat, vagy éppen kismértékben léphet fel. A vegetatív baktériumok a sterilezést nem élik túl. A spórás baktériumok 15 °C alatt nem mindig okoznak romlási jelenségeket, annál inkább 15 °C felett, ezért nyáron sokkal többször fordulnak elő. Az elváltozások a doboz közepe körül jelentkeznek. • Bakteriális romlás (gázfejlődés nélkül): ennek a romlásnak a felismerhető tünetei a doboztartalom felpuhulása és elfolyósodása. A szag és íz elváltozás csak kismértékű. A termofil aerob spóraképzők is savanyítani tudják a terméket romlás nélkül, ezt nevezik sima savanyodásnak. A mikrokokkuszok is okozhatják a termék lesavanyodását a tömítetlenség következtében fellépő fertőzés révén. A bakteriális romlások további okai lehetnek még, hogy nem tartották be az előírt sterilezési értéket, a csomagolásban levő spórák tizedre csökkenési ideje és hőmérséklete nagyobb a feltételezettnél, a kiindulási spóraszám nagyobb, mint a feltételezett, a kezdeti és végső csíraszám értékét túl kicsire vették, hibás sterilezési egyenérték számítás történt, a hőpenetrációt befolyásoló tényezők megváltoztak és ezt a steril képletben nem vették figyelembe. Az okok kiderítéséhez minden esetben meg kell vizsgálni a nyers mintát, a tényleges hőbehatolási (hőpenetrációs) görbét. Ajánlatos időközönként gyártásközi bakteriológiai méréseket végezni. • Kémiai és fizikai romlások: A kémiai romlások bakteriális eredetű savtermelés, valamint az élelmiszer és a termékből felszabaduló savas karakterű anyagok és a doboz anyagának kölcsönhatásából eredhetnek. Fizikai romlást okozhat a helytelen zárás illetve autoklávos hőkezelés esetén a helytelen ellennyomás alkalmazása következtében fellépő sérülések: Ha az ellennyomás túl alacsony az a doboz hordósodásához (szélsőséges esetben robbanáshoz) vezethet. Ha a külső nyomás túl magas az a doboz behorpadásához (szélsőséges esetben összeroppanáshoz) vezethet. A pontosan szabályozott ellennyomás alkalmazása különösen a nagy térfogatú vákuumzárású termékek hőkezelésnél kritikus tényező.
219
5. fejezet - Irodalom Irodalomjegyzék az 1. fejezethez (1)
Imre Zs., Major T. (2006): Időszaki tájékoztató: Gyümölcs-, szőlő- és zöldségtermesztés, 2005. KSH, Budapest, 2006.
(2)
Kaposi L., Bóday P., Valkó G. (2007): Mezőgazdaság 2006. Központi Statisztikai Hivatal, Budapest. ISBN 978-963-235-116-2
(3)
Bíró Gy., Lindner K. (1999): Tápanyagtáblázat. Medicina Könyvkiadó Rt. Budapest
(4)
Rodler I. (2005): Új tápanyagtáblázat. Medicina Könyvkiadó Rt. Budapest
(5)
Statisztikai Tükör, 2007/31. www.ksh.hu
(6)
Göndör J.-né. (1997): Birs. In: G. Tóth M. (szerk.): Gyümölcsészet. Primom Vállalkozásélénkítő Alapítvány. Nyíregyháza. 149–155.
(7)
Szabó Z. (1997/a): Szilva. In: G. Tóth M. (szerk.): Gyümölcsészet. Primom Vállalkozásélénkítő Alapítvány. Nyíregyháza. 211–236.
(8)
Apostol J., Brózik S. (1998): Cseresznye. In:. Soltész M. (szerk.): Gyümölcsfajta-ismeret és –használat. Mezőgazda Kiadó. Budapest. 309–329.
(9)
Szabó Z. (1998): Őszibarack. In: Soltész M. (szerk.): Gyümölcsfajta-ismeret és -használat. Mezőgazda Kiadó. Budapest. 200–233.
(10)
Szabó Z. (1997/b): Kajszi. In: G. Tóth M. (szerk.): Gyümölcsészet. Primom Vállalkozásélénkítő Alapítvány. Nyíregyháza. 195–210.
(11)
Dénes F. (1997): Málna, szeder, szedermálna. In: G. Tóth M. (szerk.): Gyümölcsészet. Primom Vállalkozásélénkítő Alapítvány. Nyíregyháza. 295–316.
(12)
Balázs S. (1994): A zöldségnövények származása és csoportosítása. In: Balázs S. (szerk.): Zöldségtermesztők kézikönyve. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 13–19.
(13)
Farkas J. (1994): Paradicsom. In: Balázs S. (szerk.): Zöldségtermesztők kézikönyve. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 195–226.
(14)
Gyúrós J. (1994): Burgonya. In: Balázs S. (szerk.): Zöldségtermesztők kézikönyve. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 283–288.
(15)
Hódossy S. (1994): Uborka. In: Balázs S. (szerk.): Zöldségtermesztők kézikönyve. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 318–346.
(16)
Nagy J. (1994): Borsó. In: Balázs S. (szerk.): Zöldségtermesztők kézikönyve. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 356–372.
(17)
Szabó I. (1994): Zeller. In: Balázs S. (szerk.): Zöldségtermesztők kézikönyve. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 420–430. 220
Irodalom (18)
Zatykó F. (1994): Káposztafélék. In: Balázs S. (szerk.): Zöldségtermesztők kézikönyve. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 475–523.
(19)
Tarjányi F. (1994): Vöröshagyma. In: Balázs S. (szerk.): Zöldségtermesztők kézikönyve. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 601–618.
Irodalomjegyzék a 2. fejezethez (1)
Almási E.: (szerk.) : Élelmiszerek gyorsfagyasztása. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1977. p. 201–296.
(2)
Alzamora, S. M. és Chirife, J.: The water activity of canned foods. J. of Food Sci., 1983.v.48, p. 1385–1387.
(3)
Blenford, P. E.: The potential of carbon dioxide as an extraction solvent. A kiadvány címe(58) alatt található. p. 207–216.
(4)
Bognár V.-né és Deák T.: Savanyúságok. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1978.
(5)
Bomben, J. L. et al.: Aroma recovery and retention in concentration and drying of foods. Advences in Food Research, Vol. 20. (szerk.: Chichester, C. O. et al.) Academic Press, New-York, London, 1973. p. 1–111. (6)
Brogle, H.: High pressure extraction, process and application. A kiadvány címe(58) alatt található, p. 223–225.
(7)
Charm, S. E.: Fundamentals of Food Engineering. The AVI Publishing Company, Westport (Connecticut), 1971.
(8)
Chirife, J. et al.: A new model for describing the water sorption isotherm of foods. J. of Food Sci., 1983, v. 48, p. 1382–1383.
(9)
Choi, V. és Okos, M.R.: The thermal properties of tomato juice concentrates. Transactions of the ASAE, 1983, v. 26, p. 305–311.
(10)
Croft, D. R. és Lilley, D. G.: Heat Transfer Calculations Using Finite Difference Equations. Applied Science Publishers, London, 1977.
(11)
Deák T., Farkas J. és Incze K.: Konzerv-, Hús- és Hűtőipari Mikrobiológia, Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1980.
(12)
Deák T.: Microbial-ecological principles in controlled atmosphere storage of fruits and vegetables. Microbial Associations and Interactions in Food. (szerk.: Kiss I., Deák T. és Incze K.) Akadémiai Kiadó, Budapest, 1983, p. 9–22. (13)
Demeczky M., Khell Á.-né és Godek F.-né: A membránszeparációs technika alapjai, élelmiszeripari és egyéb alkalmazása, I., II. és III. rész. Élelmezési Ipar, 1983, v. 27, N° 11, p. 401–406; N° 12, p. 450–459; 1984, v. 28, N° 1, p. 2–4. (14)
Fejes G. és Tarján G.: Vegyipari gépek és műveletek. Tankönyvkiadó, Budapest, 1975.
(15)
Fejes G. és Fábry Gy.: Vegyipari gépek és műveletek II. Tankönyvkiadó, Budapest, 1975.
(16)
Ferenczi S. és Kerényi Z.: Antocianin készítmények előállítása természetes alapanyagból. Élelmezési Ipar, 1979, v. 33, N° 4, p. 137–140. 221
Irodalom (17)
Flechter, S.W.: Some physical properties of foods (Electri-cal properties). Theory, Determination and Control of Physical Properties of Food Materials (szerk.: Rha, Chokyun). Reidel Publishing Company, Doodrecht (Hollandia), Boston, 1975, p. 357–365. (18)
Gondár J.: A dielektromos technika ipari alkalmazása. A Mérnöki Továbbképző Intézet előadássorozatából: 4442, Budapest, 1966.
(19)
Grote, M. és Fromm, H. G.: Fine structural analysis of the morphological changes involved in the blanching, cooking, dehydration and rehydration of green pea pod tissue. Lebensmittel-Untersuchung u. Forschung, 1978, v. 166, p. 203–207. (20)
Grőber, H., Erk, S. és Grigull, U.: Die Grundgesetze der Wärmeübertragung. Springer Verlag, Berlin, Göttingen, Heidelberg, 1963.
(21)
Guegov, J.: General correlation between the cryoscopic temperature and the soluble solids content of fruits and vegetables. J. of Food Techn., 1980, v. 15, p. 607–612. (22)
Gyönös K. (szerk.): Konzervipari technológia I. A Kertészeti Egyetem Tartósítóipari Kar jegyzete, Budapest, 1972, p. 18–24.
(23)
Hammond, S. M. és Carr, J. G.: The antimicrobial activity of SO2 with particular reference to fermented and non-fermented fruit juices. Inhibition and Inactivation of Vegetative Microbes (szerk.: Skinner, F. A és Hugo, W. B.). Academic Press, New-York, 1976. p. 89–106. (24)
Hunek J. és Sawinsky J.: Válogatott fejezetek a vegyipari műveletekből, I. A BME Vegyészmérnöki Kar és a BME Továbbképző Intézet kiadványa (Ve: 194). Tankönyvkiadó, Budapest, 1978. (25)
ICMSF: Factors affecting life or death of microorganisms. Microbial Ecology of Foods. Vol. I. Academic Press, New-York, 1980, p. 19–23.
(26)
Inczédy J. (szerk.): Ioncserélők és alkalmazásuk. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1980.
(27)
Ingram, M. és Mackey, B. M.: Inactivation by cold. Inhibition and Inactivation of Vegetative Microbes (szerk.: Skinner, F. A és Hugo, W. B.). Academic Press, New-York, 1976, p. 111–151. (28)
Ingram, M. és Farkas J.: Microbiology of foods pasteurized by ionising radiation. Acta Alimentaria, 1977, v. 6, p. 123–185.
(29)
Jason, A C. és Jowitt, R.: Physical properties of foodstuffs in relation to engineering design. DECHEMA Monographien, Nr. 1125–1143. Bd. 63. Verlag Chemie, Wein-heim (NSZK), 1969, p. 21–72. (30)
Kardos E., Gyönös K. és Szenes E.-né (szerk.): Konzervipari zsebkönyv. Műszaki Kiadó, Budapest, 1963.
(31)
Kardos E. és Szenes E.-né (szerk.): Konzervipari zsebkönyv. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1972.
(32)
Kardos E. (szerk.): Obst- und Gemüsesäfte. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1979.
(33)
Karel, M.: Properties controlling mass transfer in foods and related model systems. A kiadvány címe(41) alatt található, p. 221–250. 222
Irodalom (34)
Kaszatkin, A.G.: Alapműveletek, gépek és készülékek a vegyiparban. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1976.
(35)
Kiss L.-né, Papp B. és Forró E.: Konzervkészítményeken végzett kísérletek a redoxpotenciál és a mikrobiológiai változások összefüggésének vizsgálatára. Konzerv- és Paprikaipar, 1981, v.- N° 4, p. 139–144. (36)
Körmendy I.: Folyamatos borsóhűtő berendezések kalorikus méretezéséről. A Konzerv- és Paprikaipari Kutatóintézet Közleményei, 1960, p. 17–19.
(37)
Körmendy I. és Jegesi Gy.: Pépes anyagok csöves hőcserélőivel kapcsolatos néhány kérdés vizsgálata. Gép, 1961, v. 13, N°2, p. 49–52.
(38)
Körmendy I.: A konzerviparban feldolgozott folyadékféleségek fizikai jellemzői. Konzerv- és Paprikaipar, 1972, v.-, N°3, p. 96–113.
(39)
Körmendy I.: A hőkezeléssel történő tartósítás korszerű ipari technológiái. A Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem Tartósítóipari Kar jegyzete, 1982.
(40)
Körmendy I.: Anyagok hőkezelés alatti változásaival kapcsolatos újabb szemléleti és számítási ismeretek. Élelmezési Ipar, 1982, v. 36, N° 10, p. 361–370.
(41)
Körmendy I.: Kezelőoldatok ozmózisnyomásának számítása. Konzervtechnológiai gyakorlatok (szerk.: Pátkai Gy.). A Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem jegyzete, Budapest, 1986. p. 137–139: (42)
Körmendy I.: Outline of a system for the selection of the optimum sterilization process for canned foods, I. Calculation methods. Acta Alimentaria, 1987, v. 16, N° 1, p. 3–27. (43)
Kraft, A. A. és Rey, C. R.: Psychrotrophic bacteria in foods. Pood Technology, 1979, v. 33, N° l, p. 66–71.
(44)
Labusa, T. P.: The effect of water activity on reaction kinetics of food deterioration. Food Technology, 1980, v. 34, N° 4, p. 36–41, 59.
(45)
Leniger, H. A. és Beverloo, W. A.: Food Process Engineering. Reidel Publishing Comp., Doodrecht (Hollandia) , Boston, 1975.
(46)
Litvai E.: Válogatott fejezetek az áramlástan köréből (nemnewtoni folyadékok mechanikája). A Mérnöki Továbbképző Intézet kiadványa, G59. Tankönyvkiadó, Budapest, 1965. (47)
Maszlikov, V. A. és Medvegyev, O. K.: Nekotorüe fizicseszkie konstantü tomatoproduktov. Piscsevaja Technologia, 1967, v.-, N° 4, p. 78–79.
(48)
Namesztnyikov, A F.: Vizsgálatok konzervek és egyéb élelmiszerek örök fagy körülményei közötti tárolásával kapcsolatban. Konzerv- és Paprikaipar, 1976, v. -, N° 1, p. 10–13. (49)
Namesztnyikov, A. F.: Különlegesen hosszú ideig tárolt konzervek. Konzerv- és Paprikaipar, 1979, v.-, N 5, p. 165–16 8.
(50)
Oplatka Gy. és Tegze M.: A cukorgyári diffúziós folyamat elmélete III. A Cukoripari Kutatóintézet Évkönyve, 1951–1952. Élelmiszeripari Begyűjtési Könyvés Lapkiadó Vállalat, Budapest, 1953, p. 33–78. (51)
Pál S.: Ellenáramú diffúziós rendszerekről. Az MTA Matematikai és Természettudományok Osztályának Közleményei, 1951, V. 1, N° 1, p. 143–163. 223
Irodalom (52)
Polley, S. L., Snyder, O. P. és Kotnour, P.: A compilation of thermal properties of foods. Food Technology, 1980, v. 43, N° 11, p. 76–95.
(53)
Rha, Chokyun: Thermal properties of food materials. A könyv címe(17) alatt található, p. 311–355.
(54)
Rockland, L. B. és Nishi, S. K.: Influence of water activity on food product quality and stability. Food Technology, 1980, v. 34, N° 4, p. 42, 44–46, 48–51, 59.
(55)
Rogacsev, V. I. (szerk.): Élelmiszerek aszeptikus tartósításA Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1983.
(56)
Schmidt–Lorenz, W.: Mikrobiologische Probleme bei tiefgefrorenen und gefriergetrockneten Lebensmitteln. Arch. Hyg. Bakteriol., 1970, v. 154, p. 151–159.
(57)
Skelland, A. H. P.: Non-newtonian Flow and Heat Transfer. Wiley and Sons, New-York, London, Sidney, 1967.
(58)
Spaninks, J. A. M.: Calculation methods for solid-liquid extractors. Progress in Food Engineering, Proceedings of Europian Symposium of the Food Working Party of the E.F.C.E. (szerk.: Cantarelli, C. és Perl, C.). Vorster Verlag, Küsnacht (Svájc), 1983, p. 109–126. (59)
Stumbo, C. R.: Thermobacteriology in Food Processing. Academic Press, New-York, 1973.
(60)
Szenes E.-né és Nadabán P.: Besűrítés az élelmiszeriparban. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1964.
(61)
Takács S. et al.: Dielektromos belső hőkeltésű szárítás. Szárítási kézikönyv (főszerk.: Imre L.) Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1974, p. 366–408.
(62)
Thijssen, I. H. A.: Recent developments in freeze concentration of food liquids. A kiadvány címe(29) alatt található, p. 153–177.
(63)
Tóthné V. I. et al.: Konzervipari termékek vízaktivitása. Konzerv- és Paprikaipar, 1983, v.-, N°3, p. 111–114.
(64)
Tóth A.-né: Konzervipari termékek mikrobiológiai vizsgálatának tapasztalatai. Konzerv- és Paprikaipar, 1984, v.-, N°3, p. 94–96.
(65)
Troller, J. A.: Food spoilage by microorganisms tolerating low a environments. Food Technology, 1979, v. 33, N°1, p. 72–75.
(66)
Tschubik, J. A. és Maszlow, A. I.: Wärmephysikalische Konstanten von Lebensmitteln in Halbfabrikaten. VEB Fachbuchverlag, Lipcse, 1973.
(67)
Varsányi I.: Tartósítóipari csomagolástechnika. A Kertészeti Egyetem Tartósítóipari Karának jegyzete, Budapest, 1984.
(68)
Vecser, A. Sz. és Jurcsenko, L. A.: Szidrü Jablocsnüe Igrisztie Vina. Piscsevaja Prom., Moszkva, 1976.
(69)
Viszkey Gy.: Csomagolószerek. Élelmiszerek csomagolásának tervezése és szervezése (szerk.: Magyari–Kossa B.). Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1982, p. 40–46. (70)
Vukov K.: Hőkezelés a tartósítóiparban. A Kertészeti Egyetem Tartósítóipari Karának jegyzete. Budapest, 1981.
(71)
Vukov K.: Nagy viszkozitású növényi élelmiszerek hőterhelésének néhány kérdése. Élelmezési Ipar, 1982, v. 36, p. 81–85. 224
Irodalom (72)
Vukov K. és Barta J.: Konzervtechnológia I. A Kertészeti Egyetem Tartósítóipari Kar jegyzete, Budapest, 1984.
(73)
Vámosné Vigyázó L.: Poliphenol oxidase and peroxidase in fruits and vegetables. CRC Critical Reviews in Food Sci. and Nitrition, 1981, v.-, N° Sept (szeptember), p. 49–127. (74)
Wiley, R. C. és Binkley, C. R.: Methods to improve the solid-liquid extraction of fresh apple tissue. A kiadvány címe(58) alatt található, p. 241–242.
(75)
Ott J.: Dielektromos hevítési kísérletek különböző konzervipari műveletek elvégzésére. A Konzerv- és Paprika-ipari Kutatóintézet Közleményei, 1960. p. 25–29.
(76)
Imre L. és Szabó I.: Transzportfolyamatok. A BME Villamosmérnöki Kar jegyzete. Tankönyvkiadó, Budapest, 1979.
(77)
Möslang, H.: Die Ultrafiltration in Fruchtsaftbetrieb. Confructa, 1984, v. 29, N° 3, p. 219–224.
(78)
Sheu, M. J. és Wiley, R. C.: Preconcentration of apple juice by reverse osmosis. J. of Food Sci., 1983, v. 48, p. 422–429.
(79)
Sheu, M. J. és Wiley, R. C: Influence of reverse osmosis on sugar retention in apple juice concentration. J. of Food Sci., 1984, V. 49, p. 304–305.
(80)
Bélafiné Bakó K. (2002): Membrános műveletek. Veszprémi Egyetemi Kiadó, Veszprém.
(81)
Cheryan M. (1998): Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, Technomic, Lancaster, Basel.
(82)
Fonyó Zs., Fábry Gy. (1998): Vegyipari művelettani alapismeretek. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest.
(83)
Porter M. C. (l990): Handbook of Industrial Membrane Techology, Noyes Data, Park Ridge
(84)
Rautenbach R. (1997): Membranverfahren, Verlag, Berlin.
(85)
Körmendy I.: Tulajdonságváltozások sterilezéskor és pasztőrözéskor (1.1.4. pont). Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái-ban (szerk. Barta J. és Körmendy I.). Mezőgazda Kiadó, Budapest, 2007. p. 28–32.
Irodalomjegyzék a 3. fejezethez (1)
Ábrahám T. (szerk.): A konzervgyártás műveleteinek gépei. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1980.
(2)
Ábrahám T., Détári E. és Pajakovics B.: Dekanteres almalényerés értékelése a Nagykőrösi Konzervgyárban. Konzerv- és Paprikaipar, 1985, v.-, N 3, p. 85–88.
(3)
Adams, J. P., Simunovic, J. és Smith, K. L.: Temperature histories in a UHT indirect heat exchanger. J. of Food Sci., 1984, v. 49, p. 273–277.
(4)
Adolphy, G.: Lehrbuch der chemischen Verfahrenstechnik. VEB Grundstoff-Verlag, Lipcse, 1966. 225
Irodalom (5)
Anon.: Druck-Zerkleinerung-Verfahren (cell cracking system). Ind. Obst und Gemüseverwertung, 1979, v. 64, N° 18, p. 501–504.
(6)
Anon.: Trockenschäler. Ind. Obst- und Gemüseverwertung, 1980, v. 65, N°13, p. 347–350.
(7)
Ashton, C. és Valentin, F. H. H.: The mixing of powders and particles in industrial mixers. Trans. of the Inst. of Chem. Engineers, 1966, v. 44, p. 166-.
(8)
Balla F.: Konzervipari táblázatok és számítások. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1977.
(9)
Bányainé Sándor J. és Perczelné Zalai M.: Tartósított termékek statisztikai minőségellenőrzése. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1983.
(10)
Barta J. és Bödör K.: Különböző körtefajták vegyi hámozási paramétereinek alakulása. Konzerv- és Paprikaipar, 1975, v.-, N° 4, p. 149–150.
(11)
Barta J.: Kertészeti termékek elsődleges konzervipari feldolgozásának technológiai jellemzése. Kertészeti Egyetem Közleményei 1979, v. 3, p. 177–182.
(12)
Baumann, G.: Einsatz und Erfahrung mit einer neuen Bandpresse. Flüssiges Obst, 1984, v. 51, N°7, p. 324–326, 331–335.
(13)
Baumann, G., Strobel, B. és Glerschner, K.: Mikrofiltration und Ultrafiltration von Apfelstiften. Pflüssiges Obst, 1986, v. 53, N°5, p. 246–248, 257–261.
(14)
Binning, R. és Possmann, Ph.: Erste Erfahrungen mit der BELLMER-Winkelpresse in Fruchtsaftbetrieben. Flüssiges Obst, ±984, v. 51, N° 1, p. 2–8, 13.
(15)
Brown, H. E. et al.: Preeze peeilng improves quality of tomatoes. J. of Food Sci., 1970, v. 35, p. 485–488.
(16)
Calderbank, P. és Mun-Woung, M.: The power characteristics of agitators for the mixing of newtonian and non-newtonian fluids. Trans. of the Inst. of Chem. Engineers, 1961, v. 39, p. 337-. (17)
Cumming, D. B., Stark, R. és Sanford, K. A.: The effect of an individual quick blanching method on ascorbic acid retention in selected vegetables. Journal of Food Processing and Preservation, 1981, v. 5, N° 1, p. 31–37. (18)
Davrskij, A. A. és Maclhin, U. A.: Rezanie piscsevüh materialov. Piscsepromizdat, Moszkva, 1980.
(19)
Domonkos L.: A szeletelésnek és az alma egyes mechanikai tulajdonságainak hatása a diffúziós lényerésre. Konzerv- és Paprikaipar, 1980, v.-, N° 1, p. 19–22.
(20)
Dörreich, K.: „Totalverflüssigung” von Apfeln. Flüssiges Obst, 1983, V. 50, p. 304–307.
(21)
Fejes G.: Centrifugálas. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1967.
(22)
Fejes G.: Ipari keverőberendezések. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1970.
(23)
Plores, J. és Heatherbell, D.: Maischeoptimierung zur Erhöhung der Ausbeute Farbe und Saft bei Erdbeeren. Flüssiges Obst, 1984, v. 51, N°7, p. 32u–324.
(24)
Gasztonyi K. (szerk.): Az élelmiszerkémia alapjai. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1979. 226
Irodalom (25)
Görtges, S. et al.: Flotation, eine neue Möglichkeit der Fruchtsaftklärung, Teil 2. Flüssiges Obst, 1986, V. 53, N° 4, p. 188–191. 194–197.
(26)
Gyaraki Z. (szerk.): A zöldség- és gyümölcsfeldolgozás előkészítő műveletei. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1977.
(27)
Gyönös K., Hergár E. és Barta J.: Konzervipari technológia II. A Kertészeti Egyetem Tartósítóipari Karának jegyzete, Budapest, 1973.
(28)
Harkay T. és Bontovits L.: A TOMACOLOR paradicsom-színminősítő alkalmazási tapasztalatai. Konzerv- és Paprikaipar, 1981, v.-, N°1, p. 10–13.
(29)
Havas E.-né: A lúghámozás üzemi tapasztalatainak értékelése. Konzerv- és Paprikaipar, 1955, v.-, N : nov-dec., p. 21–24.
(30)
Hemming, W.: Verfahrenstechnik. Vogel-Verlag, Würtzburg, 1975.
(31)
Hergár E. (szerk.): Konzervipari technológia III. A Kertészeti Egyetem Tartósítóipari Karának jegyzete, Budapest, 1977.
(32)
Horváth A.-né: Szín szerinti válogató berendezések vízsgálata különböző tartósítóipari nyersanyagok részére. Szakmérnöki diplomamunka. Kertészeti Egyetem Tartósítóipari Kar, 1983. (33)
Jasper, G. és Bor S.: Commercial Fruit Processing. The AVI Publishing Comp., Westport (Connecticut), 1975.
(34)
Kantorowitsch, S. P.: Chemiemaschinen. VEB Verlag Technik, Berlin, 1970.
(35)
Kardos E. (szerk.): Gyümölcs- és zöldséglevek, üdítőitalok. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1962.
(36)
Kardos E., Gyönös K. és Szenes E.-né (szerk.): Konzervipari Zsebkönyv. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1963.
(37)
Kardos E. és Szenes E.-né (szerk.): Konzervipari Zsebkönyv. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1972.
(38)
Kardos E. (szerk.): Obst- und Gemüsesäfte. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1979.
(39)
Kardos E.: Lényerés extrahálással és enzimes kezeléssel. Konzerv- és Paprikaipar, 1982, v., N°1, p. 3–69.
(40)
Kaszatkin, A. G.: Alapműveletek, gépek és készülékek a vegyiparban. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1976.
(41)
Kádár Gy.: Borászat. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1983.
(42)
Kerényi J. – Mühl J.: Konzervipari szakmai gépek. Felsőfokú Élelmiszeripari Technikumi jegyzet. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1969.
(43)
Kindler J. és Karácsonyi D.: Laboratóriumi adatok feldolgozása. Konzervipari Zsebkönyv (szerk.: Kardos E. és Szenes E.-né). Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1972. p. 606–629. (44)
Komándi Gy.-né: A kertészeti termények agrofizikai adatai. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1981. 227
Irodalom (45)
Konzerv- és Paprikaipari Kutatóintézet: Nem publikált kísérleti eredmények, 1967.
(46)
Kovács I.: Almaszeletek színstabilitásának és állományváltozásának vizsgálata. Az almabefőtt gyártásának problémái, a technológiai folyamat korszerűsítésének lehetőségei. Diplomamunka, Kertészeti Egyetem Tartósítóipari Kar,1983. (47)
Körmendy I.: Folyamatos borsóhűtő berendezések kalorikus méretezéséről. A Konzerv- és Paprikaipari Kutatóintézet Közleményei, 1960, p. 17–19.
(48)
Körmendy I.: Almalé préselésével kapcsolatos mérési eredmények. A Konzerv- és Paprikaipari Kutató Intézet Közleményei, 1961, p. 1–9.
(49)
Körmendy I., Gyönös K. és Virágos I.: Lényerési vízsgálatok almából. Konzerv- és Paprikaipar, 1961, N°: szept.-okt, p. 139–146.
(50)
Körmendy I., Gyönös K. és Virágos I.: Az 1960–61 években a Konzerv- és Paprikaipari Kutató Intézetben végzett préselési vizsgálatok összefoglalása. Konzervés Paprikaipar, 1962, N°: jan.-febr., p. 9–12. (51)
Körmendy I.: A folyadék és szilárd rendszerek préseléssel történő elválasztásának elmélete és az elmélet igazolását szolgáló mérések. Műszaki doktori értekezés. Budapesti Műszaki Egyetem, Budapest, 1963. (52)
Körmendy I.: Hámozás. Konzerv- és Paprikaipar. A konzervipar műszaki színvonala, 1963, v.-, N : különszám, p. 3–9.
(53)
Körmendy I.: Előkészítőgépek. Konzervipari Zsebkönyv (szerte.: Kardos E., Gyönös K. és Szenes E.-né). Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1963, p. 389–443.
(54)
Körmendy I.: A pressing theory with validating experiments on apples. J. of Food Sci., 1964, v. 29, p. 631–634.
(55)
Körmendy I.: Verfahrenstechnische Grundlagen der Entsaftung von Früchten durch Pressen. Fruchtsaft-Industrie, 1965, v. 10, p. 246–262.
(56)
Körmendy I. és Püspök J.: Folyamatos vákuumhúzató berendezéssel végzett kísérletek és műszaki kérdések. Konzerv- és Paprikaipar, 1967, v.-, N°3, p. 97–101.
(57)
Körmendy I.: A fajsúly szerinti zöldborsó osztályozás hazai alkalmazása és a használatos géptípusok. Gép, 1967, v. 19, N°3, p. 91–95.
(58)
Körmendy I.: New apparatus to study the pressing process, experimental and evaluation methods, correlation between pressure and equilibrium juice yield in the case of apple pulp. Acta Alimentaria, 1972, v. 1, p. 315–340. (59)
Körmendy I.: A konzerviparban feldolgozott folyadékféleségek fizikai jellemzői. Konzerv- és Paprikaipar, 1972, N° 3, p. 96–113.
(60)
Körmendy I.: Contribution to the three-dimensional pressing theory and its one-dimensional application. Acta Alimentaria, 1974, v. 3, N°1, p. 93–110.
(61)
Körmendy I.: A préselt gyümölcszúzat fizikai jellemzői, alma-préselési kísérletek újabb eredményei. I.–II. Konzerv- és Paprikaipar, 1974, N°2, p. 54–62; N °3, p. 109–118. (62)
Körmendy I., Gyönös K. és Szladovits J.-né: Almafajták összehasonlító vizsgálata préselhetőség szempontjából. Konzerv- és Paprikaipar, 1975, N° 1, p. 17–19. 228
Irodalom (63)
Körmendy I. és Monostori E.: Laboratóriumi és üzemi kísérletek a préselés léhozamának növelésére almazúzathoz történő perlit adagolásával. Konzerv- és Paprikaipar, 1978, N°5, p. 171–176. (64)
Körmendy I.: A préselés elméleti kérdései és a préselt anyag fizikai jellemzői, különös tekintettel a gyümölcszúzatok préselésére. Kandidátusi értekezés, Budapest, 1978. (65)
Körmendy I.: Experiments for the determination of the specific resistance of comminuted and pressed apple against its own juice. Acta Alimentaria, v. 8, p. 321–342. (66)
Körmendy I.: Berendezés szilárd jellegű anyagokból, elsősorban konzervipari nyersanyagokból, gázok eltávolítására és ezeknek egyidejűleg folyadékban történő kezelésére. MNK Szabadalom, lajstromszám: 168533., 1980. (67)
Körmendy I.: Áramlástani és hőtani méretezés sűrített paradicsom gyártásánál kapott paradicsomzúzatokra és paradicsomlevekre vonatkozóan. Kutatási jelentés, Kertészeti Egyetem – KPKI, 1981. (68)
Körmendy I.: Anyagok hőkezelés alatti változásaival kapcsolatos újabb szemléleti és számítási ismeretek. Élelmezési Ipar, 1982, v. 36, N°10, p. 361–370.
(69)
Körmendy L: Fundamentals of mechanical expression with aspects of generalization of the expression theory. Progress in Food Engineering, Proceedings of an Europian Symposium of the Food Working Party of the E.P.C.E. szerk. Cantarelli, C. és Peri C. Forster-Verlag, Küsnacht (Sveic), 1983, p. 47–59. (70)
Lee, C. X., Bourne, M. C., Van Buren, I. P.: Effect of blanching treatments on the firmness of carrots. J. of Food Sci., 1979, V. 44, N°2, p. 615–616.
(71)
Leoni, C. és Bellucci, G.: Le conserve di pomodore. Artegrafica Silva s.r.l., Parma, 1980.
(72)
Linke, L. és Kluge, Ch.: Untersuchungen zur Erwärmung breiartiger Obst- und Gemüseprodukte in einem Flachrohr-Wärmeüberträger. Lebensmittelindustrie, 1984, v.31, N°4, p. 212–216. (73)
Loncin, M.: Die Grundlagen der Verfahrentechnik in der Lebensmittelforschung. Verlag Sauerlander, Aarau, Frankfurt am Main, 1969.
(74)
Lukács Gy.: Színmérés. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1982.
(75)
Mathels, G.: Enzymatic Browning of Foods. 2. Lebensm. Un-ters. Forsch., 1983, v. 176, p. 454–462.
(76)
Musulin K. és Sós J.-né: Enzimek alkalmazása gyümölcs- és zöldséglevek előállításánál. Konzerv- és Paprikaipar, 1978, v.-, N°3, p. 99–103; N°6, p. 217–222.
(77)
Müller, W.: Statische Mischer, Aspects zu Warmeübergang, Druckabfail und Mischgüte. Verfahrenstechnik, 1981, v. 15, p. 104- .
(78)
Nehring, P. és Krause, H. (szerk.): Konzervtechnisches Handbuch. Verlag Günter Hempel, Braunschweig, 1969.
(79)
Oplatka Gy. és Vukov K.: Zárt diffúziós rendszer elméleti és kísérleti vízsgálata. A Cukoripari Kutatóintézet Évkönyve, 1950, v.l, p. 66–83. 229
Irodalom (80)
Ott J. és Virágos I.: Konzervipari nyersanyagok hámozása. Konzerv- és Paprikaipar. 1958, v., N°: jan.-febr. p.28–35.
(81)
Ott J.: Hámozott paradicsom gyártásáról. Konzerv- és Paprikaipar, 1959,. v.-, N°: szept.-okt., p. 304–305.
(82)
Ott J., Gál F. és Peák L.: Almalényerés diffúziós úton. Konzerv- és Paprikaipar, 1960, v., N°: szept.-okt., p.156–163.
(83)
Ott J.: Blansírozás, húzatás. Konzerv- és Paprikaipar, 1963, Különszám: „Konzervipar Műszaki Színvonala, v.-, p. 9–15.
(84)
Ottó, K., Görtges, S. és Jost, V.: Flotation, eine neue Möglichkeit der Fruchtsaftklürung, Teil 1. Flüssiges Obst, 1985, v. 52, N°9, p. 471–47?.
(85)
Patát, F.: Genie du chimique, 1960, v. 83, p. 61-.
(86)
Pátkai Gy.: Hazai almafajták alkalmassága extrakciós lényerés céljára. Kandidátusi értekezés, Budapest, 1985.
(87)
Pátkai Gy. ( szerk.): Konzervtechnológiai gyakorlatok I. A Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem Élelmiszeripari Karának jegyzete, Budapest, 1986.
(88)
Pethő, Sz. és Ortutay, M.: The evaluation of the separation operations. Acta Technica Acad. Sci. Hung., 1978, v. 86, N°3–4, p. 411–420.
(89)
Pilnik, W.: Enzymatische Verflüssigung von Obst und Gemüse. Flüssiges Obst, 1975, V. 11, p. 448–451.
(90)
Prékopa A.: Valószínűségszámítás. Pattantyús Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve (főszerk.: Sályi I.). Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1961, p. 403–439.
(91)
Rák I.-né és Vukov K.: Kombinált enzimkezelés hatása almazúzalék viszkozitására. Konzerv- és Paprikaipar, 1978, v.-, N°l, p. 17–19.
(92)
Reeve, R. M.: Histological structure affects peeling of fruits and vegetables. Food Technol., 1976, v. 30, N°12, p. 8–52.
(93)
Schaller, A.: Maschinen für die Entsaftung von Früchten durch Pressen. Fruchtsaft-Industrie, 1965, v. 1O, p. 263–291.
(94)
Schaller, A., Walter, H. és Gutt, A.: Ergebnisse von Untersuchungen hinsichtlich der Wärmeökonomie des Wasserblanschierens von Spinatblättern. Confructa, 1972, v. 17, N° 4/5, p. 264–273. (95)
Schobinger, U. ( szerk.): Frucht- und Gemüsesäfte. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, 1978.
(96)
Schmitt, R.: Ganzfruchtverarbeitung. Flüssiges Obst, 1983, v. 50, p. 23–27.
(97)
Schönert, K.: Technische Feinzerkleinerung mit Einzelnkornbeanspruchung zwischen zwei Flächen. C.I.T., 1965, V. 37, p. 365–
(98)
Schultz, R. W. és Smith, G. A.: Additives raise peeling efficiency. Food Engineering, 1968, v. 40, N°6, p. 95–98.
(99)
Shirato, M., Murase, T. és Aragaki, T.: Slurry de liquoring by expression. Neue Prinzipien Mechanischen Verfahrens-technik. Dechema Monographien, Nr. 74 (szerk.: Behrens, D. és Fischbeck, K.). Verlag Chemie, Weinheim, 1974, p. 9–93. 230
Irodalom (100)
Simon I.: Szénsavas üdítőitalok. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1980, p. 60–63, 67–75, 151–153.
(101)
Sitkey Gy.: Mezőgazdasági anyagok mechanikája I., II. A Keszthelyi Agrártudományi Egyetem jegyzete, Körmend, 1972, 1975.
(102)
Sulc, D.: Gemüsesäfte. Flüssiges Obst, 1984, v. 51, N° 1, p. 17–24.
(103)
Szabó Z. (szerk.): Szűrés. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1966.
(104)
Szilágyi T.-né és Bontovits L.: Paradicsom lúghámozása. Konzerv- és Paprikaipar, 1965, v.-, N° 1, p. 32–33.
(105)
Trlnger L.: A paradicsompasszírozás néhány elvi kérdéséről. Konzerv- és Paprikaipar, 1960, v.-, N°: jan.-febr., p. 8–10.
(106)
Tscheuschner. H. D. (szerk.): Lebensmitteltechnik. VEB Fachbuchverlag, Lipcse, 1986.
(107)
Varsányi I.: Élelmiszeripari csomagolástechnika. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1985.
(108)
Vasvári G.-né: A „Deriton” kidolgozása és üzemszerű felhasználása. Borgazdaság, 1971. v.-, N°19, p. 78–83.
(109)
Volk, W.: Applied Statistics for Engineers. McGraw-Hill Book Company, New-York, 1969.
(110)
Vukov, K.: Physics and Chemistry of Suger Beet In Sugar Manufacture. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1977.
(111)
Vukov K.: Az ipari almaléextrakció áramlástani feltételei. A Kertészeti Egyetem Közleményei, 1977, v. 41, p. 169–175.
(112)
Vukov K. (szerk.): Tartósító iparok. Gyümölcslevek, sűrítmények, szörpök. A Kertészeti Egyetem Tartósítóipari Karának jegyzete, Budapest, 1979.
(113)
Vukov, K. et al.: Mechanical characteristics of appletissue in juice production. Acta Alimentaria, 1981, v. 10, N° 1, p. 61–74.
(114)
Vukov K.: Hőkezelés a tartósítóiparban. A Kertészeti Egyetem Tartósítóipari Karának jegyzete, Budapest, 1981.
(115)
Vágner E.: A paradicsom műszeres objektív átvétele. Konzerv- és Paprikaipar, 1981, v.-, N° 2, p. 54–57.
(116)
Wang, H. et al.: Size reduction theory. Food Research, 1954, v. 19, p. 543-.
(117)
Weaver. M. L., Huxsoll, C. C. és NG, K. C.: Sequential heat-cool peeling of tomatoes. Food Technol, 1980, v. 34, N° 2, p. 40–43.
(118)
Wőhlert, W. és Niesporek, P.: Der Einfluss der Kalibrierung auf die Effektivität des Blanchier- und Schälprozesse bei der Verarbeitung von Roten Beten und Sellerie. Lebensmittelindustrie, 1983, v. 30, N°1, p. 29–31. (119)
Wucherpfennig, K., Dietrich, H. és Scholtz, R.: Einfluss der Enzymierung und Schönung von Apfelsaft auf die Fluxrate in Ultrafiltration-Systems. Flüssiges Obst, 1985, v. 52, N°6, p. 323–330. 231
Irodalom (120)
Zeh, R.: Zerkleinerung, Homogenisierung und Entgasung von fruchtfleischhaltigen Säften. Flüssiges Obst, 1984, v. 51, N° 1, p. 14–16.
(121)
Zetelakiné Horváth K. és Molnárné Bibor C: A.z endo-poli-galakturonáz koncentráció és az inkubációs idő hatása a zöldségek és gyümölcsök bontódására. Élelmezési Ipar, 1977, v. 33, p. 171–176. (122)
Rautenbach R. (1997): Memmbranverfahren, Verlag, Berlin.
(123)
Rektor A., Pap N., Kókai Z., Szabó R., Vatai Gy. Bekassy-Molnar E. (2004): Application of membrane filtration methods for must processing and preservation, Desalination 162, p. 271-277. (124)
Rektor A., Vatai Gy., Bekassy-Molnar E. (2006): Multi-step membrane processes for the concentration of grape juice, Desalination 191, p.446-453.
(125)
Körmendy I.: Hőátvitel sterilezésnél és pasztőrözésnél. Tulajdonságváltozások sterilezéskor és pasztőrözéskor (1.1.2. és 1.1.4. pont). Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiáiban (szerk. Barta J. és Körmendy I.). Mezőgazda Kiadó, Budapest, 2007. p. 16–21.
Irodalomjegyzék a 4. fejezethez (1)
Bigelow, W. D., 1921. Logarithmic nature of thermal death time curves. Journal of Infectious Diseases 29, 528.
(2)
Nicolai B. Van den Broek, P. et al. 1995. Finite element analysis of heat conduction in lasagna during thermal processing. International Journal of Food Science & Technology 30:3, 347-363. (3)
Pornchaloempong, M. O., Balaban et al. 2003. Optimization of quality retention in conduction-heating foods of conical shape 1. Journal of Food Process Engineering 25:6, 557-570. (4)
Silva C., Oliveira F., Hendrickx, M. 1994. Quality optimization of conduction heating foods sterilized in different packages. International Journal of Food Science & Technology 29:5, 515-530. (5)
Szenes E.-né és Oláh M. (szerk.) 1991: Konzervipari Kézikönyv, Integra Projekt Kiadó, Budapest, 110.
232
