Nyíregyházi Főiskola Műszaki és Mezőgazdasági Kar
Korszerű élelmiszeripari technológiák Prof. dr. habil Kerekes Benedek tudományos dékán-helyettes
Élelmiszeripari tréning 2011. június 2.
A versenyképességet meghatározó tényezők
Kapcsolatrendszer
A minőségre ható tényezők
Az élelmiszer-előállítás általános folyamata
Az élelmiszer-tartósítás módszerei
Gyártás – és folyamatfejlesztés • Új technológiai folyamat bevezetése • A már meglévő technológiai folyamat fejlesztése • - kapacitás növelés • - költségcsökkentés • - új termékhez igazítás • - élelmiszerbiztonsági, higiéniai megfelelés, stb.
A technológiai fejlesztés szempontjai • • • • • • •
Rendszerszemlélet Funkcióban való gondolkodás Költségszempontok Kockázatok figyelembe vétele Kompromisszumok elve SWOT analízis Benchmarking (konkurens cégek adottságai, lehetőségei
Új feldolgozási technológiák Cél: • tökéletesebb és kíméletesebb feldolgozás • hosszabb eltarthatósági idő • friss küllemű termékek előállítása • az élelmiszer-biztonság megőrzése, fokozása Mód: • alternatív hőkezelési módszerek • nem hőkezelésen alapuló módszerek
Az eltarthatósági idő növelése Cél: • az enzim-működés csökkentése, leállítása • a mikroorganizmusok szaporodásának megállítása • az eredeti minőség megőrzése Eszköz: • a tartósítás-technológia fejlesztése • korszerű laboratóriumi háttér kialakítása • a nyomonkövetés biztosítása
Kíméletes élelmiszer kezelések Hőhatáson alapuló: • rádiófrekvenciás módszer (RH); • mikrohullámú kezelés (MW); • infravörös sugárzással (IR); • ohmikus (elektr. ellenállásos) eljárás. Nem hőkezelésen alapuló: • besugárzás; • ultraibolya sugárzás (UV); • ultrahang kezelés (UH), • nagynyomású technológia (HPP); • pulzáló elektromos térerő (PEF).
Rádiófrekvenciás módszer Működési elv: • Az elektróda és a nulla feszültségű pont között létrejött elektromágneses energiaátvitel (13,57 és 27,123 MHz frekvencia tartomány) fűti a terméket. Feltétel: kellő víztartalom. Felhasználható: • utósűrítésre; • Utószárításra; • fagyasztott termék felengedtetésére.
Mikrohullámú kezelés Működési elv: • Mikrohullámú térben a vízmolekula és az élelmiszerben lévő dipolaritású ion követi az igen gyorsan irányt váltott erőteret, amely a molekulák mozgása, súrlódása által hőt termel (2450 MHz frekvencia, azaz 12 cm-es hullámhossz). Feltétel: kellő víztartalom. Felhasználható: • pasztőrözéshez, sterilezéshez; • fagyasztott termék felengedtetésére; • a szárítási folyamat gyorsítására.
Infravörös sugárzásos kezelés Működési elv: • Az infravörös (nem látható elektromágneses) sugarak (780 nm és 1 mm hullámhossz között) a sugárzóból kiindulva és a környezet felületeiről visszaverődve, az élelmiszer felületén elnyelődnek, és ez az energia az élelmiszer felületén hővé alakul. Felhasználható: • étel melegítésre.
Ohmikus (ellenállásos) eljárás Működési elv: • az elektromos áramot elektródokkal közvetlenül a termékbe vezetik, 5 kV feszültséget alkalmazva. Feltétel: • a terméket elektromos áramot vezető folyadékba kell helyezni (pl. enyhén sós oldat). Felhasználható: • gyors felmelegítéshez; • előfőzéshez.
Ultraibolya sugárzásos kezelés Működési elv: • mikrobiológiailag a 240 és 280 nm közötti UV tartomány a leghatásosabb (a mikrobasejtek nukleinsavainak károsítására). Feltétel: a mikrobák színezettsége. Felhasználható: • a levegő mikrobáinak csökkentése; • az aszeptikus gyártóvonalakban a folyadékok (gyümölcslevek, tej, stb.) töltésénél; • a szeletelt kenyér csomagolásánál; • sajtok, húsipari szárazáruk érlelő helyiségeiben és hűtőtárolókban.
Ultrahang kezelés
• Az ultrahang 16 kHz frekvencia feletti mechanikai (az emberi fül számára hallhatatlan) hullámokat jelent. • Anyagtulajdonságok vizsgálata: 1 W/cm2 teljesítmény alatt, e felett az anyag tulajdonságainak megváltoztatására használják: - csírátlanítás, keverés; - húspácolás gyorsítása; - húsok, csontok vágása; - szeparáció, ülepítés; - konzervek zárás előtti habzásának megszüntetése; - fagyasztott húsok felengedése; - tészták kelesztésének gyorsítása; - a tejsavbaktériumok élettevékenységének serkentése, stb.
Nagynyomású technológia Működési elv: • az élelmiszereket megnövelt nyomásnak (400–800 MPa-nak) teszik ki, annak érdekében, hogy inaktiválják a bennük lévő káros mikroorganizmusokat. Előnye: • a tartósítás eredménye független az élelmiszer méretétől, formájától és állományától. Felhasználás: • a friss tej eltarthatósági ideje (600 MPa, 1 óra, szobahőmérséklet) kb. 4 napra hosszabbítható; • gyümölcslevek, szószok, dzsemek és lekvárok tartósítása.
Pulzáló elektromos térerő alkalmazása
Működési elv: • két elektróda között külső elektromos erőtér rövid idejű, nagyfeszültségű impulzusokkal gyakorol hatást az élő sejtre,s ez a mikroorganizmusok sejtmembránjainak roncsolásában, pórusok keletkezésében nyilvánul meg. • A feszültség 2-50 kV, az elektródok közötti távolság 0,2-7 cm, az elektromos térerő intenzitása 1-100 kV/cm, az impulzusok száma 1-120 között ingadozhat. Előny: • a készterméknek magasabb a vitamin tartalma, jobb az íze. Felhasználható: • folyékony, hűtve tárolt élelmiszerek kíméletes tartósítására.
Membrán-filtráció alkalmazása • Porózus membrán vagy filter használata a folyadék különböző részecskéinek elkülönítésére és koncentrációjára. • A részecskék méretük, vagy alakjuk alapján kerülnek elkülönítésre, nyomás valamint különböző nagyságú pórusokkal rendelkező speciális membránok használatával. • Különböző membrán-filtrációs módok léteznek: reverz ozmózis, nano-filtráció, ultra-filtráció, mikro-filtráció, a pórusnövekedés sorrendjében. Fő élelmiszeripari alkalmazások: • üdítőitalok: - derítése, - üledék eltávolítása, - koncentrálása, - frakcionálása, tisztítása.
Példák a nano technika jövőjére • Alacsony nátriumtartalmú, mégis sós ízű élelmiszerek előállítása (a nyelvvel történő kölcsönhatások következtében). • Tápanyag szállító rendszerek (nano kapszulák alkalmazásával), a mikro-tápanyagok, antioxidánsok vagy gyógyszerek eljuttatásához, kijelölt időben, a test meghatározott részeihez. • Olyan élelmiszerek, melyekből megfelelő mennyiségű kalcium szabadul fel a kezdődő csontritkulásos fogyasztóknál. • „Okos szűrőikkel” csapdába ejtik azokat a molekulákat, melyek allergiás reakciót válthatnak ki.
Új csomagolási technológiák
Vákuum-csomagolás: • a terméket egy műanyag vagy alumínium tasakba helyezik, majd eltávolítják a levegő nagy részét; • a csomagolás az élelmiszer körül megőrzi a belső atmoszférát, ezért az friss és biztonságos marad. Felhasználható: • kávé, fűszer, rizsfélék. Módosított atmoszférás csomagolás: • A levegőt gázzal vagy gázkeverékkel helyettesítik, majd ezt 3 Cnál alacsonyabb hőmérsékleten való tárolással kombinálják. Felhasználható: • magas zsírtartalmú élelmiszereknél.
„Aktív csomagolás” • A gázkeverék összetételének tárolás alatti módosításához különféle anyagokat adnak. • Az oxigénelnyelő anyagok jelenléte redukálja a csomagoláson belüli oxigénszintet, mely által lelassul az aerob mikroorganizmusok növekedése, késleltetve a zsírok romlását.
Konyhakész ételek csomagolása • Az élelmiszert vákuumban csomagolják, majd felmelegítik, hogy meghosszabbítsák az eltarthatóságát, miközben megőrzik az élelmiszer eredeti tápanyagtartalmát, ízét és állagát. • Fogyasztás előtt az élelmiszert a csomagolásban újra kell melegíteni.
Mikrohullámú sütőben való elkészítéshez: • Olyan hőálló műanyagokat használnak tárolóként, mint pl. a kristályosított polietilén tereftalát (CPET), vagy a polipropilén.
Környezetbarát csomagolás • Speciális műanyagipari adalékanyagot tartalmaz, amely egyes poliolefin alapanyaghoz (PE, PP) megfelelő mennyiségben adagolva, azokat környezetbarát módon lebonthatóvá teszi. • A műanyag termék lebomlása napfény, mérsékelt hő, víz és levegő hatására indul meg. • Előre meghatározható idő alatt bomlik le: - bevásárló reklámtáskák; - élelmiszeripari csomagolások; - zsugorfóliák, takarófóliák (kertészet).
A jövő: intelligens csomagoló rendszerek • Az élelmiszerek jobb védelmét és kifinomult felügyeleti módszereket eredményeznek, melyekkel az étel a „termelőtől a tányérig” nyomon követhető. • Könnyebbek, rugalmasabbak, jobban ellenállnak a melegnek, fénynek, a mechanikai és más ártalmaknak. • Képesek elnyelni az oxigént és a nedvességet, segítik az élelmiszerek hosszabb ideig való frissen tartását. • Antimikrobás tulajdonsággal rendelkező nanorészecskék. • Szennyeződés taszító felületek az élelmiszergyártási folyamat csomagolóanyagainál. • A csomagolás színének megváltozása figyelmezteti a fogyasztót a romlottságra vagy szennyezettségre.
Gyakorlati technológiák
Gyökérzöldségek gyorsfagyasztása
A joghurt gyártása
Fagyasztva szárítás • A kezelés négy lépésből áll: • 1) Fagyasztás az alacsony hőmérsékletű szárítás feltételeinek biztosításához, • 2) Vákuum alkalmazása, hogy lehetővé tegye a megfagyott víz/oldószer elpárolgását, anélkül, hogy az átmenne folyadékfázisba, azaz szublimáljon, • 3) Hő alkalmazása a szublimáció gyorsítására, és • 4) Kondenzáció az elpárolgott oldószer eltávolításához a vákuumkamrából, szilárd állapotba visszaalakítva azt.
A liofilezés jellemzői • A “vákuumállapotban” az alacsony nyomás megelőzi a fagyott termék kiolvadását és felgyorsítja a folyamat következő szakaszát, az elsődleges szárítási fokozatot. • A jég szublimációja biztosítja a termék szerkezetének épségét.3 Az első szárítási lépésben a víz mintegy 95%-a eltávolításra kerül a termékből. • A szárítás második fokozatában – amely néha magasabb hőmérsékleten megy végbe- a termékben lévő fehérjékhez és szénhidrátokhoz kötött víz is eltávolításra kerül.
A fagyasztva szárított termékek jellemzői • A fagyasztva szárítás 1-4%-os, extrém alacsony nedvességtartalmat is eredményezhet, megelőzve ezzel a baktériumok és penészek szaporodását és az enzimek terméket károsító kémiai reakciókat indukáló működését. • A fagyasztva szárított termékeknek hosszú az eltarthatósági idejük: lezárt, nedvességtől, fénytől és oxigéntől védő csomagolásban szobahőmérsékleten évekig tárolhatók. • A rehidrálást követően a fagyasztva szárított termékeknek összehasonlítva néhány más tartósítási eljárással - jobb íze, állaga és megjelenése lehet. Például a gyümölcsök meleg levegős szárítása zsugorodást okoz, ez egy olyan jelenség, ami nem fordul elő a fagyasztva szárításnál.
A liofilezés alkalmazási területei • A fagyasztva szárítást csak azoknál a termékeknél alkalmazzák, ahol a minőség a legfontosabb, mint a gyógyélelmiszereknél, az oltóanyagoknál, az antibiotikumoknál, az instant kávénál, zöldségeknél, gyógy- és fűszernövényeknél, instant készételeknél, a reggelizőpelyhek gyümölcseinél, az űrhajósoknak készített élelmiszereknél, minőségi instant leveseknél, értékes vegyületeknél és színezékeknél. Költségcsökkentés: • Az egyik irányvonal a hagyományos előszárítást követő fagyasztva szárításra, mint végső lépésre koncentrál – ez csökkenti a szárítási időt és az energiafelhasználást. •
