W przetwórstwie owocowo-warzywnym poszukiwane są nowe, innowacyjne technologie utrwalania, które miałyby ulepszyć jakość wyrobu przy obniżonych kosztach produkcji. Zaobserwowano, że pod wysokim ciśnieniem w atmosferze ditlenku węgla białka ulegają denaturacji, a mikroorganizmy dezaktywacji. Fakt ten sprawił, że technika ditlenku węgla w podwyższonym ciśnieniu (High Pressure Carbon Dioxide - HPCD) stała się obiecującą, nietermiczną metodą wykorzystywaną w utrwalaniu żywności.

 

Metoda ditlenku węgla w podwyższonym ciśnieniu

Od dłuższego czasu metody utrwalania żywności z zastosowaniem ciśnień cieszą się dość dużym zainteresowaniem w środowisku naukowców i przemysłu.  Jedną z nich jest metoda z wykorzystaniem ditlenku węgla [10, 19]. Technika ta stała się konkurencyjną dla powszechnie stosowanych w praktyce przemysłowej sposobów utrwalania. W odróżnieniu od klasycznych termicznych metod, działanie temperatury w HPCD ograniczone jest do niezbędnego minimum, co sprawia, że zachowana jest większość termolabilnych składników odżywczych tj. witamina C czy antocyjany [14]. Dodatkowym atutem metody HPCD jest uzyskanie zadowalającego stopnia inaktywacji enzymów oraz zmniejszenie niekorzystnych zmian jakości sensorycznej podczas przechowywania przy użyciu znacznie niższych ciśnień niż w metodzie wysokich ciśnień hydrostatycznych (High Hydrostatic Pressure – HHP) [2].  Poza wpływem na jakość utrwalanych produktów, CO₂ wykazuje także działanie bakteriostatyczne komórek wegetatywnych i w formie spor [16,  19]. Ditlenek węgla jako medium stosowane w omawianej technice ma wiele zalet: jest nietoksyczny, niepalny i niedrogi. Charakteryzuje się wysoką czystością i w łatwy sposób można go usunąć z produktu. Należy do rozpuszczalników z tzw. grupy GRS (Generally Recognized as Safe) co oznacza, że może być stosowany w przemyśle spożywczym [5]. W wielu badaniach naukowych dotyczących utrwalania żywności, ditlenek węgla stosowany był w formie nadkrytycznej (supercritical fluids - SFC) [17,18].

 

Nadkrytyczny ditlenek węgla

Stan nadkrytyczny po raz pierwszy zaobserwowano w 1822 r. Francuski fizyk Cagniard de la Tour zauważył, że w odpowiednich warunkach niektóre substancje występują w postaci płynu o specyficznych właściwościach, nie podlegając procesom parowania i kondensacji.  Taki punkt przejścia substancji nazwano terminem „punkt krytyczny”. Czysta substancja osiąga stan nadkrytyczny, gdy jej temperatura i ciśnienie wzrastają ponad wartości krytyczne, przy czym zmiany te następują stopniowo wraz ze zbliżaniem się do punktu krytycznego.

 

 W tym stanie różnice pomiędzy cieczą a gazem zanikają. Ciecz nie może być skroplona poprzez zwiększenie ciśnienia, ani gaz nie może zostać uzyskany na drodze zwiększenia temperatury. Płyn w stanie nadkrytycznym charakteryzuje się mniejszą gęstością, niższą lepkością oraz napięciem powierzchniowym niż ciekły rozpuszczalnik. Posiada także unikalne właściwości przenikania. Ponadto te właściwości fizykochemiczne mogą być łatwo kontrolowane poprzez zmianę temperatury i ciśnienia. Dla ditlenku węgla wartości parametrów krytycznych są relatywnie niskie i wynoszą Pkr=7,38 MPa, Tkr=31,1 oC [13]. Jest to szczególnie ważne w przypadku substancji termolabilnych.

 

Zastosowanie ditlenku węgla w przemyśle

Od wielu lat metodę HPCD stosuje się w technologii żywności głównie do ekstrakcji szeregu cennych, w tym bioaktywnych składników [3,7]. Pierwsze praktyczne wykorzystanie nadkrytycznego CO₂ w przemyśle spożywczym dotyczyło zastosowania w produkcji kawy bezkofeinowej i ekstrakcji aromatów chmielowych. Obecnie praktykuje się zastosowanie nadkrytycznego CO₂ do usuwania tłuszczu z szerokiej gamy produktów spożywczych oraz jako środka utrwalającego żywność [15]. Istnieje przeświadczenie, że zastosowanie HPCD jako metody redukującej drobnoustroje ogranicza się jedynie do produktów płynnych. Aczkolwiek podjęto próby utrwalania tą metodą także produktów stałych takich jak mięso, ryby, warzywa, owoce czy przyprawy [9]. Poziom redukcji naturalnej mikroflory oraz wprowadzanych szczepów patogennych t.j. Salmonella Typhimurium czy Listeria monocytogenes wynosił w poszczególnych przypadkach blisko 99% [20]. Koszt jednostkowy produktu utrwalonego tą techniką to ok. 1 €/kg , podyktowany brakiem możliwości odzysku gazu po procesie [11].

 

Cały artykuł został opublikowany w numerze 3/2016 kwartalnika "Kierunek Spożywczy".

 

Literatura:

1. Arreola A. G., Balaban M. O., Wei C. I., Peplow A., & Marshall M., 1991: Effect of supercritical carbon dioxide on microbial populations in single strength orange juice. J. of Food Quality, 14, 275 -284.
2. Balaban M.O., Arreola A.G., Marshall M., Peplow A., Wei C.I., Cornell J., 1991: Inactivation of pectinesterase in orange juice by supercritical carbon dioxide. J.Food Sci., 56, 3, 743-746
3. Brunner G. 2005: Supercritical fluids: technology and application to food processing. J. of Food Eng., 67, 21-33
4. Chen J. I., Zhang J., Song L., Jiang Y., Wu J., Hu X. S., 2010: Changes in microorganism, enzyme, aroma of hami melon (Cucumis melo L.) juice treated with dense phase carbon dioxide and stored at 4 o C. Innov. Food Sci. Emerg., 11, 623–629.
5. Clifford A. A.,  Williams J. R., 2000: Introduction to supercritical fluids and their applications. In J. R. Williams, A. A. Clifford, & N. J. Totowa (Eds.), Supercritical fluid methods and Protocols, Vol. 1 (pp. 1e16). Human Press Inc.
6. Del Pozo-Insfran D., Balaban M. O., Talcott S. T., 2006: Microbial stability, phytochemical retention, and organoleptic attributes of dense phase CO2 processed muscadine grape juice. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54, 5468e – 5473
7. Di Giacomo G., Taglieri L., Process and products innovation in dairy industry by using dense carbon dioxide http://www.isasf.net/fileadmin/files/Docs/DenHaag/HtmlDir/Papers/CO20.pdf,
8. Ferrentino G., Balaban M. O., Ferrari G., Poletto M., 2010: Food treatment with high pressure carbon dioxide: Saccharomyces cerevisiae inactivation kinetics expressed as a function of CO2 solubility. J. of Supercritical Fluids, 52, 151 - 160.
9. Farrentino G., Spilimbergo S., 2011:  High pressure carbon dioxide pasteurization of solid foods: current knowledge and future outlooks. Trends of Food Scie. and Tech., 22, 427-441.
10. Garcia-Gonzales L., Geeraered A.H., Spilimbergo S., Elst K, Van Ginneken L., 2007: High pressure carbon dioxide inactivation of microorganisms in foods: the past, the present and the future. Int. J. Food Microbiol., 117:1-28.
11. Heinz V., Mathys A., Smetana S., 2014: Sustainability of High Pressure Processing with focus on energy efficiency. 8th International conference on high pressure bioscience and biotechnology, Nantes, 44
12. http://www.wiedzainfo.pl/wyklady/686/woda_w_stanie_pod_i_nadkrytycznym_jako_nowe_medium_reakcyjne.html
13. Janiszewska E., Witrowa – Rajchert D., 2005: Ekstrakcja nadkrytyczna w przemyśle spożywczym. Żywność. Nauka . Technologia. Jakość, 4 (45), 5-16
14. Marszałek K., Woźniak Ł., Skąpska S., 2014: Wysokie ciśnienia w przemyśle owocowo-warzywnym. Przem. Ferm. Owoc. – Warz., 11-12, 12-15
15. Palmer M.V., Ting S.S.T., 1995: Applications for supercritical fluid technology in food processing. Food Chem.,52, 345-352.
16. Porębska I., Sokołowska B. Łaniewska-Trokenheim Ł., 2016: Effect of supercritical carbon dioxide on inactivation and germination of Alicyclobacillus Acidoterrestris spores. Żywność: Nauka, Technologia, Jakość, 03, 104(1), 167-179
17. Spilimbergo S. Elvassore N., Bertucco A., 2002: Microbial inactivation by high – pressure. J. of Supercritical Fluids, 22, 55-63
18. Spilimbergo S., Mantoan D., Dalser A., 2007: Supercritical gases pasteurization of apple juice. J. of Supercritical Fluids, 40, 485-489
19. Spilimbergo S., Cappelletti M.,  Tamburini S., Ferrentino G.,  Foladori P., 2014: Partial permeabilisation and depolarization of Salmonella enterica Typhimurium cells.  http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.procbio.2014.10.003
20. Wei C. I., Balaban M. O., Fernando S. Y., Peplow A. J., 1991: Bacterial effect of high pressure CO2 treatment on foods spiked with Listeria or Salmonella. Journal of Food Protection, 54, 189-193.

 

Fot. 123rf.com