ΨΥΞΗ. Ψύξη (πρόψυξη) τροφίμων

Transcript

1 ΨΥΞΗ Η συντήρηση ενός τροφίμου σε θερμοκρασία χαμηλότερη των 15 ο C και ψηλότερη του σημείου έναρξης της κατάψυξης καλείται συντήρηση με ψύξη. Η αύξηση του χρόνου ζωής του τροφίμου μέσω της ψύξης οφείλεται στην επιβράδυνση του ρυθμού ανάπτυξης και δράσης των μικροοργανισμών όσο μειώνεται η θερμοκρασία καθώς και στην επιβράδυνση των μεταβολικών δραστηριοτήτων των φυτικών και ζωϊκών ιστών, των ενζυμικών δράσεων και των χημικών δράσεων που οδηγούν σε αλλοιώσεις, όπως οξειδώσεις κ.λ.π. Ο χρόνος συντήρησης υπό ψύξη είναι περιορισμένος και εξαρτάται από το τρόφιμο και από τη θερμοκρασία του ψυκτικού θαλάμου. Για να επιλεγεί η ευνοϊκότερη θερμοκρασία συντήρησης και να υπολογισθεί ο μέγιστος χρόνος συντήρησης πρέπει να είναι γνωστές οι μεταβολές που συμβαίνουν στο τρόφιμο κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης υπό ψύξη. Η μείωση της θερμοκρασίας των τροφίμων μέχρι την επιθυμητή θερμοκρασία αποθήκευσης δεν γίνεται μέσα στους ψυκτικούς θαλάμους για να αποφεύγονται οι διακυμάνσεις θερμοκρασίας των ήδη υπαρχόντων στο θάλαμο ψυγμένων τροφίμων, αλλά σε σταθμούς πρόψυξης ή σε ψυχόμενους προθαλάμους. Ψύξη (πρόψυξη) τροφίμων Η ψύξη (ή πρόψυξη) των τροφίμων γίνεται το ταχύτερο δυνατό μετά τη συγκομιδή ή την παραγωγή τους, ώστε να περιορισθεί στο ελάχιστο η υποβάθμισή τους. Η υποβάθμιση οφείλεται κυρίως στη μικροβιακή ανάπτυξη, η οποία οδηγεί σε γρήγορη αποσύνθεση, ιδιαίτερα τα ζωϊκά τρόφιμα και στη συνέχιση του κανονικού ρυθμού αναπνοής των φυτικών τροφίμων. Τα τρόφιμα τα οποία ψύχονται μπορεί να είναι εξ ολοκλήρου υγρά, να αποτελούνται από μία συνεχή υγρή φάση στην οποία αιωρούνται στερεά σωματίδια, ή να είναι στερεά στα οποία το υγρό είναι ακινητοποιημένο από τη δομή του υλικού. Το υγρό, στη συντριπτική πλειοψηφία των τροφίμων που ψύχονται ή καταψύχονται στη βιομηχανική πρακτική, είναι το νερό. Η ψύξη υγρών τροφίμων, μη συσκευασμένων, γίνεται σε εναλλάκτες θερμότητας αυλωτούς, με πλάκες ή αποξεόμενης επιφάνειας. Σπανίως χρησιμοποιούνται ασυνεχή συστήματα, όπως αναδευόμενα δοχεία. Ο υπολογισμός των συντελεστών μεταφοράς θερμότητας, της επιφάνειας εναλλαγής και της θερμοκρασίας εξόδου του τροφίμου γίνεται όπως στη θέρμανση των τροφίμων. Ο χρόνος παραμονής του κάθε τροφίμου στα συστήματα πρόψυξης εξαρτάται από το ίδιο το σύστημα και τις παραμέτρους λειτουργίας και επιδιώκεται συνήθως να είναι μικρός για βελτίωση της ποιότητας και της ασφάλειας του τροφίμου.

2 Τα στερεά τρόφιμα αποτελούν τον κύριο όγκο των επεξεργαζόμενων τροφίμων στη βιομηχανική πρακτική της ψύξης και κατάψυξης. Περιλαμβάνουν φρούτα, λαχανικά, ιχθυρά, κρέας και προϊόντα αυτών. Τα υγρά συσκευασμένα τρόφιμα που περιέχουν αιωρούμενα στερεά τεμάχια αποτελούν μια μικρή κατηγορία και συχνά αντιμετωπίζονται αγνοώντας την κίνηση της υγρής φάσης και θεωρώντας το υλικό ως ακινητοποιημένο, ή αλλιώς ως στερεό. Ιδιαίτερα σημαντικός, από πρακτική άποψη, είναι ο υπολογισμός του απαιτούμενου χρόνου πρόψυξης των στερεών τροφίμων με ικανοποιητική ακρίβεια. Συχνά το πρόβλημα είναι αρκετά σύνθετο επειδή το τρόφιμο μπορεί να είναι ανομοιογενές, να μην έχει ομοιόμορφη αρχική θερμοκρασία, να μην έχει ένα συνηθισμένο σχήμα κ.ά. Γι αυτό έχει αναπτυχθεί μεγάλη ερευνητική δραστηριότητα και έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι πρόρρησης του χρόνου πρόψυξης. Σχετικές προσεγγίσεις έχουν αναπτυχθεί στο κεφάλαιο 6 «Θέρμανση και Ψύξη των Τροφίμων» των σημειώσεων «Εφαρμοσμένη Μικροβιολογία, Χημεία και Μηχανική Διεργασιών Τροφίμων». Αποθήκευση υπό ψύξη Φυσιολογικές μεταβολές των τροφίμων Τα φυτικά προϊόντα μετά τη συγκομιδή τους και κατά την αποθήκευση συνεχίζουν την αερόβια αναπνοή κατά την οποία συμβαίνει μεταβολισμός υδατανθράκων και οργανικών οξέων με κατανάλωση οξυγόνου και παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα, νερού, θερμότητας και μικρών ποσοτήτων οργανικών πτητικών και άλλων ουσιών. Ο αναπνευστικός ρυθμός διαφέρει πολύ μεταξύ των ειδών και μειώνεται με μείωση της θερμοκρασίας, μείωση της συγκέντρωσης του οξυγόνου και αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα. Κατά την αποθήκευση των φυτικών προϊόντων έχει βρεθεί ότι ταχύς ρυθμός αναπνοής συνδυάζεται με μικρή διάρκεια ζωής του προϊόντος. Η διατήρηση όμως ενός χαμηλού ρυθμού αναπνοής είναι απαραίτητη για τη διατήρηση δράσεων που σχετίζονται με τη ζωή των προϊόντων και τους φυσικούς προστατευτικούς μηχανισμούς έναντι της προσβολής των μικροοργανισμών. Ο αναπνευστικός ρυθμός κατά την ανάπτυξη και ωρίμανση παρουσιάζει διαφορές, ιδιαίτερα στα φρούτα. Υπάρχουν φρούτα στα οποία ο αναπνευστικός ρυθμός παραμένει σχεδόν σταθερός από τη γονιμοποίηση έως την πλήρη ωρίμανση του καρπού, ενώ άλλα εμφανίζουν μία απότομη αύξηση του αναπνευστικού ρυθμού, η οποία καλείται κλιμακτήριος (climacteric), που ακολουθείται από ταχεία πτώση. Η κλιμακτήριος ακολουθεί την παραγωγή αιθυλενίου, το οποίο είναι μια πτητική φυτορμόνη. Τα φρούτα τα οποία εμφανίζουν κλιμακτήριο καλούνται κλιμακτηρικά και σε αυτά ανήκουν το αβοκάντο, το ακτινίδιο, το αχλάδι, το βερίκοκο, το

3 δαμάσκηνο, το μήλο, η μπανάνα, το πορτοκάλι, το ροδάκινο, η τομάτα κ.ά., ενώ εκείνα που δεν εμφανίζουν μη κλιμακτηρικά και είναι το αγγούρι, ο ανανάς, το γκρέιπφρουτ, το κεράσι, το λεμόνι, το πεπόνι, το σταφύλι, το σύκο, η φράουλα. Τα λαχανικά δεν εμφανίζουν κλιμακτήριο, αλλά μία πολύ μικρή μείωση του ρυθμού αναπνοής, όπως και τα μη κλιμακτηρικά φρούτα, αν και ορισμένα εμφανίζουν μία πιο απότομη μείωση αμέσως μετά τη συγκομιδή Το κλιμακτηρικό μέγιστο στις περισσότερες περιπτώσεις συμπίπτει με τη βέλτιστη ωρίμανση του φρούτου και η ταχεία πτώση του αναπνευστικού ρυθμού με την υπερωρίμανση. Επομένως τα κλιμακτηρικά φρούτα πρέπει να συλλέγονται στην αρχή της κλιμακτηρίου και να ωριμάζουν αργά υπό ψύξη. Το σχήμα (2.1) δείχνει την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και αιθυλενίου κατά την ωρίμανση ενός κλιμακτηρικού και ενός μη κλιμακτηρικού φρούτου, καθώς και τις μεταβολές του βάρους και των περιεχόμενων οξέων και ζαχάρων, οι οποίες δεν διαφέρουν μεταξύ των δύο ειδών. Σχήμα 2.1. Τυπικές μεταβολές κατά την ωρίμανση κλιμακτηρικών και μη κλιμακτηρικών φρούτων. Οι κλίμακες των συστατικών διαφέρουν. (Μαρκάκης, 1996) Το βέλος δείχνει το συνιστώμενο χρόνο συγκομιδής των κλιμακτηρικών φρούτων που συμπίπτει με την αρχή της απότομης αύξησης της παραγωγής αιθυλενίου. Υπάρχουν μετρητές αιθυλενίου που διευκολύνουν τον προσδιορισμό του χρόνου αυτού. Η επίσπευση της ωρίμανσης των φρούτων μπορεί να γίνει με χρήση αιθυλενίου. Το αιθυλένιο εισάγεται στους θαλάμους ψυκτικής συντήρησης σε

4 συγκέντρωση λίγων ppm. Με αυτόν τον τρόπο επιταχύνεται η ωρίμανση σε μπανάνες, τομάτες, αχλάδια, πεπόνια. Στους ζωικούς ιστούς αμέσως μετά τη σφαγή παύουν οι δραστηριότητες οι σχετιζόμενες με τη ζωή, όπως η αερόβια αναπνοή, καθώς και η αντίσταση στην ανάπτυξη και προσβολή από μικροοργανισμούς. Αντίθετα συνεχίζεται η αναερόβια αναπνοή (γλυκόλυση) με μετατροπή του γλυκογόνου σε γλυκόζη και στη συνέχεια σε γαλακτικό οξύ και ενέργεια, προκαλώντας μείωση του ph από μία αρχική φυσιολογική τιμή περίπου 7 σε τελική τιμή 5.1 έως 6.5. Η αναερόβια αναπνοή σταματά μετά από χρονικό διάστημα 1-36 h μετά τη σφαγή. Το χρονικό αυτό διάστημα και η τελική τιμή ph εξαρτώνται από το είδος του ιστού και τον τρόπο χειρισμού πριν και μετά τη σφαγή. Παράλληλα μειώνεται το περιεχόμενο των ιστών σε ATP και επέρχεται νεκρική ακαμψία. Οι μειωμένες τιμές ATP και ph προκαλούν αποσταθεροποίηση των πρωτεϊνών και μείωση της ικανότητας συγκράτησης νερού. Μία μικρή μείωση του ph είναι επιθυμητή γιατί καθυστερεί την ανάπτυξη μικροοργανισμών και ευνοεί τη διατήρηση καλού χρώματος. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με σωστούς χειρισμούς και γρήγορη ψύξη μετά τη σφαγή ώστε ο ρυθμός γλυκόλυσης να είναι βραδύς. Με την παραμονή στην ψύξη (2 ο C επί 2 έως 3 εβδομάδες) η νεκρική ακαμψία εξαφανίζεται και το κρέας γίνεται τρυφερό. Στα υπόλοιπα τρόφιμα (αυγά, γάλα κ.λ.π.) δεν συμβαίνουν ουσιαστικά φυσιολογικές μεταβολές και η συντήρησή τους υπό ψύξη καθορίζεται μόνο από τις μικροβιακές και λοιπές μεταβολές. Αλλοιώσεις-Ανάπτυξη μικροοργανισμών Η κύρια αιτία αλλοίωσης των περισσότερων τροφίμων κατά την ψύξη είναι η ανάπτυξη μικροοργανισμών. Εκτός των αλλοιογόνων στα ψυγμένα τρόφιμα μπορούν να αναπτυχθούν και ορισμένοι παθογόνοι μικροοργανισμοί. Ιδιαίτερα ευαίσθητοι είναι οι ζωικοί ιστοί καθώς με τη σφαγή παύει η φυσική τους άμυνα απέναντι στους μικροοργανισμούς, ενώ παράλληλα αλληλο-μολύνονται μέσω των εργαλείων κοπής και αποτελούν ιδανικό υπόστρωμα για την ανάπτυξη πολλών μικροοργανισμών. Οι φυτικοί ιστοί προσβάλλονται λιγότερο από μικροοργανισμούς, κυρίως δε αναπτύσσονται σε αυτούς μικροοργανισμοί αλλοίωσης με βασικότερους τους ευρωτομύκητες. Οι μικροοργανισμοί αλλοίωσης που υποβαθμίζουν τα τρόφιμα κατά την ψύξη διακρίνονται σε έξι ομάδες: Gram-αρνητικά ραβδόμορφα βακτήρια: Pseudomonas (τα ευρύτερα απαντώμενα), Acinetobacter, Aeromonas, Alcaligenes, Alteromonas, Flavobacterium, Moraxella, Shewenella, Vibrio. Είναι η πιο κοινή ομάδα που αναπτύσσεται σε φρέσκα ψυγμένα τρόφιμα, κυρίως σε κρέας, πουλερικά, ψάρια και γαλακτοκομικά προϊόντα. Η

5 ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης είναι 0 έως -3 C και αναπτύσσονται σχετικά γρήγορα σε 5-10 C. Περιοριστικοί παράγοντες στην ανάπτυξή τους είναι η απουσία οξυγόνου, το χαμηλό ph (<5.5), η χαμηλή ενεργότητα νερού (<0.98), η παρουσία αλατιού ή συντηρητικών. Προκαλούν δυσάρεστη οσμή και γεύση, γλοιώδη ιμένια, χρώσεις και ορισμένα ταγγισμό και αλλοιώσεις της υφής. Κολοβακτηρίδια/εντερικά βακτήρια: Citrobacter, Escherichia, Enterobacter, Klebsiella, Proteus, Serratia. Είναι και αυτά gram-αρνητικά βακτήρια άλλα συνήθως εξετάζονται ως χωριστή ομάδα καθώς η προέλευσή τους, η σημασία τους και οι συνθήκες ανάπτυξής τους είναι διαφορετικές. Η ύπαρξη βακτηρίων αυτής της ομάδας είναι συνήθως ενδεικτική μη ορθής κατεργασίας ή μόλυνσης μετά την κατεργασία των τροφίμων. Η ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης είναι -2 έως 8 C και αναπτύσσονται σχετικά γρήγορα σε 8-15 C. Ως προς τους περιοριστικούς παράγοντες η διαφορά από την προηγούμενη ομάδα είναι η δυνατότητα ανάπτυξης και απουσία οξυγόνου καθώς και σε χαμηλότερες τιμές ph (επομένως είναι δυνατόν να αναπτυχθούν σε όξινα τρόφιμα). Παράγουν οξέα, αέρια, δυσάρεστη οσμή και γεύση, γλοιώδη ιμένια και χρώσεις. Gram-θετικά σπορογόνα βακτήρια: Bacillus, Clostridium. Αυτή η ομάδα απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή καθώς παράγει θερμοάντοχα σπόρια που μπορούν να επιβιώσουν στις θερμικές κατεργασίες (π.χ. παστερίωση) και να αναπτυχθούν στη συνέχεια κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης υπό ψύξη. Η ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης είναι 0 έως 5 C και αναπτύσσονται σχετικά γρήγορα σε θερμοκρασία > 8 C. Είναι μικροοργανισμοί διαδεδομένοι στο περιβάλλον και παράγουν κυρίως μεγάλες ποσότητες αερίων στα ψυγμένα τρόφιμα. Γαλακτικά βακτήρια: Lactobacillus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus. Ανήκουν στα gram-θετικά βακτήτια και είναι άλλα σπορογόνα και άλλα ραβδόμορφα. Αναπτύσσονται πολύ αργά σε θερμοκρασίες < 8 C και επομένως προκαλούν αλλοιώσεις σε αυτές τις συνθήκες μόνο εάν οι περισσότεροι από τους άλλους μικροοργανισμούς αλλοίωσης έχουν εξαλειφθεί. Αντέχουν σε τιμές ph μέχρι 3.6, σε πλήρη έλλειψη οξυγόνου και σε χαμηλότερη ενεργότητα νερού από τις προηγούμενες ομάδες. Παράγουν κυρίως οξέα και ορισμένα από αυτά και αέρια. Τα γαλακτικά βακτήρια χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ορισμένων ζυμωμένων τροφίμων (γιαούρτι, τυριά, αλλαντικά) τα οποία διατηρούνται υπό ψύξη. Άλλα βακτήρια: Στο κρέας και τα αλλαντικά αναπτύσσεται το Brochothrix thermosphacta που αντέχει και σε χαμηλά επίπεδα οξυγόνου και παράγει δυσάρεστη οσμή. Επίσης στα ίδια προϊντα και στις ίδιες συνθήκες μπορούν να αναπτυχθούν και να προκαλέσουν αλλοίωση τα γένη Corynebacterium, Kurthia και Arthobacter. Τα είδη Micrococcus επιβιώνουν σε ψηλές συγκεντρώσεις αλατιού και προκαλούν

6 αύξηση της οξύτητας και γλοιώδη ιμένια σε προϊόντα κρέατος και ψυγμένα τρόφιμα που διατηρούνται σε άλμη. Ζύμες και ευρωτομύκητες: Candida, Debaryomyces, Hansenula, Kluveromyces, Rhodotorula, Saccharomyces, Torula, Zygosaccharomyces (ζύμες), Aspergilus, Cladosporium, Geotrichum, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Thamnidium (ευρωτομύκητες). Αναπτύσσονται βραδύτερα από τα βακτήρια σε συνθήκες ψύξης και έτσι προκαλούν συνήθως αλλοιώσεις εάν τα βακτήρια έχουν περιορισθεί. Σπανίως βρίσκονται σε φρέσκα τρόφιμα ζωικής προέλευσης αλλά μπορούν να μεταφερθούν σε αυτά από το περιβάλλον και να τα μολύνουν. Η ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης είναι 0 C ή και χαμηλότερη για ορισμένες ζύμες. Αντέχουν σε χαμηλές τιμές ph και ενεργότητας νερού και στην παρουσία συντηρητικών, ενώ ορισμένες ζύμες μπορούν να αναπτυχθούν και απουσία οξυγόνου. Προκαλούν αύξηση της οξύτητας, παραγωγή αερίων ή αλκοόλης, δυσάρεστων οσμών και γεύσεων καθώς και ανάπτυξη αντιαισθητικών ορατών αποικιών (ιδιαίτερα οι ευρωτομύκητες-μούχλες). Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί που αναπτύσσονται στα ψυγμένα τρόφιμα είναι μολυσματικού (προκαλούν οι ίδιοι παθογένεια στον οργανισμό) και τοξικού τύπου (δρούν δια των τοξινών τις οποίες παράγουν). Τα περισσότερα παθογόνα βακτήρια αναπτύσσονται με βραδύ ρυθμό στην περιοχή των 3-10 C, ενώ η ανάπτυξή τους σταματά κάτω από τους 3 C. Υπάρχουν βέβαια και ψυχρόφιλα βακτήρια που αναπτύσσονται και σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, αλλά ο ρυθμός ανάπτυξής τους είναι πολύ βραδύτερος από ότι σε τιμές μεγαλύτερες από 12 C. Τα κυριότερα είδη αυτών οι ελάχιστες θερμοκρασίες ανάπτυξης και η θερμική ανθεκτικότητά τους δίνονται στον Πίνακα 2.1. Πίνακας 2.1. Οι σημαντικότεροι παθογόνοι μικροοργανισμοί που αναπτύσσονται στις θερμοκρασίες ψύξης. Ελάχιστη Ανθεκτικότητα στη θερμοκρασία θερμοκρασία Χαμηλή Μέση Υψηλή ανάπτυξης Τύπος βακτηρίου Βλαστικά κύτταρα Σπόρια < 0 C Listeria monocytogenes (inf) a Yersinia enterolytica (inf) 0-5 C Vibrio parahemolyticus (inf) Clostridium botulinum type E, μη πρωτεολυτικό (tox) a Aeromonas hydrophilia (inf) Bacillus cereus (tox) 5-10 C Salmonella (inf) Bacillus subtilis (tox) Escherichia coli 0157 (inf) Clostridium perfringens (inf) Staphylococcus aureus (tox) C Campylobacter jejeuni (inf) Clostridium botulinum type A & Β (tox) a inf: μολυσματικού τύπου, tox: τοξικού τύπου Πηγή: Brown and Gould, 1992 και Walker and Stringer, 1992

7 Για ορισμένους από τους μικροοργανισμούς τοξικού τύπου, όπως ο Staphylococcus aureus η ανάπτυξη αρχίζει από τις θερμοκρασίες που δίνονται στον Πίνακα 2.1, αλλά η παραγωγή τοξίνης απαιτεί υψηλότερες θερμοκρασίες, Επομένως ο κίνδυνος από αυτούς στα ψυγμένα τρόφιμα περιορίζεται. Αντίθετα άλλοι, όπως το Clostridium botulinum type E και ο Bacillus cereus παράγουν τοξίνες και σε θερμοκρασία χαμηλότερη από 5 C. Αυτοί οι μικροοργανισμοί αποτελούν και το μεγαλύτερο κίνδυνο, εάν υπάρχουν σε τρόφιμα που υφίστανται παστερίωση πριν την ψύξη. Άλλες δράσεις υποβάθμισης της ποιότητας Η ποιότητα των τροφίμων επηρεάζεται επίσης από φυσιολογικές και διάφορες χημικές ή ενζυμικές δράσεις. Τα φρούτα και τα λαχανικά υπόκεινται στη φυσική διαδικασία της γήρανσης και είναι μη αποδεκτά μετά από ορισμένο χρόνο διατήρησης ακόμη και υπό άριστες συνθήκες ψύξης. Πολλά από αυτά όταν ψύχονται κάτω από ορισμένη θερμοκρασία εμφανίζουν ελαττώματα π.χ. οι μπανάνες μαυρίζουν κάτω από 13 ο C, τα λεμόνια εμφανίζουν κηλίδες κάτω από 14 ο C, μερικά λαχανικά εμφανίζουν πληγές στο φλοιό ενώ μερικά φρούτα μαλακώνουν. Οι πατάτες κάτω των 4 ο C, αναπτύσσουν αναγωγικά ζάχαρα τα οποία στη συνέχεια συμμετέχουν σε αντιδράσεις μη ενζυμικού μαυρίσματος, ενώ σε ψηλότερες θερμοκρασίες βλαστάνουν γρήγορα. Τα κρέατα όπως ήδη αναφέρθηκε μπορεί να εμφανίζουν υπερβολική σκληρότητα μειωμένη συγκράτηση νερού και αλλοίωση του χρώματος. Χημικές δράσεις όπως οξείδωση των λιπαρών μετουσίωση των πρωτεϊνών, δράσεις υποβάθμισης των βιταμινών και αλλοίωσης του χρώματος και του αρώματος συμβαίνουν σε όλα τα τρόφιμα κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης υπό ψύξη με ρυθμό που είναι τόσο βραδύτερος όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία αποθήκευσης. Η κύρια φυσική μεταβολή που μπορεί να συμβεί είναι η αφυδάτωση. Έντονη αφυδάτωση μπορεί να προκαλέσει ελαττώματα όπως συρρίκνωση φρούτων και λαχανικών και αύξηση των αεροθυλάκων στα αυγά. Συνθήκες αποθήκευσης Θερμοκρασία Ο έλεγχος της θερμοκρασίας αποθήκευσης είναι σημαντικός δεδομένου ότι η θερμοκρασία έχει μεγάλη επίδραση στην ανάπτυξη των μικροοργανισμών. Όπως αναφέρθηκε τα περισσότερα παθογόνα βακτήρια αναπτύσσονται με βραδύ ρυθμό στην περιοχή των 3-10 C, ενώ η ανάπτυξή τους σταματά κάτω από τους 3 C. Τα ψυχρόφιλα παθογόνα βακτήρια αναπτύσσονται βέβαια και σε χαμηλότερες

8 θερμοκρασίες, όπως και οι ψυχρόφιλοι αλλοιογόνοι μικροοργανισμοί, αλλά ο ρυθμός ανάπτυξής τους επιβραδύνεται όσο μειώνεται η θερμοκρασία. Η μείωση της θερμοκρασίας επιφέρει και επιβράδυνση των ανεπιθύμητων χημικών δράσεων καθώς και της αναπνοής των φρούτων και λαχανικών, επιμηκύνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής τους. Κάτω όμως από μία τιμή θερμοκρασίας ορισμένη για κάθε φρούτο ή λαχανικό τα περισσότερα από αυτά εμφανίζουν το φαινόμενο της δημιουργίας πληγών από το ψύχος (chilling injury). Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την εμφάνιση και εξέλιξη αυτού του φαινομένου είναι η θερμοκρασίαυπάρχει μία ορισμένη κρίσιμη θερμοκρασία εμφάνισης για κάθε είδος, ο χρόνος παραμονής κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία, η μεταβολική κατάσταση, η σύσταση του αέρα και ο ρυθμός απώλειας υγρασίας. Μία άλλη ανεπιθύμητη επίδραση της χαμηλής θερμοκρασίας είναι η βράχυνση των ζωικών ιστών. Το φαινόμενο σχετίζεται κυρίως με τη γρήγορη μείωση της θερμοκρασίας στην περιοχή των 0-5 C και όχι τόσο με την τελική τιμή της. Εμφανίζεται σε ιστούς που έχουν αποκοπεί αμέσως μετά τη σφαγή και πριν την εμφάνιση της νεκρικής ακαμψίας. Το μόνο τρόφιμο που αποτελεί εξαίρεση στο γενικό κανόνα ότι όλα τα χαρακτηριστικά ποιότητας των τροφίμων διατηρούνται περισσότερο χρονικό διάστημα σε θερμοκρασία ψύξης από ότι σε θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι το ψωμί, το οποίο εμφανίζει μεγαλύτερη σκληρότητα σε θερμοκρασία ψύξης. Για τα υπόλοιπα τρόφιμα έχει προσδιορισθεί η θερμοκρασία που εξασφαλίζει τη μακρύτερη συντήρηση αυτών χωρίς σημαντικές μεταβολές των ποιοτικών χαρακτηριστικών. Ενδεικτικές τέτοιες τιμές βέλτιστης θερμοκρασίας αποθήκευσης δίνονται στον Πίνακα 2.2. Πρέπει να σημειωθεί ότι εξαιρετικά μικρές μεταβολές της θερμοκρασίας, της τάξης του 1-2 C προκαλούν σημαντικές μεταβολές του ρυθμού απώλειας της ποιότητας και μπορεί να μειώσουν στο μισό το χρόνο συντήρησης. Επομένως η θερμοκρασία θα πρέπει να διατηρείται σε εύρος ±1 C γύρω από τη βέλτιστη τιμή. Γενικά η βέλτιστη τιμή για κρέατα, πουλερικά, ψάρια, γάλα και αυγά είναι μόλις ανώτερη από το σημείο έναρξης κατάψυξης. Για τα φρούτα και τα λαχανικά οι βέλτιστες θερμοκρασίες ποικίλουν ανάλογα με το είδος, από τιμές κοντά στο σημείο έναρξης κατάψυξης μέχρι τιμές ανώτερες των 7 C. Σχετική Υγρασία Ο έλεγχος της σχετικής υγρασίας στους χώρους αποθήκευσης υπό ψύξη είναι απαραίτητος για την επιμήκυνση της διάρκειας ζωής. Σχετική υγρασία μεγαλύτερη από τη βέλτιστη τιμή προκαλεί την ανάπτυξη ευρωτομυκήτων και άλλων μικροοργανισμών αλλοίωσης σε όλα τα τρόφιμα και το σχίσιμο της σάρκας ορισμένων φρούτων. Αντίθετα σχετική υγρασία χαμηλότερη από τη βέλτιστη τιμή προκαλεί αφυδάτωση και συρρίκνωση των φρούτων, άσχημη εμφάνιση των ζωικών

9 ιστών, ορισμένες μεταβολές υφής και γενικά απώλεια βάρους λόγω αφυδάτωσης σε όλα τα προϊόντα. Πίνακας 2.2. Συνιστώμενη θερμοκρασία, σχετική υγρασία και διάρκεια αποθήκευσης τροφίμων σε ψύξη. Τρόφιμο Θερμοκρασία ( C) Σχετ. Υγρασία (%) Διάρκεια αποθήκευσης Αγγούρια μέρες Αμύγδαλα μήνες Αυγά μήνες Αχλάδια μήνες Βατόμουρα μέρες Βερίκοκα βδομάδες Βούτυρο μήνες Βύσινα μέρες Γκρέιπφρουτ βδομάδες Δαμάσκηνα βδομάδες Ελιές φρέσκες βδομάδες Καρότα μήνες Καρπούζια βδομάδες Καρύδια μήνες Κεράσια βδομάδες Κουνουπίδι βδομάδες Κρέας βοδινό βδομάδες Κρέας αρνίσιο μέρες Κρέας χοιρινό μέρες Λάχανο βδομάδες Λεμόνια κίτρινα βδομάδες Μανιτάρια μέρες Μαργαρίνη έτος Μαρούλι βδομάδες Μελιτζάνες μέρες Μήλα μήνες Μπανάνες κίτρινες μέρες Νεκταρίνια βδομάδες Πεπόνια βδομάδες Πορτοκάλια βδομάδες Ροδάκινα βδομάδες Ρόδια μήνες Σταφύλια μήνες Σύκα μέρες Φασολάκια μέρες Φράουλες μέρες Φρούτα ξερά μήνες Χουρμάδες μήνες Ψάρια μέρες Πηγή: Μαρκάκης, 1996

10 Για τη συντήρηση ψαριών και μοσχαρίσιου κρέατος ενδείκνυται σχετική υγρασία 90-95%. Για τη συντήρηση πουλερικών και κρεάτων εκτός του μοσχαρίσιου 85-90%. Για τυρί, βούτυρο, αυγά και διάφορα αποξηραμένα προϊόντα χαμηλότερη από 85%. Για φρούτα και λαχανικά οι τιμές ποικίλουν ανάλογα με το είδος, είναι όμως γενικά ανώτερες από 85%. Ενδεικτικές τιμές σχετικής υγρασίας δίνονται στον Πίνακα 2.2 μαζί με τις αντίστοιχες βέλτιστες τιμές θερμοκρασίας συντήρησης. Η σχετική υγρασία καθορίζεται κυρίως από τη διαφορά θερμοκρασίας του αέρα και της επιφάνειας των ψυκτικών στοιχείων. Μία μικρή διαφορά θερμοκρασίας της τάξης του 0-1 C είναι απαραίτητη για τη διατήρηση ικανοποιητικά υψηλής σχετικής υγρασίας. Φωτισμός Οι χώροι των ψυγείων διατηρούνται γενικά στο σκοτάδι εκτός των περιόδων εισόδου ή εξόδου προϊόντων. Το σκοτάδι επιβραδύνει την εκβλάστηση (πατάτες, κρεμμύδια κ.λ.π.) και τον αποχρωματισμό σε ορισμένα προϊόντα καθώς και την ανάπτυξη δυσάρεστων οσμών. Η υπεριώδης ακτινοβολία μπορεί να καταστείλει την ανάπτυξη ευρωτομυκήτων και βακτηρίων στις επιφάνειες και για αυτό το λόγο χρησιμοποιείται σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως στην ωρίμανση βοδινών. Η υπεριώδης ακτινοβολία όμως καταλύει τις οξειδώσεις και έτσι η χρήση της απαιτεί προσοχή. Για παράδειγμα, σε τρόφιμα πλούσια σε λιπαρά (τυρί, βούτυρο κ.λ.π.) επιφέρει, λόγω της ταχείας οξείδωσης, γρήγορη υποβάθμιση της ποιότητας. Σε φρούτα και λαχανικά δεν έχει παρατηρηθεί κανένα πλεονέκτημα που να δικαιολογεί τη χρήση της. Κυκλοφορία και καθαρισμός του αέρα Η κυκλοφορία του αέρα στα ψυγεία είναι απαραίτητη για τη διατήρηση ομοιόμορφης θερμοκρασίας και ομοιόμορφης σύνθεσης της ατμόσφαιρας σε όλο το χώρο. Επίσης για τη γρήγορη εξομάλυνση θερμοκρασιακών διαφορών που μπορεί να παρουσιάζουν τα νεοεισερχόμενα τρόφιμα. Μέση προς μεγάλη ταχύτητα αέρα μπορεί να προκαλέσει αφυδάτωση των προϊόντων αλλά αυτή μπορεί να ελεγχθεί με διατήρηση της κατάλληλης σχετικής υγρασίας. Επίσης σε ορισμένα προϊόντα η αφυδάτωση περιορίζεται με επικάλυψη με κερί (φρούτα) ή με κάποιο έλαιο (αυγά). Ορισμένες φορές γίνεται και καθαρισμός του αέρα για την απομάκρυνση δυσάρεστων οσμών και πτητικών ουσιών από τα φρούτα. Ο καθαρισμός γίνεται με διαβίβαση του αέρα δια μέσου ενεργού άνθρακα ή με απλό εξαερισμό. Σύσταση της ατμόσφαιρας

11 Η μεταβολή της περιεκτικότητας σε οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας των χώρων ψύξης επηρεάζει την αερόβια αναπνοή των φρούτων και λαχανικών, τη μικροβιακή ανάπτυξη και τις οξειδωτικές δράσεις. Για το λόγο αυτό εφαρμόζονται τεχνικές συντήρησης σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα (Modified Atmosphere, MA) ή σε ελεγχόμενη ατμόσφαιρα (Controlled Atmosphere, CA). Η αερόβια αναπνοή των φρούτων και λαχανικών πρέπει να διατηρείται σε χαμηλό ρυθμό για την επιμήκυνση του χρόνου ζωής αυτών. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με μείωση της συγκέντρωσης του οξυγόνου, αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα και μείωση της θερμοκρασίας. Τα μήλα αποτελούν ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα προϊόντος που συντηρείται σε ελεγχόμενη ατμόσφαιρα. Μείωση της συγκέντρωσης του Ο 2 σε 10% ή χαμηλότερο μειώνει το ρυθμό αναπνοής τόσο παρουσία όσο και απουσία CO 2. Για την ίδια συγκέντρωση Ο 2 ο ρυθμός αναπνοής μειώνεται όσο αυξάνεται η συγκέντρωση του CO 2. Αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 σε 10% επίσης μειώνει το ρυθμό αναπνοής ακόμη και εάν η παρουσία οξυγόνου βρίσκεται σε σχετικά υψηλά επίπεδα. Εάν η συγκέντρωση του Ο 2 μειωθεί πάρα πολύ η αερόβια αναπνοή καταστέλλεται και υποκαθίσταται τουλάχιστο μερικά από την αναερόβια αναπνοή. Το αποτέλεσμα είναι η συγκέντρωση αλκοόλης και άλλων τοξικών προϊόντων της αναερόβιας αναπνοής, η εμφάνιση φυσιολογικών ανωμαλιών και η μείωση του χρόνου ζωής. Η κρίσιμη συγκέντρωση Ο 2 για την έναρξη αναερόβιας αναπνοής εξαρτάται από τη θερμοκρασία (η απαίτηση σε Ο 2 είναι μεγαλύτερη σε ψηλότερη θερμοκρασία), το βαθμό ωρίμανσης και το είδος του προϊόντος. Παραδείγματα κρίσιμης συγκέντρωσης Ο 2 για την έναρξη αναερόβιας αναπνοής είναι 1.8% για μήλα στους 3.5 C, 2.3% και 1.2% για σπαράγγια στους 20 και 10 C, αντίστοιχα και 4% για καρότα και μπιζέλια στους 20 C. Πολύ αυξημένη συγκέντρωση CO 2 καταστέλλει και την αερόβια και την αναερόβια αναπνοή, περιορίζει ή καθυστερεί την κλιμακτήριο, και συνήθως επιταχύνει την υποβάθμιση της ποιότητας. Οι πρώτες μεταβολές στην ποιότητα είναι η ανάπτυξη δυσάρεστων οσμών που ακολουθείται από μεταβολή του χρώματος και αλλοίωση της υφής. Η συγκέντρωση Ο 2 και CO 2 επηρεάζει την ανάπτυξη αερόβιων μικροοργανισμών που βρίσκονται στην επιφάνεια των τροφίμων. Συγκέντρωση CO 2 μεγαλύτερη από 10% επιβραδύνει σημαντικά την ανάπτυξη τέτοιων μικροοργανισμών. Το κατώτερο αποτελεσματικό όριο εξαρτάται από τη θερμοκρασία (ψηλότερες θερμοκρασίες απαιτούν μεγαλύτερες τιμές), τον πληθυσμό των μικροοργανισμών, και τη θρεπτική σύσταση του τροφίμου. Υπερβολικά αυξημένη συγκέντρωση CO 2 και έλλειψη Ο 2 μπορεί να προκαλέσει την ανάπτυξη αναερόβιων μικροοργανισμών, μεταξύ των οποίων και παθογόνοι.

12 Επομένως η εφαρμογή τροποποιημένης ατμόσφαιρας ιδιαίτερα στη συντήρηση κρεάτων απαιτεί μεγάλη προσοχή. Εκτός της μεταβολής της σύστασης του αέρα σε οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα ορισμένες φορές χρησιμοποιούνται μικρές συγκεντρώσεις άλλων αερίων, όπως χλώριο, διοξείδιο του θείου, όζον, κ.λ.π. για την επιβράδυνση της ανάπτυξης μικροοργανισμών και εντόμων. Επίσης χρησιμοποιείται αιθυλένιο, όπως ήδη αναφέρθηκε για την επιτάχυνση της ωρίμανσης των φρούτων. Άλλα χημικά που χρησιμοποιούνται για να περιορίσουν φυσιολογικές ανωμαλίες και μεταβολές (π.χ. εμφάνιση κηλίδων, εκβλάστηση), η οξειδώσεις, είτε ψεκάζονται πάνω στα προϊόντα σε μορφή αεροζόλ ή υδατικών διαλυμάτων, είτε προστίθενται στη συσκευασία προϊόντων που διατηρούνται υπό ψύξη. Ρύθμιση της θερμοκρασίας στους ψυκτικούς θαλάμους Οι ψυκτικοί θάλαμοι είναι κλειστοί μονωμένοι χώροι που ψύχονται από ένα ή περισσότερα ψυκτικά στοιχεία βεβιασμένης κυκλοφορίας αέρα (αεροψυκτήρες) ανάλογα με το μέγεθός τους. Η τοποθέτηση των ψυκτικών στοιχείων ποικίλει, αλλά συνήθως γίνεται κοντά στο επίπεδο της οροφής. Η κυκλοφορία του αέρα πρέπει να σχεδιάζεται ώστε να παρέχει ομοιόμορφη κατανομή σε όλο το θάλαμο και αποφυγή δημιουργίας θερμών σημείων. Πίνακας 2.3. Ελάχιστος αριθμός αισθητήρων σε ψυκτικούς θαλάμους. Όγκος θαλάμου μεγαλύτερος από (m 3 ) Αριθμός αισθητήρων Πηγή: Woolfe, Η θερμοκρασία του χώρου ρυθμίζεται μέσω της θερμοκρασίας του αέρα και η επαναφορά αυτής στην προκαθορισμένη τιμή, μετά από άνοιγμα του θαλάμου είναι συνήθως γρήγορη. Ο αριθμός των αισθητήρων για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του αέρα σε ένα ψυκτικό θάλαμο εξαρτάται από το μέγεθός του και τον αριθμό των αεροψυκτήρων. Για ψυκτικούς θαλάμους μικρότερους από 500 m 3 αρκεί ένας αισθητήρας. Για μεγαλύτερους χώρους ο ελάχιστος συνιστώμενος αριθμός αισθητήρων δίνεται στον Πίνακα 2.3. Η θέση των αισθητήρων επιλέγεται ώστε να είναι αντιπροσωπευτική των περισσότερων σημείων που μπορεί να παρουσιάζουν διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και οπωσδήποτε του σημείου με το θερμότερο αέρα.

13 Εάν η κυκλοφορία του αέρα είναι καλή οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας μέσα στο θάλαμο δεν είναι μεγαλύτερες από 1-2 C. Σε αυτή την περίπτωση στους χώρους που χρησιμοποιείται ένας μόνο αισθητήρας τοποθετείται στην επιστροφή του αέρα στο ψυκτικό στοιχείο επειδή η θερμοκρασία του αέρα επιστροφής προσεγγίζει τη μέση θερμοκρασία των τροφίμων στο θάλαμο. Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται είναι θερμοστοιχεία, αντίσταση λευκόχρυσου, και ημιαγωγοί (θερμίστορς). Τα θερμοστοιχεία είναι συνήθως Τύπου Κ (Chromel-Alumel) ή Τύπου Τ (Copper-Constantan). Τα πλεονεκτήματά τους είναι η χαμηλή τιμή, η ευκολία τοποθέτησης και το μεγάλο εύρος μετρούμενης θερμοκρασίας (-184 έως 1600 C). Μειονέκτημα είναι η χαμηλότερη ακρίβεια σε σύγκριση με τους άλλους αισθητήρες, η οποία οφείλεται σε μεταβολές θερμοκρασίας της ψυχρής επαφής (συνήθως η θερμοκρασία περιβάλλοντος) ή σε μεταβολές τάσης από κινητήρες κ.ά., υγρασία ή διαφορά θερμοκρασίας σε άλλες επαφές. Μεγαλύτερη ακρίβεια έχει ο Τύπος Τ (±0.8 C) σε σύγκριση με τον Τύπο Κ (±1.8 C). Τα θερμόμετρα με αντίσταση λευκόχρυσου έχουν επίσης γραμμική απόκριση σε μεγάλο εύρος θερμοκρασίας (-270 έως 850 C) και μεγαλύτερη ακρίβεια από τα θερμοστοιχεία (0.4 C), ο χρόνος απόκρισης τους όμως είναι μεγαλύτερος. Το υψηλό τους κόστος περιορίζει τις εφαρμογές τους μόνο σε περιπτώσεις που χρειάζεται πολύ μεγάλη ακρίβεια. Οι ημιαγωγοί έχουν μεγάλη ακρίβεια (0.3 C), γραμμική απόκριση σε πολύ μικρότερο εύρος θερμοκρασίας (-40 έως 140 C) και η χρήση τους σε ψυκτικούς θαλάμους αυξάνεται καθώς εισάγονται ειδικές απαιτήσεις για τα συστήματα μέτρησης. Η καταγραφή των δεδομένων θερμοκρασίας γίνεται είτε σε ιστογράμματα (chart recorders) είτε σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές (data logging systems) που έχουν υποκαταστήσει την χρήση ιστογραμμάτων ιδιαίτερα στις μεγάλες μονάδες επειδή επιτρέπουν όχι μόνο την αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων, αλλά και την ανάλυση και επεξεργασία αυτών και τη σύνδεση με τα συστήματα ελέγχου και ειδοποίησης σε περίπτωση που η θερμοκρασία είναι εκτός των προκαθορισμένων ορίων. H θερμοκρασία των τροφίμων που διατηρούνται υπό ψύξη μπορεί να μετρηθεί με χρήση θερμοστοιχείων. Επίσης για την ένδειξη της τρέχουσας θερμοκρασίας ή της υπέρβασης ενός θερμοκρασιακού ορίου χρησιμοποιούνται οι θερμοκρασιακοί δείκτες (temperature indicators), ενώ για την ένδειξη του ιστορικού θερμοκρασίας και χρόνου έκθεσης οι χρονοθερμοκρασιακοί δείκτες ή ολοκληρωτές (time-temperature indicators or integrators). Πρόκειται για απλές συσκευές που τοποθετούνται πάνω στο τρόφιμο ή τη συσκευασία και εμφανίζουν μια εύκολα μετρήσιμη αλλαγή, αναντίστρεπτη και εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία και το χρόνο. Οι κυρίως χρησιμοποιούμενοι δείκτες βασίζονται σε μία φυσική, χημική, φυσικοχημική ή ενζυμική δράση που προκαλεί μια μετρήσιμη μεταβολή χρώματος.

14 Αποθήκευση σε τροποποιημένη ή ελεγχόμενη ατμόσφαιρα (ΜΑ, CA) Η μείωση της συγκέντρωσης του οξυγόνου, η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα, ή η μείωση της συγκέντρωσης και των δύο συστατικών στο χώρο ψυκτικής συντήρησης βοηθά σημαντικά στη διατήρηση της ποιότητας ορισμένων προϊόντων, όπως ήδη αναφέρθηκε. Η βέλτιστη σύσταση της ατμόσφαιρας ποικίλει από είδος σε είδος, όπως και η βέλτιστη θερμοκρασία. Πίνακας 2.4. Συνθήκες συντήρησης υπό ελεγχόμενη ατμόσφαιρα για ορισμένα φρούτα και λαχανικά Είδος Θερμοκρασία Ο 2 CO 2 Χρόνος αποθήκευσης ( C) (%) (%) (μήνες) Αβοκάδο 7/ Αγγούρι Αγκινάρα 0/ Ακτινίδιο Αχλάδι -1.5/ Δαμάσκηνο Κάστανο Κεράσι Κουνουπίδι Κρεμμύδι Λάχανο Μανιτάρια Μήλο 0/ Μπρόκολο Νεκταρίνι -0.5/ Ραδίκι Ροδάκινο -0.5/ Σκόρδο Σπαράγγι 1/ Τομάτα Φασολάκια πράσινα Πηγή:Gorini et al, 1990 Τα μήλα και τα αχλάδια αποτελούν τις μεγαλύτερες ποσότητες μεταξύ των προϊόντων που συντηρούνται σε ελεγχόμενη ατμόσφαιρα. Η ακριβής σύσταση για τη διατήρηση των καλύτερων ποιοτικών χαρακτηριστικών διαφέρει για κάθε ποικιλία και επηρεάζεται επίσης από την προέλευση των φρούτων. Έτσι ο αποτελεσματικότερος τρόπος προσδιορισμού της είναι με δοκιμή και σφάλμα. Γενικά η συγκέντρωση του Ο 2 είναι 3% για τα μήλα και 2-3% για τα αχλάδια, ενώ η συγκέντρωση του CO 2 είναι διαφορετική για κάθε ποικιλία και κυμαίνεται από 2 έως

15 7% στα μήλα και από 0.5 έως 2% στα αχλάδια. Οι τιμές αυτές αναφέρονται σε ορισμένη βέλτιστη τιμή θερμοκρασίας συντήρησης, διαφορετική για κάθε ποικιλία. Άλλα φρούτα, όπως κεράσια, δαμάσκηνα, μούρα, ροδάκινα, γκρέϊπφρουτ και πορτοκάλια διατηρούνται καλύτερα με σύντομη έκθεση (1-2 μέρες) σε ατμόσφαιρα που περιέχει τουλάχιστο 20% CO 2. Η παρατεταμένη έκθεση ή η πολύ μεγάλη περιεκτικότητα CO 2 μπορεί να προκαλέσει δυσάρεστες οσμές. Για την παρεμπόδιση του ενζυμικού μαυρίσματος επιτρέπεται η χρήση SO 2 σε τεμαχισμένα μήλα και πατάτες. Επίσης έχει μελετηθεί η εμβάπτιση σε ασκορβικό ή κιτρικό οξύ. Ορισμένα λαχανικά (καρότα, κουνουπίδι, μαρούλι, σπαράγγια) διατηρούνται καλύτερα με έκθεση σε ατμόσφαιρα 5-50% CO 2 για 1-7 μέρες, ή με συντήρηση σε σχεδόν καθαρό άζωτο. Άλλα είδη δεν παρουσιάζουν βελτίωση της ποιότητας σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα. Οι συνθήκες που προτείνονται για τη διατήρηση ορισμένων φρούτων και λαχανικών σε καλή ποιότητα δίνονται στον Πίνακα 2.4. Ειδικότερα για τα μήλα και τα αχλάδια υπάρχουν πολύ λεπτομερέστερα στοιχεία για κάθε ποικιλία. Για την επίτευξη τροποποιημένης ατμόσφαιρας σε ορισμένα φρούτα και τεμαχισμένα έτοιμα λαχανικά χρησιμοποιείται αεροστεγής συσκευασία κατά τη συντήρησή τους υπό ψύξη. Η ίδια η αναπνοή των φρούτων και λαχανικών προκαλεί μείωση της συγκέντρωσης του O 2 και αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2, αλλά ορισμένες φορές προστίθεται και μίγμα αερίων επιθυμητής σύστασης στη συσκευασία. Ένα βασικό πρόβλημα στην επίτευξη τροποποιημένης ατμόσφαιρας στη συσκευασία είναι η μεγάλη διαφορά στους ρυθμούς αναπνοής μεταξύ των διαφόρων ειδών. Ενδεικτικά δίνονται οι ρυθμοί για ορισμένα φρούτα και λαχανικά στον Πίνακα 2.5. Ακόμη στο ίδιο είδος παρουσιάζονται διαφορές ανάλογα με την ποικιλία. Η αποφλοίωση ή ο τεμαχισμός των φρούτων και των λαχανικών επιφέρουν αύξηση του ρυθμού αναπνοής. Και βεβαίως ο ρυθμός εξαρτάται από τη θερμοκρασία και περίπου διπλασιάζεται για αύξηση της θερμοκρασίας από τους 10 στους 20 C. Ο χρόνος ζωής του κρέατος και των προϊόντων κρέατος παρατείνεται σχεδόν στο διπλάσιο με αύξηση της συγκέντρωσης CO 2, επειδή επιβραδύνεται η ανάπτυξη των αλλοιογόνων μικροοργανισμών. Κατά τη μεταφορά κρεάτων με πλοία χρησιμοποιείται συγκέντρωση 10% CO 2 και θερμοκρασία -1 έως -1.5 C. Για την αποθήκευση έχουν προταθεί πολύ μεγαλύτερες συγκεντρώσεις, που ξεπερνούν το 50% εάν ο στόχος είναι και η επιβράδυνση των οξειδώσεων. Επίσης η χρήση αζώτου ή μιγμάτων αζώτου και διοξειδίου του άνθρακα επιφέρουν τα ίδια αποτελέσματα. Η μικροβιακή ανάπτυξη σε πουλερικά ομοίως επιβραδύνεται με αύξηση της συγκέντρωσης CO 2, αλλά έχει παρατηρηθεί αλλοίωση του χρώματος και ανάπτυξη δυσάρεστης οσμής σε συγκέντρωση μεγαλύτερη από 15%.

16 Πίνακας 2.5. Ρυθμός αναπνοής φρούτων και λαχανικών Ρυθμός αναπνοής στους 5 C Πηγή: O Beirne, 1990 Είδος (ml CO 2 /kg h) <5 Αποξηραμένα φρούτα και λαχανικά, ξηροί καρποί 5-10 Μήλο, σταφύλι, πατάτα (ώριμη), κρεμμύδι, σκόρδο Βερίκοκο, ροδάκινο, κεράσι, δαμάσκηνο, καρότο, τομάτα, πιπεριά, μαρούλι, λάχανο Φράουλες, διάφορα μούρα, κουνουπίδι Κρεμμύδι φρέσκο, λαχανάκια Βρυξελών >60 Αρακάς, σπαράγγι, μπρόκολο, μανιτάρι, σπανάκι Για τα ψάρια αναφέρεται αποτελεσματική επιβράδυνση της ανάπτυξης των μικροοργανισμών αλλοίωσης σε συγκέντρωση CO 2 >20%. Η διατήρηση σε ατμόσφαιρα που περιέχει % CO 2 διπλασιάζει την ποιότητα διατήρησης αυτών. Εξοπλισμός και μέθοδοι επίτευξης και ελέγχου της σύστασης της ατμόσφαιρας Οι θάλαμοι τροποποιημένης/ελεγχόμενης ατμόσφαιρας πρέπει να παρουσιάζουν ικανοποιητική στεγανότητα που να εξασφαλίζει τη σταθερότητα στη σύσταση της ατμόσφαιρας. Γι αυτό κατασκευάζονται με ειδική στεγανωτική επένδυση από μεταλλικά ελάσματα, στρώσεις ασφαλτικού υλικού ή πλαστικών υλικών. Απαραίτητη είναι και ή καλή σφράγιση των αρμών. Πριν τη χρήση τους οι θάλαμοι ελέγχονται ως προς τη στεγανότητα εφαρμόζοντας υπερπίεση ίση με 25 mm νερού. Ικανοποιητική θεωρείται η στεγανότητα εάν μετά μία ώρα η υπερπίεση διατηρείται ανώτερη από 5 mm νερού. Αυτή η πτώση πίεσης αντιστοιχεί σε ρυθμό εισόδου αέρα ίσο με 0.2% του όγκου του αέρα στο θάλαμο ανά ώρα σε σταθερή διαφορά πίεσης 12.5 mm νερού μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού χώρου. Σύμφωνα με άλλη δοκιμή ικανοποιητική θεωρείται η στεγανότητα θαλάμου όταν από αρχική υπερπίεση 30 mm νερού η απομένουσα τιμή μετά από 30 min είναι τουλάχιστο η μισή (15 mm νερού). Οι θάλαμοι ελεγχόμενης ατμόσφαιρας δεν προσφέρονται για περιπτώσεις συχνής διακίνησης προϊόντων, γιατί με το άνοιγμα της πόρτας μεταβάλλεται η σύσταση της ατμόσφαιρας. Πρέπει να υπάρχει ικανοποιητική κυκλοφορία αέρα για γρήγορη ψύξη νεοεισερχόμενων προϊόντων και ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας και σύστασης σε όλο το θάλαμο. Η μεταβολή της σύστασης του αέρα μπορεί να γίνει φυσικά μέσω της αναπνοής των προϊόντων ή τεχνητά. Στη φυσική μεταβολή επέρχεται συνεχής μείωση της

17 συγκέντρωσης του οξυγόνου και αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα. H κύρια αντίδραση που συμβαίνει κατά την αναπνοή είναι η οξείδωση των υδατανθράκων: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 +6H 2 O O λόγος του παραγόμενου CO 2 προς το καταναλισκόμενο O 2 σε αυτή την αντίδραση είναι 1. Τα περισσότερα προϊόντα εμφανίζουν κατά την αναπνοή τους λόγο CO 2 / O 2 παραπλήσιο του 1. Κατά την αναπνοή παράγεται θερμότητα, η οποία έχει βρεθεί ότι σχετίζεται με το ποσό του παραγόμενου CO 2 και είναι περίπου ίση με τη θερμότητα που εκλύεται κατά την καύση της γλυκόζης (10.7 J/mg CO 2 ). Ο ρυθμός παραγωγής CO 2 και κατανάλωσης Ο 2 μπορεί να υπολογισθεί από τη θερμότητα αναπνοής. Η φυσική μεταβολή της σύστασης είναι απλή και οικονομική, η επιθυμητή μείωση όμως της συγκέντρωσης του οξυγόνου επιτυγχάνεται μετά από μεγάλο χρόνο, ιδιαίτερα σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ακόμη απαιτείται πολύ καλή στεγανότητα του θαλάμου για να μην εισέρχεται εξωτερικός αέρας και απαγορεύεται το άνοιγμά του για φόρτωση ή εξαγωγή προϊόντων. Υπερβολικές μεταβολές συγκεντρώσεων διορθώνονται εισάγοντας την κατάλληλη ποσότητα φρέσκου αέρα. Οι τεχνητές μέθοδοι μείωσης της συγκέντρωσης του οξυγόνου στηρίζονται στη διαβίβαση αζώτου ή αέρα από τον οποίο το οξυγόνο έχει απομακρυνθεί με καταλυτική καύση μεθανίου ή προπανίου. Η διαβίβαση είναι είτε συνεχής είτε, συχνότερα, υποβοηθητική της φυσικής μεθόδου (για την αρχική επίτευξη μειωμένης συγκέντρωσης, ή για την αποκατάσταση των επιθυμητών συνθηκών μετά από άνοιγμα του θαλάμου ή λόγω μικρής στεγανότητας). Τα βασικά πλεονεκτήματα των τεχνητών μεθόδων είναι η γρήγορη επίτευξη των επιθυμητών συνθηκών, η δυνατότητα ανοίγματος των θαλάμων και οι μικρότερες απαιτήσεις σε στεγανότητα. Η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα γίνεται με τη φυσική αναπνοή για τα φρούτα και λαχανικά ενώ όταν υπερβεί το επιθυμητό όριο χρησιμοποιούνται παγίδες συγκράτησης (scrubbers). Αυτές φέρουν σκόνη ή αιώρημα Ca(OH) 2, ή διάλυμα NaOH ή μονοαιθανολαμίνης δια μέσου του οποίου διαβιβάζεται ο αέρας του θαλάμου. Άλλος τύπος στηρίζεται στην απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα σε νερό, η οποία ελέγχεται από τη μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα και από τη θερμοκρασία. Ο αέρας του θαλάμου μετά τη διαβίβασή του στην παγίδα επιστρέφει στο θάλαμο. Η εκρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα από το νερό της παγίδας γίνεται σε τμήμα εκρόφησης με διαβίβαση φρέσκου αέρα και στη συνέχεια το νερό ανακυκλώνεται στο τμήμα ρόφησης. Σε προϊόντα που δεν αναπνέουν, ή όταν η αναπνοή δεν επαρκεί για αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα και μείωση της συγκέντρωσης του

18 οξυγόνου στα επιθυμητά επίπεδα, η σύσταση της ελεγχόμενης ατμόσφαιρας διατηρείται με διαβίβαση CO 2 και/ή N 2. Υπολογισμός ψυκτικού φορτίου και μεταβολών υγρασίας Το ποσό της θερμότητας ανά μονάδα χρόνου που πρέπει να απομακρυνθεί σε μία μονάδα ψύξης καλείται ψυκτικό φορτίο. Το ψυκτικό φορτίο μπορεί να υποδιαιρεθεί σε δύο κατηγορίες: 1. Το ψυκτικό φορτίο σε μη μόνιμη κατάσταση, που ισούται με το ποσό της θερμότητας ανά μονάδα χρόνου που πρέπει να απομακρυνθεί για τη μείωση της θερμοκρασίας του προϊόντος μέχρι τη θερμοκρασία συντήρησης, δηλ. κατά την πρόψυξη. 2. Το ψυκτικό φορτίο σε μόνιμη κατάσταση, που ισούται με το ποσό της θερμότητας ανά μονάδα χρόνου που πρέπει να απομακρυνθεί για τη διατήρηση της θερμοκρασίας αποθήκευσης υπό ψύξη. Τόσο για τους θαλάμους πρόψυξης όσο και για τους θαλάμους διατήρησης υπό ψύξη μπορούμε να διατυπώσουμε ένα απλοποιημένο ισοζύγιο ενέργειας για τον αέρα θεωρώντας όλο τον αέρα του χώρου ως πλήρως αναμίξιμο, ομοιόμορφης θερμοκρασίας. Στην αντίθετη περίπτωση που θεωρηθούν περισσότερες ζώνες αέρα μέσα στο θάλαμο, διαφορετικής θερμοκρασίας η κάθε μία, τα μοντέλα που προκύπτουν είναι πολύπλοκα. Αν δεχθούμε επί πλέον ότι η μεταβολή της πυκνότητας του αέρα στο θάλαμο μεταβάλλεται αμελητέα με τη μεταβολή της θερμοκρασίας το ισοζύγιο που προκύπτει έχει τη γενική μορφή: mc dta a a = Σ(εισερχόμενης θερμότητας)-σ(εξερχόμενης θερμότητας) (2.1) dt Αντίστοιχα το ισοζύγιο μάζας για τους υδρατμούς στον αέρα είναι: m dwa a = Σ(εισερχόμενων υδρατμών)-σ(εξερχόμενων υδρατμών) (2.2) dt όπου m a μάζα του ξηρού αέρα στο θάλαμο (kg) c a ειδική θερμότητα του αέρα (J/kg C) T a θερμοκρασία του αέρα ( C) W a υγρασία του αέρα (kg υδρατμών/kg ξηρού αέρα) Οι σημαντικότερες κατηγορίες εισερχόμενης/εξερχόμενης θερμότητας είναι: α) η θερμότητα που εισέρχεται/απάγεται από τα τρόφιμα β) η θερμότητα που εισέρχεται από τους τοίχους, την οροφή, το δάπεδο κλπ. γ) η θερμότητα που εισέρχεται από φώτα, κινητήρες (ανεμιστήρες), ανθρώπους κλπ. δ) η θερμότητα που εισέρχεται από ανοικτές πόρτες ε) η θερμότητα που εισέρχεται/απάγεται από υλικά που προσαρτώνται στο θάλαμο για εξισορρόπηση της θερμοκρασίας

19 Η κύρια διαφοροποίηση μεταξύ του ψυκτικού φορτίου σε μη μόνιμη και σε μόνιμη κατάσταση αφορά την κατηγορία (α). Σε μη μόνιμη κατάσταση η αισθητή θερμότητα που πρέπει να απομακρυνθεί από το προϊόν, για να μειωθεί η θερμοκρασία του από την αρχική στην τελική τιμή, αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας που εισέρχεται από το τρόφιμο και συνολικά του ψυκτικού φορτίου. Σε μόνιμη κατάσταση είναι προφανές ότι αυτό το ποσό της αισθητής θερμότητας δεν υφίσταται. Οι σημαντικότερες αιτίες μεταβολής της υγρασίας είναι: α) εξάτμιση υδρατμών από τα τρόφιμα β) μεταφορά από ανοικτές πόρτες γ) μεταφορά από ανθρώπους, πηγές ζεστού νερού κλπ Θερμότητα που εισέρχεται/απάγεται από τα τρόφιμα και εξάτμιση υδρατμών Η θερμότητα που μεταφέρεται από το τρόφιμο προς τον αέρα περιλαμβάνει τη αισθητή θερμότητα για τη μεταβολή της θερμοκρασίας του, τη θερμότητα εξάτμισης μέρους της υγρασίας του προϊόντος και τη θερμότητα αναπνοής εάν πρόκειται για φρέσκα φρούτα και λαχανικά. Στους θαλάμους πρόψυξης η θερμοκρασία του τροφίμου μειώνεται, επομένως μεταφέρεται θερμότητα από αυτό προς τον αέρα ψύξης. Στους θαλάμους συντήρησης υπό ψύξη το τρόφιμο λειτουργεί ως μέσο εξισορρόπησης της θερμοκρασίας και μπορεί να μεταφέρεται θερμότητα από αυτό προς τον αέρα ή και το αντίστροφο. Σε όλες τις περιπτώσεις η θερμοκρασία στο εσωτερικό του τροφίμου μεταβάλλεται με τη θέση και επομένως τα ισοζύγια μεταφοράς θερμότητας πρέπει να διατυπωθούν με μερικές διαφορικές εξισώσεις. Επειδή τα αντίστοιχα μοντέλα που προκύπτουν για τους ψυκτικούς θαλάμους είναι πολύπλοκα, στην πράξη ακολουθούνται απλοποιημένες προσεγγίσεις. Πρόψυξη Για τη μεταβολή θερμοκρασίας που συμβαίνει κατά την πρόψυξη η ειδική θερμότητα των τροφίμων μπορεί να θεωρηθεί σταθερή και επομένως η συνολική θερμότητα που θα πρέπει να απομακρυνθεί για μείωση της θερμοκρασίας από Τ p1 σε Τ p2 ( C) δίνεται από τη σχέση: Q = m c ( T 1 T ) (2.3) 2 p p p p όπου m p μάζα του προϊόντος (kg) c p μέση τιμή ειδικής θερμότητας σε θερμοκρασιακό εύρος Τ p1 έως Τ p2 (J/kg C). Μέσες τιμές ειδικής θερμότητας για διάφορα τρόφιμα και σε διάφορες θερμοκρασίες έχουν προσδιορισθεί και δίνονται σε πίνακες της βιβλιογραφίας. Επίσης έχουν προταθεί εμπειρικές σχέσεις για τον προσδιορισμό της ειδικής θερμότητας με βάση τη σύσταση του τροφίμου. Αντιπροσωπευτικές σχέσεις δίνονται στο κεφάλαιο 4 «Θερμοφυσικές Ιδιότητες των Τροφίμων» των σημειώσεων

20 «Εφαρμοσμένη Μικροβιολογία, Χημεία, και Μηχανική Διεργασιών Τροφίμων». Γενικά η ειδική θερμότητα ενός τροφίμου μπορεί να υπολογισθεί με καλή προσέγγιση θεωρώντας ότι τα μη λιπαρά στερεά αυτού έχουν ειδική θερμότητα J/kg C, τα λιπαρά J/kg C και το νερό 4186 J/kg C και υπολογίζοντας τη μέση ειδική θερμότητα ως άθροισμα των επί μέρους τιμών των τριών συστατικών πολλαπλασιασμένων με το κλάσμα μάζας του κάθε συστατικού στο τρόφιμο αντίστοιχα. Για τον υπολογισμό του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας από το τρόφιμο προς τον αέρα του θαλάμου μπορεί να χρησιμοποιηθεί η απλούστερη μορφή του ισοζυγίου θερμότητας για το τρόφιμο, χωρίς να ληφθεί υπόψη η εξάτμιση: mc dt p p p = hap( Ta Tp) Tp = Ta + ( TpIT Ta) exp [ hapt / mpc p] (2.4) dt και q = ha ( T T ) (2.5) p p p a Αυτή η προσέγγιση είναι ακριβής μόνο όταν Bi<0.1. Για βελτίωση των υπολογισμών σε Bi >0.1 έχει προταθεί η χρήση του χρόνου ημιζωής ή μείωσης της θερμοκρασίας στο μισό. Ο χρόνος αυτός υπολογίζεται για ορισμένο h, σχήμα και μέγεθος προϊόντος και η τιμή του χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό μιας νέας τιμής (ha p ) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στις εξισώσεις (2.4) και (2.5), για καλύτερη προσέγγιση. Η εξάτμιση νερού κατά την πρόψυξη θεωρείται κατά προσέγγιση ότι έχει σταθερό ρυθμό, δεδομένου ότι οι μεταβολές τόσο της υγρασίας του αέρα όσο και της ενεργότητας νερού του τροφίμου είναι μικρές: N = k A ( p p ) (2.6) και q p g p a s evap = N L (2.7) p Εάν η εξάτμιση είναι σημαντική το ισοζύγιο θερμότητας γίνεται: p mc dt p p dt = q + q = ha ( T T ) + q (2.8) p evap p a p evap Διατήρηση υπό ψύξη Στους θαλάμους συντήρησης υπό ψύξη σημαντικό μέρος του ψυκτικού φορτίου μπορεί να αποτελεί η θερμότητα που εκλύεται κατά την αναπνοή των φρούτων και λαχανικών. Η θερμότητα ανά μονάδα χρόνου που εκλύεται κατά την αναπνοή των φρούτων και λαχανικών είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας (Τ) και μπορεί να υπολογισθεί από τη σχέση: bt q = ae (2.9) r όπου α και b σταθερές.