Συντήρηση των Τροφίµων µε Προθήκη Σακχάρου

Transcript

1 Συντήρηση των Τροφίµων µε Προθήκη Σακχάρου Ορισµός Η συντήρηση µε προσθήκη σακχάρου οφείλεται στην αύξηση της ωσµωτικής πιέσεως και µείωση της ενεργότητος ύδατος µε αποµάκρυνση ή δέσµευση το νερού ώστε αυτό να µην είναι διαθέσιµο για την ανάπτυξη των µικροοργανισµών. Γενικώς, αν η συγκέντρωση του σακχάρου υπερβεί το 65% επιτυγχάνεται καλή συντήρηση του προϊόντος, µε την προϋπόθεση ότι υπάρχει όξινο περιβάλλον και περιορισµός του οξυγόνου. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, προσβολή του προϊόντος µπορεί να γίνει µόνο από ευρώτες και µόνο όταν υπάρχει οξυγόνο. Αν η συγκέντρωση του σακχάρου γίνει >70%, τότε δεν υπάρχει ανάγκη το περιβάλλον να είναι όξινο. Προϊόντα Τύπου Πηκτής Τα συµπυκνωµένα αυτά προϊόντα είναι πολύ σπουδαία επειδή η κατά την παραγωγή τους χρησιµοποιούνται φρούτα, τα οποία συνήθως δεν είναι επιθυµητά για άλλες χρήσεις (π.χ., πολύ µικρά ή πολύ µεγάλα, ακανόνιστο σχήµα και µέγεθος κ.λπ.). Τα προϊόντα αυτά µπορούν να ονοµασθούν γενικώς πηκτές (gel or jelly). Για το σχηµατισµό της πηκτής απαιτούνται 3 πράγµατα: σάκχαρο, πηκτίνη και οξύ (χαµηλό ph). Ανάλογα µε τα χρησιµοποιούµενα συστατικά και τη µορφή, τα προϊόντα της κατηγορίας αυτής διακρίνονται σε: Ζελές: Είναι ένα ηµιστερεό τρόφιµο του οποίου όχι λιγότερο από το 45% κατά βάρος είναι χυµός φρούτου για κάθε 55 µέρη σακχάρου. Στα προϊόντα αυτά µπορούν να προστεθούν χρωστικές και γευστικές-οσµηρές ενώσεις. Συµπυκνώνονται έτσι ώστε να αποκτήσουν τουλάχιστον 65% στερεά. Μαρµελάδα (jam): Προϊόν όµοιο µε το ζελέ και το οποίο περιέχει τεµάχια και πούλπα φρούτου παρά χυµό. Μαρµελάδα (marmalade): Είναι διαυγής ζελές, στον οποίο αιωρούνται τεµάχια φρούτου ή φλοιού (συνήθως αναφέρεται στα εσπεριδοειδή). Οπωροσακχαρωτά: είναι όµοια µε τη µαρµελάδα (jam), αλλά χρησιµοποιούνται ολόκληρα φρούτα µάλλον παρά τεµάχια ή πούλπα. Στα προϊόντα αυτά το σάκχαρο διεισδύει στο φρούτο, έτσι ώστε να παραµείνει τραγανό. Fruit Butters: Είναι προϊόντα όµοια µε τη µαρµελάδα (jam), όµως παρουσιάζουν υψηλότερη συγκέντρωση και λεπτότερη συνεκτικότητα. Συνήθως δεν προστίθεται σάκχαρο (συµπύκνωση µε εξάτµιση) και προστίθενται µπαχαρικά. Πηκτίνη Τα φρούτα οφείλουν την ικανότητα σχηµατισµού πηκτής στην πηκτίνη. Η πηκτίνη είναι πολυσακχαρίτης υψηλού µοριακού βάρους, η οποία ανευρίσκεται σε διάφορες ποσότητες στα περισσότερα φρούτα και λαχανικά. Η πηκτίνη και η πρόδροµος πρωτοπηκτίνη βρίσκεται στα ενδιάµεσα ελασµάτια ή στους χώρους µεταξύ των κυτταρικών τοιχωµάτων. Η πρωτοπηκτίνη βρίσκεται στα ανώριµα φρούτα και είναι αδιάλυτη στο νερό. Μπορεί δε να µετατραπεί στη διαλυτή πηκτίνη. Η µετατροπή αυτή µπορεί να γίνει: (1) ενζυµικά κατά την ωρίµανση και (2) µε υδρόλυση σε αραιά οξέα κατά την παρασκευή της πηκτής. Οι πηκτίνες είναι µίγµατα µερικών πολυσακχαριτών, αλλά συχνά αποτελούνται από ένα τύπο πολυµερούς. Έτσι, µπορεί να είναι: 1. Πολυµερές του ανυδρογαλακτουρονικού οξέος µερικώς εστεροποιηµένο 2. Πολυµερές αραβάνης αραβινόζης. 3. Πολυµερές γαλακτάνης γαλακτόζης. 4. Πολυµερές D-ξυλόζης και L-αραβινόζης. Βασικώς, όµως, η κυρίως δοµή της πηκτίνης αποτελείται από µερικώς µεθυλιωµένο πολύ-α-(1 4)-Dγαλακτουρονικό οξύ ( λεία, σχήµα 1, άνω). Όµως, υπάρχουν και σηµαντικές τριχωτές περιοχές που δεν σχηµατίζουν πηκτή (σχήµα 1, κάτω), οι οποίες αποτελούνται από εναλλασσόµενα α-(1 2)-Lραµνοζυλο-α-(1 4)-D-γαλακτουρονο-ζυλο-τµήµατα, τα οποία περιέχουν σηµεία διακλαδώσεως µε

2 κυρίως ουδέτερες πλευρικές αλυσίδες (1-20 µονάδες) κυρίως L-αραβινόζης και D-γαλακτόζης. Μπορεί όµως να περιέχονται και µονάδες D-ξυλόζης, L-φουκόζης και D-γαλακτουρονικού οξέος. Σχήµα 1. Η δοµή της πηκτίνης. Το µόριο της πηκτίνης δεν υιοθετεί ευθεία διαµόρφωση σε διάλυµα, αλλά εκτείνεται και καµπυλώνει (σαν σκουλήκι) µε µεγάλη ευκαµψία. Οι τριχώδεις περιοχές των πηκτινών είναι ακόµη πιο εύκαµπτες. Οι καρβοξυλοµάδες, λόγω του φορτίου των, τείνουν να διογκώνουν τη δοµή των πηκτινών, εκτός και ενωθούν µε δισθενή κατιόντα. Έχουν τιµές pk a περίπου 2,9 και έτσι εξασφαλίζουν σηµαντικό αρνητικό φορτίο στις περισσότερες των συνθηκών. Οι µεθυλεστέρες καταλαµβάνουν παρόµοιο χώρο, όµως είναι πιο υδρόφοβοι και συνεπώς έχουν διαφορετική επίδραση στη δόµηση του περιβάλλοντος ύδατος. Οι ιδιότητες των πηκτινών εξαρτώνται από το βαθµό εστεροποιήσεως, ο οποίος κανονικά είναι γύρο στο 70%. Οι χαµηλού µεθοξυλ-πηκτίνες (LM) (εστεροποίηση<40%) πήζουν µε σχηµατισµό γέφυρας µεταξύ δύο γειτονικών αλυσίδων µέσω ενώσεως µε δισθενή ιόντα όπως το Ca 2+ (µπορούν να ενσωµατωθούν τουλάχιστον µονάδες). Η ικανότητα σχηµατισµού πηκτής των δισθενών ιόντων είναι Mg 2+ << Ca 2+, Sr 2+ < Ba 2+, ενώ τα Na + και K + δεν σχηµατίζουν πηκτές. Αν η περιεκτικότητα των µεθυλεστέρων είναι µεγαλύτερη από 50%, τα ιόντα Ca 2+ δείχνουν κάποια αλληλεπίδραση, όµως δεν σχηµατίζουν πηκτή. Οι πηκτίνες αυτές χαρακτηρίζονται ως υψηλού µεθοξυλ-πηκτίνες (HM) και σχηµατίζουν πηκτές όταν υπάρχει σάκχαρο και οξύ. Η δύναµη της πηκτής εξαρτάται από την περιεκτικότητα σακχάρου και οξέος, καθώς και από την ποσότητα της προστιθεµένης πηκτίνης. Οι ΗΜ-πηκτίνες είναι πολύ σπουδαίες στην κανονική παραγωγή ζελέ. Μπορεί να έχουν βαθµό εστεροποιήσεως από 50 έως 90%.Οι πηκτίνες αυτές µπορούν περαιτέρω να διακριθούν σε: Βραδείας πήξεως (slow set): Έχουν βαθµό εστεροποιήσεως 50-60% και για να σχηµατισθεί πηκτή το µίγµα πρέπει να ψυχθεί σε θερµοκρασία δωµατίου. Είναι φθηνές και καλλίτερες για την παρασκευή διαυγών ζελέδων και µαρµελάδων (jam). Ταχείας πήξεως (rapid set): Έχουν βαθµό εστεροποιήσεως 70% και πήζουν σε υψηλότερες θερµοκρασίες. Με τον τρόπο αυτό τα τεµάχια του φρούτου παγώνουν και διατηρούνται στη µάζα της πηκτής χωρίς να κατακάθονται. Πρακτικά πήζουν εντός των δοχείων συσκευασίας. Είναι πιο ακριβές. Πολύ Υψηλού Μεθοξυλ-Πηκτίνες: Έχουν βαθµό εστεροποιήσεως 80-90%. Πήζουν µόνο µε σάκχαρο και αποµάκρυνση του νερού. εν απαιτείται οξύ και η πήξη είναι πολύ ταχεία. Συνήθως χρησιµοποιούνται για την παρασκευή διαφόρων προϊόντων καραµελοποιίας και όχι στην παρασκευή πηκτών. Οι πηκτίνες εκτός από την παραπάνω διάκριση, χωρίζονται σε κατηγορίες (βαθµοί ή ποιότητες) µε βάση την καθαρότητά τους. Βαθµός σηµαίνει τα µέρη του σακχάρου τα οποία θα πήξει ένα µέρος πηκτίνης. Π.χ., πηκτίνη 100 βαθµών σηµαίνει ότι 1 µέρος πηκτίνης θα πήξει 100 µέρη σακχάρου κάτω από κατάλληλες συνθήκες (οξύ και διαλυτά στερεά). Πηγές για τη παραγωγή πηκτίνης είναι διάφορα φρούτα και λαχανικά. Χαρακτηριστικά αναφέρουµε την περιεκτικότητα πηκτίνης µερικών από αυτά, η οποία είναι:

3 Πατάτες, 2-3% Σακχαρότευτλα, 15-20% Εσπεριδοειδή, 10% στο σύνολο και 35-37% στο φλοιό Μήλα, 5-7% Θεωρία του Σχηµατισµού Πηκτής Η πηκτή της πηκτίνης µπορεί να θεωρηθεί ως ένα σύστηµα στο οποίο το πολυµερές βρίσκεται σε µια κατάσταση µεταξύ την πλήρους διαλύσεως και της καθιζήσεως. Υποστηρίζεται ότι τµήµατα των αλυσίδων του µορίου συνδέονται µεταξύ τους µε περιορισµένη κρυστάλλωση για να σχηµατίσουν τρισδιάστατο πλέγµα στο οποίο συγκρατούνται το νερό, το σάκχαρο και τα άλλα διαλυτά συστατικά. Ο σχηµατισµός πηκτής, από την κατάσταση της πλήρους διαλύσεως του πολυµερούς, προκαλείται µε φυσικές ή χηµικές µεταβολές, οι οποίες τείνουν να µειώσουν τη διαλυτότητα της πηκτίνης. Τούτο ευνοεί το σχηµατισµό τοπικής κρυσταλλώσεως (σχήµα 2). Οι πιο σπουδαίοι παράγοντες, οι οποίοι επηρεάζουν τη διαλυτότητα της πηκτίνης (τάση για σχηµατισµό πηκτής) είναι: 1. Θερµοκρασία 2. Μοριακή σύνθεση της πηκτίνης 3. ph 4. Σάκχαρο και άλλα διαλυτά συστατικά 5. Ιόντα ασβεστίου Σχήµα 2. Απλοποιηµένο µοντέλο µοριακού πλέγµατος πηκτής πηκτίνης. Οι σκιασµένες περιοχές αντιπροσωπεύουν τοπική κρυστάλλωση. Θερµοκρασία: Η ψύξη οδηγεί σε πήξη. Πίνακας 1 Επίδραση της θερµοκρασίας επί του σχηµατισµού πηκτής της ΗΜ-πηκτίνης. Χρόνος πήξης, Τύπος Βαθµός όταν ψύχεται στους και ακολούθως διατηρείται στους HM-Πηκτίνης Εστεροποιήσεως 95 C 85 C 75 C 65 C Ταχείας πήξεως min. 10 min. Προ-πήξη Προ-πήξη Μεσαίας πήξεως 69.5 Όχι πήξη 40 min. 5 min. Προ-πήξη Βραδείας πήξεως 64.5 Όχι πήξη Όχι πήξη Όχι πήξη 30 min. (ph = 3.0, SS = 65%, συγκέντρωση πηκτίνης = 0.43%) Τύπος Πηκτίνης Κατανοµή υδροφίλων & υδροφόβων οµάδων (διαλυτότητα) Βαθµός εστεροποιήσεως της ΗΜ-πηκτίνης (υψηλός ΒΕ, πήξη σε υψηλότερες θερµοκρασίες)

4 Σχήµα 3. Επίδραση του βαθµού εστεροποιήσεως επί της θερµοκρασίας σχηµατισµού πηκτής (ph 3,3, διαλυτά στερεά 45%, Ca 15 mg/g πηκτίνης, πηκτίνη 1%). ph Πηκτίνη: τιµή pk a 3,5 περίπου ΗΜ-πηκτίνες: απαιτούν τιµές ph κάτω από 3,5 για να σχηµατίσουν πηκτή Σχήµα 4. ιάσταση του µορίου της πηκτίνης (%) ως συνάρτηση του ph. Σάκχαρα και Άλλες ιαλυτές Ουσίες Τείνουν να αφυδατώσουν τα µόρια της πηκτίνης στο διάλυµα Υψηλές συγκεντρώσεις στερεών: διαθέσιµο λιγότερο νερό, κρυστάλλωση ή σχηµατισµός πηκτής Συγκεντρώσεις διαλυτών στερεών > 85%, η επίδραση της αφυδατώσεως πολύ ισχυρή: µη έλεγχος πήξεως οποιασδήποτε εµπορικής πηκτίνης Οι ΗΜ-πηκτίνες σχηµατίζουν πηκτές σε περιεκτικότητες διαλυτών στερεών περίπου 55% Για κάθε τιµή διαλυτών στερεών > 55% υπάρχει µια τιµή ph για άριστη πήξη για την ιδιαίτερη ΗΜπηκτίνη και επίσης µια περιοχή ph εντός της οποίας πρακτικά λαµβάνεται πηκτή Οι LM-πηκτίνες µπορούν να πήξουν σε οποιαδήποτε συγκέντρωση διαλυτών στερεών Για κάθε ιδιαίτερη πηκτίνη, η θερµοκρασία πήξεως µειώνεται µε τη µείωση των διαλυτών στερεών Ιόντα Ασβεστίου Οι LM-πηκτίνες σχηµατίζουν πηκτές µε την παρουσία δισθενών κατιόντων, όπως το Ca 2+.

5 Σχήµα 5. Επίδραση της συγκεντρώσεως Ca 2+ επί της ισχύος της πηκτής. (αµιδο-lm-πηκτίνη και µε οξύ αποµεθυλιωµένη LM-πηκτίνη ---). Περίληψη του Μηχανισµού Πήξεως της HM-πηκτίνης Σε ph 3,0 το 90% περίπου των διαθεσίµων όξινων οµάδων βρίσκεται στην αδιάστατη µορφή και έτσι είναι ικανές να σχηµατίζουν δεσµούς υδρογόνου µε τις καρβοξυλοµάδες και τις οµάδες του υδροξυλίου των γειτονικών αλυσίδων. Οι ζώνες σύνδεσης αυτές µπορούν να θεωρηθούν ως κρυσταλλοποιηµένες στο διάλυµα, ενώ τα µη συνδεδεµένα µέρη βρίσκονται ακόµη σε διάλυση. Έτσι, η πηκτή της HM-πηκτίνης είναι µισή και µισή σε διάλυµα. Συνθήκες Πήξεως της LM-πηκτίνης ph 1,0 µε 7,0 ή υψηλότερο (το ph επηρεάζει την υφή) ιαλυτά στερεά 0 έως 85% (τα διαλυτά στερεά επηρεάζουν το απαιτούµενο Ca 2+ ) Ασβέστιο: ΑΠΑΙΤΕΙΤΑΙ Ο µηχανισµός πήξης περιλαµβάνει Ένωση των καρβοξυλοµάδων µε δισθενή ιόντα (Ca 2+, Mg 2+ ) ηµιουργείται πάλι ζώνη συνένωσης, που µπορεί να κρυσταλλοποιηθεί εκτός διαλύµατος Παράγοντες που Επηρεάζουν την Ποιότητα της Πηκτής Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα της πηκτής είναι: Συνέχεια: (πλέγµατος & πυκνότητα ινιδίων)σκληρότητα: (ελέγχεται από την οξύτητα άριστο ph 3,2) Ακαµψία: (ποσό & τύπος σακχάρου + οξύ, άριστη συγκέντρωση διαλυτών στερεών (σάκχαρο) 67,5%) o ιαλύµατα σακχαρόζης 56-68% έχουν την τάση να κρυσταλλώνονται o Βρασµός παρουσία οξέος ιµβερτοποίηση o Άριστη ιµβερτοποίηση: 40% (60% σακχαρόζη & 40% γλυκόζη και φρουκτόζη) Η Παρασκευή των Πηκτών Τα στάδια παρασκευής πηκτών από φρούτα περιλαµβάνουν:! Επιλογή Φρούτου! Εξαγωγή Χυµού & Πηκτίνης! Πίεση ιαύγασηπροσθήκη Πηκτίνης, Σακχάρου & ΟξέοςΘέρµανσηαποµακρύνει το νερό, αύξηση στερεών στο 67,5% o υδρολύει τη σακχαρόζη προς γλυκόζη και φρουκτόζη! Καθορισµός Τελικού Σηµείου o (στερεά 67,5%, θερµοκρασία 104,5-105 C)! Πλήρωση σε οχεία o (θερµοκρασία είναι C)

6 Σχήµα 6. Βραστήρες παραγωγής πηκτών (ανοικτός και κλειστός κενού). Βιβλιογραφία Andress, E. (1999). Preserving Food: Processing Jams and Jellies. Athens, GA: University of Georgia, Cooperative Extension Service. Becket, S.T. (1995). Physico-Chemical Aspects of Food Processing. Blackie Academic & Professional, London. Λάζος, Ε.Σ. (2002). Επεξεργασία τροφίµων ΙΙ. 3 η Έκδοση. Τµήµα Τεχνολογίας Τροφίµων, ΤΕΙ Αθηνών. ρ. Ευάγγελος Σ. Λάζος Καθηγητής elazos@teiath.gr