TARTÓSÍTÓ ELJÁRÁSOK. Mohácsiné dr. Farkas Csilla. Budapesti Corvinus Egyetem Mikrobiológia és Biotechnológia Tanszék

Átírás

1 TARTÓSÍTÓ ELJÁRÁSOK Mohácsiné dr. Farkas Csilla Budapesti Corvinus Egyetem Mikrobiológia és Biotechnológia Tanszék

2 Környezeti tényezők hatása SZTATIKUS ÉS CID HATÁS SZTATIKUS ÉS CID HATÁS

3 Tartósítási technológiák A mikroorganizmusok szaporodásának gátlása (sztatikus hatás) Alacsony hőmérséklet (hűtés) Kis vízaktivitás (szárítás, aszalás) Kis ph (savanyítás) Vákuum-csomagolás Módosított légterű tárolás Tartósítószerek adagolása Az élelmiszer mikrostruktúrájának megváltoztatása

4 Tartósítási technológiák A mikroorganizmusok elpusztítása (letális, cid) Hőkezelés Besugárzás A mikrobák eltávolítása, a termékbe jutásának megakadályozása Szűrés Csomagolás Aszeptikus feldolgozás

5 Módszer Ökológiai tényező Belső Külső Mikroba Művelet Fizikai módszerek Pasztőrözés, sterilezés a v, ph hőmérséklet termofil, szakaszos, növelés spóra folytonos Hűtés, fagyasztás a v tárolás, pszichrotróf, gyors, lassú felengedtetés pszichrofil Vízelvonás a v ERP xerofil szárítás, besűrítés cukrozás, sózás Besugárzás a v hőmérséklet spóra radicidálás, radappertizálás Kémiai módszerek Tartósító- ph hőmérséklet sejttípus szaporodásszerek gátlás Erjesztés a v, ph, Eh hőmérséklet tejsavbakt., tejsavas élesztőgomba alkoholos

6 HŐKEZELÉSES TARTÓSÍTÁS Pasztőrözés: A vegetatív mikrobasejtek elpusztítása ill. nagy arányú csökkentése 100 C alatti hőmérséklet Létojás: 64,4 C minimum 2.5 percig Tej: (HTST) 71,7 C minimum 15 másodpercig jégkrém (fagylalt): 71,1 C-on 10 perc, 79,4 C-on 15 mperc

7 HŐKEZELÉSES TARTÓSÍTÁS Sterilezés (appertizáció): Valamennyi mikroorganizmus és spóráinak elpusztítása C hőmérséklet Tej UHT kezelése: C, 2-3 sec + aszeptikus csomagolás kereskedelmi sterilitás

8 Mikroorganizmusok hőtűrési jellemzői Pszichrofil baktériumok D 40 ~1 perc Pszichrotróf baktériumok D 50 ~1-5 perc Mezofil baktériumok többsége D 60 ~1 perc Egyes kiugróan hőtűrő D 60 ~5-20 perc mezofil baktériumok Termofil baktériumok D 60 ~100 perc Élesztő- és penészgombák D 50 ~1-5 perc D 60 ~0,02-0,4 p.

9 Mikroorganizmusok hőtűrési jellemzői Általában egyensen arányos a szaporodás hőm. optimumával Kiugróan hőtűrő nem spórás baktériumok Salmonella Senftenberg és fekál Streptococcusok Kiugróan hőtűrő penészgomba Byssochlamys sp., Thermoascus sp., Paecilomyces variotii Baktérium spórák ellenállása többszöröse a vegetatív sejtekének

10 Néhány tartósítóipari mikroorganizmus hőtűrése D 121,1 D 100 D 65 Z-ért. Gyengén savas élelmiszerek (ph>4.5) perc perc perc C termofil simasavanyítók (G. stearothermophilus spóra) mezofil patogén klosztridiumok spórái (Cl. botulinum A és B) Savas élelmiszerek (ph ) termotoleráns aerob spórások (B. coagulans) mezofil aerob spórások (Paenibacillus polymyxa) Erősen savas élelmiszerek (ph<4.0) mezofil tejsavbaktériumok élesztő- és penészgombák

11 A mikroorganizmusok hőtűrését befolyásoló tényezők: A mikroorganizmus szaporodási fázisa; A tenyészet szaporodási hőmérséklete; A közegben lévő védőanyagok; Zsírok, cukrok, fehérjék, glicerin Salmonella Typhimurium D 90 : perc csokoládéban A közeg vízaktivitása, ill. sótartalma; A közeg ph-ja; 0,0008 perc tejben

12 Hőbehatolási (hőpenetrációs görbe): a termék leglassabban melegedő pontjának hőmérsékleti változása felmelegítés-hőntartás-lehűtés A hőbehatolási görbe által leírt, változó ideig tartó, változó hőmérsékleteknek a mikrobákra gyakorolt pusztító hatását összegezzük A hőpusztulási görbéből a 121,1 C-ra vonatkoztatott relatív pusztulási sebesség kiszámítása (F/t), Sterilezési görbe felvétele A hőkezelés méretezése F 0 : sterilezési egyenérték a hidegpontban mérhető változó hőmérsékletek a 10 C-os z-értékű mikroorganizmusra olyan pusztító hatást fejtettek ki, amely F 0 percnyi 121,1 C-on tartással egyenértékű Egészségügyi minimum: 12D C. botulinum, F 0 =2,42 perc

13 A hőkezelés méretezése

14 Hőelvonásos tartósítás mikrobiológiai alapjai Csökken az anyagcserefolyamatok sebessége, lappangási fázis nő, szaporodás sebessége csökken, majd megáll Komplex hatás: Alacsony hőmérséklet Fagyás miatt lecsökkent vízaktivitás Fagypont felett: permeabilitási és anyagcserezavarok Fagypont alatt: jégkristályok miatt mechanikai sérülés lipoproteinek irreverzibilis denaturálódása Mikrobapusztító hatékonyság nem túl jelentős!!

15 Gyorsfagyasztás Jó érzékszervi minőség: Lehető leggyorsabb fagyasztási sebesség -18 C alatti mélyhűtés Kíméletes technológia kíméletes a mikrobasejtekhez is! Mikrobaszám csökkenés max % Sérült sejtek nagy aránya jellemző Túlélés függ: pl. ph, a közegben lévő védőanyagok

16 Gyorsfagyasztott készítmények A mikrobiológiai minőséget meghatározó tényezők: Az élelmiszerben lévő mikrobióta összetétele és a mikrobás szennyezettség mértéke A mikroorganizmusok inaktiválódása (előfőzés), fagyasztás és fagyasztva tárolás közben Az extrém hidegtűrő mikroorganizmusok esetleges elszaporodása a fagyasztva tárolás alatt A túlélő mikroorganizmusok szaporodása a felengedtetés alatt és után Felengedtetés +5 C alatti hőmérsékleten! Tárolás -18 C-on!

17 Vízelvonásos tartósítás a v csökkentése 0,7 alatti értékre Víztartalom elvonása (szárítás, bepárlás, besűrítés) Oldott anyagok koncentrációjának növelése (sózás, cukrozás) Kifagyasztás Mikrobiológiai alapja: Hipertóniás közeg plazmolízis Gram-negatív pálcák érzékenysége: a citoplazma könnyen elválik a sejtfaltól Gram-pozitív baktériumok: a sejt térfogata csökken

18 Vízelvonásos tartósítás Mikrobiológiai alapja: Nem ionos, kis mol. súlyú anyagok (pl. glicerin): nem okoznak plazmolízist Ionos sók, nagy mol. súlyú nem ionos anyagok: plazmolízis Szacharóz (fokozatosan jut át a plazmamembránon): csak időleges plazmolízis Nagy molekulák (pl. polietilén-glikol): nem jutnak át, védőanyagok

19 Vízelvonásos tartósítás Szárítás Növényi eredetű száraz élelmiszerek (lisztek, száraz hüvelyesek, gyümölcsaszalványok) Állati eredetű dehidratált élelmiszerek (tej, tojás, hal) Komplex száraz élelmiszerek (levesporok, ételkoncentrátumok) Vízelvonás mellett hőhatás is érvényesül Napon történő aszalásnál UV-sugárzás hatása Mikrobióta fő alkotói: baktérium- és penészspórák Csomagolás, tárolás körülményei kritikusak! Besűrítés Vákuumban, C-on, gyümölcslevek, paradicsom Cukrozás, sózás 55-65% cukortartalom + más tényezők, dzsemek, szörpök sózás: halak, húsok, zöldségek

20 BESUGÁRZÁS Ultraibolya sugárzás (UV) nm hullámhossz tartomány -nukleinsavak abszorpciós maximuma: 265 nm kdns károsodás -mikrobák UV-érzékenysége függ: a fejlődési stádiumától, sejtsűrűségtől, a sejteket körülvevő közeg összetételétől -védő hatású anyagok: antioxidánsok, kataláz, piroszőlősav -kicsi áthatolóképesség -a sugárhatás a sugárforrástól távolodva négyzetesen csökken

21 Ultraibolya sugárzás (UV) Alkalmazása: levegő csíramentesítésére folyadékok töltésénél sajtok, húsipari szárazáruk érlelőhelyiségeiben az élelmiszerek közvetlen besugárzása nem ánlatos, kedvezőtlen mellékhatások (autooxidáció, avasodás, ózon képződése)

22 BESUGÁRZÁS - Ionizáló sugárzás (molekulákkal, atomokkal ütközve ionokra hasítja azokat) jellemzése: elnyelt dózis (kgy) 1Gy = 1 J/kg energia abszorpció 1 rad = 0,01 Gy Sugárforrások: gamma-sugárzás 60 Co, 137 Cs elektronok, Röntgen-sugarak elektrongyorsító Mikrobapusztulás exponenciális kinetika szerint Találati elmélet: a nagyenergiájú részecskék a sejt életfontosságú részeivel (DNS) ütközve inaktiválják azokat. Közvetett hatás: vízmolekulák radiolízise szabad gyökök képződése életfontosságú anyagok oxidációja, redukciója, kóros anyagcsere, sejtpusztulás

23 Radicidáció: sugárzásos pasztőrözés (0.1-8 kgy) Nem spóraképző baktériumok és paraziták elpusztítása Radurizáció: sugárzásos pasztőrözés ( kgy) A romlást okozó mikrobák számának csökkentése, az eltarthatósági idő növelése Radappertizáció: sugárzásos sterilezés (10-50 kgy) Mikroorganizmusok elpusztítása (kereskedelmi sterilitás)

24 A mikrobák inaktiválását befolyásoló tényezők 1. sugárdózis: nagyobb dózisok nagyobb mértékű sejtpusztulást okoznak 2. mikrobasejtek száma és érzékenysége: nagy sejtkoncentráció csökkenti a hatékonyságot Általánosságban: fejlettebb élőlények érzékenyebbek a besugárzásra vírusok inaktiválása: 40 kgy ember elpusztítása: 0.01 kgy Mikroorganizmusok sugárérzékenysége: Gram-negatív bakt. < Gram-pozitív bakt. penészgombák < baktériumspórák élesztők < vírusok

25 A mikrobák inaktiválását befolyásoló tényezők folyt. 3. Baktérium endospórák 5-15-ször ellenállóbbak, mint a vegetatív sejt 4. Gram-negatív patogén baktériumok (E. coli, Campylobacter) viszonylag érzékenyek 5. Különleges sugártűrés: Deinococcus radiodurans (Salmonella, Listeria) 6. Cl. botulinum spórák ellenállóak! 12 D elv alkalmazása 7. A sejt fiziológiai állapota: exponenciális fázisban lévő sejtek érzékenyebbek, mint a lag fázisban vagy a stacioner állapotban lévő sejtek

26 Élelmiszerek ionizáló sugárkezelésére alkalmazott dózisok Alkalmazás Dózis (kgy) Csírázásgátlás (magvak, hagymák tárolhatóságának növelése) 0,05 0,12 Rovartalanítás (magvak, szárítmányok, fűszerek, liszt kezelése) 0,2 0,8 Parazitamentesítés (húsok) 0,15 1,0 Radurizálás (utóérés lassítása, nyers élelmiszerek romlásának gátlása) 0,5 5,0 Radicidálás (vegetatív patogének elpusztítása) 2,0 7,0 (Fűszerek, szárítmányok mikrobaszámának csökkentése) 3,0 10,0 Radappertizálás (kereskedelmileg steril termékek) 25 60

27

28 Jelölés szimbólummal + ionizáló sugárzással kezelt, besugárzással kezelt

29

30 Kémiai tartósítás Tartósítószerek gyakorlati használhatóságának feltételei: ne legyen toxikus az élelmiszer érzékszervi minőségét ne rontsa a szükséges koncentrációban oldható legyen antimikrobás hatékonyság az élelmiszer ph-ján is egyszerű alkalmazhatóság, gazdaságosság

31 Vegyszeres tartósítás c n t= a c: a vegyszer koncentrációja n: koncentráció exponens t: pusztuláshoz szükséges idő a: állandó (nagy n esetén fenolok, alkohol hatékonyság gyorsan csökken a hígítással) Fontos tényezők még: a közeg ph-ja a vegyszer anyagi sajátságai antimikrobás spektrum bomlékonyság az engedélyezett koncentrációban önmagukban nem elég hatékonyak Kombinált tartósítás!

32 1. Kénessav, kéndioxid (szulfit, biszulfit, metabiszulfit sói) ph = 4-nél savanyúbb termékeknél az élelmiszer szerves vegyületei és gyökei megkötik, egy része hatástalanná válik mikrobagátló és pusztító hatás is hatásspektrum: Gram-neg. baktériumok, penész- és élesztőgombák) antioxidáns és redukálószer (barnulás gátlása, szín, aroma, C-vitamin és karotintartalom megőrzése) környezeti tényezők: Magasabb hőmérsékleten hatékonyabb Disszociálatlan H 2 SO 3 forma hatékony ph 4 alatti terméknél borok, gyümölcslé és velő tartósítása

33 2. Széndioxid oldhatósága a nyomás növelésével és a hőmérséklet csökkenésével nő Növekedésgátló hatás: kölcsönhatás a sejtmembránnal enzim reakciók és szintézisek gátlása oxigén eltávolítása baktériumgátló hatásában a ph csökkenése is szerepet játszik

34 2. Szén-dioxid Penészgombák érzékenyebbek mint az élesztők szénsavas üdítőitalok vákuumcsomagolás (10-30 % CO 2 ) szabályozott légtér (gyümölcs és zöldség, 5-10% CO 2 ) húsok (20-75 % CO 2 ) kombinálás hűtéssel (CO 2 oldékonysága nő, tejsavbakt. gátlása is)

35 3. Szerves savak és sóik Antimikrobás hatás: disszociálatlan molekula ecetsav (széles hatásspektrum) propionsav (penészgombák ellen, kenyér, sajtok, gyümölcsés zöldségfélék tart.) szorbinsav (disszociálatlan forma hatékony, savanyú élelmiszerekben) Hatás: Kataláz enzimrendszer bénítása, citromsavkör blokkolása kataláz-pozitív mikrobákat jobban gátolja, mint a kataláz- negatívokat (tejsavbaktériumok, klosztridiumok) Penészgombák gátlása Egyes gombák és baktériumok szénforrásként hasznosítani tudják! Kombinált alkalmazás: + konyhasó savanyítóipar

36 3. Szerves savak és sóik benzoesav disszociálatlan forma hatékony, (ph 2,5-4) Na-só oldékonyabb Hatásspektrum: penész- és élesztőgombák Magasabb koncentrációban (0,1 % felett) érzékszervi változás (o-oxibenzoesav:szalicilsav) Háztartásokban befőtt, gyümölcsíz parabének (benzoesav alkilészterei), parahidroxibenzoesav Hatásuk független a ph-tól tejsav (természetes úton keletkezik) citromsav (ízkialakítás is)

37 5. Nitritek (KNO 2, NaNO 2 ) pácolt húskészítmények (színmegőrzés) mikrobiológiai stabilitás Enyhe hőkezelést túlélt Clostridium botulinum Gram-negatív bélbaktériumok gátlása Laktobacilusok, sztreptokokkuszok, sztafilokokkuszok rezisztensek hátrány: rákkeltő nitrozaminok képződése redukáló ágensek (aszkorbinsav, szulfhidril-vegyületek) fokozzák a hatását, a nitritszükséglet csökkenthető

38 Magyarországon engedélyezett tartósítószerek Tartósítószer EU szám ADI Koncentráció Alkalmazhatóság (mg.kg-1nap-1) (%) Benzoesav sói E ,15 Szorbinsav sói E ,10 Hangyasav E ,25 csak előtartósításra Propionsav E280 nl* 0,30 Parabének E ,08 SO 2, szulfitok E ,7 0,20 csak előtartósításra Nitritek E249,250 0,2 0,02 ideiglenesen * nl: nem limitált

39 Tartósítószerek élelmiszeripari alkalmazásai Élelmiszer Ecet Hangya Propion Szorbin Benzoe Parabén Szulfit Nitrit sav sav sav sav sav Húskészítmények * * ++ Halak Sajtok * * - * Zöldségkészítmények * + - Gyümölcskészítmények * ++ - Üdítőitalok * ++ - Borok Pékáruk Sütemények * gyakran használt, + esetenként használt, * kivételesen használt, - nem használt

40 Biológiai eredetű, kis koncentrációban is hatékony szerves vegyületek 1. Antibiotikumok -gyógyászatban használt szerek nem alkalmazhatók pimaricin: Streptomyces natalensis termeli, széles ph-tartományban hatékony gombaölő keménysajtok és szalámifélék felületi penészedésének megakadályozása

41 2. Bakteriocinek nagy molekulasúlyú polipeptidek Gátlási tartomány szűk: csak a rokon fajok gátlása széles: számos más patogén és romlást okozó gátlása is (Clostridium, Bacillus, Listeria, Staphylococcus) Nizin: tejben, sajtban természetes módon is előfordul Lactococcus lactis tejsavbaktérium termeli Hatásmechanizmus: a citoplazma membrán károsodását lukadását, lízisét -okozza Sajtok vajsavas (klosztridiumok okozta) puffadásának megelőzése Konzervipari termékek hőkezelés-szükségletének csökkentésére (a hőkezelést túlélő spórák csírázását gátolja)

42 3. Fitoncidok Magasabb rendű növényekben található antimikrobás anyagok Fokhagyma, vöröshagyma kénvegyületei (allicin, garlicin, allisztatin) Paradicsom tomatinja és tomatidinje Fűszerpaprika kapszicidinje Sörben komlókeserűsavak

43 4. Állati eredetű antimikrobás anyagok Lizozim: tojás enzimje, kristályosítható polipeptid Baktériumok sejtfalát támadja meg Sajtok klosztridiumok okozta vajsavas puffadásának megelőzésére, Italok tartósítására (tejsavbaktériumok ellen) Halhús eltarthatóságának növelésére

44 5. Fűszerek, illóolajok Teljes fűszerek hatékonyabbak, mint a kivonatok Gram-pozitív baktériumok érzékenyebbek, mint a Gram-negatívak Erős antimikrobás hatás: fahéj, mustár, szegfűszeg Közepes gátlás: koriander, kömény, oregano, rozmaring, kakukkfű, szegfűbors, babérlevél Gyenge gátlás: feketebors, gyömbér Illóolajok: észterek, aldehidek, ketonok és terpének keverékei eugenol, timol, karvakrol, fahéj-aldehid, p-cimén

45 Gát technológia Akadály elmélet Kombinált tartósítás: több környezeti tényező önmagában mikrobagátláshoz eredménytelen szintje együttesen, szinergens módon érvényesül. Kombinációban az egyedi kezelések kisebb dózisai is elegendők az azonos mértékű gátláshoz. -ha valamelyik környezeti tényező (hőm., ph, av) az optimálistól eltér, a mikroba igényessége megnő a többi környezeti tényező iránt.

46 Módosított légterű csomagolás (MAP) Zöldségek, gyümölcsök Megnövelt eltarthatóság lassítja: a termék légzési intenzitását a mikrobák szaporodását az enzimes degradációs folyamatokat O 2 -tartalom csökkentése (3-5 %) CO 2 (max. 10 %), N 2 növelése Aerob mikrobák gátlása Oxidációs folyamatok csökkentése (elszíneződés) 2 % O 2 alatt: növényi szövet anaerob légzése + magas ph = anaerob patogének (Cl. botulinum!) Tárolás 4 C alatt!

47 Védőgázas csomagolás Húsok Vákuum + gáz (légköri nyomással azonos nyomás) csak vákuum: nyers baromfi 3 C-on 2 hét CO 2 atm.: nyers baromfi 3 C-on 7 hét % CO 2 -N 2 + hűtés % O % CO 2 + hűtés Az alacsony oxigéntartalom rontja a színt Pseudomonasok visszaszorulnak Fő romlást okozók: tejsavbaktériumok, Enterobacteriaceae, Aeromonas Patogének: Listeria monocytogenes, Campylobacter jejuni!

48 Sous vide termékek Vákuumcsomagolás (12 kpa) + hőkezelés (70-95 C) Tárolás 1-8 C-on Eltarthatóság 6-40 nap Közvetlenül fogyasztható húsos készítmények Kedvező érzékszervi tulajdonságok Anaerob spórások túlélése és szaporodása!

49 Új tartósítási módszerek: Nagy hidrosztatikus nyomású (HHP) kezelés MPa tartomány ( atm), nagyobb, mint az óceánok mélyének nyomása

50 HHP enzimeket, mikroorganizmusokat inaktiválja kismolekulájú (pl. aroma- vitamin-) anyagok megőrzése (kovalens kötésekre alig hat) izosztatikus nyomás nagy víztartalmú élelmiszerek csekély energiaigény pillanatszerű, nem függ a termék méretétől adiabatikus melegedés csak kb. 3 C/100 MPa flexibilis (kb. 15 % térfogat-változást tűrő) csomagolás

51 HHP biológiai hatásai: 1. Morfológiai változások: hosszú sejtek képződése a sejtben lévő RNS mennyisége megnő, a DNS mennyisége csökken mozgó mikrobák elvesztik mozgásképességüket 2. Mikroorganizmusok inaktiválása: Érzékenység: Gram- pozitiv baktériumok < élesztők < Gram- negatív baktériumok -A pusztulási görbe alakja gyakran eltér a lineáristól -a károsodás fő pontjai: sejtmembrán (nő az áteresztőképesség) fontos intracelluláris enzimek inaktiválása

52 HHP biológiai hatásai: Spórák inaktiválása: -Élesztők és penészgombák spórái inaktiválhatók 400 MPa nyomással Byssochlamys aszkospórái erősen nyomástűrők: 15 perc 700 MPa kezelés 70 C-on nem elegendő 3 nagyságrendnyi elpusztításukhoz -A baktériumspórák 1000 MPa nyomást is túlélnek -HHP kombinálása magas hőmérséklettel: 75 C MPa -többlépcsős nyomáskezelés: 6 ciklusban 600 MPa, 70 C B. stearothermophylus spórák hat nagyságrendnyi elpusztítása

53 Mikrobák inaktiválását befolyásoló tényezők: ph a v egyéb antimikrobás anyagok (nizin) 3. HHP és a biokémiai reakciók: -a fehérjéket denaturálja, az elsődleges célpontok a hidrofób kötések -csökken a molekulák közötti tér, a kötések erőssége megnő -hidrogén híd kötések jönnek létre

54 A HHP alkalmazása az élelmiszeriparban eltarthatósági idő növelése az érzékszervi tulajdonságok javítása, a szöveti szerkezet megváltoztatása citrusfélék: frissre emlékeztető illat, íz, a C-vitamin tartalom csökkenése nélkül tojássárgája: gél képződése a húsfehérjék emészthetőségét növeli fagyasztott élelmiszer gyorsan felengedtethető hőhatás nélkül a fehérjék hab- emulzió- gél- és vízmegkötő-kapacitása befolyásolható

55 Pulzáló elektromos mező - PEF Folyadékok pillanatszerű kezelése nagy feszültségre feltöltött elektródok lemezei között kv/cm elektromos térerő, pulzus (időtartam néhány µs) A sejtmembrán károsodása, pórusok keletkezése Baktériumok, élesztőgombák érzékenyek Baktériumspórák ellenállóak Folyékony élelmiszerek, pl. gyümölcslevek, tej, folyékony tojás kíméletes csíraszám-csökkentésére A gyümölcslevek kémiai, fizikai és érzékszervi tulajdonságai nem, vagy csak kis mértékben változnak. Kombinált kezelés más nem-termikus módszerrel: nizin, lizozim