Διατήρηση των τροφίμων σε συνθήκες ψύξης

Η συντήρηση ενός τροφίμου σε θερμοκρασία χαμηλότερη των 15οC 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 π.χ. οξειδώσεις

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 ή πρόψυξη των 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.

photo by https://www.thebalance.com

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. 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 υπολογισμού του χρόνου πρόψυξης.

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 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.

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 επέρχεται νεκρική ακαμψία. Οι μειωμένες τιμές 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 (2οC 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.

Photo by http://foodbyculture.com

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 ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης είναι 0 έως -3οC και αναπτύσονται σχετικά γρήγορά σε 5-10οC. Περιοριστικοί παράγοντες στην ανάπτυξή τους είναι η απουσία οξυγόνου, το χαμηλό pH, η παρουσία αλατιού ή συντηρητικών. Οι συγκεκριμένοι μικροοργανισμοί προκαλούν δυσάρεστη οσμή και γεύση, γλοιώδη ιμένια, χρώσεις, ταγγισμό και αλοιώσεις 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 8οC και αναπτύσσονται σχετικά γρήγορα σε 8-15οC. 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 5οC και αναπτύσσονται σχετικά γρήγορα σε θερμοκρασία > 8οC. 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 < 8οC 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. 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 αύξηση της ογύτητας 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 0οC ή και χαμηλότερη για ορισμένες ζύμες. Αντέχουν σε χαμηλές τιμές pH 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 3-10οC, ενώ η ανάπτυξή τους σταματά κάτω από τους 3οC. 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 12οC. 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
θερμοκρασία
ανάπτυξης
Ανθεκτικότητα στη θερμοκρασία
Χαμηλή Μέση Υψηλή
Τύπος βακτηρίου
Βλαστικά κύτταρα Σπόρια
<0οC Listeria monocytogenes (inf)a
Yersinia enterolytica (inf)
 0-5οC Vibrio parahemolyticus (inf) Clostridium botulinum type E, μη πρωτεολυτικό (tox)*
 5-10οC Aeromonas hydrophilia (inf)
Salmonella (inf)
Escherichia coli 0157 (inf)
Staphylococcus aureus (tox)
Bacillus cereus (tox)
Bacillus subtilis (tox)
Clostridium perfringens (inf)
 10-15οC Campylobacter jejeuni (inf) Clostridium botulinum type A & B (tox)
* inf: μολυσματικού τύπου, tox: τοξικού τύπου
Πηγή: Brown and Gould, 1992 και Walker and Stringer, 1992

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 5οC. 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 13οC, τα λεμόνια εμφανίζουν κηλίδες κάτω από 14οC, μερικά λαχανικά εμφανίζουν πληγές στο φλοιό ενώ μερικά φρούτα μαλακώνουν. Οι πατάτες κάτω των 4οC, 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.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.
1. Βαλεντίνη Ιγνατιάδου – Ραγκούση (1998). Χημεία Φυσικών Προϊόντων. Εκδόσεις Συμμετρία 2. Παναγιώτης Ρόδης (2001). Αρχές Συντήρησης Τροφίμων. Εκδόσεις Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών.

Τα σχόλια είναι απενεργοποιημένα.