Konserwowanie żywności

Prehistoria Najdawniejszym chyba sposobem na wydłużenie trwałości produktów było ich wędzenie oraz suszenie przy ognisku lub na słońcu i wietrze. W ten sposób dbano o to, by mięso i ryby mogły np. przetrwać zimę (1). Suszenie już 12 tys. lat temu było powszechnie stosowane na Bliskim Wschodzie i w Azji Środkowej. Wówczas nie rozumiano jednak prawdopodobnie istoty procesu, polegającego na tym, że to usunięcie wody z produktu przedłużało okres jego przydatności.

1. Wędzenie ryb nad ogniskiem

Starożytność Nieocenioną rolę w walce ludzkości z drobnoustrojami powodującymi psucie się żywności odegrała sól, która ogranicza aktywność życiową mikroorganizmów. Powszechnie używano jej już w starożytnej Grecji, gdzie za pomocą solanki przedłużano przydatność ryb. Rzymianie z kolei marynowali tak mięso. Apicjusz - autor słynnej księgi kucharskiej z czasów Augusta i Tyberiusza "De re coquinaria libri X" ("O sztuce kucharskiej ksiąg 10") - doradzał rozmiękczać utrwalany w ten sposób produkt poprzez gotowanie w mleku.

Wbrew pozorom bardzo długa jest też historia chemicznych dodatków do żywności. Starożytni Egipcjanie używali do jej barwienia koszenili (dziś E 120) i kurkuminy (E 100), z kolei azotyn sodu (E 250) stosowali do peklowania mięsa, zaś jako konserwanty służyły im dwutlenek siarki (E 220) i kwas octowy (E 260). Substancje te wykorzystywano także w podobnych celach w starożytnej Grecji i Rzymie.

2. Mięso w soli

ok. 1000 p.n.e. Jak wskazuje w swojej książce "Historia żywności" francuska dziennikarka Maguelonne Toussaint-Samat, mrożone produkty były znane w Chinach już 3 tys. lat temu.

1000-500 p.n.e. We francuskiej Owernii dokonano archeologicznego odkrycia pochodzących z tego okresu ponad tysiąca spichlerzy z epoki galijskiej. Uczeni uważają, że Galowie znali tajniki próżniowego przechowywania żywności. Podczas składowania zboża najpierw próbowali niszczyć bakterie oraz inne drobnoustroje za pomocą ognia, a następnie wypełniali swoje spichlerze w taki sposób, żeby dostęp powietrza do dolnych warstw był zablokowany. Dzięki temu zboże można było składować przez długie lata.

IV-II w. p.n.e. Utrwalić żywność próbowano także za pomocą marynowania z użyciem m.in. octu. Znane przykłady pochodzą ze starożytnego Rzymu. Popularną marynatę do warzyw przyrządzano tam wówczas z octu, miodu i musztardy. Według Apicjusza do marynat nadawał się także miód, który powodował, że mięso zachowywało świeżość przez kilka dni, nawet podczas upałów.

W Grecji używano do tych celów pigwy i mieszanki miodu z niewielką ilością suszonego miodu - szczelnie pakując to wszystko wraz z żywnością w słoiki. Rzymianie stosowali tę samą technikę, ale zamiast tego gotowali miód i mieszankę pigwową, aby uzyskać stałą konsystencję. Indyjscy i orientalni handlarze sprowadzili z kolei do Europy trzcinę cukrową - gospodynie domowe mogły odtąd nauczyć się produkować "konserwy" poprzez podgrzewanie z trzciną owoców.

1794-1809 Era współczesnych konserw sięga swymi początkami kampanii napoleońskich, a dokładnie roku 1794, kiedy Napoleon zaczął szukać sposobów na przechowywanie łatwo psującej się żywności dla swoich wojsk walczących poza granicami, na lądzie i na morzach.

W 1795 r. rząd francuski zaproponował nagrodę 12 tys. franków dla tego, kto wymyśli sposób przedłużenia przydatności produktów. W 1809 r. otrzymał ją Francuz, Nicolas Appert (3). Wymyślił on i opracował metodę apertyzacji. Polegała na długotrwałym gotowaniu produktów spożywczych we wrzącej wodzie lub na parze, w zamkniętych hermetycznie naczyniach, takich jak słoiki (4) czy puszki metalowe. Chociaż apertyzacja powstała we Francji, a produkcja blaszanej puszki zaczęła się w Anglii, to dopiero w Ameryce nastąpił praktyczny rozwój tej metody.

3. Nicolas Appert

4. Żywność przechowywana w słojach

XIX w. Solenie żywności było znane od dawna. Z czasem ludzie zaczęli eksperymentować i w XIX wieku odkryli, iż niektóre sole nadawały mięsu atrakcyjny czerwony kolor zamiast szarego. Podczas doświadczeń przeprowadzanych w latach 20. XX wieku uczeni zdali sobie sprawę, że mieszanka soli (saletra) zapobiega rozwojowi laseczek jadu kiełbasianego.

1821 Zaobserwowano pierwsze korzystne efekty stosowania wobec żywności zmodyfikowanej atmosfery. Jacques Étienne Bérard, profesor Szkoły Farmacji w Montpellier we Francji, odkrył i obwieścił światu, że przechowując owoce w warunkach niskiej zawartości tlenu, opóźnia się ich dojrzewanie i wydłuża okres przydatności do spożycia. Kontrolowane magazynowanie w atmosferze (CAS) było jednak stosowane dopiero od lat 30. XX wieku, kiedy to transportowane na statkach jabłka i gruszki zaczęto składować w pomieszczeniach z wysokim poziomem CO₂ - w celu wydłużenia ich świeżości.

5. Ludwik Pasteur - portret Alberta Edelfelta

1862-1871 Pierwszą chłodziarkę opracował australijski wynalazca James Harrison, z zawodu drukarz. Rozpoczęto nawet jej produkcję i trafiła na rynek, jednak w większości źródeł jako wynalazca tego rodzaju urządzeń figuruje bawarski inżynier Carl von Linde. W 1871 r. zastosował on w monachijskim browarze Spaten system chłodzenia umożliwiający latem produkcję piwa. Środkiem schładzającym był eter dimetylowy lub amoniak (eter metylowy zastosował także Harrison). Wytworzony tą metodą lód formowano w bloki i rozwożono po domach, gdzie wędrował do izolowanych termicznie szafek, w których chłodzono żywność.

1863 Ludwik Pasteur (5) wyjaśnia naukowo proces pasteryzacji, który pozwala unieszkodliwiać mikroorganizmy przy jednoczesnym zachowaniu walorów smakowych żywności. Klasyczna metoda pasteryzacji polega na ogrzewaniu produktu do temperatury powyżej 72°C, jednak nie większej niż 100°C. Przykładowo, typowy proces pasteryzacji mleka polega na ogrzaniu go do 100°C w ciągu minuty lub do 85°C w ciągu 30 minut, w zamkniętym urządzeniu nazywanym pasteryzatorem.

1899 Niszczące działanie wysokich ciśnień na drobnoustroje wykazuje Bert Holmes Hite. W ciągu 10 minut w temperaturze pokojowej poddawał on mleko ciśnieniu 680 MPa, zauważając, że w efekcie liczba zawartych w mleku żywych drobnoustrojów zmniejszyła się. Z kolei mięso poddawane przez godzinę ciśnieniu 540 MPa w temperaturze 52°C nie wykazywało żadnych zmian mikrobiologicznych w ciągu trzytygodniowego przechowywania.

W następnych latach prowadzono badania podstawowe nad wpływem wysokiego ciśnienia m.in. na białka, enzymy, elementy strukturalne komórki i całe drobnoustroje. Proces ten nazywany jest paskalizacją, od wielkiego francuskiego uczonego Błażeja Pascala - i wciąż się rozwija. Na japońskim rynku w 1990 r. ukazał się dżem utrwalony technologią wysokich ciśnień, a w następnym roku pojawiły się kolejne produkty spożywcze, takie jak owocowe jogurty i galaretki, przyprawy majonezowe do sałatek itp.

1905 Brytyjscy chemicy J. Appleby oraz A. J. Banks proponują utrwalanie produktów spożywczych promieniami alfa, beta lub gamma. Praktyczne zastosowanie napromieniowania żywności rozpoczyna się od 1921 r., kiedy to pewien amerykański naukowiec odkrył, że promienie Roentgena mogą zabijać włosienie, pasożyty występujące w mięsie świń.

Żywność poddawana była działaniu radioaktywnych izotopów cezu 137 bądź kobaltu 60 w izolowanych ołowiem komórkach - izotopy tych pierwiastków emitują elektromagnetyczne promieniowanie jonizujące w postaci promieni gamma. Dalsze prace nad tymi metodami zaczęto w Anglii po 1930 r., a następnie w Stanach Zjednoczonych po 1940 r. Od ok. 1955 r. badania nad radiacyjnym utrwalaniem żywności ruszyły w wielu krajach. Wkrótce zaczęto konserwować żywność przy pomocy promieniowania jonizującego, co pozwala przedłużyć trwałość np. drobiu, ale nie zapewnia kompletnej sterylności produktu. Stosuje się je z powodzeniem do hamowania kiełkowania ziemniaków i cebuli.

1906 Oficjalne narodziny procesu liofilizacji (6). W swojej pracy przedstawionej Académie des sciences w Paryżu biolog Frédéric Bordas oraz lekarz i fizyk Jacques-Arsène d’Arsonval udowodnili, że możliwe jest suszenie zamrożonego i wrażliwego na temperaturę serum krwi. Wysuszone w ten sposób serum pozostawało przez długi czas stabilne w temperaturze pokojowej. Wynalazcy w kolejnych swoich opracowaniach opisywali, że ich technika może być zastosowana do utrwalania i utrzymywania w dobrym stanie surowicy i szczepionek. Usuwanie wody z zamrożonego produktu zachodzi także w warunkach naturalnych - od dawna wykorzystują to Eskimosi. Liofilizację na skalę przemysłową zastosowano w drugiej połowie XX wieku.

6. Liofilizowana żywność

1913 Do sprzedaży w Chicago trafia DOMELRE (DOMestic ELectric REfrigerator), czyli pierwsza elektryczna chłodziarka domowego użytku. W tym samym roku chłodziarki pojawiły się także w Niemczech. Amerykański model miał drewnianą obudowę i umieszczony na górze mechanizm chłodzący. Tak naprawdę nie była to chłodziarka w dzisiejszym rozumieniu, a raczej agregat chłodniczy przeznaczony do montażu na posiadanej już lodówce.

Czynnikiem chłodniczym był toksyczny dwutlenek siarki. Lodówki niemieckie (produkowane przez firmę AEG) obudowywano ceramicznymi kaflami. Na urządzenia te mogli sobie jednak pozwolić praktycznie tylko niemieccy restauratorzy, ponieważ kosztowały 1750 ówczesnych marek, czyli tyle, ile wiejska posiadłość.

7. Clarence Birdseye na dalekiej północy

1922 Clarence Birdseye, przebywając na mroźnym Labradorze (7), odkrył, że w temperaturze -40°C złowiona ryba zamarza niemal natychmiast, a po rozmrożeniu smakuje świeżo, zupełnie inaczej niż mrożone ryby, które można było kupić w Nowym Jorku. Wkrótce opracował technikę szybkiego mrożenia żywności.

Obecnie wiadomo, że szybkie zamrażanie powoduje powstawanie mniejszych kryształków lodu, co w mniejszym stopniu niż w innych metodach uszkadza struktury tkanek. Birdseye przeprowadził eksperymenty z zamrażaniem ryb w firmie Clothel Refrigerating Company, a następnie założył własną - Birdseye Seafoods Inc. Specjalizowała się w zamrażania filetów rybnych schłodzonym powietrzem w temperaturze -43°C, ale w 1924 r. zbankrutowała, z powodu braku zainteresowania konsumentów.

W tym samym roku Birdseye opracował jednak zupełnie nowy proces komercyjnego szybkiego mrożenia – pakowanie ryb w kartony, po czym zamrażanie zawartości pomiędzy dwiema chłodzonymi powierzchniami pod ciśnieniem; i stworzył nową firmę, General Seafood Corporation.

8. Reklama lodówki Electroluxa z 1939 r

1935-1939 Dzięki firmie Electrolux w domach zwykłych "Kowalskich" zaczynają pojawiać się masowo lodówki (8).

lata 60. Do konserwacji żywności zaczyna się używać antybiotyków. Szybkie narastanie odporności bakterii na te związki spowodowało jednak, że zakazano ich stosowania. Wkrótce odkryto, że bakterie kwasomlekowe produkują skuteczny naturalny antybiotyk - nizynę, niespokrewniony z antybiotykami medycznymi. Nizyną konserwuje się m.in. wędzone wędliny i sery.

lata 90. W drugiej połowie ostatniej dekady minionego stulecia rozpoczęły się badania nad zastosowaniem plazmy w celu inaktywacji drobnoustrojów, choć metodę dekontaminacji za pomocą zimnej plazmy opatentowano jeszcze w latach 60. Obecnie użycie niskotemperaturowej plazmy w produkcji żywności określane jest mianem technologii pierwszej generacji, co oznacza, że znajduje się w początkowym okresie rozwoju.

9. Okładka książki Lothara Leistnera i  Grahame’a Goulda na temat technologii płotków

2000 Lothar Leistner (9) definiuje technologię płotków (hurdle), czyli metodę precyzyjnej eliminacji z żywności patogenów. Ustanawia się w niej swoiste "przeszkody", które musi pokonać patogen, aby przetrwać. Chodzi o inteligentne połączenie sposobów, zapewniających produktom spożywczym bezpieczeństwo i stabilność mikrobiologiczną, a zarazem optymalną jakość smakową i odżywczą oraz ekonomiczną żywotność. Przykładami przeszkód w systemie żywnościowym są: wysoka temperatura podczas przetwarzania, niska temperatura w trakcie przechowywania, wzrost kwasowości, obniżenie aktywności wody lub obecność konserwantów.

Uwzględniając charakter produktu i występującą na nim mikroflorę, dobiera się taki zestaw powyższych czynników, aby drobnoustroje z żywności usunąć lub uczynić je niegroźnymi. Każdy czynnik to kolejny płotek. Przeskakując je kolejno, drobnoustroje słabną, dochodząc w końcu do momentu, w którym nie mają już na dalsze skakanie siły. Ich wzrost zostaje wówczas zahamowany, a ich ilość stabilizuje się na bezpiecznym poziomie – albo giną. Ostatnim progiem w tej metodzie są konserwanty chemiczne, które stosuje się tylko wtedy, gdy inne przeszkody niedostatecznie hamują działanie drobnoustrojów lub gdy płotki spowodowałyby usunięcie z żywności większości składników odżywczych.

Metody konserwacji żywności

Fizyczne

• Termiczne - polegające na zastosowaniu wysokich lub niskich temperatur:
     - chłodzenie,
     - zamrażanie,
     - sterylizacja,
     - pasteryzacja,
     - blanszowanie,
     - tyndalizacja (pasteryzacja frakcjonowana - metoda konserwacji żywności w puszkach, która polega na dwu-trzykrotnej pasteryzacji przeprowadzanej w odstępach jedno-trzydniowych; termin wywodzi się od nazwiska irlandzkiego uczonego Johna Tyndalla).
• Obniżanie aktywności wody przez zmianę temperatur lub dodatek substancji powodujących zmianę ciśnienia osmotycznego:
     - suszenie,
     - zagęszczanie (odparowanie, kriokoncentracja, osmoza, dializa, osmoza odwrócona),
     - dodawanie substancji osmoaktywnych.
• Zastosowanie gazów ochronnych w komorach przechowalniczych (atmosfera modyfikowana lub kontrolowana) albo w pakowaniu żywności:
     - azotu,
     - dwutlenku węgla,
     - próżni.
• Promieniowanie:
     - UVC,
     - jonizujące.
• Oddziaływanie elektromagnetyczne, polegające na zastosowaniu właściwości pola elektromagnetycznego:
     - pola elektryczne pulsujące,
     - pola elektryczne magnetyczne.
• Zastosowanie ciśnień:
     - ultrawysokich (UHP),
     - wysokich (HHP).

Chemiczne

• Dodawanie substancji chemicznych do roztworu konserwującego:
     - marynowanie,
     - dodawanie kwasów nieorganicznych,
     - peklowanie,
     - stosowanie innych chemicznych środków konserwujących (antyseptyki, antybiotyki).
• Dodawanie substancji chemicznych do atmosfery, w której przebiega proces:
     - wędzenie.

Biologiczne

• Procesy fermentacji przebiegające pod wpływem działania drobnoustrojów:
     - fermentacja mlekowa,
     - octowa,
     - propionowa (wywoływana przez bakterie propionowe). 

M.U.