Conservarea produselor alimentare

Elemente de microbiologie alimentara

Produsele alimentare se caracterizeaza printr-o stabilitate scazuta la actiunea factorilor interni si externi fiind supuse fenomenelor de alterare, aspect care reduce posibilitatile de consum, prezinta riscuri pentru sanatatea consumatorilor si provoaca pierderi economice.

In scopul diminuarii acestor efecte se procedeaza la conservarea produselor alimentare. Prin conservare se realizeaza stabilizarea relativa a proprietatilor si se mareste perioada de valabilitate.

Principalii factori de instabilitate sunt enzimele provenite din materiile prime sau introduse in timpul procesului de prelucrare si microorganismele, asupra carora se intervine inhiband procesul de inmultire prin mijloace bacteriostatice sau distrugandu-le cu ajutorul mijloacelor bactericide.

Microorganismele care polueaza produsele alimentare sunt diferite in sensul ca unele manifesta o actiune pozitiva in timp ce altele sunt total nefavorabile calitatii produselor.

In acest sens, microorganismele pot fi grupate in:

- microorganisme saprofite de cultura care produc transformari utile alimentelor in cadrul tehnologiilor alimentare (panificatie, vinificatie, obtinerea  branzeturilor etc.);

- microorganisme saprofite de degradare (mucegaiuri, drojdii, bacterii) care produc modificari nedorite sau chiar alterari ale produselor alimentare;

- microorganisme conditionat patogene si patogene producatoare de toxine la nivelul alimentului (tipurile toxice) sau in organismul uman (tipurile infectioase) determinand imbolnaviri grave sau chiar mortale.

Compozitia chimica a produselor alimentare face ca acestea sa fie un mediu nutritiv extrem de prielnic pentru dezvoltarea microorganismelor.

In acelasi produs pot coexista mai multe genuri si specii de microorganisme, dar se vor dezvolta acelea care au conditii optime de hrana, umiditate, pH, potential de oxido-reducere. Pana la un moment dat predomina o anumita microflora dar prin modificarea conditiilor de mediu incepe sa se dezvolte alta care pana atunci s-a aflat in stare de latenta.

Pentru marfurile alimentare prezinta interes in principal bacteriile, mucegaiurile si drojdiile.

Bacteriile sunt microorganisme unicelulare formate din membrana, citoplasma (masa protoplasmatica) si nucleu (nu intotdeauna bine conturat). Unele bacterii prezinta la exterior o capsula de natura glicoproteica sau filamente fine si lungi numite cili datorita carora sunt mobile. Membrana celulara se coloreaza prin tehnici histologice; in functie de numarul si pozitia cililor se poate realiza identificarea speciilor microbiene.

Mucegaiurile sunt microciuperci (micromicete) al caror organ vegetativ este un tal (ramura) monocelular sau pluricelular, alcatuit dintr-o parte vegetativa propriu-zisa si o parte reproducatoare destinata formarii si raspandirii sporilor. Talul este format din filamente miceliene sau hife cu aspect ramificat.

Mucegaiurile sintetizeaza una sau mai multe toxine specifice denumite micotoxine (Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria).

Mucegaiurile toxigene sunt distruse in mare masura prin tehnicile de conservare termica; micotoxinele elaborate persista in produse deoarece sunt in general termostabile si rezista la oxidare.

Unele mucegaiuri sunt utile fiind folosite la maturarea unor branzeturi, obtinerea de preparate enzimatice, antibiotice.

Drojdiile (levurile) sunt microorganisme unicelulare de dimensiuni mai mari decat bacteriile care se inmultesc prin inmugurire, mai rar prin sciziparitate (diviziune celulara).

Frecvent drojdiile polueaza numeroase tipuri de substraturi; au posibilitatea de a supravietui in sol mult timp, acesta fiind un important "rezervor natural" de diseminare..

Drojdiile prezinta o mare insemnatate practica pentru industriile fermentative (spirt, bere, vin, panificatie), dar in acelasi timp se manifesta si ca agenti de degradare a produselor alimentare.

Intre microorganisme se manifesta interrelatii complexe manifestate prin metabioza, simbioza si antagonism.

Metabioza este atunci cand unele microorganisme creeaza conditii favorabile pentru dezvoltarea altora asigurandu-se o succesiune bine conturata a populatiilor microbiene. Bacteriile aerobe consuma oxigenul favorinzand dezvoltarea celor anaerobe; unele bacterii descompun proteinele pana la compusi metabolizabili de altele.

Simbioza este relatia de ajutor reciproc intre doua specii microbiene (chefirul se obtine prin ''cooperarea'' dintre bacteriile lactice si drojdii).

Antagonismul este actiunea de inhibare a dezvoltarii unei specii de catre alta deja existenta in mediul respectiv (in produsele conservate prin murare bacteriile lactice produc acizi care inhiba bacteriile de putrefactie).

Dezvoltarea microorganismelor este dependenta de continutul in substante nutritive a substratului si favorizata de factori externi (umiditate, temperatura, lumina, pH - ul mediului.

Un nivel al umiditatii produselor sub 12 % are efect inhibant asupra tuturor tulpinilor microbiene.

Temperatura este un factor care genereaza o diversitate de comportamente. In functie de temperatura la care sunt active, bacteriile sunt clasificate in criofile (-10.0^oC psihrofile (0.5^oC), mezofile ( 15.35^oC), termofile (50.75^oC).

Mucegaiurile se dezvolta la temperaturi joase sau medii (10.30^oC)

Drojdiile tolereaza variatii termice largi.

Radiatiile luminoase in functie de lungimea de unda influenteaza diferentiat activitatea microorganismelor (radiatiile verzi sunt simulatoare, radiatiile ultraviolete sunt distrugatoare).

Nivelul pH-ului produselor alimentare este tolerat diferentiat: bacteriile se dezvolta la un pH de 6,5 - 7,5; drojdiile si mucegaiurile prefera medii acide sau foarte acide - pH 2 - 3.

Principiile biologice ale conservarii produselor alimentare

Bioza. Principiul biozei sta la baza pastrarii in stare proaspata a produselor si consta in capacitatea de autoaparare la actiunea microorganismelor datorita imunitatii naturale. In functie de intensitatea metabolismului bioza poate fi totala (eubioza) si sta la baza pastrarii produselor cu metabolism normal si complet (pasari vii, peste viu broaste, raci, etc) sau poate fi partiala (hemibioza) si caracterizeaza pastrarea produselor detasate de organismul matern la care metabolismul continua insa cu intensitate redusa (boabe cereale, leguminoase, radacini, tuberculi, oua). La aceste produse trebuie incetinite fenomenele de respiratie pentru a se reduce pierderile, pentru a evita cresterea temperaturii si declansarea proceselor de alterare. Aceste efecte sunt asigurate prin o temperatura, o umiditate relativa si o viteza de circulatie a aerului adecvata.

Anabioza (viata latenta). Principiul anabiozei sta la baza pastrarii produselor prin procedee care inhiba desfasurarea proceselor specifice atat produselor alimentare cat si microflorei de poluare  (activitatea enzimelor, dezvoltarea microorganismelor, parazitilor). Aceste procedee constau in realizarea temperaturilor scazute, deshidratare partiala, cresterea presiunii osmotice, acidifierea mediilor, utilizarea gazelor inerte ca agenti bioinhibanti.

Cenoanabioza consta in creerea conditiilor favorabile dezvoltarii anumitor microorganisme care produc substante cu actiune bacteriostatica fata de microflora de alterare; in acelasi timp stimuleaza si procesele biochimice de maturare a produselor alimentare.

Abioza (lipsa totala a vietii) sta la baza conservarii produselor prin procedee care realizeaza distrugerea totala a microorganismelor asigurand sterilizarea produselor si inactivarea permanenta a enzimelor.

Metode si tehnici de conservare a produselor alimentare

Metode de conservare bazate pe principiul biozei

Aceste metode se aplica in special fructelor si legumelor la care trebuie incetinite fenomenele de respiratie pentru a se reduce pierderile, pentru a evita cresterea temperaturii si declansarea proceselor de alterare. Acest lucru se poate realiza asigurand o temperatura, o umiditate relativa si o viteza de circulatie a aerului adecvata.

In tabel sunt prezentate valorile optime ale celor mai importanti parametri precum si duratele maxime de pastrare pentru cateva tipuri de legume si fructe.

Metode de conservare bazate pe principiul anabiozei

Refrigerarea asigura cresterea duratei de pastrare a produselor in stare proaspata cu mentinerea insusirilor lor naturale prin oprirea multiplicarii florei toxigene si patogene, diminuarea reactiilor enzimatice, imbunatatirea unor caracteristici organoleptice (aroma, suculenta, fragezime).

Refrigerarea este utilizata pentru pastrarea de scurta durata a laptelui, a carnii, a pestelui proaspat sau pentru pastrarea de durata a legumelor, fructelor, oualor. Temperatura de refrigerare este cuprinsa in general intre 0-4^oC.

Congelarea este utilizata pentru conservarea a numeroase produse alimentare. Metoda conserva insusirile acestora un timp mai indelungat. Ea conduce la oprirea dezvoltarii aproape a tuturor formelor microorganismelor de poluare si patogene.  S-a constatat ca oprirea dezvoltarii micromicetilor (ciuperci) se face la temperaturi de -10^oC...-12 ^oC, a bacteriilor criofile (foarte rezistente la frig) se face la -15 ^oC. La temperaturi de cca -20^oC se produce crioletalitatea pentru toate categoriile de microorganisme. Acest nivel de frig este un parametru greu de realizat, cu mari consumuri de energie, neeconomicos si uneori insotit de procese fizico-chimice nedorite privind structura produselor.

Temperaturile de congelare sunt cuprinse intre -18 ^oC . - 40 ^oC.

Tipuri de congelare:

- congelare lenta realizata la temperaturi de -18 ^oC.-20 ^oC, timp de cca 80 ore;

- congelare semirapida la temperaturi de -20 ^oC.-30 ^oC    o perioada de cca 60 ore;

- congelare rapida la temperaturi de -30 ^oC.-35 ^oC    o durata de cca 24 ore;

- congelare ultrarapida la temperaturi de -35 ^oC.- 40 ^oC    o durata de cca 3 ore.

Cele mai bune metode de congelare sunt cele rapida si ultrarapida deoarece in masa produselor se formeaza cristale de gheata foarte fine care produc modificari minime ale structurii celulelor (ruperea membranelor celulare) iar coloizii formati au o capacitate mare de rehidratare dupa decongelare astfel incat nu se produce o pierdere in cantitate mare a sucului celular.

O metoda moderna de congelare este cea care foloseste dioxidul de carbon sau azotul lichid (fructe, legume, carne, preparate, etc.).

Deshidratarea partiala (uscarea, desicarea) este o metoda de conservare prin reducerea continutului in apa a produselor alimentare care are ca efect reducerea activitatii enzimatice si inhibarea dezvoltarii microorganismelor.

Principalele metode de deshidratare sunt: uscarea naturala, deshidratare in instalatii speciale prin insuflare de aer cald, cu radiatii infrarosii, deshidratare in pat fluidizat, liofilizarea (ambalare sub vid, congelare si sublimarea apei).

Produsele alimentare care in prealabil au fost fluidizate pot fi deshidratate sub forma peliculara sau prin pulverizare (atomizare).

O alta forma de reducere a continutului in apa este concentrarea aplicata la produse lichide. Concentrarea se poate realiza prin expunere la temperaturi de 60-80^oC si in vid sau prin congelare lenta la -10 ^oC .-18 ^oC urmata de indepartarea prin centrifugare a cristalelor de gheata.

Conservarea prin sarare

Sararea, ca metoda de conservare se bazeaza atat pe principiul anabiozei (cresterea presiunii osmotice a solutiilor) cat si pe cel al cenoanabiozei (inlocuirea prin intermediul sarii a biocenozei produsului cu o alta specifica sarii). Flora halofila suporta foarte bine presiunea osmotica ridicata, are proprietati proteolitice scazute si ataca prioritar glucidele dand nastere la substante de aroma.

Sarea are actiune conservanta datorita unor proprietati specifice pe care le manifesta:

- determina cresterea presiunii osmotice determina ca celulele tesuturilor impreuna cu cele bacteriene sa se deshidrateze treptat si sa se dezintegreze;

- inhiba dezvoltarea bacteriilor aerobe intrucat oxigenul nu se poate dizolva in saramura;

- inhiba bacteriile de putrefactie (la o concentratie mai mare de 10-15% sare).

Sarea care se utilizeaza la conservarea produselor alimentare trebuie sa fie cat mai pura, lipsita de cloruri sau sulfati de calciu, fier sau magneziu care determina diverse defecte ale produselor conservate sau impiedica difuziunea sarii in produs.

Sararea produselor se poate realiza prin metoda uscata, umeda sau mixta.

Conservarea cu solutii concentrate de zahar

Adaugarea de zahar in cantitati mari intr-un mediu si realizarea unei concentratii de peste 70 % inhiba dezvoltarea aproape a tuturor microorganismelor cu exceptia unor drojdii osmofile si a unor mucegaiuri. Din acest motiv se recomanda asocierea metodei cu pasteurizarea sau fierberea.

Conservarea produselor cu ajutorul gazelor inerte

Dioxidul de carbon in concentratie de 10% reduce capacitatea de multiplicare a microflorei aerobe si foarte putin sau deloc a celei anaerobe in functie si de pH-ul si temperatura de pastrare.

Se utilizeaza pentru marirea duratei de conservare a unor produse deshidratate cu un continut mare de grasime si ambalate in cutii ermetic inchise (lapte praf, praf de oua) dau pentru cresterea duratei de conservare a carnii refrigerate in depozitele de pastrare (intr-o concentratie de sub 20%).

Conservarea prin acidifiere artificiala se realizeaza prin adaugarea acidului acetic (otet) in mediul de conservare. Aceasta metoda se aplica la conservarea legumelor (acidifiere) sau a produselor de origine animala (marinare).

In concentratii de 2-3% otetul are actiune bacteriostatica in timp ce la 4% are actiune bactericida. La o concentratie de sub 2% acid acetic produsul se inchide ermetic si se pasteurizeaza cca 20 minute la 100 ^oC. Actiunea antiseptica a otetului este intensificata prin adaos de sare (2-3%) iar pentru imbunatatirea gustului se adauga si zahar (2-5%).

Metode de conservare bazate pe principiul cenoanabiozei

Cea mai utilizata metoda este acidifierea naturala in care in mediul de conservare se formeaza acid lactic prin fermentarea lactica a glucidelor usor fermentescibile (iaurt, smantana, branzeturi, legume si fructe murate). Acidul lactic are actiune bacteriostatica asupra bacteriilor de putrefactie la o concentratie mai mare de 0,5%. Produsele acidifiate natural nu pot fi pastrate o perioada de timp indelungata deoarece mediul acid favorizeaza drojdiile si mucegaiurile care consumand acidul lactic determina alcalinizarea mediului si initierea fenomenelor de putrefactie.

O alta metoda este alcoolizarea naturala a produselor alimentare prin initierea fenomenului de fermentatie alcoolica.

Metode de conservare bazate pe principiul abiozei

Utilizarea temperaturilor inalte.

Temperaturile ridicate in functie de intensitate si durata actiunii maresc perioada de pastrare a alimentelor deoarece au proprietatea de a inhiba sau distruge microorganismele de poluare sau patogene, unele toxine bacteriene, virusurile sau parazitii animali.

Pasteurizarea consta in incalzirea unui produs un anumit timp la temperaturi sub 100 ^oC pentru distrugerea florei bacteriene patogene si a celei mai mari parti a florei saprofite de poluare. Pasteurizarea este in primul rand o metoda de igienizare neasigurand sterilitatea continuturilor. Microflora reziduala ramasa dupa pasteurizare este mult atenuata si dezvoltarea acesteia incetinita. Produsele pasteurizate sunt mentinute ulterior la temperaturi de refrigerare.

Pasteurizarea se aplica la conservarea laptelui, pastelor de legume, sucurilor, gemurilor, berii, etc.

Pasteurizarea poate fi joasa (60-65 ^oC, timp de 20-30 minute), medie (70-75^oC, timp de 1 minut), inalta (85-90^oC, timp de 20-30 secunde) si suprainalta (pasteurizare de tip UHT sau uperizare consta in tratarea produselor cu vapori de apa supraincalziti la 150^oC timp de 1 secunda)

Sterilizarea este tratarea termica a produselor alimentare inchise ermetic in recipiente la temperaturi de peste 100^oC o durata variabila (20-50 minute). Sterilizarea asigura distrugerea tuturor formelor vegetative si sporulate ale bacteriilor, a virusurilor si a parazitilor.

In timpul sterilizarii au loc diverse transformari ale produselor: modificarea structurii si a proprietatilor prsihosenzoriale, coagularea substantelor proteice, distrugerea enzimelor si a celor mai multe vitamine.

Tratamentul termic trebuie bine supravegheat intrucat nerespectarea conditiilor impuse determina aparitia defectelor (de exemplu defecte datorate supra si substerilizarii conservelor).

Sterilizarea se poate realiza si cu ajutorul vaporilor supraincalziti in autoclave sub presiune (conserve, semiconserve, fainuri proteice, carnuri provenite de la animale cu boli infectioase sau parazitare).

Conservarea cu substante antiseptice

Substantele antiseptice sunt permise pentru conservarea produselor alimentare numai daca sunt respectate dozele admise. Folosirea antibioticelor este interzisa datorita efectelor lor nedorite: modificarea structurii microflorei intestinale, crearea de suse antibiorezistente, inducerea de stari alergice la consumatori.

Se folosesc frecvent: acidul benzoic sau benzoatul de sodiu (conserve de legume si fructe), acidul ascorbic si sorbatul de potasiu (branzeturi, conserve de legume si fructe, margarina), acid sulfuros si dioxid de sulf.

Afumarea este o metoda mixta de conservare bazata atat pe actiunea caldurii care produce o deshidratare partiala cat si pe actiunea antiseptica a substantelor din fum. Fumul este un aerosol complex format dintr-un amestec de aer si produsii arderii incomplete a lemnului: monooxid si dioxid de carbon, hidrogen, metan, acizi (formic, acetic, furanic, capronic, angelic, etc.), fenoli, aldehide, cetone, alcooli, hidrocarburi aromate, particule de carbune (funingine) si cenusa.

Fumul, ca agent de conservare are actiune bactericida si bacteriostatica (fenolii, acizii si aldehidele), antioxidanta (fenolii), aromatizanta (fenoli, acizi, aldehide si cetone) si coloranta.

Afumarea se poate face la rece (20-30^oC), la cald (60-70^oC) sau cu fum fierbinte, la 90-170^oC, operatie denumita si hituire. In prezent se aplica din ce in ce mai mult afumarea cu lichid de fum care se obtine prin captarea fractiunii mijlocii ce rezulta prin arderea rumegusului, inlaturandu-se compusii nedoriti. Pentru o conservare mai eficienta afumarea se asociaza cu uscarea si sarare.