Prądem przyrządzone

Utrwalanie żywności to jedno z najważniejszych zadań przemysłu spożywczego. Od pola do stołu droga jest niekiedy daleka. Z tego powodu znaczna część żywności na sklepowych półkach musi być w jakiś sposób zabezpieczona przed zepsuciem. Najczęściej poddaje się ją mrożeniu, suszeniu lub pasteryzacji. W wyniku tych procesów żywność, choć dłużej zachowuje swoją przydatność do spożycia, traci częściowo wartość odżywczą lub walory teksturalne. Dodatkowo procesy te są bardzo energochłonne, co wiąże się zarówno z wysokimi kosztami, jak i ze stosunkowo dużym obciążeniem środowiska naturalnego. Naukowcy na całym świecie pracują nad nowymi, lepszymi sposobami przetwarzania żywności. Bardzo obiecujące są badania nad wykorzystaniem pulsacyjnego pola elektrycznego (PEF – ang. pulse electric field) oraz ultradźwięków.

W Katedrze Inżynierii Żywności i Organizacji Produkcji SGGWzespół naukowców pracujący pod opieką prof. dr hab. Doroty Witrowej-Rajchert bada możliwość zastosowania PEF do ulepszenia procesów przetwórstwa owoców i warzyw. Bardzo obiecujące są wyniki dotyczące wpływu PEF na właściwości bioaktywne żywności oraz proces suszenia owoców i warzyw, które uzyskano  w ramach projektu finansowanego ze środków NCBiR (program LIDER 4; LIDER/017/497/L-4/12/NCBR/2013), którym kierował dr inż. Artur Wiktor.

Pulsacyjne pole elektryczne, czyli co?
Wykorzystanie pulsacyjnego pola elektrycznego polega na oddziaływaniu na komórkę poprzez bardzo krótkie impulsy elektryczne o wysokiej amplitudzie napięcia. Jeśli pojedyncza komórka poddana zostanie oddziaływaniu tych impulsów, wówczas w jej błonie komórkowej robią się otwory. Zjawisko to najczęściej nazywane jest elektroporacją i może mieć charakter odwracalny lub nieodwracalny. W zależności od konkretnych parametrów zastosowanego pola elektrycznego osiągamy różne cele: nietermiczne utrwalenie żywności lub pozyskanie z komórki konkretnych substancji odżywczych, takich jak np. polifenoli, karotenoidów czy chlorofilu.

Żywność delikatnie utrwalona
Wysokie temperatury, jakich zazwyczaj używa się w procesach konserwowania żywności, odpowiedzialne są za utratę witamin i składników bioaktywnych. Dlatego metoda PEF – w której nie korzysta się z podgrzewania – to bardzo dobry sposób utrwalania soków czy smoothies. Pole elektryczne (o odpowiednio dobranych parametrach) jest w stanie zabić komórki np. drożdży lub bakterii. Z tego powodu poddany temu procesowi produkt spożywczy będzie trwalszy i bardziej wartościowy.

Innym sposobem wykorzystania PEF jest wstępna obróbka owoców i warzyw przed suszeniem, mrożeniem i tłoczeniem. Dzięki temu można usprawnić niektóre procesy technologiczne, np. o ponad 20% skrócić czas suszenia. Po prostu łatwiej jest usunąć wodę z komórki, której błona komórkowa ma otwory. Można też obniżyć temperaturę powietrza suszącego, co wpływa korzystnie na energochłonność procesu oraz jakość produktu. PEF pozwala także skrócić czas zamrażania. W bardziej ekonomiczny sposób otrzymujemy więc produkt lepszej jakości – mówi dr Artur Wiktor.

Zastosowanie PEF podnosi wydajność tłoczenia soków nawet o kilkanaście procent. Odpowiednio dobrane parametry mogą też spowodować zmianę różnych właściwości produktu, takich jak smak, klarowność czy zawartość polifenoli. W ten sposób można sprawić, że sok owocowy lub smoothie będą wydawały się słodsze, mimo że zawartość cukru pozostanie niezmieniona albo nawet obniży się. Po prostu cukier zawarty w komórkach owoców zostanie wyekstrahowany na zewnątrz i dzięki temu będzie lepiej wyczuwalny.

Pulsacyjne pole elektryczne da się wykorzystać jeszcze na wiele innych sposobów. Na przykład jeśli przed mrożeniem potraktujemy nim ziemniaki pokrojone na frytki, wówczas nie będą się one piórkowały, wchłoną mniej tłuszczu podczas smażenia – więc będą „chudsze”, zdrowsze i tańsze w produkcji. Także poddana działaniu PEF (w obecności różnych substancji), a następnie zamrożona rukola po rozmrożeniu zachowa swoje właściwości strukturalne i będzie się ładnie prezentowała np. na pizzy.

Kopalnia cennych składników
Pulsacyjne pole elektryczne może być przydatne do pozyskiwania składników odżywczych z owoców i warzyw. Poprzez utworzone w procesie elektroporacji otwory w błonach komórkowych można pobierać np. składniki bioaktywne i wykorzystać je do produkcji suplementów diety. Tradycyjną metodą otrzymywania takich substancji jest stosowanie obciążających środowisko naturalne rozpuszczalników.

Przy pomocy PEF można do cna zużyć również odpady poprodukcyjne – na przykład wytłoki z jabłek – i pozyskać z nich składniki odżywcze. Ich użycie lub sprzedaż mogłyby stanowić dodatkowe źródło dochodów dla przedsiębiorstw zajmujących się przykładowo tłoczeniem soków.

PEF może zostać także zastosowane do wydobywania barwników z produktów roślinnych. Jak widać na poniższym zdjęciu, wydajność przy zastosowaniu tej metody wstępnego przetwarzania jest znacznie wyższa od tradycyjnej.

Po lewej barwnik (betalainy) wyekstrahowany wodą z buraków ćwikłowych poddanych wstępnej obróbce PEF, po prawej – bez aplikacji PEF.

Rynek i bezpieczeństwo
Zastosowanie pulsacyjnego pola elektrycznego w przetwarzaniu żywności na pewno ma wiele plusów. Jednak mimo że metoda ta jest znana od połowy XX wieku – wtedy rozpoczęły się badania naukowe na szerszą skalę ­­– nie jest ona powszechnie stosowana. Jak twierdzi dr Artur Wiktor, powodów jest kilka: Na pewno istotną barierą w implementacji PEF w przemyśle spożywczym na skalę przemysłową jest koszt zakupu tej technologii. Maszyny są stosunkowo drogie, co wpływa na opłacalność produkcji. Produkty z wykorzystaniem PEF są już obecne na światowym rynku. Jednak myślę, że upowszechnienie tej metody w polskim przemyśle spożywczym zajmie od kilku do kilkunastu lat. Kolejnym czynnikiem jest obawa przed zastosowaniem prądu w przetwarzaniu żywności. Nasz zespół prowadzi dość szerokie badania dotyczące opinii konsumentów na ten temat. Chociaż pulsacyjne pole elektryczne od lat stosowane jest w medycynie, np. do leczenia nowotworów, wykorzystanie go w przemyśle spożywczym może budzić nieuzasadniony opór.

Czy na pewno nieuzasadniony? – Jak dotąd nic nie wskazuje na to, by ta technologia była szkodliwa. W jej wyniku nie powstają żadne nowe substancje, a nawet jeśli – to w bardzo ograniczonych ilościach. Według aktualnego stanu wiedzy jest to metoda bezpieczna, bardzo obiecująca i zgodna z ideą zrównoważonego rozwoju – odpowiada dr Wiktor.