Autor: dipl. ing. Gordana Koprivica
Mentor: Prof. dr Spasenija Milanović
.

.
Ljudi su koristili ovaj princip konzervisanja namirnica od pamtiveka. U praksi prihvaćeni postupci konzervisanja lako kvarljivih namirnica na ovom principu mogu da se podele u 3 grupe i to:
• sušenje, tj. odstranjivanje vode a da namirnica ostane u čvrstom agregatnom stanju, .
• koncentrisanje, tj. odstranjivanje vode u manjem stepenu u odnosu na sušenje. Uobičajeno je da se proizvodi konzervisani koncentrisanjem nalaze u tečnom agregatnom stanju,
• povećanje sadržaja suve materije dodatkom određenih količina supstanci koje vezuju deo slobodne vode, odnosno smanjuju aktivnost vode.

Naravno da je moguće konzervisati namirnicu i kombinacijom ovih postupaka. Konzervisanjem namirnica na ovom principu u praksi je najčešće dovoljno da se postigne aw = 0,6 – 0,7 (RRV = 60 – 70%). Neke namirnice, specifične po sastavu, mikrobiološki se ne kvare iako je brojčana vrednost aktivnosti vode i veća. Za džem je dovoljno da se postigne aw = 0,72, jer istovremeno protiv osmotolerantnih kvasaca deluje i relativno visoka prirodna kiselost.
U nekim slučajevima, da bi se potisla i enzimska aktivnost, potrebno je da se aktivnost vode smanji ispod 0,6. Prema nekim shvatanjima, enzimska aktivnost ne može da se odvija tek ispod aw = 0,12. Često se postizanjem aktivnosti vode ispod 0,6 narušava kvalitet namirnice usled ubrzanja neenzimatskih i drugih autooksidacionih reakcija (neki autori navode da je maksimum Majarove reakcije u području sa aw = 0,2-0,3).

Slika 1. Mogućnost promena kvaliteta u funkciji aktivnosti vode

U ukupnom razmatranju uticaja aktivnosti vode, napominje se da insekti rado konzumiraju sušene proizvode i da mnogi od njih žive i deluju na osušenim namirnicama iako je aktivnost vode u namirnicama 0,6 – 0,5, pa čak i manja.
Mogućnost uticaja kako mikrobioloških tako i nemikrobioloških faktora na promenu kvaliteta namirnica u zavisnosti od aktivnosti vode, prikazana je na slici 1.

.

Konzervisanje namirnica sušenjem

Od bilo kojeg načina konzervisanja koje se zasniva na principu smanjenja aktivnosti vode, sušenje ima najdužu tradiciju. Osušene namirnice su poznate od pamtiveka. To je verovatno najstariji metod konzervisanja namirnica uopšte. Konzervisanje sušenjem neki nazivaju i kseroanabiozom (od grčkog kseros = suv).
Najstariji postupci sušenja namirnica zasnivali su se na korišćenju energije Sunca i vetra. I u današnje vreme ribari zapadne Afrike ribu sole i suše na suncu. Na suncu sušeno voće poznato je vekovima unazad, a praktikuje se i danas gde klimatski uslovi to omogućuju. Toplota koja nije poticala direktno od Sunca, u Americi je počela da se koristi za sušenje 1900. godine. Danas, primenom savremenih uređaja za sušenje, u stvari se oponašaju i poboljšavaju prirodni uslovi sušenja, tj. primenjuje se toplota i strujanje vazduha. Tek negde sredinom prošlog veka, ovaj postupak konzervisanja je podignut na nivo tehnologije. Iako sušenjem može da se konzerviše bilo koja namirnica, najčešće se suši voće i povrće (krompir, mrkva, kupus, špargla, pečurke, paprika, celer, paradajz, boranija, grašak, jabuka, kajsija, smokva, breskva, kruška, šljiva, grožđe itd.).
U principu, namirnice se suše tako što se voda u vidu vodene pare izdvaja iz namirnica koje se:
• zagrevaju ili
• zamrzavaju u I fazi, a zagrevaju u II fazi.

Iako za sada u praksi nema primenu, na ovom mestu se napominje da namirnice mogu da se suše i na sobnoj temperaturi, tj. bez zagrevanja, i to primenom određenih desikanata (sredstva koja upijaju vlagu). Pošto se namirnica u ovom slučaju ne zagreva, praktično ne trpi nikakve promene, što se manifestuje izvanrednim kvalitetom.
Kad se radi o sušenju, podrazumeva se da namirnice pre sušenja mogu da budu u čvrstom (šljiva, grožđe) ili tečnom (mleko) agregatnom stanju, a da je finalni proizvod u čvrstom agregatnom stanju.
Sušenjem se odvaja voda do tog stepena da takva namirnica može godinama da bude zaštićena od kvarenja, plesnivljenja i gubitka ukusa. Pri tome ne sme da se oduzme celokupna količina vode jer to negativno deluje na gipkost (elastičnost) i na sposobnost za ponovno upijanje vode. Većinu namirnica treba sušiti do onog sadržaja ravnotežne vlažnosti koju namirnica sadrži na 60 – 70% relativne vlažnosti vazduha.
Ako je sadržaj vlage niži, a ne postoje uslovi za održavanje relativne vlažnosti koja odgovara toj ravnotežnoj vlažnosti, namirnica treba da se pakuje u ambalažu nepropustljivu za vodenu paru. Ukoliko je sadržaj vlage veći od ravnotežne vlažnosti pri datoj relativnoj vlazi vazduha, namirnica treba da se skladišti na nižim temperaturama ili površinski da se zaštićuje odgovarajućim hemijskim konzervansom.
.

Sorpciona izoterma

Svaka namirnica čija je aktivnost vode manja od korespodentne relativne ravnotežne vlažnosti vazduha ima sposobnost da upija vlagu iz vazduha – ona je higroskopna. Važi i obrnuto, ako je napon vodene pare veći u namirnici u poređenju sa okolinom – deo vode će ispariti odnosno namirnica će desorbovati određenu količinu vlage. Bilo koji higroskopni materijal, kakav su i sušene namirnice, na postojanoj temperaturi i relativnoj vlažnosti vazduha u određenom momentu doći će u dinamičku temperatumu i vlažnu ravnotežu (hidrotermodinamička ravnoteža) sa okolinom.
Ako se na konstantnoj temperaturi menja napon vodene pare iznad namirnice, time će se menjati i sadržaj vlage u namirnici u skladu sa odvijanjem procesa sorpcije ili desorpcije. Kriva koja predstavlja zavisnost sadržaja vlage u namirnici od relativne vlage okolnog vazduha naziva se sorpciona izoterma. Ona počinje nulom – što odgovara apsolutno suvom proizvodu, a završava se vrednošću blizu 100 – što odgovara maksimalno mogućem sadržaju higroskopne vlage (slika 1).
Prema Labuzi, mnogi istraživači su objašnjavali oblik sorpcione izoterme na osnovu jačine vezivanja vode na suvu supstancu. Na prikazanom grafikonu sorpciona izoterma je tačkama „A“ i „B“ podeljena na tri oblasti.

Slika 2. Hipotetička sorpciona izoterma
a = voda koja se sušenjem ne odvaja
b = voda koja se odvaja sušenjem

Oblast I predstavlja monomolekularni sloj (monosloj = monolayer), praktično vezane vlage koja se uobičajenim sušenjem ne odstranjuje i koja ne učestvuje u bilo kakvim reakcijama,
Voda koja uslovljava vlažnost u oblasti II je „labavo“ vezana, odnosno predstavlja polimolekulski sloj (multilayer) vlage – usled polarnosti molekula vode – slabim silama vezane za monosloj.
U oblasti III voda se nalazi u makrokapilarama i relativno lako može da učestvuje u raznim reakcijama (ima osobine vode u pravom smislu reči).
Granica između oblasti II i III predstavljena je tačkom ˝B˝ i odnosi se na ravnotežnu vlažnost materijala koja uslovljava aktivnost vode ‘između 0,6 i 0,75; to je uobičajena granica do koje se namirnice suše.
Sorpciona izoterma može da se formira tako što se prati proces sorpcije (apsorpcija), tj. upijanje vlage ili da se meri suprotan proces („isušivanje“, desorpcija).
U prvom slučaju, potpuno suv materijal sa naponom vodene pare „Pm“ se stavlja u atmosfera sa različitom ali uvek većom relativnom vlažnošću (Po), tj. Po < Pm.
Posle uspostavljanja ravnotežnog stanja (Po = Pm) određuje se promena u masi osušene namirnice.
U drugom slučaju se takođe određuje promena mase posle uspostavljanja ravnoteže, ali sada se ne sušeni materijal (namirnica) stavlja u atmosferu sa različitom ali uvek manjom relativnom vlažnošću (manji napon vodene. pare) od napona vodene pare u samoj namirnici, tj. Po < Pm.
Kod jedne iste namirnice, u zavisnosti od načina formiranja sorpcione izoterme postoje dva kraka i to krak sorpcije i krak desorpcije (slika 2).

Slika 3. Sorpciona izoterma formirana (ad)sorpciojom odnosno desorpcijom

Kako je ranije istaknuto, sorpciona izoterma je funkcija temperature. Poznavanjem izoterme jednog materijala na određenoj temperaturi može da se izračuna sadržaj vlage na nekoj drugoj temperaturi. Generalno posmatrajući, sa porastom temperature skladištenja pri istoj relativnoj vlazi vazduha odnosno istoj aw smanjuje se sadržaj vlage u namirnici.
Sorpciona izoterma predstavlja zavisnost ravnotežne vlage namirnice i relativne vlažnosti okolnog vazduha i može praktično višestruko da posluži za definisanje:
• granice sušenja namirnice,
• promene sadržaja vlage namirnice pod određenim uslovima temperature i vlažnosti vazduha,
• materijala za pakovanje i
• uslova skladištenja koji će sprečiti mikrobiološko kvarenje.

.

Sušenje zagrevanjem

Kako je već rečeno, veštačko sušenje često oponaša prirodne uslove pri sušenju, pri čemu je bitno delovanje toplote i strujanje vazduha. Pri veštačkom sušenju voda se iz namirnice uklanja zagrevanjem pomoću toplog vazduha. Da bi sušenje bilo korektno izvedeno, potrebno je da je vazduh:
• zagrejan do određene temperature i
• da konstantno struji.
Slika 4. Brzina suđenja kapilarno strukturne namirnice
Zagrejan vazduh treba da sadrži minimalnu količinu vlage, što je uslov da dođe do sušenja proizvoda uopšte. Temperatura vazduha mora da obezbedi sušenje ali da ne izazove pregrevanje proizvoda i nepoželjne promene na namirnici. Strujanjem vazduha omogućena je izmena vazduha bogatijeg vodenom parom sa novim, toplim i suvljim vazduhom – čime se vlaga iz sušenog materijala, u stvari, odstranjuje iz uređaja za sušenje.
Logično je da se namirnica zagreva u kontaktu sa toplim vazduhom, a toplota se u dublje slojeve prenosi kondukcijom.
Zagrevanje vazduha može da se izvede direktno, indirektno ili kombinovanim postupkom.
Pri direktnom zagrevanju, plamen neposredno zagreva vazduh koji se usmerava ka sušenoj namirnici. Jasno je da u tom slučaju gorivo mora da bude izuzetno čisto, sto znači da u produktima sagorevanja ne budu sastojci koji bi mogli da budu štetni po zdravlje ili da izazivaju nepoželjne senzorske karakteristike gotovog proizvoda. Kao gorivo u ovom slučaju treba da se koriste: propan, butan ili prirodni – zemni gas.
Drugim gorivima praktično nije moguće zadovoljiti navedeni zahtev, tako da se češće primenjuje i nedirektni sistem zagrevanja vazduha, što znači da se vazduh zagreva prolazom preko određenih izmenjivača toplote i ventilatorima se usmerava ka sušenom proizvodu.
Radi ubrzanja sušenja, uštede energije i dobijanja boljeg kvaliteta, sem sušenja pri uobičajenom atmosferskom pritisku, sušenje može da se obavi i pri smanjenom atmosferskom pritisku (vakuumu), odnosno pri nižoj temperaturi sušenja.
Na brzinu sušenja utiču različiti faktori. Neki od njih su sledeći:
• veličina površine,
• struktura namirnice,
• način vezivanja vode i
• uslovi sušenja.

Leniger je sa aspekta sušenja sve namirnice svrstao u sledeće grupe:
I. Više ili manje tečne namirnice (rastvori, sokovi, ekstrakti, suspenzije, emulzije). Ovde se ubrajaju i namirnice u obliku kaše koje su dezintegracijom prvobitnog oblika oslobođene nejestivih delova (pasirano voće i povrće). Svi ovi proizvodi sušese raspršivanjem ili na toplim površinama (valjkaste sušare), a samo sušenje ne pričinjava veće teškoće i probleme. Brzina šušenja je konstantna.
II. Namirnice koje su jednorodne po sastavu (homogene i izotropne) a po obliku su nalik geometrijskim telima (na primer proizvodi od pšeničnog ili nekog drugog brašna kao što su: pekarski proizvodi, knedle, rezanci. ..). Prenos toplote i vlage je uniforman a zbog geometrijski definisanih oblika, lako je moguće izračunati brzinu sušenja ovakvih proizvoda i ona predstavlja konstantnu vrednost.
III. Namimice sa, uglavnom prirodnom strukturom, čije su ćelije prestale sa životnim funkcijama. Ovde se ubrajaju namimice životinjskog porekla (meso, riba) kao i neke namirnice biljnog porekla (blanširano povrće, kafa, čaj, kakao i različiti začini).
Sušenje ove grupe namirnica je dosta komplikovano, pre svega zato što na brzinu sušenja u velikoj meri utiče prenos vode iz unutrašnjosti na površinu. Straktura ovih namirnica je veoma različita i neravnomerna, tako da je stvarna površina sušenja nepoznata. Sve dok isparava samo slobodna voda (proizvod je praktično prekriven slojem slobodne vode), brzina sušenja je konstantna. Posle odvajanja ove vode, vezani deo vode difunduje ka površini namirnice koja se susi.
IV. Još komplikovanije je sušenje namirnica u čijim se ćelijama u početku sušenja odvijaju životni procesi (voće, žita, neblanširano povrće). Sve što je rečeno za prethodnu, važi i za ovu grupu namirnica, s tim što je poznato, ali taj fenomen nije objašnjen, da se živa protoplazma suprotstavlja unutrašnjem transportu vode, tako da se sušenje obavlja sporije u poređenju sa istom ali „mrtvom“ namirnicom.
Bez obzira o kojoj se namirnici radi, sve dok se na njenoj površini nalazi sloj slobodne vode (iznad tačke ˝H˝ Graf. II ), brzina sušenja pri datim uslovima je konstantna, a zavisna je samo od svojstava vazduha za sušenje. Kada se uspori ili prekine dotok vode iz unutrašnjosti, sloj slobodne površinske vode ispari veoma brzo (aw na površini padne ispod 1), a brzina isušenja se smanjuje.
Postoji veoma veliki broj podela i klasifikacija. uređaja za sušenje. Ne ulazeći dobije u ovu problematiku, daju se najvažnije klasifikacije i prikaz nekih uređaja za sušenje kada se voda izdvaja u obliku vodene pare.

Tabela 5. Klasifikacija sušnica

Karakteristika	Tip sušnice	Karakteristika	Tip sušnice
Režim rada	Diskontinualne kontinualne	Način cirkulacije agenasaza za sušenje	Sa prirodnom cirkulacijom; Sa prinudnom cirkulacijom
Način dovođenja toplote	konvektivne konduktivne radijacione ultrazvučne	Konstrukcija susnice	Komorna, tunelska (sa vagonetima), tunelska (sa trakom), rotaciona, vibraciona, pneumatska, sa raspršavanjem
Medijum za sušenje	vazduh se greje vodenom parom; vazduh se greje direktno proizvodima sagorevanja	Pravac kretanja agensa za sušenje	Sa istosmernim, protivsmernim, unakrsnim i povratnim tokom
Pritisak u komori za sušenje	atmosferske vakuumske	Vrsta materijala koji se suši	Komadni materijal, zrnast, sipkav, trakast, paste, tečni rastvori

Za sušenje namirnica u komadima često se primenjuju kontinualne tunelske ili trakaste sušnice sa mogućnošću da je namirnica izložena različitim ali unapred definisanim uslovima (najpovoljniji uslovi strujanja vazduha, temperatura i vlažnost). U svim kontinualnim sušnicama namirnice koje se suše kreću se na kolicima, vagonetima ili traci istosmerno ili protivstrujno sa kretanjem toplog vazduha, pri čemu komadi namirnica jedan u odnosu na drugi ne menjaju položaj (tunelska sušnica) ili ga menjaju (trakasta-fluidizaciona).

Tabela 6. Primenljivost sušara za sušenje različitih materijala

Tip sušnice	Vrsta materijala koji može da se suši
Komorna	čvrst — u sitnim komadima
Tunelska (sa vagonetima)	čvrst— u sitnim komadima
Tunelska sa trakom	čvrst, kašast, tečan
Rotaciona	čvrst u sitnim komadima ili granulama
Sa fluidizacionim slojem	čvrst u sitnim komadima ili granulama
Sa raspršivanjem	tečan u suspenziji
Sa valjcima (otvorena)	tečan ili kašast
Sa valjcima (vakuumska)	tečan ili kašast
Vakuumska sa policama	čvrst
Vakuumska sa trakom	čvrst ili kašast

Tečne namirnice se veoma uspešno suše u sprej sušnicama tako što se formira emulzija ili suspenzija u vrućem vazduhu. Obično je temperatura vazduha na ulazu nešto ispod 200°C. Proizvod se tokom sušenja zagreje na oko 45 °C, a samo sušenje traje nekoliko sekundi.
Viskozne namirnice se obično suše primenom kontaktnih sušnica. Materijal koji se suši uglavnom ili isključivo se zagreva kondukcijom, tj. namirnica se suši u direktnom kontaktu sa zagrevnom površinom (valjcima) koji se iznutra obično zagrevaju vodenom parom. One mogu da rade pod atmosferskim pritiskom – kada se vazduh koristi za transport isparene vode ili rade pod vakuumom, pri čemu se vodena para odvodi kondenzacijom i isisavanjem.
U ovom slučaju namirnica u tankom sloju mora da se osuši za kraće vreme nego ovakve sušnice su pogotovu pogodne za sušenje pastoznih proizvoda koje nije moguće atomizirati i sušiti u sprej sušnici (na primer, krompir pire).

.

Sušenje liofilizacijom (sublimaciono sušenje, kriodesikacija)

Jasno je da se radi o namirnicama koje su prethodno zamrznute. U suštini materijal se liofilizacijom suši u kontaktnoj sušnici uz primenu vakuuma.
Sa aspekta kvaliteta, ovo je najbolji način deklaracije (nema nepoželjnih senzorskih promena, sposobnost rehidratacije je veoma velika, očuvan je prvobitni oblik) ali je za sada ekonomski neprihvatljiv za većinu namirnica.
S obzirom na to da se liofilizacijom u poređenju sa običnim sušenjem odstrani veći deo vode (u namirnici ostane 1 – 3% vode), takve namirnice su i hemijski stabilne tokom skladištenja. Istovremeno, ovako osušene namirnice su higroskopnije, o čemu treba da se vodi računa, tj. takva namirnica obavezno treba da bude upakovana u paro nepropustljivu ambalažu.
Da bi moglo da se odvija sušenje liofilizacijom, potrebno je namirnicu zamrznuti da se slobodna voda pretvori u led; u sledećoj fazi zamrznuta namirnica se blago zagreva uz primenu dosta visokog vakuuma

Slika 5. Promena temperature proizvoda tokom sublimacionog sušenja

.

Uticaj sušenja na kvalitet namirnica

Svakim postupkom konzervisanja dolazi do određenih promena na konzervisanoj namirnici. Bez obzira kako je sušenje izvedeno, i ono ostavlja određeni trag na kvalitet. Idealno osušena namirnica bi trebalo da bude u mogućnosti da primi svu količinu izdvojene vode i da u potpunosti povrati prvobitna svojstva. Međutim, po pravilu, osušena namirnica ne može da povrati prvobitna svojstva niti može da primi prvobitnu količinu vode. Sušenjem dolazi do promena u boji, ukusu, mirisu i konzistenciji kao i do gubljenja određenih osetljivih sastojaka.
Kad se govori o kvalitetu osušenih namirnica, najčešće se misli na rehidrataciju, tj. na mogućnost vraćanja (primanja) izdvojene vode. U ovom smislu ne treba gubiti iz vida da uslovi sušenja (temperatura) u najvećoj meri utiču na moć rehidratacije.
U slučaju primene temperature koja narušava ovu vezu, voda se j izdvaja iz ovog kompleksa, proteini prelaze u novu, stabilnu („nevodenu“) formu, aktivna mesta amino grupa su popunjena međusobno i voda više ne) može da se vrati na prvobitno mesto. Na niskim temperaturama sušenja (liofilizacija) namirnice ne dolazi do degradacije i denaturacije proteina, zadržava se njihova prvobitna konfiguracija (nije uspostavljena direktna vodonična veza između amino grupa) što omogućuje da se voda vrati na prvobitno mesto.
U toku sušenja, naročito pri višim temperaturama, ubrzavaju se oksidacioni procesi što se najčešće ogleda u smanjenju sadržaja askorbinske kiseline i oksidaciji lipidnih komponenata. Pogotovu u ovom dragom slučaju, ova pojava može znatno da pogorša senzorske osobine. Sušenjem se koncentrišu sastojci u namirnici, što dovodi do neenzimatskog tamnjenja, tj. nastaju gorke i tamne komponente – melanoidi, što znatno menja boju i izgled proizvoda. Do istih pojava može da dođe i usled karamelizacije šećera na povišenim; temperaturama sušenja.
Jasno je da je cilj svakog sušenja da sve moguće .negativne promene budu svedene na najmanju moguću mera. Temperatura skladištenja osušenih proizvoda je verovatno i važnija od temperature sušenja zato što je vreme skladištenja sušenih proizvoda mnogo duže od vremena samog sušenja. Oksidacione promene u toku skladištenja osušenih proizvoda mogu da se svedu na minimum zahvatima kao što su: uslovi skladištenja (temperatura), pakovanje u ambalažu nepropustljivu za vazduh, pakovanje u atmosferi inertnog gasa ili primenom antioksidanata.
Treba istaći da je ispitivanjem dokazano da isti uslovi skladištenja mogu da produže ali i da skrate vreme u kojem se očuva zadovoljavajući kvalitet osušenog proizvoda, u zavisnosti od uslova tokom samog sušenja.
Kakve će promene da se dešavaju na osušenoj namirnici tokom skladištenja u velikoj meri zavisi od hemijskog sastava (na šta čovek može malo da utiče), od uslova skladištenja (temperatura, vlaga, pakovanje) i od sadržaja vlage u samom proizvodu.

.

Koncentrisanje namirnica

Namirnice mogu da se sačuvaju od kvarenja postupkom koncentrisanja. Pri ovome se podrazumeva povećanje osmotskog pritiska. usled porasta molskog udela sastojaka koje sačinjavaju suvu materiju. Do promene odnosa molskog udela suve supstance i vode u namirnici pre i posle koncentrisanja dolazi usled isparavanja vode.
Koncentrisanje se primenjuje za konzervisanje homogenih (tečnih) namirnica tako što:
• voda zagrevanjem direktno prelazi u vodenu paru (klasično koncentrisanje),
• voda se prvo pretvori u led koji se separira od namirnice ili
• voda se u tečnom stanju izdvaja iz namirnice (primena membrana – ultrafiltracija, reverzna osmoza).

.

Koncentrisanje primenom toplote

Koncentrisanje primenom toplote kada se voda izdvaja u vidu vodene pare, može tehnički da se izvede primenom veoma raznolikih uređaja pri čemu koncentrisanje može da se izvede na normalnom atmosferskom pritisku ili u uslovima smanjenog atmosferskog pritiska.
Koncentrisanje pri normalnom atmosferskom pritisku sprovodi se ukuvavanjem u otvorenim uređajima pri temperaturi od 100°C ili višoj (sa porastom koncentracije suve materije raste tačka ključanja). Jasno je da se istovremeno sa isparavanjem vode u ovom slučaju inaktivišu i mikroorganizmi i enzimi; visoka temperatura ukoliko traje duže vreme istovremeno deluje negativno na senzorske osobine gotovog proizvoda.
Radi racionalnijeg i ekonomičnijeg isparavanja vode kao i radi smanjenja štetnog delovanja visokih temperatura, razvijeni su uređaji za koncentrisanje u kojima tečnost ključa pri sniženom atmosferskom pritisku (na temperaturi oko 40 – 70°C). U zavisnosti od visine pritiska (i temperature) obično u ovako koncentrisanim namirnicama nisu uništeni mikroorganizmi i enzimi.
Pri konstrukciji različitih uređaja za isparavanje (koncentrisanje) težnja je da se, između ostalog, u što je moguće većoj meri postignu:
• velika brzina kretanja tečnosti koja se koncentriše (da je u što kraćem vremenu u kontaktu sa zagrevnom površinom),
• nesmetan pristup zagrevnog medijuma ogrevnoj površini i
• što niži pritisak u uređaju.

U samom početku primene koncentrisanja u vakuumu korišćeno je tzv. jednostepeno koncentrisanje, što znači da je izdvojena voda u vidu pare kondenzovana i nije se ponovo koristila.
U jednostepenom koncentrisanju gubi se veliki deo toplote sa izdvojenom vodenom parom. Pošto ova činjenica dovodi u pitanje ekonomičnost koncentrisanja (u ovom slučaju za isparenje 1 kg vode treba oko 1 kg vodene pare), danas su praktično u primeni jedino dvo-, tro- odnosno višestepeni uređaji za koncentrisanje. Isparena vodena para u prvom stepenu (sekundarna para, bridova para) nosi određenu toplotu i predstavlja zagrevni medijum u drugom stepenu.
Ne treba izgubiti iz vida činjenicu da se višestepenim koncentrisanjem bolje iskorišćava energija ali samo koncentrisanje je sporije a postrojenje je komplikovanije i skuplje.
Drugi način da se energija sekundarne pare iskoristi je primena tzv. efekta termokompresije.
Za posebno osetljive proizvode prema povišenoj temperaturi koriste se tzv. niskotemperaturni uređaji za koncentrisanje. U njima kao zagrevni medijum služi amonijak, a tečnost koja se koncentriše zagreva se na samo oko 40°C.
Bilo kojim načinom koncentrisanja dobija se namirnica sa redukovanom masom (za šta je potrebno manje transportnog i skladišnog prostora). Ovakav proizvod ako je dovoljno koncentrisan, mikrobiološki je stabilan i lako može da se čuva bez dodataka bilo kojih hemijskih konzervanasa.

.

Koncentrisanje zamrzavanjem

Koncentrisanje zamrzavanjem svodi se na izdvajanje vode u vidu ledenih kristala iz tečnih namirnica.
lako se ovim postupkom dobija superioran kvalitet proizvoda, ovaj postupak koncentrisanja za sada nije našao na širu primenu zbog:
• neadekvatne cene,
• gubitaka jednog dela suve materije pri izdvajanju leda i
• ograničenog stepena koncentrisanja (samo do koncentracije koju je moguće postići pre dostizanja eutektičke tačke).
Kao što je poznato, snižavanjem temperature ispod tačke zamrzavanja vode sve do postizanja eutektičke tačke nekog rastvora (tečne namirnice), voda se pretvara u led. Nezamrznuti deo postaje koncentrovaniji i viskozniji.
U daljem postupku koncentrisanja zamrzavanjem potrebno je da se izdvoje kristali leda. Pre nego što se postigne eutektička tačka (dok je namirnica još u plastičnom stanju) ona se sitni (drobi) a kristali leda se separiraju pomoću centrifuge. Pošto je veličina kristala funkcija načina kristalizacije a troškovi separacije se menjaju u zavisnosti od veličine kristala (veći kristali leda uslovljavaju manje troškove), razumljivo je da i veličina kristala odnosno način zamrzavanja ima značajnog udela u ukupnim troškovima koncentrisanja zamrzavanjem.

.

Koncentrisanje izdvajanjem vode pomoću membrana

Kako samo ime kaže, u ovom načinu koncentrisanja voda se izdvaja preko posebno selektivnih membrana (membrana određenog poroziteta) koja dozvoljava prolaz samo molekula vode. Preciznije rečeno, brzina prolaza molekula vode je mnogo, mnogo veća od brzine prolaza drugih sastojaka tečnih namirnica kroz membranu, tako da prolaze praktično samo molekuli vode.
Da bi došlo do premeštanja vode (promene koncentracije) s jedne strane selektivne membrane u principu je potrebno:
1. da se sa drage strane membrane uvede neki rastvor čiji je osmotski pritisak veći od osmotskog pritiska tečnosti koja treba da se koncentriše.
Zbog razlike u termodinamičkom potencijalu vode na različitim stranama membrane, voda prolazi iz manje koncentrovane sredine (pri tome se namirnica koncentriše) u koncentrovaniji predeo i to samo dotle dok se ne izjednači termodinamički potencijal vode, odnosno koncentracija suve supstance (kada je osmotski pritisak sa obe strane membrane jednak). Ova pojava je poznata kao dijaliza, odnosno osmoza.
2. ako imamo dve tečnosti različite koncentracije, na primer 2 % rastvor saharoze i vodu, želimo da povećamo koncentraciju rastvora saharoze, potrebno je na toj strani primeniti određeni pritisak koji bi naterao molekule vode iz 2% rastvora saharoze da pređu na drugu stranu membrane. To znači da se voda kreće u suprotnom smeru u poređenju sa kretanjem molekula vode usled osmoze, i zato se ovakav postupak naziva reversna (obrnuta) osmoza ili hiperfiltracija.
Potrebno je da se pri reversnoj osmozi primeni pritisak koji je brojno veći od osmotskog pritiska krajnje koncentracije. Ovaj zahtev je tehnički često teško izvodljiv (membrana teško izdržava takav pritisak) tako da se ovim tehnikama mogu dobiti koncentrovane tečne namirnice ali njihova koncentracija nije dovoljna za postizanje mikrobiološke stabilnosti
Koliko je poznato koncentrisanje pomoću membrana je ekonomski najprihvatljiviji način koncentrisanja. Iz tih razloga jako puno se radi na iznalaženju novih, jeftinijih i efikasnih membrana.

.

Dodatak određenih jedinjenja s ciljem smanjenja aktivnosti vode

Kako je ranije istaknuto, aktivnost vode neke namirnice; definisana je brojem molova vode i suve supstance prema relaciji:

aw = molovi vode / (molovi vode + molovi suve supstance)

Dodatkom određenih aditiva i njihovom kombinacijom može da se utiče na mikrobiološku postojanost namirnica. Iz različitih razloga (ukus, miris, kiselost, toksičnost, rastvorljivost, običaji, zakonske odredbe i sl.) broj mogućih dodataka je dosta ograničen i svodi se na sledeće:
• šećeri: saharoza, glukoza, fruktoza, laktoza i maltoza,
• viševalentni alkoholi: sorbitol, manitol, glicerin i propilenglikol,
• neutralne soli: natrijum-hlorid i kalijum hlorid,
• organske kiseline: limunska, jabučna, mlečna, sirćetna, vinska,
• etanol (za namirnice koje predstavljaju poluproizvode).

Ako bi bilo moguće da se smanji aktivnost vode do potrebne granice dodatkom relativno malih količina nekih od ovih sastojaka (ili njihovom kombinacijom), što bi bilo prihvatljivo sa aspekta potrošača – bilo bi omogućeno lakše konzervisanje namirnica.
Kolika će biti stvarna aktivnost vode zavisi od tzv. koeficijenta aktiviteta saharoze, odnosno bilo kojeg dodatka. Koeficijent aktivnosti predstavlja faktor kojim je definisano efektivno delovanje neke supstance na promenu aktivnosti vode. Ako je brojčana vrednost koeficijenta određene supstance veći od jedinice, stvarna vrednost aktivnosti, vode će biti manja od teorijske vrednosti i obratno.
Fenomen različitog aktiviteta se objašnjava trodimenzionalnom strukturom (polimernošću) usled polarnosti molekula vode. Kada se vodi doda određena supstanca, smanjuje se koncentracija vode interakcijom vode i dodate supstance. U zavisnosti od prirode supstance i interakcija sa vodom može da bude različita (baze i kiseline kidaju ovu strukturu i dolazi do porasta „efektivne“ koncentracije vode – čime je i aktivnost vode veća no što se očekuje na osnovu koncentracije).
Na osnovu ovog primera može da se zaključi da je u slučaju tri ili više supstanci (samo u sastav namirnice ulaze veliki broj jedinjenja u veoma različitim odnosima) teško tačno utvrditi koliko koje supstance treba dodati za postizanje određene aktivnosti vode.
Kombinacijom i dodatkom određenih količina dozvoljenih sastojaka mogu da se koriste jedinjenja sa pozitivnim koeficijentom aktiviteta, što bi omogućilo dodavanje manjih količina tih jedinjenja za postizanje željene aktivnost vode.
Zajedno sa komponentama koje povoljno utiču na zdravlje čoveka, dodatak različitih supstanci pored smanjenja vrednosti aktivnosti vode, omogućava proizvodnju tzv. formulisane hrane, tj. namirnica sa tačno poznatim i definisanim sastavom, namenjenih određenom broju potrošača (deca, starije osobe, osobe obolele od šećerne bolesti i dr.).
Iako se dodatkom pojedinih supstanci utiče na smanjenje aktivnosti vode, potrebno je naglasiti da se samo na ovaj način namirnice retko konzervišu i to uglavnom zbog toga što je potrebna velika količina određene supstance da bi se postigla sigurna aktivnost vode.

.

Konzervisanje namirnica dodatkom kuhinjske soli

Ovde se napominje samo da u najvećoj meri mikrobiološka aktivnost praktično prestaje tek ako u namirnicama ima preko 20% soli (iako neke halofilne bakterije podnose koncentraciju čak i do 25% kuhinjske soli). To je količina soli koja je sa senzorskog aspekta neprihvatljiva; pre upotrebe takve namirnice mora da se ispiraju vodom. Iz ovih razloga nije uobičajeno da se namirnice trajno konzervišu samo dodatkom kuhinjske soli. Za trajno konzervisanje primenjuju se niže koncentracije soli u kombinaciji sa kiselinama, dimljenjem ili nekim drugim zahvatom. Znatne količine kuhinjske soli primenjuju se za kombinovano konzervisanje mesa soljenjem i dimljenjem. U ovom slučaju soljenjem se, pored ostalog, poboljšavaju senzorske osobine mesa (ukus), a dodatak malih količina nitrita i nitrata omogućuje očuvanje privlačne, uobičajene boje mesa. Pre dimljenja dovoljno je da meso sadrži 2 – 3% kuhinjske soli.
Ovom prilikom nije naodmet napomenuti da patogene bakterije prestaju sa razmnožavanjem pri koncentraciji 8 – 9% NaCl; da truležne bakterije ne mogu da se razvijaju u sredini sa preko 10-12% soli. Salmonele i stafilokoke se ne razvijaju ako je dodato 2% soli i ako je temperatura ispod 8°C. Usput se napominje da se salmonele i stafilokoke ne razvijaju ispod 8°C i u odsustvu soli.
Kuhinjska so ne uništava bakterijske spore. Generalno može da se kaže da se koncentracijom soli 8-10% inhibira klijanje spora Cl. botulinuma tipa A; za tip E ova granice je oko 5%.
Kako prema vegetativnim oblicima mikroorganizama, tako i pri inhibiranju klijanja spora, utvrđeno je da je manja koncentracija soli efikasnija ako se kombinuje sa smanjenjem pH vrednosti.

.

Zaključak

• Aktivnost vode je značajan faktor održivosti namirnica.
• Smanjena aktivnost vode ograničava kako mikrobiološku, tako i enzimatsku aktivnost. Smanjivanje aktivnosti vode u namirnici se najčešće koristi kao dodatni faktor u postupku konzervisanja namirnica i to najčešće u kombinaciji sa sniženom pH vrednošću ili skladištenjem namirnica na temperaturi hlađenja.
• Niska aw vrednost namirnice omogućava blaže termičke tretmane namirnica (dovoljna je pasterizacija).
• Aktivnost vode se retko koristi kao jedini faktor konzervisanja namirnica zbog lošeg uticaja na senzorske osobine namirnica.
• Niska aw vrednost onemogućava razvoj bakterija. Na aw vrednostima ispod 0,80 mogu se razvijati samo kserofilne plesni i osmofilni kvasci. Za namirnice čija je aw vrednost ispod 0,60 može se reći da su sterilne.
• Za najveći broj namirnica aktivnost vode kreće se između 0,90 i 0,98.
• Aktivnost vode namirnice zavisi od hemijskog sastava namirnice i nije određena ukupnim sadržajem vode u namirnici.
• Postupci smanjivanja aktivnost vode u namirnici su: sušenje, koncentrisanje i dodavanje hemijskih sredstava koja vezuju vodu.

.

Literatura

1. Duraković S., Delaš F., Stilinović B., Duraković L.(2002): Moderna mikrobiologija namirnica, Kugler, Zagreb
2. Vereš M. (1991), Principi konzervisanja namirnica, Poljoprivredni fakultet, Beograd
3. Zeuthen P., Bogh-Sorensen L. (2003): Food preservation techniques, Cambridge Press, England