Υπερυψηλή υδροστατική πίεση: αύξηση χρόνου ζωής με διατήρηση θρεπτικών συστατικών

Του Γιώργου Μορφονιού*

Η επεξεργασία υψηλής πίεσης (high pressure processing – HPP) είναι μια μη θερμική επεξεργασία για τη συντήρηση των τροφίμων η οποία αδρανοποιεί παθογόνα και αλλοιογόνους μικροοργανισμούς, χρησιμοποιώντας πίεση αντί θερμότητας. Η μέθοδος HPP ονομάζεται και πασκαλίωση (pascalization) σε αντιστοιχία με την παστερίωση. Η HPP χρησιμοποιεί υψηλές πιέσεις (400-600 MPa) σε θερμοκρασίες ψύξης ή υψηλότερες θερμοκρασίες (<45°C), έχοντας ελάχιστη επίδραση στη γεύση, την υφή και τα διατροφικά χαρακτηριστικά του τροφίμου. Μπορεί δε να χρησιμοποιηθεί είτε σε υγρά, είτε σε στερεά τρόφιμα που έχουν αρκετά υψηλό ποσοστό υγρασίας. Ενώ είναι δραστική έναντι των μικροοργανισμών, δεν επηρεάζει τα χημικά χαρακτηριστικά των τροφίμων. Παράλληλα, με τη χρήση της HPP αποφεύγεται η χρήση συντηρητικών και υψηλής θερμικής επεξεργασίας.

Η HPP είναι μια εξαιρετική προσθήκη στα «εργαλεία» ενός τεχνολόγου τροφίμων. Για ορισμένα τρόφιμα, η HPP παρέχει μια πολύ καλή τεχνολογική λύση. Για άλλα προϊόντα, η χρήση πίεσης από μόνη της έχει περιορισμούς. Το επιθυμητό αποτέλεσμα και τα χαρακτηριστικά του προϊόντος πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη διάρκεια των μελετών επικύρωσης και κατά την επαλήθευση της διάρκειας ζωής. Μελέτες σημειώνουν ότι η πίεση από μόνη της ή σε συνδυασμό με την εφαρμογή της σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος, έχει πολύ περιορισμένη ή καθόλου επίδραση στην καταστροφή των σπορίων μικροοργανισμών.

ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ HPP

Η αρχή Le Chatelier δηλώνει ότι «Όταν μεταβάλλουμε έναν από τους συντελεστές ισορροπίας (συγκέντρωση, πίεση, θερμοκρασία) η θέση της ισορροπίας μετατοπίζεται προς εκείνη την κατεύθυνση που τείνει να αναιρέσει τη μεταβολή που επιφέραμε». Έτσι, ένα τρόφιμο μετά την εφαρμογή HPP δεν θα επιστρέψει στο αρχικό μέγεθος και σχήμα λόγω διαφορών πίεσης αέρα και νερού, εκτός αν αυτό είναι ελαστικό.

Τα βασικά μέρη ενός συστήματος HPP είναι ένα δοχείο πίεσης, υγρό μεταφοράς πίεσης, σύστημα διαχείρισης πίεσης και άλλα υποστηρικτικά εξαρτήματα όπως ψύξης ή θέρμανσης. Τα πιο κοινά υγρά μεταφοράς – διάδοσης της πίεσης είναι το νερό, διαλύματα νερού και γλυκόλης (κατάλληλης για τρόφιμα), έλαια σιλικόνης, διαλύματα βενζοϊκού νατρίου και διαλύματα αιθανόλης. Συνήθως η επεξεργασία HPP μπορεί να γίνει σε μη αυτόματα αλλά και σε ημιαυτόματα συστήματα. Η πίεση εφαρμόζεται ομοιόμορφα και έτσι το τρόφιμο δεν καταστρέφεται. Αφού εισαχθεί το τρόφιμο στο δοχείο πίεσης, αυτό γεμίζεται με το υγρό διάδοσης της πίεσης. Ο αέρας απομακρύνεται και εφαρμόζεται η υψηλή πίεση μέσω συμπίεσης (άμεσης ή έμμεσης) ή με τη θέρμανση του υγρού.

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΧΡΗΣΗ HPP

Καθώς το pH μειώνεται, τα περισσότερα μικρόβια γίνονται ευαίσθητα στην HPP. Η εμπειρία με όξινα τρόφιμα υποδηλώνει ότι τα προϊόντα που είναι μακράς διάρκειας, με aw κοντά στο 1 και τιμές pH μικρότερες από 4,0, μπορούν να επεξεργαστούν με επιτυχία χρησιμοποιώντας πίεση 580 MPa σε χρόνο 3 λεπτών. Αυτή η επεξεργασία έχει αποδειχθεί ότι αδρανοποιεί 106 cfu/g E.coli O157: H7, Listeria spp., Salmonella spp., Staphylococcus spp. σε σάλτσες και χυμούς. Τα όξινα τρόφιμα με pΗ μεταξύ 4,0 και 4,5 μπορούν να καταστούν αποστειρωμένα χρησιμοποιώντας πίεση 580 MPa σε χρόνο 15 λεπτά και θερμοκρασία περίπου 22°C. Οι χρόνοι επεξεργασίας είναι δυνατόν να μειωθούν εάν το προϊόν πρόκειται να ψυχθεί.

Ενεργότητα νερού (aw)

Η μείωση της ενεργότητας νερού φαίνεται να προστατεύει τα μικρόβια από την επεξεργασία με HPP. Ωστόσο, αναμένεται ότι τα μικρόβια μπορεί να υποστούν «τραυματισμό» ακόμα και σε χαμηλή ενεργότητα νερού. Κατά συνέπεια, η καθαρή επίδραση της ενεργότητας νερού μπορεί να είναι δύσκολο να προβλεφθεί.

Θερμοκρασία

Η αύξηση της θερμοκρασίας των τροφίμων πάνω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και σε μικρότερο βαθμό η μείωση κάτω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος αυξάνει τον ρυθμό απενεργοποίησης των μικροοργανισμών κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας HPP. Οι θερμοκρασίες της τάξης των 45 έως 50°C φαίνεται να αυξάνουν τον ρυθμό απενεργοποίησης των παθογόνων και των μικροβίων αλλοίωσης. Οι θερμοκρασίες επεξεργασίας στην περιοχή των 90-110°C σε συνδυασμό με πιέσεις 500-700 MPa έχουν χρησιμοποιηθεί για την απενεργοποίηση βακτηρίων που σχηματίζουν σπόρια όπως το Clostridium botulinum. Επίσης, σε χαμηλές θερμοκρασίες η επίδραση της HPP αυξάνεται, γεγονός που οφείλεται σε αλλαγές στη δομή της μεμβράνης των κυττάρων.

Περιεκτικότητα τροφίμων σε λίπος

Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας υπό πίεση, η θερμοκρασία των διαφόρων συστατικών των τροφίμων αυξάνεται γρήγορα λόγω συμπίεσης και επιστρέφει στην αρχική της τιμή κατά την αποσυμπίεση. Η αύξηση της θερμοκρασίας από την πίεση, των περισσότερων τροφίμων υψηλής υγρασίας, είναι παρόμοια με αυτή του νερού, 3°C ανά 100 MPa στους 25°C. Ωστόσο, τα λιπαρά τρόφιμα έχουν μεγαλύτερη αύξηση θερμοκρασίας λόγω πίεσης. Αν και αύξηση της θερμοκρασίας του νερού και των τροφίμων με υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία από την πίεση, αυξάνεται γενικά με την αύξηση της αρχικής θερμοκρασίας του προϊόντος, στα λιπαρά τρόφιμα δεν παίζει ουσιαστικό ρόλο.

Σύνθεση τροφίμων

Η ευαισθησία των μικροοργανισμών στην επεξεργασία HHP επηρεάζεται σαφώς από τις συνθήκες του περιβάλλοντος όπου υπάρχουν οι μικροοργανισμοί. Επομένως, τα αποτελέσματα που λαμβάνονται σε μοντέλα που χρησιμοποιούν τεχνητά υποστρώματα δεν μπορούν να συγκριθούν άμεσα με “πραγματικά” τρόφιμα και πρέπει να επικυρωθούν. Η χημική σύνθεση των τροφίμων είναι σημαντική, καθώς η παρουσία λιπών, πρωτεϊνών, μετάλλων και σακχάρων χρησιμεύει ως προστασία και αυξάνει την μικροβιακή αντίσταση στην πίεση.

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ HHP

Μερικά από τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας HHP είναι:

– Αδρανοποίηση αλλοιογόνων μικροοργανισμών σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες επεξεργασίας

– Καμία ένδειξη τοξικότητας

– Διατήρηση θρεπτικών συστατικών, αρώματος και χρώματος

– Μειωμένος χρόνος επεξεργασίας

– Ομοιογένεια στην επεξεργασία του προϊόντος

– Προοπτική μείωσης χρήσης συντηρητικών

– Βελτίωση εμφάνισης σε αρκετές περιπτώσεις

ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ

Αντίθετα η τεχνολογία HHP έχει κάποιους περιορισμούς:

– Υψηλό κόστος επένδυσης εξοπλισμού

– Χρήση μόνο σε τρόφιμα με υψηλή υγρασία

– Χρήση κυρίως σε μη αυτόματα συστήματα

– Περιορισμοί στη συσκευασία

– Χαμηλή επίδραση στα ένζυμα των τροφίμων

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ HHP ΣΤΟΥΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ

Η HPP δεν προσβάλλει μόνο ένα σημείο της κυτταρικής δομής ή λειτουργίας. Ο κυτταρικός θάνατος οφείλεται σε πολλαπλές βλάβες που εμφανίζονται σε διαφορετικά μέρη του κυττάρου. Όταν η βλάβη υπερβεί την ικανότητα επισκευής του κυττάρου, επέρχεται ο κυτταρικός θάνατος. Σε ορισμένες περιπτώσεις το κύτταρο έχει υποστεί βλάβη αλλά μπορεί να επέλθει επιδιόρθωση υπό κατάλληλες συνθήκες μετά την επεξεργασία. Η κυτταρική μεμβράνη είναι ο κύριος στόχος της HPP με επιθυμητό αποτέλεσμα κυρίως την πρόκληση αλλαγών διαπερατότητας και διαταραχής της λειτουργικότητας.

Υψηλότερα ποσοστά αδρανοποίησης από την HPP αναφέρονται συνήθως σε πιο πολύπλοκους οργανισμούς. Οι οργανισμοί με απλούστερες δομές, όπως τα βακτήρια, είναι συνήθως πιο ανθεκτικοί. Η HPP είναι αποτελεσματική στην εξάλειψη των τροφιμογενών παρασίτων, όπως Toxoplasma gondii, Cryptosporidium parvum, Anisakis simplex, Trichinella spiralis και Ascaris. Οι μύκητες έχουν ενδιάμεση αντίσταση στην HPP, τα μυκήλια μυκήτων είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα ενώ έχουν αναφερθεί σπόρια μυκήτων που είναι αρκετά ανθεκτικά στην HPP. Οι ζύμες συμπεριλαμβανομένων των Saccharomyces cerevisiae και Zygosaccharomyces bailii έχουν υψηλή ευαισθησία.

Διαφορές παρατηρούνται μεταξύ διαφορετικών ειδών παθογόνων μικροοργανισμών και διαφορές έχουν επίσης αναφερθεί μεταξύ στελεχών που ανήκουν στο ίδιο γένος ή είδος. Τα θετικά κατά gram βακτήρια είναι γενικά πιο ανθεκτικά από τα gram αρνητικά βακτήρια. Τα βακτήρια είναι πιο ευαίσθητα κατά τη φάση εκθετικής ανάπτυξης σε σύγκριση με τη φάση στασιμότητας. Σε γενικές γραμμές, η παρουσία πρωτεϊνών που προστατεύουν από δυσμενείς συνθήκες αυξάνουν την αντίσταση στην HPP. Τα σπόρια παρουσιάζουν μεγάλη αντοχή στην αδρανοποίηση από υψηλή πίεση. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τα σπόρια που σχηματίζονται από παθογόνα όπως Clostridium botulinum, Clostridium perfringens και Bacillus cereus.

Οι ιοί διαφέρουν ως προς την αντίσταση στην πίεση ανάλογα με τη δομική πολυπλοκότητά τους.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ HPP

Υπάρχουν πολλά τρόφιμα κατάλληλα για HPP, αλλά ιδιαίτερα κατάλληλα είναι εκείνα με υψηλή περιεκτικότητα σε νερό, συμπεριλαμβανομένων προϊόντων αλιείας, οστρακοειδών, κρέατος και γαλακτοκομικών προϊόντων, χυμών φρούτων και λαχανικών, smoothies, ντιπ, μαρμελάδων και παιδικών τροφών.

Η χρήση της HPP μπορεί να αποφασιστεί βάσει διαφόρων στόχων:

– Έλεγχος της αλλοίωσης, μειώνοντας το μικροβιακό φορτίο των τροφίμων, η HPP μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παρατείνει τη διάρκεια ζωής αυτών.

– Έλεγχος παθογόνων μικροοργανισμών, με την εξάλειψη ή μείωση σε ασφαλή επίπεδα παθογόνων, όπως η Listeria monocytogenes.

– Συντήρηση/βελτίωση οργανοληπτικών χαρακτηριστικών, καθώς η HPP είναι μια μη θερμική επεξεργασία, μπορεί να διατηρήσει ή να βελτιώσει τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των τροφίμων που θα επηρεάζονταν αν είχαν υποβληθεί σε θερμική επεξεργασία. Στο τυρί για παράδειγμα, η HPP μπορεί να μειώσει το μικροβιακό φορτίο που επιβραδύνει τη διαδικασία ωρίμανσης. Αυτό μπορεί να βοηθήσει στη διασφάλιση των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών του. Επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βελτιώσει την υφή προϊόντων κρέατος.
– Σχηματοποίηση προϊόντων, με τη χρήση HPP μπορεί να αυξηθεί η συνοχή προϊόντων

– Αφαίρεση κελύφους, η HPP μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνση του κελύφους οστρακοειδών και άλλων θαλασσινών.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Χρειάζεται αναλυτική διερεύνηση για την αξιολόγηση της αντίστασης παθογόνων και αλλοιογόνων μικροοργανισμών στην υψηλή πίεση σε συνδυασμό με τη θερμοκρασία και άλλους παράγοντες όπως pH, aw. Όλοι οι υπεύθυνοι επιχειρήσεων τροφίμων που χρησιμοποιούν την HPP ως μέρος της παραγωγικής τους διαδικασίας, πρέπει να τεκμηριώνουν και να εφαρμόζουν αντίστοιχες διαδικασίες που βασίζονται στις αρχές του HACCP.

Οι υπεύθυνοι επιχειρήσεων τροφίμων που παράγουν τρόφιμα τα οποία πρόκειται να υποβληθούν σε επεξεργασία με υψηλή πίεση, θα πρέπει να τεκμηριώνουν πώς επικυρώθηκαν και επαληθεύτηκαν οι επιλεγμένες παράμετροι HPP, πίεσης και χρόνου παραμονής για να διασφαλιστεί η ασφάλεια των τροφίμων καθόλη τη διάρκεια ζωής του προϊόντος.

* Ο Γιώργος Μορφονιός είναι Γεωπόνος – Επιστήμονας Τροφίμων, MSc Συστήματα διαχείρισης ποιότητας & διασφάλισης υγιεινής τροφίμων, senior consultant AG ADVENT AE

Πηγές:

High Pressure Processing of Foods, Food Safety Authority of Ireland

High Pressure Processing in Food Industry – Characteristics and Applications, Mircea-Valentin Muntean, Ovidiu Marian, Victor Barbieru, Giorgiana M. Catunescu, Ovidiu Ranta, Ioan Drocas, Sorin Terhes

High pressure processing, NSW