Pasteryzacja – Klucz do Świeżości i Bezpieczeństwa Żywności

Czym jest proces pasteryzacji? Klucz do świeżości i bezpieczeństwa Twojej żywności

Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak to możliwe, że mleko w kartonie, sok pomarańczowy czy dżem, który kupujesz w sklepie, mogą stać na półce miesiącami, nie tracąc przy tym swoich właściwości? Albo jak Twoja babcia potrafiła przygotować ogórki małosolne czy konfitury, które smakowały wybornie nawet zimą? Za tym wszystkim stoi proces, który pod koniec lat 30. XX wieku zrewolucjonizował przemysł spożywczy, choć odkryto go znacznie wcześniej, bo już w 1864 roku. Mowa oczywiście o pasteryzacji — metodzie, która stała się fundamentem współczesnej konserwacji żywności. Ale czym dokładnie jest proces pasteryzacji i dlaczego społeczeństwo początkowo nie chciało zaakceptować rozwiązania, które przyczyniło się do poprawy ich zdrowia? Przejdźmy przez fascynującą historię i naukowe podstawy tego niezwykłego odkrycia.

Pasteryzacja – krótka historia wielkiego odkrycia

Historia pasteryzacji jest nierozerwalnie związana z nazwiskiem francuskiego chemika i mikrobiologa, Louisa Pasteura. W 1860 roku Pasteur rozpoczął badania nad problemem psucia się wina i piwa. Był przekonany, że za zakwaszanie się tych napojów odpowiadają bakterie, dlatego szukał skutecznej metody ich eliminacji. Jego dociekliwość doprowadziła do przełomowego odkrycia: zauważył, że po długotrwałym podgrzewaniu w stosunkowo niskiej temperaturze produkty zachowują znacznie dłuższą trwałość. Był rok 1864, kiedy światło dzienne ujrzała metoda, którą dziś znamy jako pasteryzację.

Mimo doniosłości odkrycia, początkowo nie przyniosło ono Pasteurowi sławy w kontekście konserwacji żywności. Koneserzy win i piw uznali, że metoda ta zbyt mocno wpływa na smak produktu. Co ciekawe, Louis Pasteur zasłynął dopiero dzięki swoim pracom nad szczepionkami przeciw wściekliźnie. Sam nigdy nie zastosował swojej metody do pasteryzacji mleka. To zadanie podjął amerykański pediatra Henry Koplik w 1889 roku, a następnie, bazując na jego pracy, Nathan Straus. Straus był wstrząśnięty wysoką śmiertelnością wśród dzieci karmionych surowym mlekiem i to on aktywnie promował pasteryzację mleka, dążąc do jej upowszechnienia w każdym dużym mieście Ameryki.

Jego działania przyniosły znaczące obniżenie śmiertelności wśród noworodków. Pomimo tak oczywistych zalet, pasteryzacja nie została łatwo zaakceptowana przez konsumentów. Społeczeństwo, mocno zakorzenione w przekonaniu, że najlepsze jest mleko surowe, opierało się nowej metodzie. Dopiero dalszy rozwój badań i edukacja publiczna przyczyniły się do zmiany tych poglądów, czyniąc pasteryzację jednym z podstawowych sposobów zabezpieczania wielu produktów spożywczych, bez którego dziś trudno wyobrazić sobie funkcjonowanie przemysłu spożywczego czy nawet domowe przygotowywanie przetworów.

Cel i zasada działania pasteryzacji

Pasteryzacja to proces obróbki cieplnej, którego głównym celem jest inaktywacja enzymów oraz eliminacja wrażliwych na ciepło mikroorganizmów. Skutkuje to znacznym ograniczeniem rozwoju niekorzystnych dla człowieka zmian w produktach. To stosunkowo łagodna metoda utrwalania żywności, która minimalizuje zmiany sensoryczne i straty odżywcze. Jej podstawowym zadaniem jest wydłużenie okresu przydatności do spożycia produktów – na przykład mleka przechowywanego w temperaturze 4°C o kilka dni, natomiast owoców w słoikach o kilka miesięcy, a nawet rok.

Pasteryzację można przeprowadzać na różne sposoby. Możemy stosować długotrwałe ogrzewanie w niższych temperaturach lub krótkotrwałe ogrzewanie w wyższych. Kluczową cechą, odróżniającą pasteryzację od sterylizacji, jest to, że temperatura w procesie pasteryzacji nie przekracza 100°C. To właśnie ta granica definiuje różnicę — w sterylizacji stosuje się znacznie wyższe temperatury. Niestety, z tego powodu pasteryzacja nie eliminuje organizmów przetrwalnikujących ani tych odpornych na bardzo wysokie temperatury.

Bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na parametry pasteryzacji jest pH żywności, które warunkuje jej główny cel. W produktach o niskiej kwasowości (poniżej 4,5) głównym celem jest niszczenie bakterii chorobotwórczych, ponieważ niskie pH już samo w sobie ogranicza rozwój większości mikroorganizmów psujących żywność. Problem pojawia się w przypadku żywności o wyższym pH, gdzie dodatkowo istnieje ryzyko rozwoju bakterii powodujących psucie się produktu. Z tego względu, przy pasteryzacji takich produktów często stosuje się kwaśne marynaty, które mają na celu obniżenie ich pH.

Przykładowo, w produktach o niskim pH, takich jak pomidory, mango czy banany (pH 4,0–4,4), rozwijają się głównie bakterie. Natomiast w tych o wysokiej kwasowości (pH poniżej 3,9), na przykład w soku ananasowym, psucie żywności jest spowodowane przez drożdże, pleśnie oraz bakterie nietworzące zarodników, takie jak Lactobacillus i Leuconostoc. Z kolei owoce o pH wyższym niż 4 zawierają enzymy – katalazę, peroksydazę, oksydazę polifenolową, esterazę pektynową – które mogą powodować niepożądane zmiany w trakcie przechowywania.

Z tego względu żywność o niskim pH może być pasteryzowana w niższych temperaturach niż produkty o charakterze zasadowym. Jednak w warunkach domowych rozwiązano ten problem, stosując proces tyndalizacji. Minimalizuje on stosunkowo duże ryzyko rozwoju niekorzystnych mikroorganizmów w produktach o wysokim poziomie pH. Metoda ta polega na 2-3 krotnej pasteryzacji produktów w odstępach około 1-2 dni. Takie działanie powoduje niemal całkowitą eliminację drobnoustrojów, których obecność mogłaby wpłynąć na jakość produktu.

Pierwsza pasteryzacja ma na celu zabicie form wegetatywnych bakterii. Następnie należy odczekać 1-2 dni, aby nastąpił rozwój form przetrwalnikujących do form wegetatywnych. Te są następnie eliminowane w drugiej pasteryzacji. Trzecia pasteryzacja jest działaniem profilaktycznym, mającym na celu zabicie form, których ewentualny rozwój z form przetrwalnikujących był opóźniony.

Pasteryzację można przeprowadzić zarówno po napełnieniu sterylnych pojemników produktem, jak i przed napełnieniem. W warunkach domowych często łączy się te dwie metody, poprzez początkowe podgrzanie produktu, przełożenie go do słoików, a następnie ponowne ich zagotowanie.

Wpływ pasteryzacji na jakość produktu

Mimo że temperatury stosowane w procesie pasteryzacji nie przekraczają 100°C, można zaobserwować pewne zmiany w żywności pasteryzowanej. Większość pasteryzowanych produktów spożywczych ma naturalnie niskie pH lub jest poddawana dodatkowym procesom (fermentacja, dodatek marynat), które przyczyniają się do wytworzenia kwaśnego środowiska. W niższym pH większość składników odżywczych, które są nietrwałe termicznie, jest stosunkowo stabilna. Wobec tego straty w trakcie trwania procesu nie są duże. Jednak mimo że proces ten nie przyczynia się do znacznej degradacji składników, straty mogą być spowodowane procesami utleniania. Z tego względu pasteryzacja napojów często jest poprzedzona odpowietrzaniem produktu.

Stosunkowo duże zmiany zachodzą natomiast w składzie witamin. Szczególną uwagę poświęca się witaminie C, która ze względu na dużą termolabilność wykorzystywana jest jako wskaźnik utraty innych witamin. W trakcie pasteryzacji przez 1 minutę w 90°C udokumentowano degradację kwasu askorbinowego z 41 mg do 38 mg w 100 ml produktu. Jednak ostateczny wynik uzależniony jest w dużej mierze od dalszych metod przechowywania gotowego produktu.

Zmiana koloru warzyw w wyniku pasteryzacji termicznej uzależniona jest od intensywności ciepła, czasu jej trwania oraz charakteru przeważającego w produkcie barwnika. W celu przewidywania zmian kolorów roślin w wyniku procesu pasteryzacji opracowano modele kinetyczne, które ułatwiają sterowanie procesem. Przykładowo, karotenoidy są stosunkowo stabilne w łagodnej pasteryzacji. Z kolei zmiana barwy chlorofilu może nastąpić już w trakcie zakwaszania produktu przeznaczonego do pasteryzacji. Wynika to ze zmiany zielonego chlorofilu na oliwkowozieloną feofitynę w kwaśnym pH.

Pasteryzacja w warunkach domowych – ciesz się smakiem lata zimą

Aby cieszyć się letnimi smakami przez cały rok, możesz z powodzeniem zastosować pasteryzację w warunkach domowych. To doskonały sposób na przygotowanie własnych przetworów, takich jak dżemy, kompoty czy kiszonki, które będą smakować jak prosto z ogrodu, nawet w środku zimy. Możesz ją przeprowadzić na sucho, na przykład w piekarniku, lub na mokro, poprzez gotowanie słoików z wyrobami w garnku.

Pojemniki, w których przeprowadza się pasteryzację, powinny być odporne na wysokie temperatury. Szklane słoiki i butelki są idealne. Aby uniknąć ewentualnych pęknięć, warto wyłożyć dno garnka bawełnianą ściereczką, ustawiać słoiczki tak, aby się ze sobą nie stykały, a także pamiętać, by wkładać je do wody, gdy jej temperatura jest zbliżona do temperatury ich zawartości. To bardzo ważne, aby uniknąć szoku termicznego.

Czas pasteryzacji jest uzależniony od kilku czynników: rodzaju produktów spożywczych, wielkości słoika (im większy, tym dłuższy czas pasteryzacji), oraz rozmiarów kawałków owoców i warzyw (im większe kawałki, tym dłuższy czas). Wobec tego trudno ustalić uniwersalny czas i temperaturę pasteryzacji, która będzie odpowiednia dla każdego produktu. Niemniej, jest kilka stałych wytycznych, którymi można kierować się przy przygotowywaniu domowych zapraw.

Trwałość zapraw w dużej mierze uzależniona jest od jakości słoiczków. Oprócz wyboru naczyń przeznaczonych do stosowania w wysokich temperaturach należy zwrócić uwagę, czy nie posiadają one uszkodzeń, zwłaszcza na rantach i gwintach. Dodatkowo, przed rozpoczęciem pasteryzacji, warto poddać słoiki działaniu temperatury około 120-130°C w celu eliminacji ewentualnych zakażeń mikrobiologicznych. Pamiętaj również, że przetwory płynne szybciej się podgrzewają, wobec czego ich pasteryzacja będzie trwała krócej. Także przetwory owocowe, ze względu na niższe pH, ogrzewamy w niższych temperaturach niż przetwory warzywne.

Natomiast przetwory o dużej zawartości cukru, takie jak tradycyjne polskie dżemy czy konfitury, często nie muszą być pasteryzowane. Cukier należy bowiem do substancji konserwujących żywność. Właściwość ta wynika z osmotycznego działania dużych stężeń cukru, co doprowadza do odwodnienia i śmierci komórek bakteryjnych. W takim przypadku wystarczy przełożenie gorących przetworów do słoiczków, które następnie odwrócone dnem do góry należy owinąć w gruby koc lub pierzynę w celu utrzymania korzystnej temperatury. To tak zwane „wekowanie pod kocem”.

Z kolei dla przetworów kwaśnych, takich jak kiszonki, pomidory, kompoty czy słabe marynaty, pasteryzacja zalecana jest tylko raz, przez około 20 minut dla małych słoiczków. Dla przetworów warzywnych w niekwaśnej zalewie zalecana jest wspomniana już wcześniej tyndalizacja, ze względu na zwiększone ryzyko rozwoju niebezpiecznych drobnoustrojów. Pasteryzować można również grzyby czy przetwory mięsne — w takich przypadkach również zalecane jest kilkukrotne przeprowadzenie procesu, trwającego ponad 30 minut.

Alternatywą dla pasteryzacji w garnku jest przeprowadzenie jej w piekarniku, w temperaturze około 120-130°C. Wyższa temperatura wynika z faktu, że słoiki nagrzewają się wolniej, otoczone ciepłym powietrzem, niż zanurzone w gorącej wodzie. Interesującą opcją jest także pasteryzacja przeprowadzana w zmywarce, która w trakcie pracy wytwarza wysokie temperatury. Pamiętaj jednak, aby wybrać program wykorzystujący temperatury w zakresie 60-100°C i ułożyć słoiczki do góry dnem. Ważne jest, aby nie dodawać żadnych detergentów.

Niezależnie od wybranej metody pasteryzacji, po przeprowadzonym procesie wyjęte słoiczki (oprócz słoiczków typu weck) należy ułożyć do góry dnem i poczekać, aż ostygną. Dzięki temu można sprawdzić szczelność zapraw – wklęsłe wieczko świadczy o dobrze zamkniętym słoiku. Należy mieć także na uwadze, że zbyt długa pasteryzacja nie jest odpowiednim rozwiązaniem i nie przyczyni się do dłuższej przydatności do spożycia produktu. Może natomiast wpłynąć na pogorszenie się jej smaku i zapachu, a także utraty składników odżywczych.

Ostudzone zaprawy należy przechowywać w zacienionych miejscach, bez dostępu promieni słonecznych. Najlepsza do tego jest piwnica lub nieogrzewana spiżarnia. W braku takowych można je przechowywać w przewiewnym miejscu, oddalonym od piekarnika. Prawidłowo przygotowane i przechowywane przetwory są zdatne do spożycia przez rok. Zbyt długie przechowywanie przyczynia się do strat walorów smakowych i zapachowych, a także wyglądu, i co najważniejsze, wielu istotnych składników odżywczych. Nawet jeśli nie są obecne zauważalne zmiany produktu, mogą być obecne mikroorganizmy, negatywnie wpływające na nasze zdrowie. Natomiast jeżeli po otwarciu widać pleśń lub wyczuwalny jest nietypowy zapach lub smak, pod żadnym pozorem nie należy spożywać tego produktu. Nie wolno usuwać części pleśni, gdyż z dużym prawdopodobieństwem toksyczne substancje produkowane przez pleśń przeszły do dalszych części produktu. Zapewne wiele osób słyszało o przechowywanych przetworach przez wiele lat, które po otwarciu nie odznaczały się śladami zepsucia. Jednak jak wskazano powyżej, spożycie takich produktów może być szkodliwe dla zdrowia, dlatego lepszą praktyką jest coroczna wymiana przetworów.

Pasteryzacja przemysłowa – precyzja i kontrola

W przemyśle spożywczym pasteryzacja żywności jest procesem termicznego utrwalania produktów o pH poniżej 4,6. Jej celem jest redukcja wegetatywnych form bakterii (patogennych i psujących żywność) oraz części przetrwalników bakterii psujących, które mogłyby znaleźć warunki wzrostu w produkcie spożywczym i doprowadzić do jego zepsucia mikrobiologicznego. Pasteryzacja przemysłowa prowadzona jest w temperaturach w zakresie 70-115°C, czyli temperaturach niższych niż procesy sterylizacji żywności.

Warunkiem skuteczności tak prowadzonej obróbki termicznej jest wykorzystanie właściwości produktu spożywczego, przede wszystkim obniżonego pH i/lub podwyższonej kwasowości wyrobu. To właśnie pH i kwasowość żywności determinują parametry procesu pasteryzacji. Zastosowana temperatura pasteryzacji i czas pasteryzacji muszą dostarczyć minimalną wartość P0 (tzw. wartość „bójczą” procesu pasteryzacji odniesioną do standardowej temperatury 70°C), która zagwarantuje bezpieczeństwo zdrowotne oraz brak zepsucia mikrobiologicznego produktu w planowanym okresie jego przydatności do spożycia.

Proces pasteryzacji projektowany jest zawsze w odniesieniu do grup drobnoustrojów, których obecność jest możliwa w wyrobie i które znalazłyby w nim możliwości rozwoju, gdyby nie proces obróbki termicznej. Clostridium botulinum jest najbardziej termoopornym przetrwalnikiem produkującym śmiertelną toksynę, przy czym wzrost tych przetrwalników nie odbywa się w pH niższym niż 4,5. Bacillus cereus jest kolejnym drobnoustrojem istotnym z punktu widzenia bezpieczeństwa żywności, ale jest on wrażliwy na obniżone pH wyrobu. Inne bakterie powodujące zatrucia pokarmowe, między innymi Listeria monocytogenes, Salmonella, Escherichia coli O175, Staphylococcus aureus czy Campylobacter, są wrażliwe nawet na bardzo łagodne procesy obróbki termicznej i będą łatwo niszczone w procesie pasteryzacji prowadzonym w temperaturach 70°C i czasie 2-5 minut (w żywności ciekłej lub zawierającej uwodnione cząstki stałe) lub w żywności chłodzonej o krótkim terminie przydatności do spożycia.

Temperatura i czas pasteryzacji będą miały na celu dostarczenie ostatecznie takiej dawki ciepła do najwolniej ogrzewanej części pasteryzowanego wyrobu, aby został osiągnięty poziom redukcji drobnoustrojów psujących o około 4-6 log. Parametry procesu pasteryzacji wymagane dla zapewnienia braku zepsucia mikrobiologicznego wyrobu gotowego będą zazwyczaj ostrzejsze od parametrów procesu wymaganego „jedynie” dla zapewnienia jego bezpieczeństwa.

Wartość P0 dla pasteryzacji danego wyrobu ustala się na podstawie właściwości fizykochemicznych wyrobu, w szczególności jego pH, kwasowości, aktywności wody (aw), zawartości NaCl (jeśli dotyczy). Z tego wynika, że wszelkie tabele wskazujące uniwersalną temperaturę pasteryzacji i czas pasteryzacji wyrobów spożywczych należy traktować z dużą ostrożnością. Ostateczne parametry procesu termicznego produkcji należy ustalić w oparciu o zbadane parametry danego wyrobu poddawanego procesowi pasteryzacji oraz jego zdolności do ogrzewania — to tak zwane testy penetracji ciepła.

Przykładowe procesy pasteryzacji powszechnie stosowane w branży spożywczej, mierzone jako temperatura osiągnięta w najwolniej ogrzewanej części wyrobu: dla pasteryzacji mleka krótkotrwałej jest to temperatura 72°C przez 15 sekund, natomiast dla pasteryzacji długotrwałej — 63°C przez 30 sekund.

Skuteczność utrwalania poprzez pasteryzację zależy bowiem nie tylko od „fizycznych” właściwości materiału (trudności, z jaką ciepło penetruje opakowanie i wnętrze wyrobu), ale również od innych czynników mających znaczenie dla stabilności mikrobiologicznej wyrobu — w szczególności pH produktu, aktywności wody produktu, planowanej temperatury w dystrybucji wyrobu. Dla wyznaczenia ostatecznych parametrów procesu (temperatury i czasu pasteryzacji) znaczenie będzie miał również sposób napełniania opakowań (rozlew „na zimno” / rozlew „na gorąco”), ponieważ wpływa on na rodzaj i ilość mikroflory, która będzie obecna w opakowaniu oczekującym na proces termiczny. W przypadku wyrobów pasteryzowanych w sposób szczególny podkreślić należy jednak znaczenie pH i/lub aktywności wody wyrobu — te parametry (i ich zmienność) będą miały kluczowe znaczenie dla ustalenia wartości P0, jaką musi osiągnąć wyrób w procesie termicznym.

Dla skutecznej pasteryzacji kluczowa jest temperatura osiągana przez wnętrze wyrobu, a nie temperatura w pasteryzatorze czy autoklawie. Znacząca redukcja drobnoustrojów (bakterii w formie wegetatywnej, drożdży i pleśni) odbywa się, gdy zawartość opakowania poddawanego pasteryzacji przekroczy temperaturę 60°C.

Wymagany czas procesu pasteryzacji jest ściśle powiązany z temperaturą, jaka jest osiągana przez wnętrze wyrobu poddawanego procesowi termicznemu. Ponieważ skuteczna pasteryzacja żywności może odbywać się w bardzo szerokim przedziale temperatur (60°C-115°C), również stosowane czasy pasteryzacji są szerokie i będą wahały się od kilkunastu sekund (na przykład mleko) do nawet kilkudziesięciu minut (wyroby ogrzewane poprzez przewodzenie, na przykład wyroby wieloskładnikowe zawierające dużo cząstek stałych, produkty „ciekłe” o wysokiej lepkości).

Pasteryzacja żywności jest pod wieloma względami dużo bardziej złożonym zagadnieniem niż sterylizacja. Wymagana temperatura i czas pasteryzacji muszą zapewnić zarówno bezpieczeństwo mikrobiologiczne wyrobu, jak i odpowiednio długi czas braku występowania zepsucia mikrobiologicznego produktu (na skutek działania bakterii psujących żywność — Clostridia, Lactobacillus, pleśni psujących żywność, drożdży psujących żywność, C. perfringens).

Czego nie można pasteryzować?

Mimo że pasteryzacja jest niezwykle uniwersalną metodą konserwacji, nie wszystkie produkty nadają się do tej obróbki termicznej. Produkty pasteryzowane muszą spełniać określone wymagania fizykochemiczne. Na przykład, pasteryzacja świeżego soku z brzozy nie jest zalecana, ponieważ proces ten pozbawiłby go wielu cennych składników odżywczych, dla których właśnie po niego sięgamy. Podobnie ma się sprawa z mlekiem surowym — zamiast próbować pasteryzować je w domu, znacznie lepiej jest kupić już gotowy produkt, który przeszedł proces pasteryzacji w kontrolowanych warunkach przemysłowych, gwarantując bezpieczeństwo i jakość.

Proces pasteryzacji umożliwił rozwój wielu gałęzi przemysłu spożywczego, szczególnie mleczarstwa, piwowarstwa i winiarstwa. Jest podstawą mikrobiologicznego bezpieczeństwa żywności, przyczyniając się do poprawy trwałości wielu produktów. Także dzięki niemu możemy cieszyć się polskimi smakami lata również zimą. Dodatkowo metoda ta warunkuje utrzymanie cennych składników odżywczych w produkcie. Prawidłowo przygotowane przetwory są doskonałym uzupełnieniem diety w okresie, w którym dostęp do świeżych, lokalnych owoców i warzyw jest utrudniony. To prawdziwa rewolucja w kuchni, zarówno tej domowej, jak i przemysłowej.