Ugrás a tartalomhoz

Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái

dr. Barta József, Berki Ferenc, Gion Béla, dr. Deák Tibor, dr. Farkas József, Hergár Emil, dr. Hidegkuti Gyula, Horváth Dénesné dr., dr. Körmendy Imre, Ott József, dr. Pátkai Györgyi, Stégerné dr. Máté Mónika, dr. Török Szilveszter, dr. Vukov Konstantin

Mezőgazda Kiadó

1.6. Természetes és mesterséges savanyítás

1.6. Természetes és mesterséges savanyítás

A savanyítás a savtartalom növelését és a pH csökkentését használja fel a romlást okozó mikroorganizmusok tevékenységének megakadályozására.

A természetes savanyítás különleges helyet foglal el a tartósítási módszerek között. Minden más tartósítási eljárással szemben nem valamennyi mikroba elpusztítása, hanem a tejsav-baktériumok működésének elősegítése a célja. A természetes savanyítás biológiai tartósítási módszer, amely a tejsavasan erjesztő baktériumok savtermelésén alapul. A természetes (spontán) tejsavas erjedést a hasznos baktériumok tevékenységének elősegítésére irányítjuk, sózással, anaerob körülmények létrehozásával.

A savanyúságok erjesztése még nem jutott el a fermentációs iparok technológiai szintjére: szintenyészetek, oltótenyészetek alkalmazásához, pontosan szabályozott körülmények között. A mesterséges beoltásokkal történő technológiát azonban már kidolgozták(11, 40, 83) és a fejlődés útja kétségtelenül elvezet ennek gyakorlati alkalmazásához.

A savadagolással történő savanyítás mesterséges eljárás, amellyel a tejsavas erjedést utánozzuk oly módon, hogy a termékhez szerves étkezési savakat (ecet-, ill. tejsavat), sót, fűszereket, valamint tartósítószereket adunk. A mesterséges savanyítás tehát kémiai tartósító módszer. A kémiai úton tartósított zöldségféléket általában „ecetes” savanyúságoknak nevezik.

Savanyúságok készülnek hőkezeléssel is. A hőkezelés eredményességét a savtartalom és a kis pH nagymértékben fokozza, ezért a tartósításhoz enyhe pasztőrözés is elegendő. Valójában kombinált eljárásról van szó: fizikai és kémiai hatás együttes alkalmazásáról. A hőkezelt savanyúságok gyártásával a 2.4. pont foglalkozik.

1.6.1. A tejsavas erjesztés

Tejsavas erjesztéssel sokféle és nagymennyiségű zöldségfélét tartósítunk. A tejsavbaktériumok által termelt sav egyrészt meggátolja a romlást okozó mikrobák tevékenységét, másrészt a terméknek kellemes, savanyú ízt ad.

A zöldségfélék természetes savanyításakor a spontán tejsavas erjedés irányítására szolgáló technológiát bizonyos mértékig a savanyítandó termék természete határozza meg. A beavatkozás lényege azonban a sózás, amely történhet a darabos termékekre öntött sós felöntőlével (pl. uborkánál), vagy a felaprított termékkel összekevert kristályos sóval (káposztánál).

A só szerepe döntő a spontán erjedés irányításában. A só hatására a növényi szövetekből a víz és az oldott sejtösszetevők egy része kivonódik és a mikroorganizmusok részére hozzáférhetővé válik. Másrészt a só a nyersanyagok vegyes mikroflórájára szelektív gátló hatást fejt ki, és elősegíti, hogy a tápanyagokat a sótűrő szervezetek, mint a tejsavbaktériumok, használhassák fel.

A sózás mellett az anaerob körülmények kialakítása is a tejsavbaktériumoknak kedvez. A terméket felöntőlé alá helyezve, lenyomatva (káposztánál a levegőt taposással eltávolítva, egyúttal a lét kipréselve) hozzák létre azokat a körülményeket, amelyek közt a tejsavbaktériumok gyorsan elszaporodnak és erjesztésük révén egyre több tejsavat képeznek. A tejsav részben specifikus antimikrobás hatása, részben a pH csökkentése révén fokozatosan visszaszorítja, majd elpusztítja a nem savtűrő mikrobákat és ezáltal tartósítja a terméket.

Az irányított spontán tejsavas erjesztés alatt tehát egymással szorosan összefüggő fizikai, kémiai és mikrobiológiai változások mennek végbe(6).

A fizikai folyamatok lényege az ozmózisos és a diffúziós anyagátvitel, ami a sós lé és a növényi szövetek közti kiegyenlítődést eredményezi (1.6.1. ábra). A sózás hatására a szövetekből élénk vízkiáramlás indul meg, rövidesen ellentétes irányban megkezdődik a só behatolása a szövetekbe. A tejsavas erjedés a külső, tápanyagokban dús sós lében indul meg, a felhalmozódó tejsav szintén bediffundál a szövetekbe. Bár a kiegyenlítődés néhány nap alatt jórészt lezajlik, a sólé és a termék közötti kétirányú diffúzió, ha kisebb mértékben is, de folyamatosan és hosszú ideig tart, míg a kémiai és mikrobiológiai változások meg nem szűnnek (erősen lelassulnak). Az erjesztett termék ekkor jut az érettség állapotába.

1.6.1. ábra - A sótartalom (%-ban kifejezett tömegtört) a kiegyenlítődéshez szükséges idő (d = nap) függvényében

kepek/1.6.1.abra.png


A kiegyenlítődés következtében a termék sűrűsége általában növekszik, mivel egyrészt a préselés, lenyomatás hatására a szövetek levegőtartalma csökken, másrészt a szövetek sóoldattal telítődnek. Az erjedés végére az uborka sűrűsége 0,92–0,96 gcm értékről 1,02-re, a káposztáé 0,86–0,95-ről 1,04-re emelkedik (1.6.2. ábra).

1.6.2. ábra - A fizikai jellemzők alakulása az uborkaerjesztésnél, az idő függvényében (d = nap). 1. a levegő térfogata; 2. szemcsesűrűség; 3. az uborka térfogata; 4. az uborka tömege (kiindulási tömeg 1000 g)

kepek/1.6.2.abra.png


Mivel a szövetekből kiszorul a levegő és sok víz távozik, a termék térfogata jelentősen csökken, amit elősegít a ráható nyomás is. Mindez a tömeg csökkenésével is jár. A túl erős lenyomatás fokozza a térfogat- és tömegcsökkenést és káros, mert megakadályozza a levegő helyettesítődését sóoldattal. Ilyenkor a termék átéretlen, állománya puha, rugalmatlan marad.

A kiegyenlítődés következtében bizonyos idő után a térfogat újra növekszik, és a sűrűség növekedése miatt a tömeg is gyarapszik.

Mindez azonban általában jóval kisebb, mint a kezdeti csökkenés, és részben ezek a folyamatok magyarázzák a különbséget a nyers és a leerjedt termék tömege között, amit erjedési veszteségnek nevezünk. Ennek mértéke 8–10% is lehet.

E fizikai változásokat és eredőjüket, az erjedési veszteséget jelentősen befolyásolják a technológiai tényezők: a nyersanyag minősége (uborka nagysága, káposztaszeletek mérete), a só koncentrációja, a lenyomatás erőssége (1.6.3. ábra és 1.6.1. táblázat). Kialakíthatók azok a kedvező körülmények, amelyek közt az erjedési veszteség a legkisebb.

1.6.3. ábra - A sótartalom (%-bán kifejezeti tömegtört) hatása az uborka fizikai jellemzőinek viszonylagos értékére (kiindulási érték: 100%)

kepek/1.6.3.abra.png


1.6.1. táblázat - A nyomás hatása az uborka fizikai jellemzőire

A tartály űrtartalma

(l)

Betöltött uborka

(kg)

A termék sűrűsége

(g/cm3)

A termék térfogata

A termék tömege

a nyersanyag %-ában

20

12

1,025

98,6

102

40

24

1,024

97,7

101

60

38

1,015

97,6

99

100

62

1,013-

96,9

98

150

97

1,006

96,5

97

200

115

1,002

96,1

96


Az erjedés alatt végbemenő kémiai változásokat a következőkben lehet összefoglalni. A nyersanyagok túlnyomó része víz, szárazanyagtartalmuk 5–10%. Az érettségi foktól függően 2–5% erjeszthető szénhidrátot tartalmaznak. Az erjedés végéig a cukortartalom teljes egészében felhasználódik (1.6.4. ábra), nagyobb részt szerves savakká, kisebb részt gázokká (főleg szén-dioxiddá, részben hidrogénné) alakul. Kis mennyiségben etilalkohol, észterek és más íz- és aromaanyagok is képződnek, amelyek fontosak az érzékszervi tulajdonságok kialakításában.

1.6.4. ábra - A cukortartalom (%-ban kifejezett tömegtört) alakulása az idő függvényében uborka erjesztésekor

kepek/1.6.4.abra.png


A nyersanyagok savtartalma jelentéktelen, pH-ja közel semleges. Az erjedés megindulása után a savtartalom mind a sólében, mind a termékben növekszik (1.6.5. ábra). A savképződés 2–3 hétig folytatódik, mialatt az összes savtartalom – a zöldségfélétől és a technológiától függően – eléri az 1–2%-ot (uborkánál általában közel 1,5%, káposztánál 2% felett). A savképződéssel egyidejűleg változik a pH is. A leerjedt savanyúságok pH-ja általában 3,3–3,5 körül alakul, attól függően, hogyan alakult az összes sav mennyisége, a tejsav és ecetsav aránya.

1.6.5. ábra - Az összes savtartalom (%-ban kifejezett tömegtört), a pH-értékek és a gáztartalom alakulása uborka erjesztésekor az idő (d = nap) függvényében

kepek/1.6.5.abra.png


A gázképződés az uborka erjedésekor csak kismértékű és az erőteljes gázképződési szakasz csak néhány napig tart. A káposzta erjedésekor viszont a gázfejlődés igen nagymértékű és hosszabb ideig tart. A gáz összetételében az első napokban 20–30% hidrogén is szerepel, később a gáz csaknem teljesen szén-dioxidból áll.

A nyersanyagok összetevői közül a szöveti sejtek falában a cellulóz változatlanul megmarad és ezáltal a termék jó minőségű, rugalmas állományú lesz, ha a kiegyenlítődés és érés kellő mértékig megtörtént. A jó állomány feltétele azonban a sejtfalak kötőanyagának, a pektinnek a megmaradása is. A pektin részben savas hidrolízis, részben enzimek hatására kisebb-nagyobb mértékben lebomlik, és ez kedvezőtlen puhulásban jelentkezik (1.6.2. táblázat).

1.6.2. táblázat - Kémiai változatok az erjedés alatt; * mg/100 g

Összetevő (%)

Uborka

Káposzta

friss

savanyú

friss

savanyú

Víz

95

93,8

92

89

N-tartalmú anyag

1,3

0,8

1,2

0,7

Cellulóz

0,5

0,5

1,0

1,1

Pektin

0,24

0,12

0,5

0,3

Cukor

2,5

0

4,0

0

Szerves sav

0,1

1,3

0,1

2,0

pH

6,9

3,4

6,9

3,3

Ásványi anyag

0,4

2,6

0,7

3,0

* C-vitamin

12,5

3,7

40,0

20,0


A mikrobiológiai folyamatokban kezdetben igen változatos mikroflóra vesz részt. A mikroorganizmusok a nyersanyagok felületéről, a rájuk tapadó talajszemcsékből származnak (1.6.3. táblázat).

1.6.3. táblázat - Az uborka és a káposzta mikroflórájának összetétele

Mikroorganizmusok száma (g–1)

Uborka

Káposzta

Aerob mezofil baktériumok

3·106

9·105

Spórás bacilus

2·103

8·103

Tejsavbaktérium

5·103

3·104

Kóliformok

7·105

6·103

Élesztőgombák

1·103

5·102

Penészgombák

3·103

2·101


A gyártási szezon előrehaladtával azonban egyre jelentősebb a feldolgozó berendezéseken (pl. káposztaszeletelő), tartályokban (erjesztő kádak, hordók) kialakult üzemi mikroflóra szerepe. Míg az eredeti kezdő mikroflórában a tejsavbaktériumok aránya kicsi, a romlást okozó, fehérjebontó, pektinbontó baktériumok, bacilusok, penészgombák száma viszont nagy, addig az üzemi mikroflórában az adaptálódott tejsavbaktériumok aránya jelentős.

A tejsavbaktériumok száma a baktériumok összességénél 2–3 nagyságrenddel kisebb, és ezért döntő jelentőségű, hogy uralomra jutásukat a sózással és a levegő kizárásával elősegítsük. A kezdő mikroflóra tagjai közül igen veszélyesek lehetnek az aerob és anaerob spórás bacilusok, valamint a penészgombák, amelyek számos faja erős pektinbontó. A bacilusok só- és savtűrése azonban kicsi, a penészek pedig aerobok, ezért a jól végzett erjesztés körülményei között néhány nap alatt visszaszorulnak.

A kóliform baktériumok az első néhány napon az erjedésben is részt vesznek. Erjesztési termékeik közt különböző szerves savak (tejsav, ecetsav, borostyánkősav, hangyasav,), alkoholok vannak, ezenkívül sok gázt termelnek. Az erjedés elején mutatkozó erős gázfejlődés jórészt ezeknek a baktériumoknak tulajdonítható (a hidrogén teljes egészében). A kóliformok tevékenységének határt szab viszonylag kis savtűrésük, ezért 7–10 nap múlva elpusztulnak.

A tejsavbaktériumok száma az első napokban igen gyorsan növekszik, 3–5 nap alatt meghaladja a milliós nagyságot cm3-enként (1.6.6. ábra). Az erjesztésben többfajta tejsavbaktérium vesz részt. Általában öt fő faj szerepel. Ezek növekvő gyakoriságuk sorrendjében a következők: Leuconostoc mesenteroides, Enterococcus faecalis, Pediococcus cerevisiae, Lactobacillus brevis és Lb. plantarum. Közülük a L. mesenteroides és a Lb. brevis heterofermentatív, a többi homofermentatív tejsavbaktérium. A heterofermematív erjesztés végtermékei közt tejsavon kívül ecetsav, etilalkohol, szén-dioxid is képződik jelentős arányban, míg a homofermentatív erjedés főterméke tejsav.

1.6.6. ábra - A főbb mikrobacsoportok darabszám-koncentrációjának változása, az idő (d = nap) függvényében az uborka erjesztésekor. A függőleges tengelyen a darabszám-koncentráció 10-es alapú logaritmusa látható

kepek/1.6.6.abra.png


Az erjedés folyamán a tejsavbaktériumok növekvő savtermelő képességük (ill. csökkenő savtűrő képességük) szerint követik, felváltják egymást, bár egyidejűleg 2–3 faj többnyire megtalálható. Az erjesztést általában a kisebb savtermelő képességű Leuconostoc és Enterococcus fajok kezdik. Ezeket 0,5–0,8% tejsavtartalomnál, amint a pH-érték 4,1–4,2 alá csökken, fokozatosan felváltják a Pediococcus és a Lactobacillus fajok. Előbbiek mintegy 0,8–1,0%, utóbbiak 1,2–2,5% tejsavat képesek termelni (1.6.4. táblázat).

1.6.4. táblázat - A tejsavbaktériumok erjesztésének savas termékei

Tejsavbaktérium faj

pH

Tejsav %

Ecetsav %

Tejsav: ecetsav arány

Homofermentatív

Lactobacillus plantarum

3,3

1,3

0,04

32,5

Pediococcus cerevisiae

3,4

1,0

0,08

12,5

Heterofermentatív

Lactobacillus brevis

3.9

0,4

0,45

0,9

Leuconostoc mesenteroides

4,0

0,7

0,25

2,7


Bár a savképzés szempontjából a homofermentatív erjesztők szerepe nagyobb, a heterofermentatív erjedés során képződő illósavak és más vegyületek fontosak a savanyúság ízének kialakításában. A heterofermentatív tejsavbaktériumok gázképzésének ugyanakkor káros hatása is lehet, fokozhatja pl. az uborka üregesedését.

Az élesztőgombák még a tejsav baktériumoknál is kisebb arányban fordulnak elő a kezdő mikroflórában, azonban nagy só- és savtűrésük lehetővé teszi fejlődésüket az erjesztés körülményei között.

Az élesztőgombák két típusa szerepel a savanyúságok erjesztésében. Az ún. felület alatti élesztők fakultatív anaerobok, alkoholos erjesztést végeznek, amelynek során szén-dioxidot is termelnek. Az etilalkohol és más termékek befolyásolják a savanyúság érzékszervi tulajdonságait. Az ún. hártyaképző élesztők nem, vagy csak gyengén erjesztenek, viszont oxidálják a tejsavat és a sólé más összetevőit. Ha fejlődésüket nem akadályozzák meg, a felületen vastag bevonatot alkotnak („pimpó”), és a savtartalom csökkentésével utat nyithatnak a romlásnak.

1.6.2. Erjesztés mesterséges beoltással

A természetes savanyítás során a változó összetételű mikroflóra alatt az erjesztés irányítása bizonytalan, a késztermék minősége nem állandó, gyakran lépnek fel különböző erjedési hibák. Az erjesztés irányítása tejsavbaktérium-színtenyészetekkel történő beoltással biztonságosan megvalósítható.

A tejsavbaktériumok tulajdonságaiból következően az erjesztést mindig a legsavtűrőbb Lb. plantarum fejezi be. Ha oltótenyészetként más, kevésbé savtűrő fajt alkalmaznak, annak hatása csak az erjedés kezdetén érvényesül, mert a természetes mikroflórában található erősebb savtermelők később elnyomják. A Lb. plantarum azonban homofermentatív és egyedül alkalmazva a termék érzékszervi tulajdonságai kevésbé jellegzetesen alakulnak ki. A Lb. brevis heterofermentatív és elég erős savtermelő is. Egyedüli oltótenyészetként alkalmazva a természetes erjesztésű kontrollhoz viszonyítva gyorsabb és nagyobb mértékű savképzést, igen jó érzékszervi minőségű terméket eredményez. Hátránya azonban, hogy az erjedési veszteséget és üregesedést mintegy kétszeresére növeli.

A legjobb eredményre az a beoltás vezet, amelyben homo-és heterofermentatív tejsavbaktériumot együtt alkalmaznak. A beoltás hatásának fokozására célszerű a nyersanyag eredeti mikroflóráját csökkenteni, részben elpusztítani (pl. uborkánál forró felöntőlevet alkalmazni).

A mesterséges beoltások gyakorlati megvalósításának feltétele a tejsavbaktérium-tenyészetek fenntartása, folyamatos előállítása, tárolható, gyorsan elkészíthető oltótenyészet készítése. Ez, hasonlóan a tejipari színtenyészetekhez, liofilezett törzsekkel valósítható meg.

1.6.3. Mesterséges savanyítás

A kémiai úton történő mesterséges savanyítás a szerves savak, a pH, a só és a tartósítószerek együttes mikrobagátló, mikrobapusztító hatásán alapul. A természetes tejsavas erjedést utánozva sokféle különböző savanyúság készíthető ily módon (pl. ecetes paprika, csalamádé). A tartósítás fő tényezője az ecetsav, amelyet 1,5–2,0% koncentrációban alkalmazunk. Bár a baktériumok többségének szaporodását már néhány század–néhány tized% ecetsav visszatartja, a tejsav- és az ecetsav-baktériumok, valamint az élesztő- és a penészgombák gátlásához jóval nagyobb koncentráció szükséges (1.6.5. táblázat). Az ecetsav gátló hatása részben a pH csökkentésének, részben a disszociálatlan sav specifikus antimikrobás tulajdonságának köszönhető. Ez utóbbi hatás kisebb, mint a tejsavé, mégis, az ecetsav kisebb disszociációs állandója következtében a tartósításra jobban alkalmazható. Részben az íz kialakítása, részben a tartósító hatás fokozása céljából az ecetsavval együtt 0,1–0,3% tejsavat is lehet használni.

1.6.5. táblázat - Az ecetsav szaporodásgátló hatása

Mikroorganizmus

Szaporodásgátló, disszociálatlan sav (%)

Mikrokokkuszok

0,05

Bélbaktériumok

0,05

Spórás bacilusok

0,10

Penészgombák

0,30

Élesztőgombák

0,50

Tejsavbaktériumok

1,50


A szerves savak gátló hatásának kiegészítésére a mesterséges savanyúságokhoz tartósítószert is adnak. Az engedélyezett tartósítószerek közül a benzoesav és a szorbinsav jön szóba. A szerves savak és a tartósítószerek együttes hatása nemcsak összegeződik, hanem egymást erősíti (szinergens), ezért kombinálásuk célszerű (1.6.6. táblázat).

1.6.6. táblázat - Az ecetsav és a konzerválószerek tartósító hatása

Tartósítószer

Tartósítószer kombináció %-ban

Ecetsav

2,0

1,0

1,0

1,5

1,5

2,0

2,0

Kálium-szorbát

0,05

0,10

0,05

0,10

0,05

0,10

Nátrium-benzoát

0,05

0,05

0,05

Tartóssági idő (nap)

4

7

9

14

60

60

60


1.6.4. Romlási jelenségek

A természetes úton történő savanyítást gyakran kísérik romlási jelenségek, amelyek időnként az üzemeknek jelentékeny gazdasági veszteséget okoznak.

A spontán tejsavas erjedés során olykor olyan kísérő folyamatok, mellékerjedések lépnek fel, amelyek érzékszervi hibákat okoznak. E jelenségek mikrobiológiai háttere jórészt tisztázatlan, de gyakran valamilyen technológiai lazaság következményei.

A kisebb sókoncentráció, vagy a nagyobb erjedési hőmérséklet következtében a sólé sűrűn folyóssá, nyúlóssá válik. Ezt maguk a tejsavbaktériumok is előidézhetik. Az egyenetlen sózás a káposztánál színhibákat okozhat. Ez részben mikrobiológiai, részben szöveti enzimes tevékenységnek tulajdonítható. A savanyú káposzta barnulása a levegőnek kitett rétegben következik be, ha a lenyomatás elégtelen, vagy ha a tartály hibája folytán a lé elfolyik.

Egyértelmű technológiai hiba, ha a felületi hártyaképződés erőteljes kialakulását megengedik, aminek azután következménye a puhulásos, rothadásos romlás. A hártyaképződést (pimpósodást) aerob élesztők okozzák, így az ellene való védekezés az élesztőket szelektíven gátló szorbinsavval, vagy a felület levegőtől való elzárásával lehetséges.

Az uborkasavanyítás két fő romlási jelensége az üregesedés és a puhulás. Az előbbi az erőteljesebb gázos erjedésnek tulajdonítható, amelyben a kóliformok, heterofermentatív tejsavbaktériumok és az erjesztő élesztőgombák egyaránt részt vehetnek. Nagyobb méretű, érettebb termések hajlamosabbak az üregesedésre. A puhulás a pektinbontó enzimek tevékenységének következménye, amely lehet szöveti vagy mikrobás eredetű. A puhulás ellen a felöntőlé, vagy a leerjedt sólé felforralásával, az enzimek forrásának (pl. a termésen maradt virágok) eltávolításával lehet védekezni, bár a jelenség fellépésekor a beavatkozásra már nem sok lehetőség marad.

A kémiai úton tartósított savanyúságoknál a leggyakoribb romlási jelenség az erjedés megindulása. Ha a savanyúság tejsavas erjedésen megy át, többnyire átdolgozható és más termék (vegyes savanyúság) készítésére felhasználható.