Sušenje in liofilizacija sta postopka konzerviranja hrane, s katerima zmanjšamo količino vlage v živilu in s tem podaljšamo njegovo obstojnost. Medtem ko je sušenje že dobro poznana metoda, ki se jo pogosto uporablja v domači kuhinji, je liofilizacija postala bolj komercialno poznana metoda v petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja.
Konzerviranje živil s sušenjem
Sušenje je najstarejši način konzerviranja živil. Nekatera živila vsebujejo že sama po sebi manj vlage in so zato obstojnejša (žitarice, oreščki). Pri živilih z večjim odstotkom vlage se mikroorganizmi in encimi lažje razmnožujejo in razvijajo, zato jih moramo sušiti ali na drug način vezati vodo, da dosežemo boljšo oziroma daljšo obstojnost.
Sušimo navadno tako, da odstranimo vodo. Katerikoli način, s katerim zmanjšamo količino/odstotek vode v živilu, je pravzaprav oblika sušenja. Živila lahko sušimo naravno, na zraku in soncu, ali umetno, z mehaničnimi sušilci.
Kadar govorimo o odstranjevanju vode iz živila lahko naletimo na več izrazov:
- na soncu osušeno živilo je tisto, kjer je sonce odstranilo vso vodo brez dovajanja toplote in brez kontrolirane temperature, relativne vlage in cirkulacije zraka,
- dehidrirano živilo je tisto, ki smo ga sušili z umetno toploto pri kontrolirani temperaturi, relativni vlagi in cirkulaciji zraka,
- zgoščeno (kondenzirano, evaporirano) živilo, pa pomeni, da je bil del vode odstranjen iz tekočega živil
Konzerviranje je sicer glavni, ne pa edini razlog za uporabo sušenja v živilski industriji. Živila konzerviramo s sušenjem tudi zato, da zmanjšamo maso in obseg živila. Kakršenkoli postopek sušenja uporabljamo moramo vedno poskrbeti, da toplota preide v živilo in iz živila odstrani vodo. Obeh zahtev ne moremo izpolniti z eno samo tehnološko operacijo.
Načini sušenja
Sušenje na soncu je omejeno na dežele, ki imajo ugodno podnebje in določene vrste sadja (rozine, slive, fige, marelice, breskve, jabolka, hruške). Sušenje z mehaničnimi sušilci – vroč zrak spustimo med živila in kontroliramo predvsem vlago (sušenje sadja in zelenjave). Poseben način sušenja živil je sušenje z zamrzovanjem (angl. Freeze Drying) oziroma liofilizacija.
Pri dehidraciji moramo paziti na:
- Temperaturo, ki variira glede na vrsto živila in način sušenja.
- Relativno vlago zraka, ki tudi variira glede na vrsto živila in način sušenja, razen tega pa tudi v času trajanja postopka (na začetku je višja kot na koncu).
- Hitrost zraka
- Čas sušenja
Če ne pazimo na vse te dejavnike lahko pride do pojava, ko se površina hitreje osuši in dobimo trd, rožen, nepropusten ovoj, ki preprečuje nadaljnje sušenje.
Preden jih začnemo sušiti, moramo živila na to pripraviti. Tako npr. sadje in zelenjavo najprej sortiramo po velikosti, zrelosti in kvaliteti, nato operemo, olupimo, razkoščičimo, narežemo, zelenjavo blanširamo (blanširanje zelenjave lahko zmanjša število mikroorganizmov tudi do 99 %).
Pranje sadja in zelenjave odstrani mikroorganizme, ki izvirajo iz zemlje (pri tem je treba paziti, da je voda zdravstveno ustrezna, sicer lahko s pranjem dodatno onesnažimo živilo). Število mikroorganizmov na sadju in zelenjavi zmanjšamo z lupljenjem.
Sušenje sadja
S sušenjem sadja odstranimo iz plodov 70 do 80 % vode, ne da bi pri tem izgubili ali uničili druge sestavine. Pri sušenju na soncu izhlapi iz sadja le voda, druge sestavine pa ostanejo nespremenjene. Sušenje na soncu je sicer najcenejši način, vendar se v našem vlažnem in premalo sončnem podnebju sadje suši prepočasi in se zato med sušenjem rado kvari. Zato sušijo sadje predvsem v ogrevanih prostorih, kjer je treba paziti, da prevelika vročina ne spremeni sladkorja in drugih sestavin v plodovih.
S sušenjem odstranimo toliko vode, da se plodovi na morejo pokvariti, obenem pa ohranijo naravno barvo in ne izgubijo sestavin, ki vplivajo na vonj, okus in sploh na dobro kakovost sadja. Pravilno posušeno sadje je še nekoliko voljno in prožno. Če je postopek sušenja pravilen in če so sušena živila ustrezno uskladiščena, se mikroorganizmi ne bodo razvijali. Bakterije ne rastejo pri manj kot 18 % vlagi, kvasovke potrebujejo za rast vsaj 20%, plesni pa 13 do 16 % vlago. Sušimo lahko vse vrste sadja, največ pa jabolka, hruške, češnje in borovnice. Iz 100 kg svežega sadja dobimo pri jabolkih 10 do 12 kg, hruškah 13 do 16 kg, češnjah 25 do 26 kg, marelicah 10 do 12 kg in slivah 30 do 32 kg suhega sadja.
Liofilizacija
Sušenje z zamrzovanjem (angl. freeze drying) oziroma liofiliziacija se je začela že leta 1890. Pomembna prelomnica za liofilizacijo je bila druga svetovna vojna, ko je bil liofilizacijski postopek razvit kot komercialna tehnika, ki je omogočila, da sta krvna plazma in penicilin postala kemično stabilna in sposobna preživeti brez hlajenja.
Princip, na katerem je osnovana liofilizacija: iz predhodno zamrznjenega živila se voda v obliki ledu ekstrahira s sublimacijo, t. j. z neposrednim prehodom iz trdnega v plinsko stanje. Sublimacija se izvaja tako, da se zamrznjeno živilo izpostavi delovanju toplote ob ustreznem vakuumu, kjer se ekstrakcija vode vrši »in situ«. Tlak je nadzorovan s pomočjo parcialnega vakuuma. S sublimacijo ledu ne pride do migracije topnih sestavin (sladkorjev, kislin, aminokislin, mineralnih soli itd.) proti površini živila. Na ta način je izključen nastanek tvorbe trde površinske skorje oziroma »kože«, ki zavira proces dehidracije in običajno predstavlja mesto najintenzivnejših procesov razkroja. Razen tega je onemogočena aglomeracija molekul beljakovin, ker se molekule vode izločijo iz trdne strukture, ki se počasi spreminja v fino porozno strukturo. Z uporabo nizkih temperatur so tudi precej zavrte kemične reakcije.
Živila, ki jih nameravamo liofilizirati, je treba najprej zamrzniti (pri temperaturah med -30 in -40⁰C). Sicer pa liofilizacija ni samo dehidracija s sublimacijo. Pri postopku liofilizacije se voda v proizvodu ekstrahira v dveh fazah:
1. V stadiju sublimacije ali t.i. primarne dehidracije se ekstrahira voda, ki je v materialu v obliki ledu; to je predvsem t.i. prosta voda. S segrevanjem predhodno zamrznjenega proizvoda pride do neposredne sublimacije kristalov ledu, ne da bi se sploh pojavila voda v tekočem stanju. Ob tem »izginevanju« kristalov ledu se zamrznjeni material postopoma dehidrira ne da bi občutno spremenil obliko; dobi pa fino porozno strukturo.
2. V stadiju izotermne desorbcije ali t. i. sekundarne dehidracije se ekstrahira še kapilarna voda ali voda, ki se ni izločila v obliki ledu. Ta voda se ekstrahira s segrevanjem proizvoda na 30 do 60⁰C potem, ko so izginili tudi zadnji sledovi ledu. Segrevanje pri omenjenih temperaturah se vrši določen čas pod vakuumom.
Glede na trajanje postopka in pogojev, pod katerimi se je vršila liofilizacija ostane v izdelku še določena količina vode, ki predstavlja »preostalo vodo« in ravno količina te vode neposredno pogojuje trajnost liofiliziranega izdelka.
Obstojnost liofiliziranih izdelkov pa je neposredno vezana tudi na ustrezno pakiranje oziroma embalažo. Večina teh proizvodov je zelo občutljivih na kombinirani vpliv svetlobe, kisika in vode. Zaradi nizke vsebnosti vode (v povprečju 1-2%) in precejšnje poroznosti so liofilizirani izdelki izredno higroskopični in podvrženi oksidaciji. Zato je treba uporabljati le embalažo, ki je nepropustna za vlago, kisik in svetlobo, razen če gre le za zelo omejeno časovno obdobje konzerviranja.
S prehranskega stališča imajo liofilizirani izdelki določene prednosti pred živili, pridobljenimi z drugimi metodami dehidracije. V liofiliziranih živilih so v znatni meri ohranjene organoleptične lastnosti (tekstura, barva, okus, aroma). V teku sublimacije ledu se lahkohlapne sestavine (arome) ne izgubijo v večji meri. Največja prednost konzerviranja z liofilizacijo pa je v ohranjanju biološke vrednosti živila (vitamini, minerali, aminokisline). To je osnovna prednost liofilizacije pred ostalimi metodami konzerviranja. Liofilizirano in ustrezno kondicionirano živilo, v embalaži, ki je nepropustna za kisik in vlago, je lahko obstojno nekaj let do desetletij. Seveda pa na odpornost liofiliziranih izdelkov vpliva predvsem količina preostale vode.
Ker imajo liofilizirani izdelki fino porozno strukturo, se zelo lahko rehidrirajo oz. rekonstruirajo. Preden liofilizirano živilo uporabimo, mora vpiti naravno količino vode, da se sestavni deli celice ponovno vrnejo v svoje prvotno stanje. Meso in ribe rekonstruiramo (rehidriramo) z namakanjem v hladni vodi, sadje in zelenjavo pa lahko v vroči ali vreli vodi (pri tem seveda izgubijo vitamine).
