Osmoza w Utrwalaniu Żywności: Przegląd Metod i Procesów

Szczegóły: Opublikowano: 02. December 2025

W świecie gastronomii, gdzie każdy składnik ma swoje znaczenie, konserwacja produktów stanowi kluczowy element wpływający na ich smak i trwałość. Konserwacja żywności to proces przedłużania jej trwałości i zachowania walorów smakowych, odżywczych oraz bezpieczeństwa spożywania poprzez opóźnienie lub zahamowanie naturalnych procesów psucia.

Historia Utrwalania Żywności

Najdawniejszym sposobem na wydłużenie trwałości produktów było ich wędzenie oraz suszenie przy ognisku lub na słońcu i wietrze. W ten sposób dbano o to, by mięso i ryby mogły np. przetrwać zimę. Suszenie już 12 tys. lat temu było powszechnie stosowane na Bliskim Wschodzie i w Azji Środkowej. Nieocenioną rolę w walce ludzkości z drobnoustrojami powodującymi psucie się żywności odegrała sól, która ogranicza aktywność życiową mikroorganizmów. Powszechnie używano jej już w starożytnej Grecji, gdzie za pomocą solanki przedłużano przydatność ryb. Rzymianie z kolei marynowali tak mięso.

Wbrew pozorom bardzo długa jest też historia chemicznych dodatków do żywności. Starożytni Egipcjanie używali do jej barwienia koszenili (dziś E 120) i kurkuminy (E 100), z kolei azotyn sodu (E 250) stosowali do peklowania mięsa, zaś jako konserwanty służyły im dwutlenek siarki (E 220) i kwas octowy (E 260).

Mrożone produkty były znane w Chinach już 3 tys. lat temu. Utrwalić żywność próbowano także za pomocą marynowania z użyciem m.in. octu. Znane przykłady pochodzą ze starożytnego Rzymu. Popularną marynatę do warzyw przyrządzano tam wówczas z octu, miodu i musztardy. W Grecji używano do tych celów pigwy i mieszanki miodu z niewielką ilością suszonego miodu - szczelnie pakując to wszystko wraz z żywnością w słoiki. Rzymianie stosowali tę samą technikę, ale zamiast tego gotowali miód i mieszankę pigwową, aby uzyskać stałą konsystencję.

W 1795 r. rząd francuski zaproponował nagrodę 12 tys. franków dla tego, kto wymyśli sposób przedłużenia przydatności produktów. W 1809 r. otrzymał ją Francuz, Nicolas Appert. Wymyślił on i opracował metodę apertyzacji. Polegała na długotrwałym gotowaniu produktów spożywczych we wrzącej wodzie lub na parze, w zamkniętych hermetycznie naczyniach, takich jak słoiki czy puszki metalowe.

Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy

Nowoczesne Metody Konserwacji

Solenie żywności było znane od dawna. Z czasem ludzie zaczęli eksperymentować i w XIX wieku odkryli, iż niektóre sole nadawały mięsu atrakcyjny czerwony kolor zamiast szarego. Zaobserwowano pierwsze korzystne efekty stosowania wobec żywności zmodyfikowanej atmosfery. Jacques Étienne Bérard, profesor Szkoły Farmacji w Montpellier we Francji, odkrył i obwieścił światu, że przechowując owoce w warunkach niskiej zawartości tlenu, opóźnia się ich dojrzewanie i wydłuża okres przydatności do spożycia.

Pierwszą chłodziarkę opracował australijski wynalazca James Harrison, z zawodu drukarz. W 1871 r. zastosował on w monachijskim browarze Spaten system chłodzenia umożliwiający latem produkcję piwa. Środkiem schładzającym był eter dimetylowy lub amoniak (eter metylowy zastosował także Harrison). Ludwik Pasteur wyjaśnia naukowo proces pasteryzacji, który pozwala unieszkodliwiać mikroorganizmy przy jednoczesnym zachowaniu walorów smakowych żywności. Klasyczna metoda pasteryzacji polega na ogrzewaniu produktu do temperatury powyżej 72°C, jednak nie większej niż 100°C.

Niszczące działanie wysokich ciśnień na drobnoustroje wykazuje Bert Holmes Hite. W ciągu 10 minut w temperaturze pokojowej poddawał on mleko ciśnieniu 680 MPa, zauważając, że w efekcie liczba zawartych w mleku żywych drobnoustrojów zmniejszyła się. Proces ten nazywany jest paskalizacją, od wielkiego francuskiego uczonego Błażeja Pascala - i wciąż się rozwija.

Brytyjscy chemicy J. Appleby oraz A. J. Banks proponują utrwalanie produktów spożywczych promieniami alfa, beta lub gamma. Wkrótce zaczęto konserwować żywność przy pomocy promieniowania jonizującego, co pozwala przedłużyć trwałość np. drobiu, ale nie zapewnia kompletnej sterylności produktu. Oficjalne narodziny procesu liofilizacji. W swojej pracy przedstawionej Académie des sciences w Paryżu biolog Frédéric Bordas oraz lekarz i fizyk Jacques-Arsène d’Arsonval udowodnili, że możliwe jest suszenie zamrożonego i wrażliwego na temperaturę serum krwi.

Do sprzedaży w Chicago trafia DOMELRE (DOMestic ELectric REfrigerator), czyli pierwsza elektryczna chłodziarka domowego użytku. Clarence Birdseye, przebywając na mroźnym Labradorze, odkrył, że w temperaturze -40°C złowiona ryba zamarza niemal natychmiast, a po rozmrożeniu smakuje świeżo. Obecnie wiadomo, że szybkie zamrażanie powoduje powstawanie mniejszych kryształków lodu, co w mniejszym stopniu niż w innych metodach uszkadza struktury tkanek.

Przeczytaj także: Analiza dzbanków filtrujących wodę z RO

Do konserwacji żywności zaczyna się używać antybiotyków. Szybkie narastanie odporności bakterii na te związki spowodowało jednak, że zakazano ich stosowania. Wkrótce odkryto, że bakterie kwasomlekowe produkują skuteczny naturalny antybiotyk - nizynę, niespokrewniony z antybiotykami medycznymi. W drugiej połowie ostatniej dekady minionego stulecia rozpoczęły się badania nad zastosowaniem plazmy w celu inaktywacji drobnoustrojów, choć metodę dekontaminacji za pomocą zimnej plazmy opatentowano jeszcze w latach 60.

Lothar Leistner definiuje technologię płotków (hurdle), czyli metodę precyzyjnej eliminacji z żywności patogenów. Ustanawia się w niej swoiste "przeszkody", które musi pokonać patogen, aby przetrwać. Chodzi o inteligentne połączenie sposobów, zapewniających produktom spożywczym bezpieczeństwo i stabilność mikrobiologiczną, a zarazem optymalną jakość smakową i odżywczą oraz ekonomiczną żywotność.

Rodzaje Metod Konserwacji

Metody konserwacji żywności można podzielić na fizyczne, chemiczne i biologiczne. Fizyczne metody obejmują m.in. suszenie, mrożenie, pasteryzację czy sterylizację, które zmniejszają aktywność wody lub eliminują mikroorganizmy. Metody chemiczne, takie jak solenie, cukrzenie czy dodawanie konserwantów, wpływają na środowisko mikroorganizmów, hamując ich wzrost. Biologiczne metody, jak fermentacja, polegają na wykorzystaniu mikroorganizmów lub ich produktów do tworzenia środowiska nieprzyjaznego dla szkodliwych bakterii.

Suszenie: Polega na odparowaniu wody z żywności, co uniemożliwia rozwój mikroorganizmów.
Solenie: Dodawanie soli do żywności, która wyciąga wodę z komórek mikroorganizmów przez proces osmozy, hamując ich wzrost.
Kiszenie: Proces fermentacji, gdzie naturalna flora bakteryjna (głównie kwasu mlekowego) przekształca cukry w kwas mlekowy.
Marynowanie w occie: Zanurzenie żywności w roztworze octu, który tworzy środowisko nieprzyjazne dla większości mikroorganizmów.
Marynowanie w oleju: Zanurzenie produktów w oleju, który izoluje żywność od powietrza, zapobiegając wzrostowi mikroorganizmów.
Wędzenie: Poddanie żywności działaniu dymu, który ma właściwości antybakteryjne i antyoksydacyjne.
Pasteryzacja: Proces termiczny, wykorzystywany do zniszczenia patogenów poprzez krótkotrwałe podgrzanie produktu do temperatury niższej niż potrzebna do sterylizacji.

Solenie jako Metoda Konserwacji

Solenie żywności należy do najstarszych metod utrwalania żywności i jest dość powszechnie stosowane. Drobnoustroje charakteryzują się różną odpornością na zasolenie. Aby zatrzymać rozwój bakterii z grupy Coli i niektóre gnilne, wystarczy stężenie soli w wysokości 2%. Natomiast w przypadku bakterii fermentacji mlekowej wymagane jest stężenie 12 - 15%, ponieważ przy zasoleniu 3% pobudzana jest ich działalność. Mikroflora chorobotwórcza nie rozwija się przy stężeniu powyżej 10%, a drożdże powyżej 15%. Pełne zakonserwowanie żywności, uzyskuje się więc dopiero przy stężeniu soli w granicach 18 - 20%.

Sól kuchenna działa na tkanki roślinne i zwierzęce, na zasadzie osmozy i dyfuzji. Powoduje odciąganie wody z komórek i stopniowe kurczenie się treści protoplazmatycznej. Prowadzi to, do utraty półprzepuszczalności błon komórkowych, w następstwie czego dochodzi do obukierunkowej dyfuzji. Sok komórkowy miesza się z solą oraz zewnętrzna solanka z sokiem komórkowym.

Przeczytaj także: Vontron w Akwarystyce: Opinie Użytkowników

Minusem solenia jest to, że dochodzi do zubożenia żywności o cenne składniki rozpuszczalne, np. sole mineralne, niektóre witaminy, a nawet białko. Zubożenie to jeszcze bardziej się powiększa, w wyniku moczenia produktu w wodzie, celem jego odsolenia przed przygotowaniem do spożycia. W ostatnich czasach utrwalanie żywności metodą solenia traci na wartości, ponieważ spożywanie dużej ilości chlorku sodu, stanowi ryzyko niektórych chorób np.

Solenie w Praktyce

W naszych warunkach najbardziej rozpowszechnione jest solenie ryb, a zwłaszcza śledzi. Poza zjawiskami osmozy i dyfuzji, w czasie tego procesu w rybach zachodzą również zmiany biochemiczne (zwane dojrzewaniem), które przeprowadzane są przez enzymy i polegają na częściowym rozkładzie tłuszczów i białek. Stosuje się również solenie warzyw i grzybów. Najbardziej nadają się kurki, opieńki, rydze, borowiki i gąski oraz włoszczyzna, groszek zielony i kalafiory. Świeże grzyby najpierw się oczyszcza, myje, blanszuje, a potem soli solanką tak, aby stężenie chlorku sodu w gotowym produkcie wynosiło 12 - 16%.

Wpływ Warunków Środowiska na Drobnoustroje

Oddziaływanie środowiska i drobnoustrojów ma charakter wzajemny. Drobnoustroje powodują zmiany w środowisku natomiast warunkują aktywność drobnoustrojów. Warunki środowiska decydują o wzroście i procesach rozmnażania się drobnoustrojów. Do głównych czynników środowiskowych wpływających na aktywność drobnoustrojów zalicza się:

Woda - wilgotność środowiska
Temperatura - różne gatunki drobnoustrojów wykazują najwyższą aktywność w różnych temperaturach jednak najliczniejsza grupa rozwija się w temperaturze od 15°C do 25°C
Promieniowanie - większość rodzajów promieniowania niszczy drobnoustroje (ultrafiolet) drobnoustroje są nieodporne na ultra dzięki.
Odczyn środowiska - kwaśność pH, ciśnienie osmotyczne, związki chemiczne itp.

Wpływ Wody na Drobnoustroje

Aby drobnoustroje mogły się rozwijać dynamicznie w sposób prawidłowy, nieodzownym składnikiem jest wysoka wilgotność ich środowiska bytowania (drobnoustroje pobierają substancje odżywcze ze środowiska w postaci wodnych roztworów i wydalają produkty wymiany materii oraz substancje szkodliwe i zbędne również w postaci wodnego roztworu. Wilgotność środowiska konieczna dla utrzymania aktywności bakterii wynosi 30%, natomiast wilgotność środowiska konieczna dla rozwoju pleśni wynosi ok.15%. żywności. Ograniczając wilgotność poniżej wartości krytycznej dla drobnoustrojów hamujemy lub zatrzymujemy ich rozwój (nieodporne na niską wilgotność środowiska są głównie formy wegetatywne, czyli dojrzałe bakterie). Ograniczenie wilgotności środowiska powoduje przejście bakterii wegetatywnych do postaci przetrwalnikowej, tak mogą bytować przez bardzo długi okres czasu.

Obecność wody decyduje także o ciśnieniu osmotycznym w środowisku. Wewnątrz komórki panuje stosunkowo wysokie ciśnienie osmotyczne, nadające jej odpowiednią prężność. Zmieniając ciśnienie osmotyczne podłoża można wywołać negatywne zjawiska wewnątrz komórkowe.

Zmniejszając ciśnienie osmotyczne np. zjawisko PLAZMOLIZY - jest to odciąganie wody z komórki, czyli ze środowiska o niższym ciśnieniu osmotycznym do środowiska o ciśnieniu wyższym powodując śmierć komórki.
Zwiększając ciśnienie osmotyczne, np. przez umieszczenie komórki w wodzie destylowanej, powoduje zjawisko PLAZMOTYZY - jest to gwałtowne przenikanie wody do wnętrza komórki powodujące pęcznienie komórki, połączone często z rozerwaniem błony komórkowej.

Modyfikacja Wilgotności w Technologii Żywności

Regulowanie wilgotności środowiska jest wykorzystywane jako proces w technologii żywności mający na celu pobudzenie aktywności drobnoustrojów lub ograniczenie jej. Cele te są osiągane przez zwiększenie lub zmniejszenie wilgotności środowiska.

Zwiększenie Wilgotności Środowiska

W celu pobudzenia np. odparowanie określonej ilości wody przy wykorzystaniu ruchu gorącego powietrza. Proces ten wykorzystywany jest w przetwórstwie owoców i warzyw do uzyskiwania takich surowców jak suszone jabłka, śliwki, figi, daktyle, itp. Suszenie konwekcyjne może przebiegać dwoma podstawowymi metodami: a) Metody naturalne b) Stosowanie suszarek owiewowych.

Suszenie Rozpyłowe

Dotyczy surowców w stanie płynnym lub półpłynnym. Proces ten polega na uzyskaniu suchej masy poprzez odparowanie wody z rozpylonej cieczy. Metodę tą wykorzystuje się min. proszku. Suszenie rozpyłowe przebiega przy wykorzystaniu tzw. Suszarek rozpyłowych. Odbywa się to na tej zasadzie, że ciecz jest wtłaczana do bębna suszarki w postaci rozpylonej (aerozolu), drobne cząsteczki cieczy dostają się pod wpływ gorących strumieni powietrza, woda przechodzi w parę wodną a na dno suszarki opada sucha masa w postaci proszku.

Suszenie Osmotyczne

Wykorzystywane jest głównie w przetwórstwie owocowo-warzywnym do produkcji owoców i warzyw kandyzowanych. W procesie tym wykorzystuje się zjawisko osmozy. środowiska syropu powodując zmniejszenie wilgotności surowca, z kolei syrop przenika do wnętrza owocu dążąc do wyrównania ciśnienia pomiędzy środowiskiem wewnętrznym a zewnętrznym.

Suszenie Sublimacyjne

Przebiega przy zastosowaniu zjawiska liofilizacji, czyli przejścia wody z postaci lodu bezpośrednio w parę wodną. Suszenie liofilizacyjne przebiega w specjalnych suszarkach sublimacyjnych. Metoda ta stosowana jest w większości branż przemysłu spożywczego do suszenia np. owoców, warzyw, mięsa i jego przetworów, produktów piekarskich, itp. Produkty uzyskane tym sposobem po ponownej rehydratacji, czyli uwodnieniu zachowują większość cech produktu świeżego.

Metody Utrwalania Wykorzystujące Metabolity

Metody utrwalania żywności polegające na wykorzystaniu metabolitów polegają na wyprodukowaniu w żywności takich substancji, które nie są szkodliwe dla ludzi, a uniemożliwiają rozwój innych drobnoustrojów. Do takich metabolitów można zaliczyć alkohole otrzymywane poprzez fermentację alkoholową oraz kwas mlekowy wytwarzany przez bakterie kwasu mlekowego, które stosowane są do zakwaszania żywności.

Fermentacja Mlekowa

Fermentacja mlekowa polega na wyhodowaniu w żywności (np. gnilnych, które doprowadzają do psucia się żywności. Obniżenie kwasowości, czyli wzrost pH prowadzi do rozwoju bakterii masłowych i innych bakterii proteolitycznych. Mikroflora doprowadza do ukiszenia warzyw i składa się z różnych drobnoustrojów, które można podzielić na hemofermentatywne, heterofermentatywne, i paciorkowce. Kwas mlekowy obniża pH kiszonek 4-3, 5% i nadaje mu trwałość szczególnie w obniżonej temperaturze.

Metoda Utrwalania Ciepłem

Termiczna inaktywacja drobnoustrojów następuje dopiero po przekroczeniu temperatury maksymalnej dla ich wzrostu a więc po osiągnięciu tzw. Minimalnej temperatury letniej. Powoduje ona denaturację białka i niszczenie enzymów w komórkach drobnoustrojów. nieograniczenie długiego czasu ogrzewania. W technologii żywności występują różne operacje cieplne, w których jest stosowana temperatura zabójcza dla drobnoustrojów jak np. gotowanie, pieczenie, smażenie, tostowanie.

Operacje Cieplne

Termizacja: Polega na ogrzewaniu żywności w temperaturze 55-60°C przez ok. 15s. Jest ona stosowana np. do przedłużenia trwałości mleka surowego.
Pasteryzacja: Określana jest jako łagodne ogrzewanie żywności w temperaturze nie przekraczającej 100°C. Ma ona na celu zniszczenie chorobotwórczych drobnoustrojów, przedłużenie trwałości produktu.

Chłodzenie i Zamrażanie

Chłodzenie: Czyli stosowanie temperatury w granicach od 0°C do 4°C. Chłodzenie jest to wymiana ciepła między produktem spożywczym a ośrodkiem chłodzącym towarzyszy temu odparowanie pewnej ilości wody i przenoszenie ciepła z głębszych warstw powierzchni.
Zamrażanie: Czyli stosowanie temperatury, co najmniej -18°C. komórkowych lub danego roztworu. Tworzą się wówczas kryształki lodu na skutek całkowitego lub częściowego odprowadzenia wody. W zamrażalnictwie stosuje się dwie metody zamrażania: a) Zamrażanie powolne b) Zamrażanie szybkie

Metoda Zamrażania	Temperatura	Czas Trwania
Zamrażanie Powolne	-10°C do -20°C	Kilkanaście do kilkudziesięciu godzin
Zamrażanie Szybkie	Poniżej -18°C	Krótki czas

tags: #osmoza #utrwalanie #żywności #proces