PL229817B1 - Sposób sanitaryzacji oraz obniżania pozostałości pestycydów w materiale roślinnym w procesie suszenia oraz urządzenie do realizacji tego sposobu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób sanitaryzacji oraz obniżania pozostałości pestycydów w materiale roślinnym w procesie suszenia oraz urządzenie do realizacji tego sposobu z wykorzystaniem atmosfery ozonowej. Przedmiotem wynalazku jest sposób sanitaryzacji oraz obniżenia pozostałości pestycydów w materiale roślinnym w procesie suszenia z wykorzystaniem atmosfery ozonowej, który charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie suszenia prowadzi się go w temperaturze otoczenia w obiegu zamkniętym czynnika suszącego, który stanowi mieszanina powietrza z ozonem o stężeniu do 30 ppm, przez co najmniej 1 godzinę, po czym otwiera się obieg poprzez połączenie przestrzeni komory z suszonym materiałem roślinnym z otoczeniem i prowadzi się dalszy proces suszenia znanymi sposobami według wymagań danego materiału. Z kolei urządzenie do realizacji wyżej przedstawionego sposobu sanitaryzacji zawierające komorę (1) z osprzętem pomiarowym, pompę (4) powietrza, nagrzewnicę (3) oraz rurociąg (2) łączący je z komorą (1), charakteryzuje się tym, że z rurociągiem (2) łączącym komorę (1) z nagrzewnicą (3) i pompą (4) połączony jest przewód rurowy (5) z zaworem (6) doprowadzający ozon, jak również pompa (4) powietrza poprzez przewód rurowy (7) z trójdrożnym zaworem (8) połączona jest bezpośrednio z komorą (7) i otoczeniem.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób sanitaryzacji oraz obniżania pozostałości pestycydów w materiale roślinnym w procesie suszenia oraz urządzenie do realizacji tego sposobu z wykorzystaniem atmosfery ozonowej.

Jakość mikrobiologiczna materiału roślinnego to ważny czynnik, który nie tylko wpływa na jakość surowca ale często stanowi o jego przydatności do spożycia. Zanieczyszczenie drobnoustrojami ziół zarówno świeżych, jak i utrwalonych, może być przyczyną ich zepsucia, zmian cech sensorycznych oraz stanowić zagrożenie zdrowotne, z uwagi na możliwość występowania mikroflory patogennej i mikotoksyn (Doyle M.P., Erickson M.C.: Summer meeting 2007 - the problems with fresh produce: an overview. J. Appl. Microbiol., 2008, 105, 317-330., Zagory D.: Effects of post-processing handling and packaging on microbial populations. Postharvest Biol. Technol., 1999,15, 313-321.).

Dekontaminacja jest złożonym procesem, który ma na celu usunięcie i dezaktywację szkodliwych substancji zwłaszcza chemikaliów, materiałów radioaktywnych czy też czynników biologicznych, które zagrażają zdrowiu lub życiu ludzi poprzez bezpośredni kontakt lub używane sprzęty.

Odkażanie mikrobiologiczne ziół dotyczy zwłaszcza neutralizacji oraz niszczenia drobnoustrojów, mikroorganizmów grzybów oraz pasożytów. W efekcie tego procesu uzyskuje się spowolnianie procesów gnilnych, ale także biologicznych takich jak kiełkowanie, dojrzewanie czy starzenie. Problem ten bliżej przedstawiono w publikacji autorstwa Kędzi B. pt. „Drogi zanieczyszczenia surowców zielarskich drobnoustrojami (Herba Pol 1/2002, str. 35-51).

Wybór metody dekontaminacji zależy od wielu czynników, a jej efektywność jest wynikiem sposobu działania czynnika odkażającego oraz stanu surowca a także składu jakościowego i ilościowego mikroflory skażającej. Tym większe jest prawdopodobieństwo pozostawienia mikroflory szczątkowej im większe jest zanieczyszczenie pierwotne surowca.

Aktualnie metody dekontaminacji stosowane dla surowców roślinnych w większości przypadków przejawiają dużą skuteczność w redukcji mikroflory zakażającej, aczkolwiek często przyczyniają się do strat związków biologicznie aktywnych, między innymi polifenoli, czy olejków eterycznych, powodują szereg zmian organoleptycznych lub też działają wybiórczo na zanieczyszczenia mikrobiologiczne. Dlatego też poszukiwane są nowe metody umożliwiające dekontaminacje przypraw oraz ziół, co wynika między innymi z publikacji autorstwa Brodowska A., Śmigielski K., Nowak A. pt. „Innowacje w dekontaminacji surowców roślinnych” jak również z Materiałów konferencyjnych Łódzkiego Sympozjum Doktorantów Chemii, Łódź 4/2013 str. 39.p.

Znana jest metoda obniżania pozostałości pestycydów w materiale roślinnym opisana w publikacji P. Antos, A. Kurdziel, S. Sadło, M. Balawejder - Preliminary Study on the Use of Ozonation for the Degradation of Dithiocarbamate Residues in the Fruit Drying Process: Mancozeb Residue in Blackcurrant is the Example Used - Journal of Plant Protection Research, Vol. 53, No. 1, s. 48-52. W pracy tej opisano wpływ ozonowania łączonego z suszeniem na pozostałości ditiokarbaminianów w czarnej porzeczce. Metoda ta jest skuteczna ale cechuje się dużym zużyciem ozonu, który podawany jest do przepływowej komory, z której jego nadmiar jest wydalany i bezpowrotnie tracony. Ma to istotny niekorzystny wpływ na koszty takiego procesu, ponieważ generowanie ozonu jest energochłonne.

Metoda Ultra High Pressure zyskuje ostatnimi czasy coraz większe zainteresowanie. Polega na wykorzystaniu wysokiego ciśnienia hydrostatycznego w granicach 300-1000 MPa. Metoda ta jest skuteczna w stosunku do drożdży, pleśni, wegetatywnych form bakterii oraz mikroflory saprofitycznej. Po zastosowaniu tej metody populacja bakterii Escherichia coli zostaje zredukowana niemal całkowicie, drożdże patogenne z rodzaju Candida albicans w ciągu 5 minut giną pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego ok. 500 MPa. Metoda ta jednak wywiera niekorzystne działanie na surowiec, taki jak zmiany zawartości olejku eterycznego oraz izomeryzacja piperyny.

Kombinacja ditlenku węgla pod ciśnieniem i wysokiego ciśnienia hydrostatycznego (300-1000 MPa) umożliwia zachowanie substancji biologicznie czynnych, w tym olejków eterycznych. Ponadto stosunkowo skutecznym sposobem odkażania surowców ziołowych jest ekstruzja, która polega na równoczesnym, krótkotrwałym działaniu wysokiej temperatury rzędu 120-200°C i ciśnienia 20 MPa. Zastosowanie tej metody w przypadku surowców wysoce zanieczyszczonych mikrobiologicznie takich jak: czerwona papryka, czarny pieprz powoduje redukcję liczby drobnoustrojów nawet o 10⁶ komórek/g. Ekstruzja natomiast nie powoduje znaczących zmian cech organoleptycznych surowców ziołowych, jednak wadą tej metody jest zmiana konsystencji surowca co wynika z publikacji autorów Kunicka-Styczyńska A.,

PL 229 817 B1

Śmigielski K. pt. „Bezpieczeństwo mikrobiologiczne surowców ziołowych” (Przemysł Spożywczy 6/2011 str. 50-53).

Wykorzystanie pary wodnej jest również bardzo efektywnym sposobem i szeroko stosowanym do odkażania przypraw ziołowych, rzadziej do surowców ziołowych. Mechanizm działania polega na próżniowym odpowietrzeniu surowca, sterylizacji parą o temperaturze 100-200°C i suszeniu gorącym powietrzem i szybkim schłodzeniu. Metoda ta wywołuje istotne ograniczenie liczby pałeczek z rodziny Enterobacteriaceca, ziarniaków z rodzaju Bacillus i Clostridium, a także pleśni i drożdży co wynika też z publikacji autorstwa Remiszewski M., Kulczak M., Jeżewska M., Korbas E., Czajkowska D. pt. „ Wpływ procesu dekontaminacji z zastosowaniem pary wodnej na jakość wybranych przypraw’ (Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 3/2006 (48), str. 23-34). Jednak po procesie dekontaminacji z zastosowaniem pary wodnej niektórych ziół jak kolendra, bazylia, tymianek, majeranek stwierdzono nieznaczne odbarwienie surowców oraz zanik odcienia zielonego. Stwierdzono również mniej intensywny zapach i smak tych przypraw po obróbce, w stosunku do odpowiadających im surowców wyjściowych. Skutkiem niekorzystnym procesu z wykorzystaniem pary wodnej mogą być także zmiany cech organoleptycznych surowców w tym barwy, a także obniżenie ilości związków biologicznie czynnych. Proces ten nie może być stosowany do surowców sproszkowanych, gdyż pod wpływem pary ulegają one zbryleniu. Znanych jest kilka modyfikacji tej metody które są związane ze zmianami temperatury i/lub czasu trwania procesu prowadzących do uzyskania produktu finalnego o możliwie najwyższej jakości mikrobiologicznej i sensorycznej.

Również promieniowanie podczerwone jest metodą dekontaminacji surowców ziołowych, która gwarantuje szybką obróbkę termiczną powierzchni surowca, jednocześnie bez przeniknięcia ciepła w głąb produktu. Sposób ten jest relatywnie mało skuteczny w porównaniu z innymi metodami i posiada negatywne skutki jak, ubytek lotnych składników olejków eterycznych, nawet do 50%. Napromieniowanie drobnoustrojów zmniejsza jednak ich odporność na termiczne i chemiczne niszczenie, co jest wykorzystywane w skojarzonych metodach utrwalania żywności. Liczne badania wykazały, że napromieniona żywność nie zwiększa ryzyka narażenia na szkodliwe substancje chemiczne w stopniu większym niż inne konwencjonalne metody utrwalania produktów spożywczych. Specyfika zmian zależy od chemicznego składu produktu, dawki promieniowania, temperatury oraz dostępu światła i tlenu podczas napromieniania. W produktach napromieniowanych nie są zniszczone wszystkie drobnoustroje i enzymy, dlatego w celu pełniejszego utrwalenia żywności promieniowanie stosuje się w połączeniu z innymi metodami konserwowania, jak chłodzenie, solenie, pasteryzacja, wędzenie itp.

Odmiana alotropowa tlenu ozon znalazł zastosowanie również w procesie obniżania pozostałości pestycydów i innych szkodliwych czynników żywności.

Jak wynika z opisu patentowego US 8377385 B2 zastosowanie niewielkich stężeń rozpuszczonego ozonu od 0.1 do 0.3 ppm umożliwia redukcje najczęstszych organizmów stanowiących skażenie mikrobiologiczne żywności, to jest e. coli, salmonella, listeria, campylobacter, shigella oraz staphylococcus.

Z opisu patentowego EP 2 183 982 A1 znane jest urządzenie przeznaczone do detoksykacji produktów spożywczych w szczególności zbóż z mykotoksyn. Urządzenie umożliwia wprowadzenie mieszaniny ozonu i powietrza do komory z surowcem roślinnym. W komorze panuje obniżona do 0°C temperatura, co korzystnie wpływa na wydajność reakcji rozkładu mykotoksyn pod wpływem ozonu.

Również z opisu patentowego US 6 171 625 B1 znane jest urządzenie do detoksykacji żywności z mykotoksyn z wykorzystaniem ozonu jako czynnika oczyszczającego. Urządzenie charakteryzuje się obecnością mechanicznego rozwiązania, które ułatwia dystrybucje ozonu w produktach spożywczych wewnątrz komory. W szczególności korzystny efekt wynika z zastosowania iniektora ozonu w kształcie pionowo zorientowanego obracającego się cylindra z otworami umożliwiającymi wprowadzanie ozonu do komory. Dodatkowo do cylindra zamontowane są łopatki mieszające detoksykowany surowiec.

Przedmiotem wynalazku jest sposób sanitaryzacji oraz obniżenia pozostałości pestycydów w materiale roślinnym w procesie suszenia z wykorzystaniem atmosfery ozonowej, którą stanowi mieszanina powietrza z ozonem o stężeniu do 30 ppm, który charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie procesu suszenia prowadzi się go w temperaturze otoczenia w obiegu zamkniętym, przez co najmniej 1 godzinę, po czym otwiera się obieg poprzez połączenie przestrzeni komory z suszonym materiałem roślinnym z otoczeniem i prowadzi się dalszy proces suszenia znanymi sposobami według wymagań danego materiału.

PL 229 817 B1

Z kolei urządzenie do realizacji wyżej przedstawionego sposobu sanitaryzacji zawierające komorę z osprzętem pomiarowym, pompę powietrza, nagrzewnicę oraz rurociąg z przewodem doprowadzającym ozon łączący je z komorą, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że pompa poprzez przewód rurowy z trójdrożnym zaworem połączona jest bezpośrednio z komorą oraz otoczeniem i równocześnie połączona jest z tą komorą rurociągiem z nagrzewnicą i przewodem rurowym z zaworem doprowadzającym ozon.

Poza tym urządzenie to wyposażone jest w pojemnik, którego boczne ściany stanowi siatka a dolna jego część oddzielona jest od przestrzeni załadowczej siatką podtrzymującą i wyposażona w przyłącz rozdzielnie połączony z końcówką rurociągu w komorze.

Stosowanie sposobu sanitaryzacji oraz obniżanie pozostałości pestycydów w materiale roślinnym w procesie suszenia, z wykorzystaniem w pierwszym etapie mieszaniny ozonu i powietrza w odpowiednim stężeniu dzięki zastosowaniu zamkniętego obiegu czynnika suszącego uzyskano istotne ograniczenie zapotrzebowania na ozon, co znacznie obniża koszt tego procesu. Dotychczas znane i stosowane sposoby suszenia są znacznie droższe, ponieważ jak to już wcześniej wspomniano generowanie ozonu jest energochłonne. Realizacja tego sposobu jest możliwa w wyniku opracowania nowego rozwiązania urządzenia do prowadzenia suszenia. Poza tym wyposażenie urządzenia do suszenia, zgodnie z wynalazkiem, w siatkowy pojemnik z wydzieloną dolną przestrzenią nadmuchową, która jest połączona bezpośrednio z rurociągiem dostarczającym w pierwszym etapie mieszaninę powietrza z ozonem a w dalszym procesie suszenia nagrzane powietrze w istotny sposób przyśpiesza sanitaryzację i samo suszenie.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładowych wykonaniach, przy czym urządzenie do realizacji sposobu sanitaryzacji oraz obniżenia pozostałości pestycydów w procesie suszenia z wykorzystaniem atmosfery ozonowej przedstawiono w ujęciu schematycznym na rysunku, na którym na fig. 1 pokazano go w widoku perspektywicznym natomiast na fig. 2 w takim samym ujęciu to urządzenie wyposażone w specjalny pojemnik na suszony materiał roślinny.

Jak to przedstawiono na fig. 1 urządzenie do realizacji sposobu zgodnego z wynalazkiem stanowi komora 1, której wewnętrzna przestrzeń jest połączona poprzez rurociąg 2 i nagrzewnicę 3 z pompą 4 czynnika suszącego. Również z rurociągiem 2 przed komorą 1 połączony jest przewód rurowy 5 z zaworem 6 doprowadzający ozon. Poza tym pompa 4 poprzez przewód rurowy 7 z trójdrożnym zaworem 8 połączona jest bezpośrednio z komorą 1, która z kolei poprzez ten zawór 8 połączona jest z destruktorem 9 ozonu resztkowego oraz otoczeniem. W komorze 1 zainstalowany jest wentylator 10 zwiększający turbulentność czynnika suszącego, jak również są z nią sprzężone: manometr 11, termometr 12 oraz czujnik 13 stężenia ozonu. Przestrzeń wewnętrzna odcięta jest od otoczenia poprzez gazoszczelne drzwi 14.

Przedmiotowe urządzenie jak to pokazano na fig. 2 może być wyposażone w pojemnik 15, którego boczne ściany 16 stanowi siatka a dolna jego część 17 oddzielona jest od przestrzeni załadowczej 18 siatką podtrzymującą 19 i wyposażona w przyłącz 20 rozdzielnie łączony z końcówką 21 rurociągu 2 w komorze 1.

W celu realizacji procesu suszenia zgodnie z wynalazkiem materiał roślinny umieszczany jest w odrębnym opakowaniu, lub korzystnie w wyżej opisanym pojemniku 15, który wprowadzamy do komory 1 i poprzez przyłącz 20 łączymy z końcówką 21 rurociągu 2 a przestrzeń wewnętrzną komory 1 odcinamy od otoczenia gazoszczelnymi drzwiami 14. W początkowym etapie suszenia odcinamy tą przestrzeń od otoczenia również zaworem trójdrożnym 8 tworząc obieg zamknięty czynnika suszącego. Po otwarciu zaworu 6 na przewodzie rurowym 5 doprowadzającym ozonu uruchamiamy pompę 4, wentylator 10 w komorze 1 oraz wytwornice ozonu nie uwidocznioną na rysunku. Po zakończeniu wstępnego etapu suszenia z zastosowaniem czynnika suszącego, który stanowi mieszanina powietrza i ozonu, zamykamy zawór 6 odcinając dopływ ozonu do rurociągu 2, poprzez zawór trójdrożny 8 łączymy przestrzeń wewnętrzną komory 1 z destruktorem 13 ozonu i otoczeniem oraz włączamy nagrzewnicę 3.

Wykorzystując osprzęt pomiarowy 11, 12 i 13 komory 1 ustalamy parametry dalszego suszenia i realizujemy go aż do uzyskania suszu o wymaganej jakości.

Dysponując urządzeniem wyposażonym w pojemnik 15, przy jego zastosowaniu zrealizowano w przykładowych wykonaniach sposób będący przedmiotem wynalazku.

P r z y k ł a d 1:

Owoce porzeczki umieszczono w pojemniku 15 a następnie w komorze 1 urządzenia. Pojemnik podłączono do rurociągu 2 zasilającego a następnie poddano suszeniu strumieniem ozonu i powietrza

PL 229 817 B1 w przepływie 22,4 m³/h o stężeniu 20 ppm w czasie 1 godziny w temperaturze otoczenia, ustawiając zawór trójdrożny 8 na pracę w obiegu zamkniętym. Następnie suszone porzeczki poddano działaniu podwyższonej temperatury stosując podgrzane powietrze w przepływie 16 m³/h, ustawiając zawór 8 w pozycji pozwalającej na wydostanie się gazów do otocznia. Zastosowano następujący tryb postępowania: suszenie przez 10 godzin w temperaturze 40°C, następnie prowadzimy dalsze suszenie 12 godzin w temperaturze 50°C na końcu dosuszanie przez 8 godz. w temperaturze 70-80°C. Po tym procesie oznaczono poziom ditiokarbaminianów (Mancozebu) metodą spektrofotometryczną notując redukcję o 67% w stosunku do materiału wyjściowego po uwzględnieniu współczynnika redukcji masy.

P r z y k ł a d 2:

Krajankę świeżo ściętego oregano umieszczono w pojemniku 15 a następnie w komorze 1 urządzenia. Pojemnik 15 podłączono do rurociągu 2 zasilającego, a następnie poddano suszeniu strumieniem ozonu i powietrza w przepływie 1,08 m³/h o stężeniu 10 ppm w czasie 1 godziny w temperaturze otoczenia ustawiając zawór trójdrożny 8 na pracę w obiegu zamkniętym. Następnie suszony materiał poddano działaniu podwyższonej temperatury stosując podgrzane powietrze w przepływie 16 m³/h, ustawiając zawór 8 w pozycji pozwalającej na wydostanie się gazów do otocznia. Zastosowano następujący tryb postępowania: najpierw suszenie przez 1 godzinę w temperaturze 60°C następnie dosuszanie przez 1 godzinę w temperaturze 70°C osiągając 10 krotną redukcję masy. Wysuszony materiał poddano analizie mikrobiologicznej. W tym celu przygotowano serię dziesięciokrotnych rozcieńczeń w zakresie 10^-1-10^-7 i wysiano metodą powierzchniową na agar odżywczy w celu oznaczania ogólnej liczby jednostek tworzących kolonie oraz na agar Czapka do hodowli i identyfikacji grzybów. Zanotowano redukcję ogólnej liczbę j.t.k o około 6 log j.t.k/g, uwzględniając redukcję masy, a w przypadku zakażeń grzybicznych jałowość posiewów. W celu oceny wpływu procesu na jakość surowca oznaczono zawartość olejków eterycznych zgodnie z PN oraz ich skład metodą chromatograficzną. Równolegle te same oznaczania wykonano dla próby nie podanej procesowi. Wydajność olejku w obu próbach wyznaczono na 1,5±0,2%, a w składzie nie odnotowano istotnych zmian.

Claims (3)

1. Sposób sanitaryzacji oraz obniżenia pozostałości pestycydów w materiale roślinnym w procesie suszenia z wykorzystaniem atmosfery ozonowej, którą stanowi mieszanina powietrza z ozonem o stężeniu do 30 ppm, znamienny tym, że w pierwszym etapie procesu suszenia prowadzi się go w temperaturze otoczenia w obiegu zamkniętym, przez co najmniej 1 godzinę, po czym otwiera się obieg poprzez połączenie przestrzeni komory z suszonym materiałem roślinnym z otoczeniem i prowadzi się dalszy proces suszenia znanymi sposobami według wymagań danego materiału.

2. Urządzenie do realizacji sposobu sanitaryzacji oraz obniżenia pozostałości pestycydów w materiale roślinnym w procesie suszenia z wykorzystaniem atmosfery ozonowej, zawierające komorę z osprzętem pomiarowym, pompę powietrza, nagrzewnicę oraz rurociąg z przewodem doprowadzającym ozon łączący je z komorą, znamienne tym, że pompa /4/ poprzez przewód rurowy /7/ z trójdrożnym zaworem /8/ połączona jest bezpośrednio z komorą /1/ oraz otoczeniem i równocześnie połączona jest z tą komorą /1/ rurociągiem /2/ z nagrzewnicą /3/ i przewodem rurowym /5/ z zaworem /6/ doprowadzającym ozon.

3. Urządzenie zgodne z zastrz. 2, znamienne tym, że posiada pojemnik /15/, którego boczne ściany /16/ stanowi siatka, a dolna część /17/ oddzielona jest od przestrzeni załadowczej /18/ siatką podtrzymującą /19/ i wyposażona w przyłącz /20/ rozdzielnie połączony z końcówką /21/ rurociągu /2/ w komorze /1/.