Owoce liofilizowane. Jak powstają i czy owoce liofilizowane są zdrowe

Metoda liofilizacji znana jest już od bardzo dawna. Już w 1938 firma Nestle otrzymała w ten sposób liofilizowaną kawę Nescafe [1]. Na masową skalę stosowano liofilizację w trakcie II wojny światowej, ze względu na ogromne zapotrzebowanie na osocze krwi ludzkiej [2]. Żywność liofilizowana znalazła także zastosowanie w kosmosie. W 1968 roku została wykorzystana podczas misji Apollo [3]. Mimo to dopiero niedawno zaczęła odgrywać większą rolę w przemyśle spożywczym. Skąd tam zmiana? Głównie ze względu na modę na zdrowe koktajle. Coraz częściej spotyka się owoce liofilizowane w saszetkach, do których wystarczy dodać wodę i „posiłek” gotowy.

A czy właściwie tak jest, jak mówią influencerzy, że to świetny zamiennik zwykłych owoców pełen dobroczynnych właściwości? Sprawdźmy.

Jak powstają owoce liofilizowane. Poznaj proces liofilizacji

Liofilizacja to „odwadnianie żywności, leków, tkanek itp. w stanie zamrożonym, w celu ich zakonserwowania” (słownik PWN online [4]). Inna nazwa tego procesu to suszenie sublimacyjne.

Liofilizacja jest złożonym, kosztownym i wieloetapowym procesem produkcji żywności. Etapy produkcji można podzielić na 3 główne grupy, czyli:

1. zamrażania
2. sublimacji
3. desorpcji

Zamrażanie

Pierwszy z nich polega na oddzieleniu rozpuszczalnika, od substancji rozpuszczonych. Najczęściej występującym rozpuszczalnikiem jest woda. W przypadku produktów biologicznych mogą być to także inne substancje np. chloroform, dioksan, tetrachlorek węgla i benzen. W efekcie powstaje lód.

Na tym etapie usuwane jest nawet 99% zawartości wody. Od temperatury, w jakiej prowadzony jest ten etap, w bardzo dużej mierze zależy jakiej objętości będzie produkt po ponownym dodaniu wody, a nie od początkowego stężenia substancji.

Sublimacja

Kolejny etap to sublimacja, czyli usunięcie wody z produktu w postaci lodu, przez bezpośrednie przejście do stanu gazowego. Etap ten zachodzi podczas dyfuzyjnej wymiany masy, przy różnicy ciśnień / gradiencie ciśnień, pomiędzy produktem suszonym – próbą, a zmrożoną powierzchnią skraplacza. Para wodna musi być usunięta, w jak najkrótszym czasie, w kontrolowanych warunkach. W innym wypadku dochodzi do uszkodzenia strukturalnego suszonego produktu.

Desorpcja

Ostatni już etap to desorpcja / drugie suszenie / dosuszanie. Polega ona na usunięciu pozostałej wody, do poziomu poniżej 1%. Najlepsze efekty daje dosuszanie w wysokiej temperaturze, w krótkim czasie. Warunki na każdym etapie, muszą być dostosowywane do suszonego materiału [2] [5].

Jakie produkty się liofilizuje oprócz owoców?

Liofilizacji można poddać wiele produktów, które można podzielić na 3 grupy:

• Preparaty „nieżyjące”. Hormony, osocze krwi, serum, oraz wszelkiego rodzaju produkty spożywcze (w tym także owoce),
• Preparaty tkankowe. Używane do transplantacji chirurgicznych,
• Preparaty „komórki żyjące”. W tym drożdże, wirusy, bakterie (m.in. produkcja probiotyków i szczepionek), a nawet gamety ludzkie. Dzięki temu przechowywać je można znacznie dłuższy czas niż w przypadku stosowanych do tej pory metod. Daje to naprawdę wielkie możliwości dla rozwoju medycyny [5] [6].

Liofilizację przeprowadza się obecnie głównie w fabrykach, gdyż jest ona kosztowna, czasochłonna i mało wydajna. Jednak powstają już na rynku także domowe liofilizatory. Obecnie efekty liofilizacji owoców w warunkach domowych, nie będą takie same jak podczas liofilizacji przemysłowej. Jednak daje to nadzieje na przyszłe możliwości dla konsumentów [7].

Jak liofilizacja wpływa na owoce

Nie tylko sam proces liofilizacji wpływa na wygląd, skład i teksturę produktów liofilizowanych, ale także warunki, w jakich jest prowadzony.

Jednym z tych warunków jest zamrażanie. Jak wynika z badania [8], w którym sprawdzano wpływ sposobu zamrażania na barwę, zawartość chlorofilu i teksturę kiwi, metoda zamrażania szokowego (-70*C) okazała się najlepsza w porównaniu do mrożenia tradycyjnego (w -25*C) oraz z zastosowaniem Ogniwa Peltiera 5A. Jest to ogniwo składające się z 2 płytek, w którym wykorzystuje się różnicę elektronów między płytkami, z których się składa. Sprawia to, że jedna część może służyć jako chłodziarka, a druga jako grzejnik).

Kryształy lodu, powstałe podczas tego typu zamrażania, miały najmniejszy rozmiar. Jest to o tyle ważne, że gdy kryształy są większe i narastają powoli, dochodzi do mechanicznego uszkodzenia komórek zamrażanego produktu. Tym samym prowadzi to do pogorszenia tekstury liofilizatów. Podczas zamrażania szokowego doszło także do mniejszego zmniejszenia ilości chlorofilu oraz zmiany barwy, nawet po dwumiesięcznym przechowywaniu, w porównaniu z pozostałymi metodami [8].

Kolejnym warunkiem jest temperatura, w której przeprowadzany jest proces. Nie jest ona ściśle określona, a uwarunkowana od produktu, który poddawany jest liofilizacji.

Dla przykładu: jak wynika z jednego z badań, w przypadku dzikiej róży, najlepsze efekty oraz zachowanie witaminy C daje suszenie w temperaturze 25 °C i zastosowania maltodekstryny, jako składnika ochronnego [9].

Czy liofilizacja się opłaca?

W porównaniu z innymi metodami, takimi jak suszenie konwekcyjne oraz próżniowe, liofilizacja wypada najlepiej. Produkty uzyskane w ten sposób charakteryzują się uzyskaniem efektu końcowego o najlepszych cechach, najniższej aktywności wody i skurczu oraz najwyższej porowatości i nasyceniu barwy. Jednak nie w każdym przypadku liofilizacja jest na tę chwilę opłacalna [10]. Kilka przykładów na potwierdzenie:

Liofilizowana dynia

Liofilizowana dynia jako owoc pod względem botanicznym stanowi cenne źródło luteiny, zeaksantyny i β-karotenu [10].

Liofilizowana dzika róża

Liofilizowana dzika róża charakteryzuje się większą zawartością związków bioaktywnych, silniejszymi właściwościami przeciwutleniającymi (wyższą zdolnością neutralizacji wolnych rodników DPPH), większą zawartością likopenu, rubiksantyny oraz nienasyconych kwasów tłuszczowych (zwłaszcza C18:3 9c12c15c) we frakcji lipidowej, w porównaniu z suszem uzyskiwanym metodą konwekcyjną [11].

Liofilizowana borówka czernica

Porównując aktywność biologiczną borówki czernicy surowej oraz poddanej różnym procesom technologicznym, wynika, że największą zawartość polifenoli i witaminy C, a tym samym aktywność przeciwutleniającą, miały borówki niepoddane żadnemu procesowi technologicznemu. Kolejno sklasyfikowano borówki mrożone, w postaci konfitury, soków z surowych owoców oraz soków pasteryzowanych. Natomiast w przypadku liofilizacji, po uwzględnieniu wydajności procesu uznano, iż nie jest to odpowiednia metoda utrwalania owoców borówki czernicy [12].

W celu ulepszenia procesu liofilizacji owoce poddaje się odwodnieniu osmotycznemu. Sprawia ono, że charakteryzują się one większą zawartością witaminy C, w porównaniu do owoców suszonych i liofilizowanych poddanych wcześniej odwadnianiu osmotycznemu [13].

Jak przechowywać owoce liofilizowane

Odpowiednie przechowywanie zarówno owoców liofilizowanych, jak i ogólnie żywności, ma bardzo duży wpływ na jego jakość. Tym samym ma też wpływ m.in. dostępność związków biologicznych.

Na stan produktów liofilizowanych ma wpływ zarówno temperatura, jak i czas przechowywania.

W badaniu [14] wykazano, że przechowywanie malin liofilizowanych w temperaturze 35 C i 45 C po 39 tygodniach, spowodowało utratę prawie wszystkich obecnych początkowo w malinach antocyjanów. W 25 C antocyjany zachowały aktywność biologiczną przez 8 tygodni. W każdym przypadku odnotowano zmniejszenie intensywności barwy suszu [14].

Jak wynika z badań, najlepszym miejscem przechowywania liofilizowanych owoców są warunki chłodnicze (ok. 3 ̊C). W ten sposób możemy przechowywać produkty, co najmniej  9 miesięcy.

Słabiej sprawdza się przechowywanie w temperaturze pokojowej (ok. 23 C). Już po 6 miesiącach obserwuje się 30% zmniejszenie ilości związków polifenolowych oraz efektywność usuwania wolnych rodników [14] [15] [16].

Wpływ owoców liofilizowanych na zdrowie

Antyoksydanty

Termin „antyoksydanty” odnosi się do bardzo szerokiej grupy związków, wpływających na wiele funkcji organizmu poprzez hamowanie reakcji utleniania w organizmie, a tym samych ochronę przed zaburzeniami struktury i frakcji molekuł organizmu [17].

Zawartość związków przeciwutleniających produktów liofilizowanych różniła się w zależności od substratu, z którego został wyprodukowany. Jednak mimo to, metoda ta pozwala uzyskać proszki bogate w związki bioaktywne, takie jak: witamina C, karotenoidy, polifenole (w tym antocyjany). Charakteryzują się one wysoką aktywnością przeciwutleniającą [17].

Jak donoszą badania, owoce liofilizowane zawierają wystarczające ich ilości, by uznać je za dobre źródło antyoksydantów. Liofilizaty mogą być wykorzystywane do produkcji żywności funkcjonalnej, żywności specjalnego przeznaczenia i suplementów diety [17].

Nowotwory

Wykazano, że codzienna suplementacja liofilizowanymi owocami maliny czernicy (owoce stanowiły 2,5; 5 lub 10% codziennej diety), skutkowała zmniejszeniem liczby guzów u szczurów o odpowiednio 42, 45 i 71 %, w zależności od ilości w diecie. Zauważono także ograniczenie oksydacyjnego uszkodzenia DNA. Suplementacja w ciągu 12 tygodni. Spowodowała także zmniejszenie liczby nowotworów u myszy [18]

Trudno ocenić, czy był to efekt owocu, czy samego procesu liofilizacji. Warto niemniej zauważyć, że obserwowane efekty suplementacji są znaczące.

Lipidogram

Wykazano, że liofilizowane owoce mogą wpływać na wyniki frakcji cholesterolu. W badaniu [19] zaobserwowano spadek cholesterolu HDL oraz cholesterolu LDL u osób, które codziennie przez 12 tygodni spożywały liofilizowane truskawki. 

Zalety owoców liofilizowanych

+ Dłuższy czas przechowywania żywności

+ Żywność idealna dla turystów, wybierających się na kemping, biwak czy wędrówkę z plecakiem

+ Produkty liofilizowane zajmują mało miejsca- przez to są łatwe w transporcie

+ Szybkie w przygotowaniu

+ do ich przygotowania wystarczy woda lub inny płyn

+ mimo obróbki technologicznej produkty zachowują dużo wartości odżywczych

+ wykorzystywane przez wojsko i astronautów 

Wady produktów liofilizowanych

– Kosztowna metoda produkcji

– Czasochłonna 

– Mało wydajna 

– Do ich przygotowania niezbędna jest woda lub inny płyn

Podsumowanie

Owoce liofilizowane nie różnią się znacząco pod względem zawartości składników odżywczych. W tej postaci są łatwe w transporcie. Przez to mogą być wykorzystywane zarówno w codziennym życiu, jak i przez wojsko. Przez niewielką objętość dostarczają także większych możliwości dla osób niemogących spożywać dużych ilości pokarmów m.in. z problemami dysfagii.

Proces ich produkcji jest kosztowny, czasochłonny oraz mało wydajny. Dlatego ich masowe wykorzystanie, pozostaje na razie na niewielkim poziomie.

BIBLIOGRAFIA:

1. M. Rądca, D. Witrowa-Rajchert: Suszenie żywności w niskiej temperaturze; Przemysł Spożywczy 2007, 4
2. O. Narbut, H. P. Dąbrowski, G. Dąbrowska:  Proces liofilizacji, jego zastosowanie i wybrane mechanizmy obronne organizmow przed odwodnieniem; EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 2017,2
3. http://www.akademiadobregosmaku.sggw.pl/zywnosc-dla-kosmonautow/ 25.08.2020rok
4. https://sjp.pwn.pl/sjp/liofilizacja;2566126.html 24.08.2020 rok
5. J. Kondratowicz, E. Burczyk: Technologiczne aspekty procesu liofilizacji ; Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej 2010, 45(4): 54-59
6. M. Kąck, M. and Kotula-Balak, M. (n.d.): Liofilizacja jako metoda długotrwałej konserwacji gamet męskich ssaków;  Repozytorium Uniwersytetu Jagiellońskiego (RUJ) 10.10.2018
7. https://frostx.pl/produkt 25.08.2020r.
8. G. Fiutak, R. Macurad, M. Michalczyk, K. Surówka: Wpływ metody zamrażania na barwę, zawartość chlorofilu i teksturę produktów liofilizowanych.; Postęp Techniki i Przetwórstwa Spożywczego 2015, 1
9. D. Nowak, A. Nienautowska: Wpływ warunków liofilizacji na właściwości suszonego przecieru z owoców dzikiej róży; Postęp Techniki i Przetwórstwa Spożywczego 2017, 1
10. A. Ciurzyńska, A. Lenart, P. Kawka: Wpływ teperatury lioflizacji i metody suszenia na wybrane właściwości suszonej dyni; Acta Agrophysica, 2013, 20(1): 39-51 
11. J. Rutkowska, A. Adamska, M. Pielat i inni: Porównanie składu i właściwości dzikiej róży (rosa rugosa) utrwalanej metodami liofilizacji i suszenia konwekcyjnego; ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2012, 4 (83), 32 – 43
12. D. Kluszczyńska, W. Sowińska: Wpływ procesów technologicznych na zawartość substancji bioaktywnych w owocach borówki czernicy; ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość 2014, 4 (95): 30 – 42
13. M. Dusza, P. Hara: Ocena wybranych cech jakości suszonych owoców kiwi wstępnie odwodnionych osmotycznie; Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4-2018(27)
14. E. Tryzno, M. Śledź, D. Witrowa-Rajchert: Wpływ warunków przechowywania na wybrane właściwości liofilizowanych malin; Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 2015, 581: 113–122
15. I. Gałązka-Czarnecka, L. Krala: Zmiany aktywności biologicznej liofilizowanych owoców dzikiej róży w czasie chłodniczego przechowywania (praca badawcza);  Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej 2009, 44(10): 50-54
16. M. Misiak, Z. Irzyniec: Wpływ temperatury i czasu przechowywania na zawartość poloifenoli i właściwości przeciwutleniające liofilizowanych aronii; Zeszyty Naukowe Politechniki łódzkiej nr. 1058; Chemia Spożywcza i  Biotechnologia 2009, 73
17. A. Sadowska, E. Dybkowska, R. Rakowska, E. Hallmann, F. Świderski: Ocena zawartości składników bioaktywnych i właściwości przeciwutleniających proszków wyprodukowanych metodą liofilizacji z wybranych surowców roślinnych; ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość 2017, 24, 4 (113): 59 – 75
18. M. Kula, B. Sparzak-Stefanowska, M. Krauze-Baranowska: Owoce maliny czarnej(Rubus occidentalis L.)w profilaktyce i terapii niektórych chorób nowotworowych – aktualny stan badań; Post Fitoter 2018; 19(4): 267-2
19. Basu, A., Betts, N.M., Nguyen,A., Newman,E.D., Fu,D., Lyons,T.J: . Freeze-dried strawberries lower serum cholesterol and lipid peroxidation in adults with abdominal adiposity and elevated serum lipids.; J. Nutr. 2014, 144: 830–837.