Dobór surowca dymotwórczego a efektywność wędzenia

Dr inż. Jerzy Wajdzik

Proces wędzenia należy do fizykochemicznej metody utrwalania wyrobów mięsnych opartej na wykorzystaniu dymu wędzarniczego, który jest wytwarzany w procesie pirolizy, czyli niezupełnego i powolnego spalaniem surowca dymotwórczego. Proces ten charakteryzuje się również jako termiczny rozkład drewna przy ograniczonym dostępie tlenu.

Efektywność wędzenia jest wypadkową działania wielu składników chemicznych dymu wędzarniczego na obrabiany wyrób, co w rezultacie sprowadza się do oceny:

• barwotwórczego działania dymu,
• tworzenia charakterystycznego aromatu i smaku określanego jako wędzonkowy,
• utrwalającego działania składników dymu,
• powstawania efektu obsuszającego i odwadniającego.

Najprostszym sensorycznym wskaźnikiem określającym stopień uwędzenia wyrobów, czyli w dużym uproszczeniu efektywność procesu wędzenia, jest intensywność i jakość uzyskanego zabarwienia wędzonego wyrobu. Wskaźnik ten koreluje z szeregiem różnych okoliczności organizacji procesu wędzenia. W związku z tym w praktyce efektywność tego należy oceniać kompleksowo a kształtują ją następujące grupy czynników:

• gatunkowy rodzaj drewna oraz innych roślin użytych jako surowiec dymotwórczy,
• parametry fizykochemiczne i postać surowca zastosowanego do wytwarzania dymu,
• technologiczne wskaźniki procesu wędzenia,
• wartość pH wyrobu wędzonego,
• grubość i rodzaj użytej ścianki przepuszczalnej (osłonki, folie do owijania),
• właściwości fizykochemiczne masy surowcowej przeznaczonej do wędzenia.

SKŁADNIKI DYMU WĘDZARNICZEGO I ICH ROLA

Poszczególne składniki występujące w dymie wędzarniczym w różnym stopniu wpływają na wędzone produkty mięsne. Obok konserwującego działania, niektóre z nich posiadają właściwości aromatyzujące i nadają wyrobom wędzonym specyficzną barwę. Działanie składników dymu również opóźnia procesy oksydacji substancji zawartych w wyrobach a w szczególności tłuszczów. Niektóre z komponentów dymu wędzarniczego wykazują właściwości hamujące rozwój i namnażanie się drobnoustrojów, co jest rezultatem ich mikrobiostatycznego i mikrobiocydowego działania.Z chemicznego punktu widzenia wszystkie związki występujące w dymie wędzarniczym można podzielić na cztery podstawowe grupy:

• kwasy karboksylowe (np. kwas octowy, kwas mrówkowy),
• związki karbonylowe (np. aldehyd mrówkowy),
• fenole i ich pochodne,
• związki obojętne (alkohole, estry, węglowodany).

Substancje te powstają z poszczególnych składników chemicznych drewna wędzarniczego, których ilości uzależnione są jego rodzajem gatunkowym. Obrazuje to poniższa tabela.

Z zestawienia wynika, że drewno z drzew iglastych zawiera więcej celulozy, więcej ligniny oraz zdecydowanie mniej hemiceluloz niż drewno z drzew liściastych. Są to te związki, które w dużym stopniu kształtują efektywność procesu wędzenia. W czasie pirolizy drewna celuloza i hemicelulozy w temperaturze od 210 do 280OC ulegają egzotermicznemu rozkładowi prowadzącemu do powstawania kwasów i innych nietoksycznych związków. Natomiast dopiero powyżej 350OC następuje rozkład ligniny, będącej substratem powstawania bardzo pożądanych dla skuteczności wędzenia związków fenolowych i ich pochodnych.

W praktyce, wytwarzany dym wędzarniczy niezależnie od pochodzenia i techniki prowadzenia pirolizy stanowi zawsze bardzo złożony, wieloskładnikowy zespół substancji i związków gazowych, par oraz cząstek stałych (sadza). Jego skład zależy od wielu czynników, do których można zaliczyć:

• rodzaj drewna,
• wilgotność drewna,
• dostęp tlenu i temperatura żarzenia lub spalenia drewna.

Dym z drewna drzew iglastych charakteryzuje się znacznie większą ilością różnorodnych składników niż dym z drewna drzew liściastych. Różnica ta dotyczy, głównie grupy związków karbonylowych. Równocześnie dym z drewna miękkiego (jodła, sosna a nawet olcha) zawiera często więcej szkodliwych związków z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) niż dym z drewna twardego. Jednocześnie dym z drewna drzew liściastych w porównaniu z dymem z drewna drzew iglastych zawiera więcej kwasów organicznych, furfuralu i dwuacetylu, przy czym zawartość fenoli dla obydwu rodzajów dymu jest prawie porównywalna. Dowodzi się, że różnice cech sensorycznych między dymami wędzarniczymi wynikają głównie ze zróżnicowanego składu chemicznego ich lignin oraz szybkości pirolizy drewna.

Dym wędzarniczy wykazuje w stosunku do wędzonych wyrobów działanie zwiększające ich odporność na procesy jełczenia oksydacyjnego, co jest wynikiem silnych właściwości przeciwutleniających obecnych w dymie związków fenolowych oraz niektórych kwasów karboksylowych. Z grupy fenoli są to: metylopirokatechina, pirogalol, hydrochinon, gwajakol oraz fenole jednowodorotlenowe. Natomiast z grupy kwasów karboksylowych właściwości przeciwutleniające wykazuje głównie kwas mrówkowy, kwas benzoesowy, kwas salicylowy oraz również nie będące kwasami wanilina i aldehyd syringowy. Cechy bakteriobójcze i bakteriostatyczne, przejawiające się obniżeniem ilości drobnoustrojów, względnie hamowaniem ich rozwoju, przypisuje się przede wszystkim formaldehydowi, fenolom, gwajakolowi i niektórym kwasom (kwas octowy i mrówkowy). Z grupy związków o takich cechach najbardziej antybakteryjnie działa aldehyd mrówkowy a przeciw pleśniowo skuteczne są fenole, a także pewne efektywne działanie w tym zakresie wykazuje również kwas mrówkowy. Z grupy fenoli najsilniejsze działanie konserwujące wykazują natomiast pochodne gwajakolu i 1,3-dwumetylopirogalol. Utrwalające działanie dymu wzmacniają również zawarte w nim wszystkie kwasy organiczne, które wnikając do wyrobów wędzonych, obniżają ich wartość pH. Równocześnie wydłużeniu trwałości wyrobów sprzyja występujący niekiedy w trakcie ich wędzenia efekt obsuszania powierzchni i odwadniania warstw zewnętrznych, prowadzących do zmniejszania aktywności wody. Mikroorganizmy podatne na działanie składników dymu wędzarniczego można uszeregować według wrażliwości następująco:

• bakterie z rodziny Enterobacteriaceae (najbardziej wrażliwe),
• bakterie z rodzaju Pseudomonas,
• bakterie z rodzaju Micrococcus,
• bakterie z rodzaju Streptococcus,
• drożdże,
• pleśnie,
• drobnoustroje przetrwalnikujące.

Specyficzny bukiet smakowo-zapachowy wyrobów określany jako wędzonkowy kształtują substancje posiadające charakter związków karbonylowych (w 14%) oraz także kwasy organiczne a przede wszystkim fenole (w 66%). Te ostatnie charakteryzują się trwałym i ostrym zapachem. Niektóre z nich posiadają gorzkawy, piekący smak a inne natomiast słodkawy (fenole złożone). Duży udział w tworzeniu cech smakowo-zapachowych przypisuje się głównie gwajakolowi i metylogwajakolowi (kreozol). Czynnikami aromatyzującymi wyroby wędzone są wymienione wcześniej i obecne w dymie różne związki karbonylowe, szczególnie aceton, wanilina i aldehyd syringowy. Dodatkowo w tworzeniu smakowitości uczestniczy maltol i acetowanilina. Za smak wędzarniczy odpowiedzialne są również kwasy organiczne, w tym głównie masłowy i walerianowy.

Poza składnikami dymu wędzarniczego na aromat wędzonych wyrobów mięsnych wpływają substancje nie związane bezpośrednio z procesem wędzenia. Należą do nich:

• pierwotne substancje aromatyczne mięsa,
• aromaty wytwarzane w mięsie przez własne enzymy tkankowe i bakteryjne,
• związki tworzące się w wyniku reakcji składników mięsa ze środkami peklującymi,
• przyprawy i dodatki aromatyzujące.

Proces tworzenia charakterystycznej, od złocisto-żółtej aż do smolistej, barwy wyrobów wędzonych jest skutkiem zachodzenia w czasie wędzenia szeregu procesów, w tym takich jak:

• interakcje pomiędzy związkami karbonylowymi i grupami aminowymi białek oraz aminokwasami, które prowadzą do procesów brunatnienia (reakcje Maillada),
• gromadzenie się na powierzchni wyrobów cząstek stałych (sadza, smółka) i barwnych produktów oksydacji i polimeryzacji składników dymu, nieenzymatyczne reakcje brunatnienia prowadzące do powstawania brunatnych barwników polimerowych, tzw. melanoidyn. Dużą rolę w tym zakresie spełniają związki karbonylowe (glikosal, furfural) i kwasy działające hydrolitycznie na białka,
• karmelizacja węglowodanów (celuloza, pentozany, heksozany), prowadząca do powstawania czerwonobrązowych barwników,
• powinowactwo tlenku węgla z dymu do mioglobiny, w wyniku czego tworzy się różowoczerwona kaboksymioglobina (Mb·CO).

Niekorzystnym zjawiskiem przy wytwarzaniu dymu jest fakt, że w czasie rozkładu termicznego drewna wędzarniczego (piroliza) w temperaturze powyżej 425OC powstają sprzyjające warunki do tworzenia się kancero- i mutagennych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA). Związki te powstają zdecydowanie szybciej w przypadku pirolizy drewna miękkiego, szczególnie żywicznego.

WŁAŚCIWOŚCI I PRZYDATNOŚĆ SUROWCA DYMOTWÓRCZEGO

Surowiec dymotwórczy wykorzystywany jest najczęściej w postaci zrębków wędzarniczych (grube wióry), trocin lub kloców drewnianych, co jest uwarunkowane głównie rodzajem stosowanych dymogeneratorów.

Rodzaj gatunkowy użytego drewna do wytworzenia dymu wędzarniczego wpływa w dużym stopniu na jego skład, co w rezultacie decyduje o efektywności całego procesu wędzenia, ocenianego przez uzyskanie intensywności zabarwienia wyrobów oraz przez ich walory smakowo-zapachowe. Najczęściej stosowanym surowcem dymotwórczym jest okorowane drewno drzew liściastych oraz bardzo rzadko drewno z drzew iglastych, mimo, że dym z tego drewna zawiera więcej pożądanych związków karbonylowych. Drewno z drzew iglastych należy do drewna miękkiego, co powoduje, że wskutek szybciej przebiegającej pirolizy tworzy się w wytwarzanym dymie 1,5÷4,5 więcej razy związków szkodliwych z grupy WWA. Ponadto dym z drewna drzew iglastych zawiera więcej sadzy i związków żywicznych, co wpływa niekorzystnie na efekt jakościowy wędzenia, przejawiający się gorzkawym smakiem produktów wędzonych i niekiedy osadzeniem na ich powierzchni cząsteczek sadzy. Dodatkowo dym z drewna drzew iglastych wprowadza do wyrobów mięsnych specyficzny, ostry i terpentynowy zapach. W czasie pirolizy drewna drzew iglastych powstaje więcej sadzy, która jako składnik dymu staje się swoistym transporterem powstających równocześnie związków z grupy WWA. Substancje te łatwiej wtedy osadzają się na powierzchni wędzonych wyrobów mięsnych. Mimo takich zagrożeń niekiedy jednak do wędzenia niektórych wyrobów mięsnych (np. szynki dojrzewające) wykorzystuje się dym wytworzony z drewna jodły. Ma to na celu nadanie wyrobom pożądanego ciemnego, czerwonobrązowego zabarwienia i charakterystycznego aromatu. Jodła jest wyjątkiem z drzew iglastych i nie zawiera w swoim drewnie takiej ilości związków żywicznych, jak pozostałe drewna z drzew iglastych a dodatkowo dym jodłowy wprowadza do wyrobów wędzonych charakterystyczną woń wanilii. Stąd praktykuje się wykorzystywanie tego drewna jodły w procesie wędzenia ale powinno to jednak odbywać się w sposób w pełni kontrolowany. Niekiedy w celu uzyskania ciemnego zabarwienia niektórych wyrobów suszonych (np. kiełbasy myśliwskie, jałowcowe, wyroby z dziczyzny) praktykuje się stosowanie do wytwarzania dymu krzewu jałowca lub dodatku jego jagód. Tak wytworzony dym wędzarniczy nadaje wyrobom dodatkowo specyficzny, korzenny smak i pożądany zapach. W praktyce jednak aspekty zdrowotne procesu wędzenia i jego efektywność przemawiają głównie za stosowaniem dymu wytwarzanego z drewna drzew liściastych. W tym celu wykorzystuje się przede wszystkim drewno twarde (grab, dąb, jesion, akacja, buk) lub półtwarde (brzoza, olcha) a zdecydowanie rzadziej drewna miękkie (lipa, topola). Cenną przydatność wędzarniczą ma drewno drzew owocowych ale zbyt mała jego podaż ogranicza szerokie wykorzystanie.

Barwa wyrobów mięsnych wędzonych dymem z drewna drzew liściastych może być brązowo-czerwona z odcieniem ziemistym (drewno bukowe, ciemnobrązowa (dąb czerwony), względnie złocistożółta, gdy wędzenie odbywa się drewnem klonowym, jesionowym lub lipowym. Dym klonowy nadaje wyrobom łagodny i lekko słodki smak a jesionowy, wskutek szybkiej pirolizy tego surowca dymotwórczego, powoduje powstawanie ostrego wyróżnika smaku wędzonkowego w wyrobach wędzonych. Dąb czerwony, wytwarza wskutek szybkiej pirolizy, dym nadający wyrobom posmak ziemisty z wyczuwalną nutą miodu a ze względu na obecne w tym drewnie garbniki, wprowadza do wyrobów charakterystyczną goryczkę. Natomiast dym z dębu białego wykazuje również te cechy, ale w sposób bardziej łagodny. Zabarwienie czerwono-żółte, idące w szarość uzyskuje się, wędząc wyroby dymem z drewna orzechowego, który będąc bogaty w substancje smołowcowe nadaje wyrobom specyficzny aromat. Cytrynowożółtą barwę wyrobów osiąga się używając do wędzenia dymu z drewna akacjowego. Popularnie i szeroko stosowany w praktyce produkcyjnej dym wytwarzany w czasie pirolizy drewna olchowego nadaje wyrobom czerwonawe ale przechodzące w brąz zabarwienie. Dobre efekty wędzenia osiąga się stosując dym z drewna brzozowego (barwa od żółtej do brązowej), które zdecydowanie powinno być pozbawione kory. Obecność kory, zawierającej głównie w swoim składzie ligninę i suberynę, powoduje osiąganie podobnie niekorzystnego efektu wędzenia, jak w przypadku stosowania dymu z drzew iglastych. Wpływa na to przede wszystkim należąca do tłuszczowców suberyna, która jest hydrofobową substancją składającą się z długołańcuchowych kwasów tłuszczowych oraz ich estrów z alkoholami alifatycznymi. Taka jej budowa chemiczna sprzyja tworzeniu się sadzy w czasie wytwarzania dymu. Jednocześnie kora zawiera też dodatkowo dużo związków o charakterze garbników, co wpływa na powstawanie w wyrobach niepożądanego smaku goryczkowego i terpentynowego. Analogiczne efekty barwne jak w przypadku wędzenia dymem brzozy osiąga się wędząc wyroby dymem z drewna topoli i jesionu. Natomiast łagodny dym z drewna drzew owocowych, głównie z jabłoni, nadaje wyrobom barwę czerwonobrązową z subtelnym owocowym, lekko słodkawym smakiem. Wędzenie dymem z drewna niektórych drzew owocowych wpływa ponadto na wytworzenie charakterystycznych cech jakościowych wędzonych wyrobów, polegających na podnoszeniu ich walorów smakowych, przejawiających się pożądaną goryczką (dym z drewna wiśni, czereśni) i subtelnością smaku (dym z drewna gruszy). Dym wiśniowy i czereśniowy prowadzi ponadto do uzyskania ciemnobrązowej barwy wyrobów a dym z drewna gruszy do czerwonego ich zabarwienia. Mimo ograniczonej podaży na rynku, dużą przydatność ma drewno bzu pachnącego (lilak). Wędzeniem dymem wytworzonym z tego drewna wprowadza do wędzonych wyrobów łagodny zapach kwiatowy. Natomiast głęboki i bogaty smak owocowy wprowadza do wędzonych wyrobów gęsty dym, uwarunkowany naturalną wilgotnością surowca, wytwarzany w czasie pirolizy winorośli.
W procesie wędzenia na etapie wytwarzania dymu wędzarniczego można również praktykować dodatek niektórych roślin przyprawowych, które wpływają na walory smakowe wędzonych wyrobów mięsnych. Przydatna w tym zakresie jest krzewinka tymianku, krzew rozmarynu, półkrzew szałwii i półkrzew majeranku. Rośliny te stosowane w niewielkich ilościach nadają wyrobom specyficzny, korzenny zapach i smak z charakterystyczną nutą perfumeryjną.

W celu uzyskania dobrego efektu wędzenia stosowane drewno jako surowiec dymotwórczy powinno być pozbawione sęków. Drewno sękate spala się bowiem niecałkowicie, dając przy tym dużo sadzy, która adsorbuje się na wyrobach wędzonych i je zaczernia.
Duże znaczenie dla efektywności wędzenia ma wilgotność używanego drewna i to niezależnie od jego postaci oraz formy przetworzenia. Dotyczy to w równym stopniu surowca w postaci zrębków, kloców, sztapli oraz trocin. Drewno wędzarnicze powinno charakteryzować się wilgotnością nie przekraczającą 25%, a najbardziej pożądany jest poziom ok. 20%. Nadmierna wilgotność drewna zmienia bowiem wygląd wytwarzanego dymu wędzarniczego oraz jego gęstość, co sprzyja koagulacji cząsteczek dymu i decyduje o zwiększonej szybkości ich osadzania się na powierzchni wędzonych wyrobów. Osadzające się, skoagulowane cząstki dymu powodują wzrost udziału widmowego czerni w barwie wyrobów mięsnych, co prowadzi do niezbyt akceptowanego ich zabarwienia. Dym otrzymywany ze zbyt wilgotnego drewna charakteryzuje się ponadto niekorzystnym pogorzeliskowym zapachem i większą zawartością popiołu, kwasów i sadzy. W czasie wędzenia nierównomiernie barwi on powierzchnię wyrobów i nadaje im zabarwienie o matowej charakterystyce. Przy wilgotności drewna wędzarniczego przekraczającej 25% i w czasie jego przechowywania może ponadto dochodzić do niekorzystnego rozwoju niektórych grzybów obniżających jakość takiego surowca dymotwórczego. Zagrożeniem są workowce Ascomycetes i rozmnażające się bezpłciowo przez zarodniki kondidialne, grzyby niedoskonałe Deuteromycetes oraz saprofitycznie sprzężniaki Zygomycetes.

TOKSYCZNOŚĆ DYMU Wędzarniczego

Dym wędzarniczy stosowany do wędzenia wyrobów mięsnych może zawierać toksycznie wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), do których należą główne wskaźnikowe,tj. benzo (a)antracen i benzo (a)piren. Poziom tych związków w wyrobach jest określny oddzielnie oraz jako suma, łącznie z benzo(b)fluorantenem i chryzenem. W celu ograniczenia ryzyka ich nadmiernego występowania w wyrobach wędzonych należy właściwie dobierać surowiec dymotwórczy pod kątem jego jakości, pochodzenia i wilgotności oraz w odpowiedni sposób prowadzić jego pirolizę i technikę wędzenia.
Dla bezpieczeństwa żywieniowego wyrobów wędzonych coraz częściej zastępuje się wędzenie prowadzone przy użyciu dymu żarowego, wędzeniem z wykorzystaniem dymów płynnych lub wprowadzając bezpośrednio do wyrobów aromatyzujące preparaty dymu wędzarniczego.

Literatura:

Dolatowski Z., Niewiadomska A., Kiljanek T., Borzęcka M., Semeniuk S., Żmudzki J. (2014): Projekt: Wpływ procesu wędzenia na bezpieczeństwo żywności. Centrum Doradztwa Rolniczego w Brwinowie. Oddział w Radomiu
Kłossowski T. (1963): Surowce i materiały pomocnicze dla przetwórstwa mięsa. P.W.S.Z. Warszawa
Pezacki W. (1968):Technologiczne odchylenia jakości wyrobów mięsnych. P.W.R i L. Warszawa
Wajdzik J. (2015): Wędzenie-zabieg technologiczny. ,,Gospodarka Mięsna” nr 12