Pasteryzacja

Wspomniałem poprzednio, że zamierzam poddać część moich tegorocznych słodkich cyderków pasteryzacji, żeby je ustabilizować jak już osiągną wystarczający poziom nagazowania.

Już pobieżne rozeznanie tematu utwierdziło mnie w przekonaniu, że jestem na właściwym tropie: pasteryzacja jest sprawdzonym i popularnym sposobem na utrwalanie cydrów zawierających dowolną ilość cukru, i to zarówno tych gazowanych jak i nie.

Moja dotychczasowa wiedza na temat pasteryzacji sprowadzała się do tego, że… wiele produktów jest pasteryzowanych, i że to w sumie dobrze, bo to znaczy że są utrwalone bez dodatku żadnych konserwantów. Sam proces pasteryzacji wyobrażałem sobie jako podgrzewanie produktu do pewnej magicznej, granicznej temperatury, tuż przed osiągnięciem której mikroorganizmy zaczynają śpiewać Marsyliankę, by zaraz potem jak na komendę skapitulować i odejść, pozostawiając po sobie sterylną mikrobiologiczną pustkę. Ach, ta ignorancja 🙂

Tak, pasteryzacja polega na podgrzewaniu, ale nie ma jasno ustalonego progu temperatury do jakiej należy ogrzać pasteryzowany produkt – można pasteryzować w różnych temperaturach, odpowiednio dobierając przy tym czas pasteryzacji.

Różne mikroorganizmy (grzyby, pleśnie, bakterie) mają różną wrażliwość na temperaturę, jak również w obrębie jednego rodzaju zdarzają się jednostki mniej i bardziej odporne. To samo tyczy się czasu ekspozycji, czyli tego jak długo poddamy mikroorganizm działaniu danej temperatury.

Tak więc, wraz ze wzrostem temperatury, mikroorganizmy zaczynają ginąć, ale bynajmniej ani nie szybko, ani nie wszystkie na raz. Przyjęło się uważać, że dopiero po przekroczeniu progu 50oC warto zawracać sobie głowę szacowaniem dokonanych zniszczeń – poniżej tej temperatury wymieranie mikroorganizmów jest zaniedbywalne. Natomiast dopiero po osiągnięciu 60oC mikroby zaczynają ginąć na tyle szybko, żeby założony stopień pasteryzacji dało się osiągnąć w rozsądnym czasie.

Nie sądzę, żeby „stopień pasteryzacji” był tutaj fachowym terminem, ale myślę że dobrze oddaje ideę: im wyższa będzie temperatura, im dłuższy czas działania, tym szybciej i więcej mikroorganizmów zostanie wyeliminowanych, a co za tym idzie, produkt będzie lepiej utrwalony.

Tu warto podkreślić: pasteryzacja nie gwarantuje sterylności. Pasteryzacja eliminuje mikroorganizmy stopniowo, i z czasem pozostała przy życiu populacja staje się na tyle nieliczna, że zaczynamy mówić o mikrobiologicznej stabilności. Ale to nie oznacza, że nic nie przeżyło – to znaczy tyle, że mikrobów pozostało tak mało, że przez dłuższy czas nie będą powodować problemów. Dlatego też pasteryzowane produkty mają określone terminy przydatności do spożycia – nie można wykluczyć, że pozostawione samym sobie, ostatecznie nie powrócą do życia.

Stopień pasteryzacji wyraża się za pomocą specjalnie do tego celu stworzonej „jednostki pasteryzacji” (PU, pasteurization unit). Wartość 1 PU określa stopień pasteryzacji osiągnięty w wyniku poddania produktu temperaturze 60oC przez 1 minutę.

1 PU = 60oC przez 1 minutę

Im więcej PU, tym pasteryzacja jest bardziej skuteczna.

To, ile konkretnie potrzeba PU, żeby uznać pasteryzację za wystarczającą, zostało ustalone doświadczalnie. I tak:

żeby zapasteryzować klarowny cydr, potrzebne jest ~50 PU

Podczas gdy pasteryzacja świeżego, mętnego soku jabłkowego wymaga aż 500 PU. Tak, to nie pomyłka: różnica jest dziesięciokrotna!

Innymi słowy: w temperaturze 60oC cydr należy pasteryzować przez 50 minut, zaś sok jabłkowy już ponad 8 godzin (!).

Na szczęście, również doświadczalnie, zostało ustalone że wraz ze wzrostem temperatury, tempo pasteryzacji radykalnie przyspiesza: skuteczność procesu wzrasta 10-ktornie co każde 7oC. Tak więc to, co w temperaturze 60oC miało trwać 50 minut, w temperaturze 67oC potrwa jedynie 5 minut, w 74oC już tylko pół minuty, itd.

Oczywiście jest na to wzór:

PU = t * 10 (T – 60) / 7

gdzie t jest czasem w minutach, a T temperaturą pasteryzacji.

Nasuwa się pytanie, co jest w takim razie lepsze: pasteryzacja dłużej w niższej temperaturze, czy krócej w wyższej?

I tu dochodzimy do efektów ubocznych: pasteryzacja nie jest obojętna dla smaku. W pasteryzowanym cydrze zaczynają pojawiać się aromaty gotowanych jabłek oraz karmelu. Im wyższa temperatura, tym te zmiany pojawiają się szybciej – ale z drugiej strony, radykalnie skraca się czas pasteryzacji. A to czas odgrywa tu główną rolę, bo stopień degradacji smaku zdecydowanie szybciej spada wraz ze skracaniem czasu pasteryzacji, niż rośnie wraz ze wzrostem temperatury – stąd wniosek, że lepsza jest krótsza pasteryzacja w wyższej temperaturze.

Wykorzystują to przemysłowi producenci, którzy pasteryzują swoje produkty podgrzewając je gwałtownie do wysokich temperatur na bardzo krótki czas, po czym natychmiast schładzają. „Gwałtownie” i „natychmiast” są tutaj kluczami do sukcesu – tylko dzięki temu pasteryzacja może trwać jedynie pojedyncze sekundy.

W domowych warunkach, gdzie mamy ograniczone możliwości podgrzewania i chłodzenia, takie czasy są nieosiągalne. Pasteryzacja nie aktywuje się przecież jedynie na okres gdy temperatura osiągnęła założony przez nas poziom, ale trwa przez cały okres grzania, aż do wystygnięcia.

W związku z tym, że proces będzie jednak trochę trwał, trzeba się liczyć z pewnymi zmianami w smaku. Jako że zmiany te są efektem m.in. reakcji z tlenem, można próbować je niwelować dodając do cydru przed ogrzaniem 50ppm SO2. Ale przede wszystkim trzeba starać się ograniczać czas trwania procesu do minimum niezbędnego dla osiągnięcia założonego stopnia pasteryzacji – czyli nie pasteryzować przesadnie „na zapas”.

Szacując czas potrzebny do osiągnięcia założonego stopnia pasteryzacji, trzeba koniecznie wziąć pod uwagę, że efekty pasteryzacji zaczynają się sumować już od momentu jak temperatura przekroczy te umowne 50oC, aż do momentu gdy na powrót spadnie poniżej tej granicy!

Przykładowo:

  • jeśli „gwałtownie” podgrzejemy cydr do 64oC, potrzymamy tak 4 minuty, po czym „natychmiast” schłodzimy, stopień pasteryzacji wyniesie ~15 PU,
  • ale jeśli grzanie i stygnięcie będzie odbywało się w tempie 1oC/2min (dla uproszczenia załóżmy że oba procesy przebiegają tak samo szybko), to w efekcie otrzymamy nie 15, a już ponad 50 PU !

Wykres 1 – Akumulacja PU podczas pasteryzacji (oś x: minuty)

Jak widać, wpływ okresów ogrzewania i stygnięcia na stopień pasteryzacji jest nie do pominięcia!

W praktyce sprowadza się to do tego, że trzeba regularnie mierzyć temperaturę pasteryzowanego płynu, na bieżąco zliczać i sumować PU, i odpowiednio wcześniej odstawić butelki do wystygnięcia.

Dokładność pomiarów, zarówno czasu jak i temperatury, jest tutaj dość istotna – nawet pół stopniowe błędy przy odczycie mogą spowodować sumaryczną odchyłkę o kilka/naście PU.

Można kupić specjalne monitory pasteryzacji, które mają dokładne czujniki i bez przerwy rejestrują temperaturę, na bieżąco podając aktualnie osiągniętą wartość PU. Jako że to są specjalistyczne urządzenia, przez co dość drogie, niektórzy zapaleńcy robią sobie takie rejestratory we własnym zakresie, np. na bazie Arduino.

Ale umówmy się, że na domowe potrzeby wystarczy przyzwoity termometr i odczyt temperatury co minutę – przynajmniej przez kilka pierwszych razów, żeby przekonać się jak ten proces przebiega w naszych warunkach, oraz na ile jest powtarzalny.

Ze względu na to, że każdy ma zasadniczo inne warunki, używa innych sprzętów, dysponuje inną mocą grzania, jak również ma inny pomysł na chłodzenie (można po prostu odstawić do wystygnięcia, można studzić) – nie da się podać gotowego przepisu, jak czasowo należy taką pasteryzację przeprowadzić. Trzeba pokombinować.

Cydr pasteryzujemy w ostatecznie zamkniętych/zakapslowanych butelkach. Powodów jest kilka: nie chcemy żeby w trakcie pasteryzacji cydr miał kontakt z powietrzem, bo tlen i wysoka temperatura sprzyjają wspomnianej już degradacji smaku. Nie chcemy też ryzykować że do pasteryzowanego cydru będą przedostawać się z zewnątrz nowe mikroorganizmy (których pełno fruwa w powietrzu). Ale przede wszystkim: chcemy zapobiec utracie CO2.

W przypadku gazowanego cydru, konieczność pasteryzacji w zamkniętych butelkach jest raczej intuicyjna. Ale trzeba pamiętać, że nawet pozbawiony bąbelków cydr zawiera rozpuszczony dwutlenek węgla, a jego zawartość jest korzystna dla smaku. Wraz ze wzrostem temperatury, rozpuszczalność CO2 diametralnie spada, dwutlenek węgla prędko się ulatnia – a całkowicie odgazowany cydr traci swoją świeżość.

Problem polega na tym, że wraz ze wzrostem temperatury, w butelkach rośnie ciśnienie. I to bardzo.

Dokładna wartość ciśnienia zależy od wielu czynników, i nawet przy takiej samej ilości dodanego cukru rezultaty mogą znacząco od siebie odbiegać – polecam zapoznanie się z kalkulatorem. W celu pokazania skali zjawiska, poniżej założyłem pewne średnie/typowe warunki brzegowe.

I tak – cydr refermentowany z dodatkiem 5g cukru na 0,5L osiąga w temperaturze 20oC ciśnienie rzędu 3 atmosfer – żadnych ekstrawagancji, butelki od piwa wytrzymują to bez żadnych problemów. Ale podgrzany do temperatury 65oC, ten sam cydr osiągnie ciśnienie powyżej 10 atmosfer! Sytuacja ma się nieco lepiej w przypadku mniejszej dawki cukru (3g/butelkę), choć ciśnienie wciąż jest na niebezpiecznie wysokim poziomie. Ilustruje to poniższy wykres:

Wykres 2 – Wzrost ciśnienia w pasteryzowanych butelkach

Szczerze mówiąc, planowałem pasteryzować cydr refermentowany z dodatkiem 5g cukru – partia testowa dojrzewa już od pewnego czasu – ale teraz widzę, że istnieje realne ryzyko, że moje butelki tego nie wytrzymają. Jakbym przewidział taki rozwój wydarzeń, użyłbym butelek do szampana, albo dodałbym mniej cukru. Myślę, że będę musiał te butelki nieco odgazować przed pasteryzacją. Albo lepiej: odgazować oraz odrobinę odlać, żeby zrobiło się więcej wolnej przestrzeni.

Wolna przestrzeń w butelkach stanowi swego rodzaju bufor, bo uciekający z płynu gaz ma dzięki temu więcej miejsca, co bezpośrednio przekłada się na niższe ciśnienie. Jak pokazuje poniższy wykres, różnice ciśnienia w zależności od ilości pozostawionego w butelce wolnego miejsca są znaczące! Pod żadnym pozorem nie można napełniać butelek pod sam kapsel.

Wykres 3 – Spadek ciśnienia wraz ze wzrostem ilości wolnego miejsca w butelce 0,5L
(3g cukru / butelkę, temp. 65oC)

Tak wygląda odpowiednio 20ml i 50ml wolnej objętości:

Zdjęcie 1 – 20ml i 50ml wolnej obętości

Jak widać, ciśnienie jest szalenie ważnym czynnikiem w przypadku pasteryzacji gazowanego cydru. Praktycznie wyklucza pasteryzację w wysokich temperaturach jak również wstępną refermentację z dodatkiem dużej ilości cukru.

Pasteryzacja w praktyce

Czas przejść do czynów i zastosować powyższą teorię w praktyce!

Mój zestaw do pasteryzacji wygląda następująco:

Zdjęcie 2 – Zestaw do pasteryzacji

Początkowo, ze względu na to że nie chciałem stawiać butelek bezpośrednio na dnie, zacząłem rozglądać się za „fałszywym dnem” – takim okrągłym kawałkiem perforowanej stali, z nóżkami, który kładzie się na dnie, żeby dopiero na nim postawić butelki. (Opcja z wyłożeniem dna gazetami jakoś od początku nie przypadła mi do gustu; poza tym gazety są nierówne, butelki na pewno zaczęły by się przewracać.) Dość szybko wpadłem jednak na pomysł, żeby sprawę rozwiązać zwykłym koszem na śmieci:

Zdjęcie 3 – Kosz na butelki

Oprócz bycia drugim dnem, kosz ma taką zaletę że dzięki niemu nie trzeba manewrować w gorącej wodzie pojedynczymi butelkami, moczyć rąk, no i wszystkie butelki zaczną i skończą pasteryzację dokładnie w tym samym momencie.

Oczywiście niezbędny jest pomiar temperatury wewnątrz butelki. Idealnie termometr powinien mierzyć temperaturę w 1/3 odległości od spodu, bo tam ze względu na powstałą w wyniku ogrzewania cyrkulację jest „biegun zimna”. W praktyce punkt pomiaru zależy od długości termometru, bo ważne żeby ponad kapslem swobodnie widoczny był zakres 50oC+ (o czym przekonałem się podczas pierwszej próby i ostatecznie termometr przestawiłem nieco wyżej niż na poniższych zdjęciach).

Zdjęcie 4 – Pomiar temperatury w butelce

I jeszcze jeden termometr, do pomiaru temperatury kąpieli:

Zdjęcie 5 – Termometr do pomiaru temperatury wody w garnku

W moim „pasteryzatorze” jednorazowo zmieści się 7 butelek, plus jedna do kontroli temperatury. To trochę mało – nawet przy niewielkiej domowej produkcji, konieczne będzie podzielenie butelek na kilka wsadów. W związku z tym niepraktyczne byłoby zaczynanie za każdym razem od chłodnej kąpieli – proces trzeba zaplanować tak, żeby można było go zacząć „na gorąco”, po czym zaraz po wyjęciu danej partii, od razu wkładać następną.

Zrobię tak, że podgrzeję kąpiel do ~75oC, wstawię butelki, temperatura wody oczywiście zacznie spadać, więc będę grzał dalej i mniej więcej w tym samym czasie jak butelki osiągną wymaganą temperaturę i będę mógł wyciągnąć wsad, z powrotem podniesie się na tyle żeby można było od razu włożyć kolejną partię. Powinno zadziałać.

Pozostaje jeszcze tylko odpowiednio dobrać poziom wody. Z włożonym koszem zalałem butelki praktycznie pod sam kapsel, po czym wyjąłem kosz i rozpocząłem grzanie.

Zdjęcie 6 – Poziom wody

Gdy woda osiągnęła ~75oC, uzbrojony w gogle i rękawice ochronne, zdecydowanym ruchem włożyłem kosz i… obawiałem się, że butelki mogą popękać ze względu na gwałtowny wzrost temperatury (początkowo miały ~12oC) – ale nic takiego się nie stało.

Zdjęcie 7 – W gorącej kąpieli

Temperatura kąpieli nieco spadła, ale przy włączonym grzaniu utrzymywała się właściwie cały czas na poziomie ponad 70oC. Gdy na próbę wyłączyłem grzanie, bardzo szybko  zmalała do 60-kilku stopni – jednak trzeba ciągle grzać.

Zaskoczyło mnie tempo w jakim wzrasta temperatura w butelkach – nie spodziewałem się, że będzie się to działo tak szybko. Osiągnięcie poziomu 50oC potrwało raptem kilka minut, w zakresie 50-60oC z każdą minutą temperatura przyrastała o ~3oC, potem przyrost zwolnił do ~2oC/1min.

Po wyjęciu z kąpieli, butelki poukładałem na boku, do wystygnięcia:

Zdjęcie 8 – Stygnięcie

Mogłem w sumie pofatygować się o chłodzenie w drugim garnku, ale stwierdziłem że temperatura w pomieszczeniu jest na tyle niska, że butelki powinny dość szybko ostygnąć – poza tym miałem tylko jeden kosz, i potrzebowałem użyć go do pasteryzacji kolejnej partii, bo zgodnie z planem temperatura kąpieli była z powrotem na poziomie ~75oC, więc nie było na co czekać.

Wbrew oczekiwaniom, butelkom wcale nie spieszyło się z tym stygnięciem. Początkowo temperatura spadała w tempie 0,5oC/minutę, a w zakresie 50-60oC było to już tylko 0,25oC/minutę.

Poniżej wykres, na którym zebrałem pomiary z przeprowadzonej pasteryzacji. Sam proces grzania trwał jedynie kilkanaście minut – w tym czasie cydr osiągnął 68oC i zakumulowało się rzędu 60PU.

Proces grzania mogłem w sumie przerwać wcześniej, ale nie wiedziałem ile będzie trwało stygnięcie i jakiego wzrostu PU mogę się jeszcze spodziewać. Jak się okazało, ze względu na dość powolne stygnięcie – powrót temperatury do ~50oC trwał grubo ponad 30 minut – w tym okresie stopień pasteryzacji wzrósł o kolejne kilkadziesiąt PU.

Wykres 4 – Przebieg pasteryzacji (oś x: minuty)

Pomimo że jednorazowo pasteryzować można tylko 7 butelek, proces i tak jest dość wydajny, bo przy sprawnym wymienianiu wsadów, w ciągu godziny można zapasteryzować kilka takich partii, nie licząc oczywiście czasu stygnięcia.

Tak jak wspomniałem wcześniej, stopnień nagazowania przygotowanych do pasteryzacji cydrów był dość wysoki – w związku czym przed pasteryzacją każdą butelkę otworzyłem, odlałem trochę żeby zrobić więcej miejsca na gaz, i przy okazji niektóre dosłodziłem: miodem, syropem klonowym i z agawy (10ml/butelkę); po czym ponownie zakapslowałem. Specjalnie nie dosładzałem niczym sypkim, żeby zawartość nie wykipiała – choć również syropy trzeba było dodawać dość powoli, ze względu na powstającą pianę.

Dobra wiadomość jest taka, że żadna butelka nie wybuchła. Niestety ciśnienie okazało się na tyle wysokie, że niektóre kapsle zaczęły przepuszczać. Co ciekawe: nie zawsze w momencie gdy temperatura była najwyższa – jedna butelka rozszczelniła się dopiero podczas stygnięcia, gdy temperatura zaczęła już spadać.

Zdjęcie 9 – Kapsel jako wentyl bezpieczeństwa

Problem ten dotknął jedynie butelek, które nie były dosładzane (na szczęście było ich niewiele). W dosładzanych butelkach ewidentnie było mniejsze ciśnienie, ze względu na to że spora część gazu uciekła, sprowokowana dodatkiem syropu.

Następnym razem butelki przeznaczone do pasteryzacji będę refermentował ze zdecydowanie mniejszym dodatkiem cukru; myślę tu o rzędu 2g/butelkę.

Poniekąd zrozumiałem na czym polega atrakcyjność automatycznych monitorów pasteryzacji. Podczas grzania, gdy poziom temperatury rośnie o 2-3oC/minutę, zliczanie PU na podstawie minutowych pomiarów wprowadza jednak niedoszacowanie – idealnie byłoby próbkować dużo częściej. Chociaż z drugiej strony, wystarczające powinno być zachowanie pewnego marginesu bezpieczeństwa, np. tak jak w moim przypadku: ponad 100PU zamiast wymaganych 50PU.

Czy faktycznie stopień pasteryzacji będzie wystarczający okaże się za kilka miesięcy – wtedy przekonam się czy fermentacja w pasteryzowanych dosłodzonych butelkach faktycznie została zatrzymana 🙂

3 myśli nt. „Pasteryzacja

  1. Drożdże namnożone podczas refermentacji nie różnią się odpornością od innych mikroorganizmów, czy drożdży pozostałych po głównej fermentacji. Zwykle podczas refermentacji cydr pozostaje klarowny, więc również ich populacja nie jest zbyt duża. Nie spotkałem się z tym żeby ktoś relacjonował jakieś spektakularne niepowodzenie – wręcz przeciwnie, wszyscy zdają się być zgodni, że już 50 PU zapewnia stabilność.

  2. Cały czas poszukuję metody na słodki gazowany cydr, może właśnie pasteryzacja będzie sposobem. Zamierzam dodać w czasie butelkowania do sklarowanego cydru ok. 10g – 12g cukru na butelkę 0,5l. Po „przetrawieniu” przez drożdże ok. 2g cukru cydr poddany zostanie pasteryzacji zgodnie z podanym przez Ciebie opisem. Planuję osiągnąć stopień pasteryzacji na poziomie ok. 100 PU. Nie wiem tylko czy w ten sposób skutecznie „zabiję” drożdże, które namnożyły się w czasie refermentacji.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *