Pakkaskuivaus

Mitä on pakkaskuivaus?

(pakkaskuivaus l. kylmäkuivaus l. lyofilisointi, englanniksi freeze drying, lyophilization, cryophilization)

Pakkaskuivaus perustuu jäätyneen veden olomuodon muutokseen kiinteästä suoraan kaasumaiseksi eli fysiikan termein sublimoitumiseen. Luonnossa pakkaskuivumista tapahtuu etenkin kevättalvisin aurinkoisina pakkaspäivinä, mitä ihminen on käyttänyt hyväksi jo ammoisista ajoista. Lapissa poron lihaa on perinteisesti kuivattu keväisin talojen katoilla häkeissä. Nykyihmiselle tutumpi esimerkki on pyykkien kuivuminen pakkassäällä. Narulle levitetty pyykki jäätyy märkänä kovaksi korpuksi, mutta muutaman päivän päästä jää on kadonnut ja pyykit kuivia.

Pakkaskuivurissa jäätyneen veden sublimoitumista tehostetaan alipaineella. Omat kokemukseni rajoittuvat kemian laboratorioissa yleiseen kylmäkuivurimalliin, jonka toimintaperiaate on seuraava:

Kuivattava tuote pakastetaan tavallisessa pakastimessa ja siirretään kylmälaitteella jäähdytettävään kuivuriin, johon imetään alipaine tyhjiöpumpulla. Alipainepumpu imee kylmätilaan höyrystyvää kosteutta ja ilmaa läpi kylmärummun, jonka lämpötila on -50...-60°C. Kylmärummussa vesihöyry tiivistyy ja härmistyy rummun pinnalle. Kuivurissa oleva paine on 10 Pa (vertailuksi ilmanpaine on 0,1 MPa).

Teollisuudessa pakkaskuivausta käytetään mikrobien kuten hiivan (Kotioluiden ja -viinien tekijät tuntenevat kuivahiivan) säilömiseen, sekä mm. kuivattujen valmisruokien tekemiseen. Tosin muut kuivausmenetelmät ovat yleisempiä mutta ainakin joitakin retkiruokia mainostetaan pakkaskuivatuiksi. Menetelmän käyttöä rajoittaa laitteiden vaatimat suuret investoinnit ja käyttökustannukset.

Pakkaskuivaus on hellävarainen kuivausmenetelmä, joten elintarvikkeiden kohdalla aromit säilyvät hyvin. Lisäksi elintarvikkeet eivät käperry kokoon ja kovetu, vaan lopputulos on huokoinen ja joskus hyvinkin hauras, mutta alkuperäisen kokoinen kuiva tuote. Veden imeytyminen pakkaskuivattuun elintarvikkeeseen on siten tehokasta, joten erityistä liotusta ennen ruoan valmistusta ei tarvitse tehdä, kuten esimerkiksi lämpimällä ilmalla kuivatuille retkimuonille.

Veden aktiivisuus kuivauksen mittarina

Elämän tärkein komponentti on vesi. Ruuan pilaa yleensä mikrobien kasvu, joten looginen ratkaisu säilöttäessä ruokaa on sen kuivaaminen, jolloin ainakin mikrobien kasvu estyy. Tämä ei kuitenkaan ole koko totuus vaan elintarvikkeen säilymisen kannalta olennaista ei olekaan vesipitoisuus vaan veden aktiivisuus. Veden aktiivisuus tarkoittaa seuraavaa:

a_w on veden aktiivisuus (0...1)
p on veden höyrynpaine (Pa)
p_o on puhtaan veden höyrynpaine (Pa)
RH on suhteellinen kosteus (relative humidity, %)

Kullakin mikrobilla on tietty veden aktiivisuuden alaraja, jonka alapuolella mikrobi ei pysty lisääntymään. Seuraavassa taulukossa on eräiden mikrobien veden aktiivisuuden alarajoja.

Eräiden mikrobien a_w-alarajat kasvulle

mikrobi / mikrobiryhmä	aw
pilaajabakteerit	0,91
pilaajahiivat	0,88
pilaajahomeet	0,80
halofiilit bakteerit	0,75
kserofiilit homeet	0,65
osmofiilit hiivat	0,60
Acinetobacter	0,96
Enterobacter aerogenes	0,95
Bacillus subtilis	0,80
Clostridium botulinum	0,95
Escherichia coli	0,96
Pseudomonas	0,97
Staphylococcus aureus	0,86
Saccharomyces rouxii	0,62
(lähde: Jay, J.M., Modern Food Microbiology, D. Van Nostrand Company, New York 1978 s. 34.)

Käytännössä veden aktiivisuutta elintarvikkeessa voidaan laskea mm. lisäämällä sokeria (hillot) tai suolaa (suolattu kala). Esimerkiksi 7 % NaCl:a sisältävän vesiliuoksen a_w on 0,96 kun puhtaalla vedellä se on 1. Elintarvikkeissa a_w on yleensä yli 0,99. Retkeilijän kannalta kuivaus on kuitenkin ylivoimainen menetelmä saavutettavan painonsäästön takia.

Kuivauksen riittävyyden mittauksessa tehokkain tapa on mitata elintarvikkeen suhteellinen kosteus, joka on käytännössä sama asia kuin veden aktiivisuus. Vesipitoisuuden mittaaminen ruoka-aineksista on sinänsä helppo tapa, mutta se ei välttämättä kerro mitään ruuan säilymisestä. Kosteus-% saattaa olla alle 10, mutta veden aktiivisuus yli 0,9.

Veden aktiivisuuden mittaaminen on kuitenkin kotioloissa kohtuullisen vaikeata. Periaatteessa se saattaisi onnistua ihan seinässä pidettävällä ilmanpuntarin kanssa usein yhdessä olevalla ilmankosteusmittarilla - itse en ole kokeillut. Veden aktiivisuutta mitattaessa ei nimittäin mitata suoraan elintarvikkeen veden aktiivisuutta vaan sitä ympäröivän ja sen kanssa tasapainossa olevan ilman suhteellista kosteutta. Käytännössä tämä tapahtuu työntämällä anturi esim muovipussiin, jossa mitattava tavara on, ja poistamalla ylimääräinen ilma pussista. Pussi suljetaan tiukasta anturin ympärille, jotta ilmanvaihto pussin sisustan ja ympäristön välillä estyy. Annetaan tilanteen tasapainottua, mikä kestää käytännössä 15 minuuttia tai kauemmin riippuen veden aktiivisuuden suuruudesta, ja luetaan mittaustulos. Käyttämäni vedenaktiivisuuden eli suhteellisen kosteuden mittari on Vaisalan tekemä laite. Jokakodin ilmanpuntaria käytettäessä mittari pitäisi sulkea mitattavan aineen kanssa samaan pussiin ja odottaa, kunnes tilanne on tasaantunut. Kyseisten mittareiden tarkkuudesta minulla ei ole tietoa.

Pakkaskuivauskokemuksia

Olen siinä onnellisessa asemassa, että olen voinut käyttää pakkaskuivuria retkieväiden kuivaamiseen. Käyttämäni laitteen kuivauskapasiteetti panosta kohden on n. 1 l vettä.

Kuivauskokeiluni alkoivat vuonna 1998, kun sain tarpeekseni edellisen kesän Haltinreissun tölkkinötkötistä. Aloitin pakkaskuivaamalla jauhelihaa eli ostin kaupasta A-luokan paistijauhelihaa, paistoin sen kypsäksi ja pakastin metallivuoalle 1...2 cm:n kerrokseksi. Latasin kilon verran pakastettua jauhelihaa pakkaskuivuriin ja annoin kuivua viikonlopun yli. Maanantaina totesin satsin keventyneen reilusti ja olevan kuivaa, joten pakkasin lihat muovipussiin ja siirsin keittiön kaappiin säilytykseen, sillä Paraksen reissuun oli aikaa vielä yli kuukausi.

Reissuun lähdettäessa tuli nuuskaistua jauhelihapussin aromeja ja pelästyttyä tunkkaista hajua. Ostimme varmuuden vuoksi Kilpisjärvellä kaupasta riistohintaisia säilykelihapullia ja nötköttiä. vaelluksella söimme ensin tölkkitavaran ja viimeisinä päivinä uskalsimme kajota kuivattuun jauhelihaan. Emme saaneet mahanpuruja ja jauhelihalla höystetyt ruoat maistuivat ihan hyviltä. Kuivatun jauhelihan tunkkaiden haju kuuluu käsiittääkseni asiaan, sillä myöhemmin kuivatessani haju on ollut joka kerta samanlainen. Syynä hajuun saattaa olla esimerkiksi lihan sisältämän rasvan hidas hapettuminen, joka ei sekään ole sinänsä toivottavaa. Kuivattujen ruoka-aineiden hapettumisesta pitäisi päästä eroon tyhjiöpakkaamalla tai suojakaasun vaulla, mutta ne kokeilut ovat toinen tarina, josta saatan joskus kirjoitella oman sivun.

Myöhemmin kuivauskokeiluja on tullut laajennettua muihinkin elintarvikkeisiin. Oheisessa taulukossa on kokeillut ainekset sekä tietoa niiden kuivumisesta. Pakkaskuivatuista aineksista olen koostanut yleensä retkimuona-annoksia kolmelle. Annokset olen pakannut kuumasaumattaviin alumiinilaminaattipusseihin. Resepteistä enemmän tarinaa reseptisivuillani.

Pakkaskuivaamiani ruoka-aineksia

	mraaka	mkypsä	mkuiva	kuivumis- aste	aw
	(g)	(g)	(g)	(%)	(%)
jauheliha	1040	656	276	58	< 5
palvikinkku		1159	267	77	14
broileri	1600	730	275	62	< 3
suikaleliha (nauta)	1055	?	320	?	?
suikaleliha (hirvi)	?	447	203	55	< 5
Turunmaajuusto		278	162	42	2
Aurajuusto		190	95	50	?
herne-maissi-paprika (pakaste)	800		195	76	< 5
keittojuuresseos (pakaste)	400		42	90	< 15
papu-herne-kukkakaali (pakaste)	250		70	72	?
perunasipuliseos (pakaste)	1000		179	82	< 5

Jauheliha on helppoa pakkaskuivata, sillä se on valmiiksi pieninä palasina. Huomattavasti työläämpää on mm. broileri, jonka olen paistanut niin kypsäksi, että liha lähtee helposti irti luista. Luista irrotettun lihan olen leikannut saksilla pieniksi (max. 0,5 cm paksuja) palasiksi poikittain lihassyihin nähden. Kinkun ja kypsennetyn suikalelihan olen leikannut muutaman sentin pituisiksi mutta ohuiksi (max. 0,5 cm paksuja) kappaleiksi. Lihapalasten pieni koko nopeuttaa kuivumista. Pakkaskuivauksen esipakastuksessa olen tehnyt lihakerroksesta mahdollisimman ohuen vuokaan. Toisiinsa kiinnijäätyneet kappaleet olen irrottanut toisistaan ennen kuivuriin siirtämistä.

Kasvisten puolelle valmiina myytävien pakasteiden kuten keittojuuresten, herne-maissi-paprikan ja perunasipuliseosten kuivaaminen on helppoa. Pussi vain auki, pakasteet vuoalle ja pakasteen kautta kuivuriin. Helpoiten ovat kuivuneet paljon vettä sisältävät kasvikset. Tähän mennessä hitaimpia kuivattavia kasviksista ovat olleet herne-maissi-paprikapakasteiden herneet. Muuten kasvikset ovat kuivuneet nopeasti.

Maitotaloustuotteiden puolelta on tullut kokeiltua juustojen kuivaamista. Turunmaata kuivatessa leikkasin juuston ohuiksi suikaleiksi. Lopputuotteena oli kohtuullisen kovia mutta helpohkosti katkeilevia juustopaloja, joiden maku sellaisenaan oli kirpeä ja hiukan tunkkainen. Aurajuustosta sen sijaan tuli kuivauksen jälkeen helposti murenevaa, joten lopputuloksena oli oikeastaan aurajuustojauhoa, jota pystyi sitten käyttämään mausteena ruoassa. Juuston aromi tosin oli mielestäni heikompi kuin tuoreen juuston.

Loppujenlopuksi lähes minkä tahansa elintarvikkeen kuivaaminen lienee mahdollista pakkaskuivurilla. Jatkossa olisi tarkoituksena kokeilla itsetehdyn keiton pakkaskuivausta (Kesällä 2002 kokeilin tätä. Tarinaa siitä toisella sivulla). Myös mm. marjojen ja hedelmien kuivauksen kokeileminen on käynyt mielessä. Rajoituksia asettaneekin oikeastaan ainoastaan mielikuvitus. Itse olen maistanut jopa pakkaskuivattua jäätelöä. Kyseinen tuoteen ominaisuudet olivat kuitenkin sen verran kaukana alkuperäisistä, että jäätelön kuivaaminen ei saavuttane kovin helpolla suurta suosiota retkeilijöiden parissa - No oli se makeata ainakin :-).

Jos haluat kysyä asiaan liittyen jotain tai jos sinulla on omia kokemuksia ja vinkkejä, niin kerro minulle. Ideat ovat aina tervetulleita!