Способы консервирования, основанные на процессе абиоза
На основе процесса абиоза консервируются продукты физическими методами. В основе этих методов лежит использование высоких температур, обеспложивающих фильтров, ионизирующих излучений, ультрафиолетовых лучей и ультразвука.
Тепловая стерилизация. Стерилизация - это нагревание пищевых продуктов при температуре выше 100 ºС. При этом достигается полное уничтожение микрофлоры. Преимуществом стерильных консервов по сравнению с другими консервированными продуктами являются их значительно большая стойкость, простота хранения и значительно меньшие изменения вкуса и вида при существенном сохранении пищевой ценности. Стерильные консервы при необходимом сохранении полезных веществ хранят в среднем 9-24 мес; в некоторых случаях консервы оказываются пригодны к употреблению даже через 10 лет.
Начало производства консервов в широких масштабах положил французский повар Nicolas Appert (1750-1841гг.), который в 1809 году получил назначенную Наполеоном премию в размере 12 000 франков за метод консервирования пищевых продуктов путем нагревания в бутылках. Так эмпирически был открыт основной метод, который позднее привел к рождению консервной промышленности. Научное обоснование этого метода было дано несколько позднее французским естествоиспытателем Louis Pasteur (1822-1895), который выяснил роль микроорганизмов как возбудителей процессов гниения и брожения и возможность их уничтожения при воздействии высоких температур (пастеризация и стерилизация).
Технология консервов следующая: продукт помещают в металлическую или стеклянную тару, герметично укупоривают и прогревают в автоклавах при температуре 100-120ºС. Режим стерилизации определяется температурой, до которой нагреваются консервы, и временем выдержки при этой температуре.
На режим стерилизации пищевых продуктов, прежде всего, влияет их химический состав. Выбор температуры стерилизации зависит от активной кислотности продукта. В зависимости от рН среды различают следующие группы консервов:
- с низкой кислотностью (рН 5,0 и выше) - молочные и мясные продукты;
- со средней кислотностью (рН 5,0-4,5) - мясорастительные продукты;
- кислые (рН 4,5-3,7) - томатопродукты, плодово-ягодные консервы.
Для консервов с низкой кислотностью режим стерилизации должен быть более жестким, чем для кислых.
Кроме активной кислотности, играет роль и химическая природа органических кислот. Молочная кислота оказывает более угнетающее действие на микроорганизмы, чем лимонная, а лимонная более угнетающее, чем уксусная.
Наличие жира в продукте снижает стерилизующий эффект.
Время прогревания зависит от начальной температуры продукта, его консистенции, вида и размера тары. Густые вязкие изделия прогреваются медленнее, чем жидкие. Время стерилизации консервов обычно колеблется в пределах 60-120 мин для мясных, 40-100 мин для рыбных, 25-60 мин для овощных, 10-20 мин для сгущенного молока.
При стерилизации несколько снижается их вкусовая и питательная ценность вследствие частичного гидролиза и денатурации белков, крахмал и сахар частично расщепляются, ферменты инактивируют, разрушается часть витаминов, изменяются структура и цвет продуктов. Необходимо отметить, что из-за длительного нагревания при высоких температурах стерилизованные продукты оказываются в то же время и сваренными.
В зависимости от состава консервированного пищевого продукта (консервы), величины активной кислотности (рН) и содержания сухих веществ консервы делят на следующие группы:
1) группа А - консервированные пищевые продукты, имеющие рН 4,2 и выше, а также овощные, мясные, мясорастительные, рыборастительные и рыбные консервированные продукты с нелимитированной кислотностью, приготовленные без добавления кислоты; компоты, соки и пюре из абрикосов, персиков и груш с рН 3,8 и выше; сгущенные стерилизованные молочные консервы; консервы со сложным сырьевым составом (плодово-ягодные, плодоовощные и овощные с молочным компонентом);
2) группа Б - консервированные томатопродукты:
- неконцентрированные томатопродукты (цельноконсервированные томаты, томатные напитки) с содержанием сухих веществ менее 12 %;
- концентрированные томатопродукты с содержанием сухих веществ 12 % и более (томатная паста, томатные соусы, кетчупы и др);
3) группа В - консервированные слабокислые овощные маринады, соки, салаты, винегреты и другие продукты, имеющие рН 3,7-4,2, в т.ч. огурцы кон-сервированные, овощные и другие консервы с регулируемой кислотностью;
4) группа Г - консервы овощные с рН ниже 3,7, фруктовые и плодово-ягодные пастеризованные, консервы для общественного питания с сорбиновой кислотой и рН ниже 4,0; консервы из абрикосов, персиков и груш с рН ниже 3,8; соки овощные с рН ниже 3,7, фруктовые (из цитрусовых), плодово-ягодные, в т.ч. с сахаром, натуральные с мякотью, концентрированные, пастеризованные; соки консервированные из абрикосов, персиков и груш с рН 3,8 и ниже; напитки и концентраты напитков на растительной основе с рН 3,8 и ниже, фасованные методом асептического розлива;
5) группа Д - пастеризованные мясные, мясорастительные, рыбные и рыборастительные консервированные продукты (шпик, соленый и копченый бекон, сосиски, ветчина и др.), а также другие полуконсервы в герметичной таре с ограниченным сроком хранения;
6) группа Е - пастеризованные газированные фруктовые соки и газированные фруктовые напитки с рН 3,7 и ниже.
Полные консервы - пищевые продукты, укупоренные в герметичную тару, подвергнутые тепловой обработке, обеспечивающей микробиологическую стабильность и безопасность продукта при хранении и реализации в нормальных (вне холодильника) условиях.
Полуконсервы - пищевые продукты, укупоренные в герметичную тару, подвергнутые тепловой обработке, обеспечивающей гибель нетермостойкой неспорообразующей микрофлоры, уменьшающей количество спорообразующих микроорганизмов и гарантирующей микробиологическую стабильность и безопасность продукта в течение ограниченного срока годности при температурах 6 ºС и ниже.
Стерилизацию консервов проводят обычно в специальных аппаратах (автоклавах) с помощью пара, под давлением.
Консервы групп А, Б, В и Д стерилизуют обычно при температурах выше 100 ºС (112-120 ºС), консервы остальных групп стерилизуют при температуре до 100 ºС, но не ниже 75-80 ºС.
При стерилизации продуктов руководствуются формулой (режимом) стерилизации, которую условно записывают следующим образом:
|
где А - время подъема температуры греющей среды в автоклаве до температуры стерилизации, мин;
В -продолжительность стерилизации, в процессе которой в автоклаве поддерживается постоянная температура, мин;
С - время снижения давления пара или время охлаждения греющей среды в автоклаве, мин;
t - температура греющей среды в автоклаве во время стерилизации, ºС.
Например, 
Это означает, что за 25 мин температуру аппарата следует равномерно поднять до температуры 120 ºС. Затем выдержать ее на этом уровне 75 мин, после чего за 30 мин аппарат равномерно охладить.
Асептическое консервирование - стерилизация путем кратковременного высокотемпературного нагрева, охлаждения и фасование в стерильную тару и укупоривание в асептических условиях. Используется для жидких и пюреобразных пищевых продуктов. Преимущество - сокращение времени тепловой обработки, в результате чего повышается пищевая ценность консервов; могут использоваться полимерные материалы.
Ультрафиолетовые лучи (УФ) (лучевая стерилизация) обладают высокой энергией и вызывают фотохимические изменения в поглощающих их молекулах субстрата и клетках микроорганизмов. Наибольшим бактерицидным действием обладают лучи с длиной волны 250-280 нм. Эффективность воздействия УФ-лучей на микроорганизмы зависит от дозы облучения.
Для стерилизации плодоовощных консервов его не применяют из-за низкой проникающей способности лучей. Не рекомендуется облучать жиросодержащие продукты, так как под действием УФ-лучей в продуктах могут образовываться перекись водорода и озон, которые губительно действуют как на микроорганизмы, так и на сам продукт. При этом ухудшаются вкусовые и пищевые свойства самого продукта. Считают возможным применение УФ-лучей при стерилизации плодоовощных соков и вин в тонком слое.
УФ-облучение рекомендуют использовать для дезинфекции воздуха холодильных камер, производственных помещений, в технологическом процессе при асептическом консервировании, для предотвращения инфицирования извне при розливе, фасовании и упаковке пищевых продуктов; для обеззараживания тары и упаковочных материалов.
Однако этот способ консервирования требует большой осторожности, так как УФ-лучи опасны для человека, действуют на глаза и кожу.
Ионизирующее излучение. При консервировании ионизирующими излучениями стерилизующий эффект получают без повышения температуры. Поэтому иногда консервирование ионизирующей радиацией называют холодной стерилизацией или холодной пастеризацией.
Для обработки пищевых продуктов используют ренгтеновское излучение, γ-излучение или поток ускоренных электронов. Особый интерес представляет γ-излучение.
Механизм действия ионизирующей радиации основан на ионизации молекул и атомов микроорганизмов, в результате чего нарушаются их нормальные биологические функции и они отмирают. Гибель живых клеток под влиянием ионизирующих излучений наступает вследствие нарушений в нуклеиновом и других обменах клетки.
Величина дозы облучения зависит от вида продукта, а также характера и интенсивности обсеменяющей его микрофлоры.
Различают следующие виды обработки пищевых продуктов ионизирующими излучениями:
- радиационная стерилизация (радаппертизация) почти полностью подавляет развитие микроорганизмов. Используются дозы порядка 10-25 кГр (1 килогрей равен 100 кирад или 0,1 мегарад). Радаппертизация применяется для обработки пищевых продуктов, предназначенных для длительного хранения в различных условиях (в т.ч. неблагоприятных);
- радуризация - обработка пищевых продуктов пастеризующими дозами порядка 5-8 кГр, достаточная для увеличения длительности хранения.
В обоих видах продукты сначала герметически укупоривают (любая тара), а затем подвергают действию лучей по рассчитанному режиму. При обработке продуктов температура их практически не изменяется. Если они были заложены в тару в сыром состоянии, то и после стерилизации остаются сырыми, но стерильными и способными к длительному хранению в обычных температурных условиях.
Недостатки консервирования ионизирующими излучениями - это изменение химического состава продуктов, что приводит к ухудшению их вкуса, запаха и консистенции. Вследствие этого в настоящее время ученые подбирают такие режимы облучения продуктов, которые не вызывают изменений органолептических свойств. Это облучение в инертных газах, вакууме, при низких температурах, с применением антиокислителей.
Так, для обработки мяса и рыбы дозы облучения не должны превышать 6-8 кГр, в этом случае почти не наблюдается изменений вкуса, запаха и консистенции. Для длительного хранения картофеля и некоторых овощей допускаемые нормы ионизирующей радиации не превышают 0,1-0,2 кГр, их использование полностью подавляет прорастание лука, чеснока и картофеля при хранении.
Однако этот способ консервирования до сих пор не нашел промышленного применения и находится в стадии углубленного изучения. Всесторонне изучается его влияние на здоровье человека, степень устойчивости микроорганизмов к действию ионизирующих излучений, исследуются изменения, происходящие в облученных пищевых продуктах.
Ультразвук (УЗ) - это механические колебания с частотами более 20 кГц (более 2000 кол/с), которые находятся за пределом слышимости человека. УЗ-волны могут распространяться в твердых, жидких и газообразных средах и обладают большой механической энергией. С помощью УЗ можно вызвать распад высокомолекулярных соединений, коагуляцию белков, инактивацию ферментов, разрушить частично или полностью многоклеточные и одноклеточные организмы, в т.ч. и микроорганизмы.
УЗ находит все большее применение в пищевой промышленности. Разработаны установки для мойки и стерилизации стеклянной тары, предложены технологии по стерилизации воды, жидких пищевых продуктов.
Применение этого метода позволяет консервировать пищевые продукты без нагревания, что обеспечивает лучшее сохранение их натурального вкуса и запаха.
Электрический ток высокой (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ) - один из видов тепловой стерилизации. Прохождение коротких и ультракоротких электромагнитных волн через среду вызывает в ней появление переменных токов высокой и сверхвысокой частоты. В электромагнитном поле электрическая энергия преобразуется в тепловую (температура продукта 100ºС и выше).
ВЧ-обработку для стерилизации консервов проводят при радиочастотном диапазоне 20-30 Мгц. Более эффективным считается сверхчастотный нагрев при частоте 2400 МГц, при котором можно проводить непрерывную стерилизацию в потоке. При СВЧ-обработке физические свойства продукта, размеры банки и другие параметры стерилизуемой продукции мало влияют на режим генератора микроволновой энергии. Благодаря специфическим особенностям этого способа стерилизации его применение перспективно для термической обработки плодово-ягодных консервов.
По сравнению с обычной паровой стерилизацией значительно сокращается время нагревания (1-3 мин) и улучшаются потребительские свойства готового продукта: аромат, вкус, консистенция, цвет и биологически активные вещества.
Внедрение указанных видов обработки сдерживается из-за сложности оборудования и контроля температурных параметров технологического процесса.
Механизм воздействия на микрофлору ВЧ- или СВЧ-энергии до конца не изучен. Гибель клетки наступает в результате теплового эффекта, но некоторые ученые считают, что существует специфическое воздействие электромагнитных волн. Для каждого вида продукта должны быть разработаны свои режимы стерилизации, так как микрофлора по составу и чувствительности сильно различается.
Физико-механический способ (обеспложивающая стерилизация). Этот метод основан на пропускании под давлением прозрачного продукта через фильтры, размер пор которых меньше размера клеток микроорганизмов. Следовательно, происходит механическое выделение клеток микроорганизмов из среды жидкого пищевого продукта. Отсутствие тепловой обработки позволяет максимально сохранить все биологически активные вещества. Однако при использовании бестемпературной стерилизации в продукте остаются активные комплексы ферментов, которые влияют на его цвет, вкус и аромат при хранении. Поэтому продукт перед стерилизацией все равно подвергают обработке, направленной на инактивацию ферментов.
Этим способом освобождают от микроорганизмов прозрачные соки, виноградные вина, пиво и т.д.
При асептическом консервировании в мелких (т.е. обычных) консервных банках поступают следующим образом: продукт пропускают через теплообменник из нержавеющей стали (диаметр трубок 12-15 мм и длина около 2 мм) с большой скоростью (2-3 м/с), чтобы не образовывался пригар на внутренних стенках. Трубки разделены на три секции (каждая в отдельном кожухе), первая и вторая обогреваются перегретым паром, а третья - охлаждается водой. В первой секции продукт нагревается в течение нескольких секунд до температуры 133-150 ºС, во второй - он выдерживается при быстром движении и такой же температуре, в третьей - быстро охлаждается до 30-40 ºС. Таким образом, из третьей секции выходит охлажденный, но уже стерилизованный продукт, который сразу же расфасовывается в жестяные или стеклянные банки, простерилизованные в другом аппарате, и укупоривается стерильными крышками. Укупоренные банки можно сразу отправлять на склад.