Лекция № 1 Теоретические основы процесса консервирования

Принципы и методы консервирования. Основными причинами порчи свежих пищевых продуктов являются присутствие в растительных и животных тканях микроорганизмов, которые разрушающе действуют на компоненты сырья. Дополнительное влияние на эти факторы оказывают воздух, температура, свет и т. д. В зависимости от характера сырья, причин его порчи и продукта, который необходимо получить, применяются соответствующие принципы и методы консервирования.

Для предохранения продуктов от порчи необходимо создать такие условия их хранения либо так видоизменять их свойства, чтобы микроорганизмы были уничтожены или не могли развиваться, а ферменты, регулирующие биохимические процессы, были инактивированы.

Первыми методами консервирования стали естественные процессы: соление, копчение, брожение и др. В 1810 г. французский кулинар Н. Аппер опубликовал книгу о консервировании пищевых продуктов с помощью тепла. Позднее был зарегистрирован английский патент на консервирование пищевых продуктов в герметически закрытых металлических банках.

Многочисленные способы сохранения пищевых продуктов заключаются в основном в регулировании жизненных процессов в самом сырье и микроорганизмах. На этом основана классификация методов консервирования растительного сырья проф. Я. Я. Никитинского.

Следует обратить внимание на то, что сырье животного происхождения перед консервированием не является живым объектом и отличается от растительных объектов, в которых после сбора урожая продолжаются процессы обмена веществ внутри тканей и с окружающей средой, в том числе и процесс дыхания. Поэтому не все моменты классификации методов консервирования касаются методов сохранения мяса теплокровных животных, рыбы, птицы. Регулирование жизненных процессов в этом случае касается лишь микрофлоры сырья.

Различают три основные группы методов консервирования сырья и пищевых продуктов:

1. методы, основанные на принципе биоза, т. е. поддержания жизненных процессов в сырье и использования его естественного иммунитета;

2. методы, основанные на принципе анабиоза, т. е. замедлении, подавлении жизнедеятельности микроорганизмов и растительного сырья при помощи различных физических, химических и биологических факторов;

3. методы, основанные на принципе абиоза, отсутствия жизни, т. е. полном прекращении всех жизненных процессов как в сырье, так и в микроорганизмах.

Биоз заключается в хранении плодов и овощей в свежем виде без какой-либо специальной обработки. Принимаются лишь меры, направленные на поддержание нормальных жизненных процессов, и некоторое ограничение их интенсивности.

Биоз является не методом консервирования в обычном понимании, а лишь системой мер, обеспечивающих кратковременное сохранение плодов в свежем виде при поступлении сырья на завод.

На принципе анабиоза основан ряд методов консервирования: охлаждение, замораживание, создание высоких концентраций осмотически деятельных веществ, сушка, хранение в регулируемой атмосфере, маринование, спиртование, квашение и др.

При способе холодного хранения (умеренный холод) используют температуру не ниже той, при которой замерзают сырье и пищевые продукты. Использование умеренного холода способствует значительному замедлению биохимических процессов, протекающих в сырье, а также снижению активности микроорганизмов, большинство из которых лучше всего развивается при 37 °С.

Снижение биологической и биохимической активности сырья и микроорганизмов при понижении температуры объясняется, с одной стороны, зависимостью скорости химических реакций от температуры, а с другой - тем, что цитоплазма микробных клеток наркотизируется под влиянием холода и проницаемость ее снижается.

Метод холодного хранения дает возможность сохранить сырье при минимальном изменении его натуральных свойств гораздо дольше, чем метод биоза.

Замораживание продукта предусматривает его охлаждение до температуры более низкой, чем температура замерзания. Замороженные пищевые продукты и сырье можно сохранять значительно дольше, чем при использовании умеренных пониженных температур. Это объясняется не только количественной разницей в низкотемпературном уровне процессов замораживания и холодного хранения, но и тем, что в замороженных пищевых продуктах большая часть влаги превращена в твердое состояние. Поэтому микроорганизмы, питание которых происходит осмотическим путем, лишаются возможности использовать пищевые продукты, содержащие небольшую долю влаги в жидком состоянии.

При использовании метода замораживания сырья и пищевых продуктов принцип анабиоза относится (хотя не в полной мере) только к микроорганизмам.

Многие вегетативные формы микроорганизмов погибают при низких температурах, споры выживают, впадая в анабиотическое состояние.

При медленном замораживании количество выживших клеток больше, чем при быстром, однако многие из выживших микроорганизмов оказываются поврежденными и впоследствии погибают.

На степень сохранения жизненных функций микроорганизмов влияют вид микроорганизма, среда, в которой он находится, скорость и температура замораживания и хранения. Повторное замораживание и размораживание приводят к уменьшению количества живых микроорганизмов.

Высокие концентрации осмотически деятельных веществ способствуют плазмолизу клеток сырья, микробных клеток, в результате чего микроорганизмы впадают в анабиотическое состояние.

В качестве осмотически деятельных веществ для консервирования пищевых продуктов применяют сахар и поваренную соль. Чтобы вызвать стойкий плазмолиз микробных клеток, необходимы высокие концентрации этих веществ: не меньше 60 - 70 % сахара или 10 - 12 % соли.

Консервирующее действие сахара используют при изготовлении таких продуктов, как варенье, джем, повидло.

Консервирующее действие поваренной соли используют для посола рыбных и мясных продуктов.

Сушка также приводит к анабиозу микроорганизмов. Попадая в сухую среду, микробные клетки отдают осмотическим путем влагу, в результате чего происходит их плазмолиз.

Сушка как метод консервирования пищевых продуктов имеет много преимуществ. Используемые технология и аппаратура достаточно просты. Масса и объем сырья в процессе сушки уменьшаются в несколько раз. Сушеные продукты неприхотливы к условиям хранения. Однако качество сушеной продукции невысоко. Основной недостаток заключается в плохой восстанавливаемости естественных свойств продукции при вторичном оводнении перед употреблением в пищу.

В настоящее время известны новые методы сушки, позволяющие интенсифицировать процесс и получать сушеную продукцию высокого качества. Одним из таких методов является сублимационная сушка.

Хранение плодов и овощей в регулируемой атмосфере основано на анабиотическом состоянии, в которое впадают как микроорганизмы, так и растительное сырье под влиянием диоксида углерода и пониженного содержания кислорода в атмосфере.

Модификация атмосферы используется также для консервирования сырья животного происхождения.

Маринование, спиртование, квашение и спиртовое брожение - методы консервирования, основанные на неспособности большинства микроорганизмов развиваться в кислой среде или в среде, содержащей спирт.

Небольшие концентрации спирта и кислоты не могут полностью воспрепятствовать развитию плесеней, бактерий и других микроорганизмов, поэтому с помощью этих методов сохранить продукт в течение продолжительного времени нельзя. Для увеличения срока хранения продуктов их пастеризуют или хранят при пониженных температурах. При этом изменяется сам принцип консервирования, который в таком случае сводится уже не к анабиозу микроорганизмов, вызванному действием кислоты или спирта, а к уничтожению их с помощью высокой температуры.

На принципе абиоза, т. е. прекращения жизнедеятельности клеток сырья и микроорганизмов, основано много методов консервирования.

Тепловая стерилизация - обработка продукта высокой температурой - приводит к гибели микроорганизмов в результате необратимых изменений в протоплазме, белки которой коагулируют. Консервированные этим методом пищевые продукты могут сохраняться в течение многих лет.

Метод консервирования тепловой стерилизацией является основным и наиболее надежным среди методов сохранения пищевых продуктов.

При оптимальном режиме стерилизации химические изменения в пищевом продукте будут минимальными.

Готовые консервы можно хранить на складах и перевозить в железнодорожных вагонах и на автомашинах. В этом заключается большое преимущество стерилизации. С помощью этого метода можно хранить сырье животного и растительного происхождения.

Применение электрического переменного тока высокой (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ) представляет собой один из особых вариантов тепловой стерилизации пищевых продуктов. Поскольку поглощение электрической энергии происходит одновременно всем объемом продукта, продукт разогревается быстро.

При ВЧ-нагреве для стерилизации консервов используют радиочастотный диапазон электромагнитных волн 20 - 30 МГц.

Кратковременный эффективный нагрев позволяет получать консервы высокого качества.

Внедрение процессов ВЧ- и СВЧ-обработки в практику консервирования лимитируется сложностью оборудования, относительной дороговизной процесса.

Успешно применяется микроволновой нагрев отдельно и в сочетании с обычным термическим при стерилизации гетерогенных продуктов. При этом значительно сокращается продолжительность процесса тепловой обработки, что приводит к сохранению органолептических показателей продуктов и их пищевой ценности.

Асептическое консервирование, при котором стерилизация предшествует расфасовке продукта и герметизации его, осуществляют в стерильных условиях. Оно является одной из разновидностей тепловой стерилизации. Асептическое консервирование имеет ряд преимуществ перед традиционным методом термической стерилизации продуктов в герметической среде. Основным из них является высокое качество продукта и снижение удельных затрат на обработку. К недостаткам его следует отнести сложность применяемого оборудования.

Применение антисептиков основано на их свойстве уничтожать микроорганизмы. Проникая в клетку, эти вещества вступают во взаимодействие с белками протоплазмы, парализуя при этом ее жизненные функции и приводя микробную клетку к гибели.

Консерванты должны удовлетворять ряду требований. В частности они должны быть ядовитыми для микробов в небольших дозах, не оказывать вредного действия на организм человека, не вступать во взаимодействие с пищевыми веществами и не придавать продукту неприятного запаха или привкуса, кроме того они должны не реагировать с материалом технологического оборудования или тары, а легко поддаваться удалению из продукта перед употреблением его в пищу или выводиться из организма. Подобрать эффективные антисептики, пригодные для консервирования пищевых продуктов, нелегко, так как большинство из них оказывают вредное действие не только на микробы, но и на организм человека.

Борная кислота концентрацией 0, 3 % безвредна. Поэтому ее используют для консервирования зернистой икры рыб.

Точно так же уротропин в небольших дозах (0, 1 %) безвреден и может употребляться для консервирования зернистой икры. В то же время для консервирования плодов его использовать нельзя.

В СССР для консервирования применяют диоксид серы, бензойную кислоту или ее натриевую соль и сорбиновую кислоту.

Применение антибиотиков основано на бактерицидном характере их действия. Они отличаются от антисептиков по происхождению и способу получения.

Антибиотики в сотни раз бактерициднее антисептиков и оказывают консервирующее действие в концентрациях, измеряемых несколькими десятитысячными долями процента. Однако систематическое употребление антибиотиков небезопасно для здоровья человека.

Введение антибиотиков в организм человека нарушает естественный симбиоз между человеком и обитающими в eго организме микробами. Систематическое потребление малых доз антибиотиков приводит к выращиванию в организме человека антибиотикоустойчивых рас микроорганизмов. В результате появления таких форм микробов возникает угроза обесценивания антибиотиков как лекарственных средств.

Поэтому фактически единственным антибиотиком, получившим разрешение органов здравоохранения на применение его для целей консервирования пищевых продуктов, является хлортетрациклин, или биомицин. Ценной является его способность полностью разлагаться при непродолжительном нагревании. Его разрешено применять только для консервирования сырья животного происхождения (мяса, рыбы, битой птицы), потребляемого в пищу после горячей кулинарной обработки.

Техника консервирования биомицином зависит от вида сырья. Так, для сохранения рыбы готовят раствор, содержащий 5 г антибиотика в 1 м3 воды. Раствор замораживают и биомициновым льдом пересыпают рыбу.

Органами здравоохранения рекомендуется использовать в пищевой промышленности антибиотики, не применяемые в медицине. К ним относится низин.

Из фитонцидов наиболее подходящим консервантом является эфирное аллилгорчичное масло. Введение 0, 002 % его позволяет сохранять маринады при герметичной укупорке в течение более года.

Обеспложивающая фильтрация — фильтрация прозрачного пищевого продукта через специальный материал, задерживающий микробы. Фильтрующим материалом являются асбесто-целлюлозные пластины, размеры пор которых меньше микробной клетки.

Сущность обеспложивающей фильтрации заключается не в уничтожении микроорганизмов, а в механическом отделении их от продукта. Здесь соблюден принцип абиоза.

Особенностью стерилизующей фильтрации является возможность сохранить пищевой продукт без тепловой стерилизации. Однако осуществление этого метода на практике связано с необходимостью соблюдать строжайший санитарный режим производства.

Продукт перед стерилизующей фильтрацией иногда необходимо нагревать для инактивирования ферментов.

Метод обеспложивающей фильтрации является наименее универсальным, так как применяется для ограниченного числа пищевых продуктов.

Ультрафиолетовое излучение обладает большой энергией и оказывает сильное химическое и биологическое действие. Область лучей с длиной волн от 4000 до 3300 А является химически активной, 3300-2000 А - биологически активной. Наибольшим воздействием на бактерии обладают лучи с длиной волн от 2950 до 2000 А. Данная область ультрафиолетовых лучей называется бактерицидной. Максимум бактерицидного действия оказывают лучи с длиной волны около 2600 А.

Использование бактерицидного эффекта ультрафиолетовых лучей для консервирования лимитируется их малой проникающей способностью. Поэтому УФ-спектр может быть использован в основном для стерилизации поверхностей.

Ионизирующие излучения - излучения, способные вызывать ионизацию электрически нейтральных атомов и молекул и стимулировать в облученных материалах однотипные химические реакции.

Два вида излучения - рентгеновские и гамма-лучи производят ионизирующее действие, α - и β -лучи имеют малую проникающую способность. Их влияние на облучаемые материалы незначительно.

Стерилизующий эффект ионизации заключается в том, что при действии y-квантов этом или молекула теряют электрон и становятся положительно заряженным ионом. Оторвавшийся электрон, являющийся носителем отрицательного заряда, присоединяясь к другому атому или молекуле, образует отрицательный ион.

Возникающие при этом в пищевых продуктах химические превращения связаны в первую очередь с ионизацией воды.

Образующиеся свободные радикалы Н и ОН обладают высокой химической активностью. Они неустойчивы и могут просуществовать в свободном виде в течение 10-5 – 10-6 с. Однако за это время с их помощью образуются сильные окислители, влияющие на химическую природу облучаемых веществ.

На этом основаны методы консервирования пищевых продуктов радуризацией и радаппертизацией.

При радуризации, производимой дозами (250 - 800) 103 рад, микроорганизмы уничтожаются лишь частично.

Радаппертизация, или радиационная стерилизация, уничтожает микроорганизмы полностью. При этом требуются большие дозы ионизирующих излучений – (1, 5 - 2) 106 рад.

Большие дозы приводят к появлению посторонних запахов и привкусов в продукте, разложению пищевых веществ. Пороговые дозы не должны превышать 103 рад.

Токсикологические, химические и медицинские исследования показывают, что умеренная ионизирующая радиация не оказывает отрицательного влияния на пищевые продукты с точки зрения их безвредности и пищевой ценности.

Применение ионизирующей радиации для обработки пищевых продуктов еще не стало массовым. Наибольшее количество облученных пищевых продуктов реализуется в Японии.

Перспективность радиационной обработки определяется минимальными изменениями первоначальных свойств свежих пищевых продуктов и более низкими затратами на радиационную обработку, чем на применение тепла или охлаждение.