Физические способы консервирования

Классификация способов консервирования

По средствам воздействия на сырье все методы консервирования можно подразделить на физические, химические и биохимические.

Физические способы. Инактивация ферментов и прекращение жизнедеятельности микроорганизмов на сырье достигаются действием физических средств: холода, тепла, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, ультразвука, электромагнитных колебаний (УВЧ), радиационного излучения. К этой группе способов относятся охлаждение, замораживание, высушивание, стерилизация.

Химические способы. Основаны на введении в ткани обрабатываемого сырья химических веществ (консервантов), безвредных для организма человека, но ослабляющих деятельность ферментов и угнетающих жизнедеятельность микроорганизмов, а в ряде случаев придающих продукту новые вкусовые свойства. К таким способам относятся посол (обработка поваренной солью), маринование (обработка солью и уксусной кислотой), копчение (обработка дымом, содержащим фенолы, кислоты), применение пищевых антисептиков (бензойная кислота, гипохлорит и нитрит натрия, перекись водорода, озон, уротропин) и антиокислителей — химических акцепторов кислорода, безвредных для человека (аскорбиновая кислота, глутаминат натрия, лимонная кислота и др.).

Биохимические способы. Основаны на применении биологически активных веществ, оказывающих бактериостатическое и бактерицидное действие (антибиотики, фитонциды), а также ферментов и микроорганизмов, которые образуют новые химические соединения, имеющие специфические вкусо-аро-матические свойства, оказывающие бактерицидное действие (созревание соленой рыбы и пресервов) или превращающие сырье в своеобразные продукты (белковые биолизаты).

Комбинированные способы. В технологии пищевых продуктов комбинируют различные методы консервирования. Так, например, при охлаждении сырья (физический метод) эффективность консервирования усиливают применением антисептиков и антибиотиков (химический и биохимический методы) или радиационного облучения (физический метод), при приготовлении слабосоленой продукции (химический метод) прибегают к охлаждению (физический метод) или применяют антисептики (химический метод), а для образования у продукта новых вкусо-ароматических свойств — ферменты (биохимический метод); при холодном копчении сочетают посол (химический метод), сушку (физический метод) и копчение (химический метод) и т. п.

По силе и характеру воздействия на сырье все способы консервирования подразделяют на две группы. В первую группу входят способы, обеспечивающие сохранение природных свойств сырья для последующей выработки из него пищевых, кормовых и других видов продуктов (охлажденные и мороженые продукты). Во вторую группу входит подавляющее большинство способов консервирования, применяющихся в технологии пищевых продуктов. При помощи этих методов сырью придают новые свойства и превращают его в готовые для потребления продукты.

Консервирование холодом. Осуществляют путем охлаждения, переохлаждения и замораживания сырья.

Охлаждение. Заключается в искусственном понижении температуры тканей сырья до температуры от минус 1 до плюс 5° С в толще тела с последующим хранением при температуре воздуха 0—минус 1°С. В этих условиях существенно снижается биохимическая активность тканевых ферментов, а у большинства микроорганизмов, в том числе у многих видов гнилостных бактерий и бактерий кишечной группы, резко замедляется или совсем прекращается жизнедеятельность: бактерии впадают в состояние анабиоза. Следовательно, охлаждение ведет к торможению, но не к прекращению посмертных изменений и бактериальных процессов, ухудшающих качество охлажденного сырца во время его хранения, особенно при нарушении оптимальных температур и допустимых сроков хранения. Однако и при соблюдении оптимальных условий охлаждение является способом консервирования сырца с очень ограниченным сроком хранения.

Подмораживание (переохлаждение). Для повышения эффективности охлаждения иногда прибегают к охлаждению тканей до температуры ниже криоскопической, но не ниже температуры минус 3° С (при которой из-за начинающегося кристаллообразования сырье переходит в категорию замороженного). Охлаждение тканей до минус 2±0,5° С и хранение при этой температуре позволяют достигнуть эффективного сохранения переохлажденного сырья на 25—27 сут. Однако при кратковременном хранении переохлаждение преимуществ перед охлаждением не имеет.

Замораживание. Является способом консервирования, при котором температуру тканей сырья искусственно понижают до температуры намного ниже температуры начала замерзания клеточного сока с последующим хранением сырья при низких отрицательных температурах. Консервирующий эффект замораживания основан на обезвоживании тканей сырья за счет вымерзания воды (при температуре минус 5 и минус 30° С в лед превращается соответственно 70 и 95% содержащейся в тканях воды). При этом в тканях образуются растворы с высоким осмотическим давлением, в результате чего создается «физиологическая сухость», при которой в тканях практически прекращаются биохимические процессы, вызываемые ферментами.

При низких температурах у микроорганизмов прекращается внутриклеточный обмен из-за ухудшения диффузионных свойств протоплазмы и облегчения ее коагуляции. Повышение осмотического давления в результате вымерзания воды тормозит рост и ускоряет отмирание микроорганизмов, что наиболее интенсивно проявляется в интервале температур от минус 1 до минус 5° С, а при температурах минус 8— минус 10° С подавляющее большинство микроорганизмов прекращают жизнедеятельность. Однако некоторые виды криофильных и осмофильных микроорганизмов (AchromoBacter, FlovaBacterium, Micrococ-cus), дрожжи (Turulopis) и плесени (Mucor, Clodosporium, Penicillum и др.) длительное время сохраняют жизнеспособность даже и при более низких температурах (сальмонеллы при минус 18° С сохраняют жизнеспособность в течение месяца, золотистый стафилококк—до 5 мес., а некоторые виды плесеней и дрожжей — до 30—36 мес.).

Ряд видов микроорганизмов в начальный период задерживают свое развитие, однако после некоторого периода они адаптируются к действию низкой температуры и начинают медленно размножаться, а затем и расти. Таким образом, для усиления консервирующего действия замораживания очень важно соблюдать высокую санитарную культуру производства.

Консервирование нагреванием. Применяют два основных варианта тепловой обработки:

подвергаемый обогреву материал вначале помещают в тару, которую герметично закупоривают и затем нагревают (стерилизация, пастеризация);

как во время тепловой обработки, так и после ее завершения обрабатываемый материал соприкасается с окружающим воздухом (варка, обжаривание, пропекание, горячее копчение и др.).

Консервирующий эффект при тепловой обработке достигается за счет необратимой инактивации ферментов, а также умерщвления микроорганизмов и их спор. Инактивация ферментов происходит в результате тепловой денатурации фер­ментных белков при их нагреве: при 80° С ферменты полностью и необратимо утрачивают свои каталитические свойства.

Отношение отдельных микроорганизмов к действию высоких температур весьма различно, но большинство видов погибает за 10—30 мин нагрева при 60—70° С, а при 80—100° С— за 1—5 мин. Однако некоторые осмофильные виды могут переносить кратковременный нагрев даже до 90—100° С. Еще более устойчивы к действию нагрева споры бактерий. Например споры Вас. subtilis и Вас. mesentericus при 100° С погибают только после 100—120 мин нагрева, а при 120° С—через 30—40 мин.

Стадия абиоза у микроорганизмов наступает после нагрева их до температуры, при которой происходит денатурация и коагуляция белков протоплазмы, в частности альбумина. Коагуляция белков зависит от химического состава белков, рН, содержания воды, жира, сахара, соли и т. д. У большинства видов бактерий коагуляция белковых веществ начинается уже при 56—58° С. Повышение содержания воды в материале и кислая реакция ускоряют коагуляцию белков и гибель микроорганизмов. Присутствие же в растворе малых количеств соли, сахара, жиров, а также увеличение содержания связанной воды (например, у спор) оказывают защитное действие.

Выделяют два способа консервирования сырья путем нагрева его в герметичной таре: пастеризацию и стерилизацию. При стерилизации содержимое тары нагревают до 100—120° С и выдерживают при такой температуре в течение времени, достаточного для разрушения ферментов, а также для умерщвления всех микроорганизмов и их спор. Для сырья, которое по своим свойствам не может выдержать нагрев до столь высоких температур, применяют пастеризацию, при которой герметично укупоренное сырье нагревают до температуры 65—80° С. При пастеризации достигается инактивация ферментов, но некоторые виды термофильных микроорганизмов и их споры оказываются в стадии анабиоза, поэтому при благоприятных условиях в пастеризованных продуктах может возникать активная бактериальная порча. Для повышения консервирующего эффекта применяют дву- и трехкратную пастеризацию с промежуточной выдержкой продукта в термостате (при 35—37° С) для ускорения прорастания спор (способ тиндализации).

Если сырье для тепловой обработки не помещают в герметичную тару, то сразу после завершения тепловой обработки получают продукт, в котором разрушены тканевые ферменты, умерщвлены вегетативные микроорганизмы и большая часть спор термофилов.

Однако при медленном охлаждении продукта споры термофилов прорастают, а контакт с воздухом, инвентарем, руками работающих, тарой обусловливает перенос микробов на поверхность продукта, где они растут и вызывают быструю его порчу. Такой вареный продукт может сохраняться лишь в строго регламентированных условиях и очень ограниченные сроки.

Консервирование путем удаления воды. Консервирующий эффект высушивания объясняется тем, что при снижении содержания воды в животных или растительных тканях до определенного минимума жизнедеятельность микроорганизмов и процессы порчи субстрата прекращаются (принцип ксероана-биоза). В результате высушивания инактивируются и тканевые ферменты. Если при высушивании температура нагрева не вызывает тепловой денатурации белков, то оставшиеся на продукте микроорганизмы находятся в стадии анабиоза. В случае тепловой коагуляции белков происходят разрушение ферментов и гибель микроорганизмов и их спор (принцип термоабиоза). Наконец существует способ консервирования путем вяления, в котором сочетаются принципы осмоанабиоза (посол) и ксероанабиоза (сушка). Жизнедеятельность большинства видов бактерий прекращается при содержании в субстрате менее 25% воды, но некоторые виды плесеней могут развиваться на субстрате, содержащем даже 15—16% воды, ибо летальный уровень для плесеней 10—12% воды.

Консервирующий эффект высушивания зависит не только от содержания воды в субстрате, но и от доступности остаточной воды для микроорганизмов. Увеличение содержания соли в субстрате снижает ее доступность для микроорганизмов, поэтому совмещение принципов осмоанабиоза и, ксероанабиоза при приготовлении вяленой рыбы позволяет получить устойчивый в хранении сушеный (вяленый) продукт с более высоким остаточным содержанием воды, чем при применении ксероанабиоза.

Наиболее устойчивы к высушиванию споры, которые, будучи высушенными, сохраняют жизнеспособность очень долго (анабиоз). В связи с этим для сохранения качества сушеных продуктов необходимо предотвращать их увлажнение.

Новые физические способы консервирования. В технологии пищевых продуктов начинают применять новые физические средства для консервирования сырья: ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, электромагнитные и звуковые колебания, γ-лучи (радиационное облучение), низкие температуры и глубокий вакуум (сублимационная сушка).

Облучение ультрафиолетовыми лучами (УФ Л). УФЛ действуют на микроорганизмы бактериостатически или бактерицидно в зависимости от длины волны, продолжительности экспозиции и мощности светового потока, а также вида микроорганизмов (плесени в 10—15 раз устойчивее, чем бактерии), их количества на единице поверхности облучаемого материала, температуры, относительной влажности воздуха, рН среды.

Проникающая способность УФЛ очень низка, поэтому летальное действие они оказывают только на микроорганизмы, попадающие в зону облучения. Природа летального действия УФЛ пока не совсем выяснена, но установлено, что наличие окрашивающих пигментов и жиров повышает устойчивость микроорганизмов к облучению. Очень устойчивы к действию УФЛ споры. Действие УФЛ на ферменты ведет к их инактивации, что объясняется фотолизом дисульфидных связей и ароматических кислот.

УФЛ с успехом применяют для дезинфекции воздуха, поверхности стен, инвентаря, воды, создания асептических условий при производстве ряда пищевых продуктов. Наиболее эффективное гермецидное действие оказывают УФЛ волны с длиной (2,5—2,6) • 10^{-7 м (0,25—0,26 мкм). УФЛ вызывают превращение эргостерола в биологически активный витамин D, но обильное при этом образование озона ведет к разрушению витамина А, ускоряет и усиливает окислительную порчу жиров.}

Облучение инфракрасными лучами (ИКЛ). Тепловые ИКЛ позволяют создавать направленные тепловые потоки большой плотности, проникающие в толщу тела рыбы на глубину 1—5 мм. Источником ИКЛ могут быть различные типы темных и светлых излучателей, генерирующих лучи с длиной волны в диапазоне от 0,76 до 5 мкм.

Использование ИКЛ позволяет значительно ускорять тепловые процессы, в результате чего сокращается продолжительность тепловой обработки без форсирования температурного режима. Например, применение ИКЛ-прогрева взамен конвективного, позволяет ускорить высушивание в 2—3 раза. ИКЛ могут применяться для обжарки панированных кусков рыбы, стабилизации (закрепления) пленки коптящих веществ на рыбе при электрокопчении, при сублимационной сушке.

Действие ИКЛ на ферменты и микроорганизмы зависит от того, до какой температуры нагревают обрабатываемый материал.

Применение электромагнитных волн. Интенсификация тепловых процессов достигается применением высокочастотного поля (ВЧП) (с частотой от 10 до 10¹⁰Гц).

После помещения рыбы в ВЧП в ее тканях, являющихся полупроводниками и содержащими вещества полярного характера, возникают разнообразные и сложные явления, в том числе переориентация диполей в поле ВЧ.

Высокочастотная переориентация диполей создает термический эффект, что и обусловливает очень быстрый повсеместный прогрев в толще тела рыбы. Наиболее быстрый прогрев возникает при совпадении частоты электромагнитных колебаний с собственной частотой диполей.

Быстрый повсеместный прогрев материала не зависит от его теплопроводности и толщины слоя. Этим высокочастотный нагрев выгодно отличается от всех других способов нагрева. ВЧП оказывает летальное действие на микробов за счет тепломеханического воздействия на микробную клетку при выделении тепла непосредственно в микробной клетке, причем при ВЧ-прогреве не проявляется влияние теплозащитных свойств белков, что позволяет сокращать продолжительность стерилизации и пастеризации. Консервирующее действие ВЧП сводится к тепловой стерилизации. При воздействии же на мясо слабых токов высокой частоты ускоряется действие ферментов, что позволяет использовать их для ускорения процессов созревания. Прогрев материала ВЧП до 80—100° С ведет к разрушению ферментов. Применение ВЧП для тепловой обработки рыбы позволяет в десятки раз сократить продолжительность процессов варки, пропекания, сушки, дефростации мороженой рыбы, стерилизации в стеклянной таре, предварительной агрегации жировых капель для облегчения отделения их из эмульсий и др.

Применение токов промышленной и повышенной частоты (от 50 до 2000 Гц) для электроконтактного нагрева. Ткани сырца обладают определенным электрическим сопротивлением, в связи с этим при пропускании через ткани переменного электрического тока происходит их нагрев за счет выделения тепла, количество которого по закону Джоуля—Ленца находится в прямой зависимости от сопротивления материала, продолжительности и второй степени силы тока.

Электроконтактный нагрев обеспечивает быстрое повышение температуры по всей массе обрабатываемого материала. В этом его большое преимущество перед контактным и конвективным обогревом. Электроконтактный нагрев может быть использован для варки сырья и дефростации замороженной рыбы, для вытопки из жирового сырья жира в растворах электролитов.

Применение ультразвуков (УЗ). Упругие колебания частотой свыше 20 кГц несут большую энергию. При действии на ткани тела рыб УЗ распространяется в них и вызывает различные физические, химические и биологические явления. При определенных условиях УЗ обусловливает образование мельчайших, наполненных паром и газом пузырьков (явление кавитации). При разрыве кавитационных пузырьков возникают ударные волны с амплитудой давления в 9,81 (10⁶—10⁷) Н/м². Столь значительные механические усилия вызывают разрушение обрабатываемого материала. Развитие кавитации сопровождается электрическими явлениями люминесценции.

УЗ оказывает бактерицидное действие, которое зависит от интенсивности облучения и кавитации. Летальное действие достигается только при высокой интенсивности излучения. От действия УЗ погибают большинство видов бактерий и грибки. Увеличение числа микроорганизмов, а также присутствие протеинов и липидов ослабляет стерилизующий эффект УЗ стерилизации.

В пищевой технологии УЗ может применяться для образования высокодисперсных эмульсий, уменьшения вязкости растворов, разрушения коллагеновых тканей и придания мясу нежной консистенции, значительного ускорения процессов посола, извлечения жира из твердого и мягкого жирового сырья.

Благодаря универсальным свойствам УЗ могут найти разнообразное применение в технологии пищевых продуктов.

Использование электростатического поля. Электростатическое поле широко применяют в технике для очистки газов от пыли, осаждения тонко диспергированных частичек высушенного материала в распылительных сушилках, интенсификации процесса копчения и для кондиционирования коптильного дыма.

При подаче высокого напряжения (40—100 кВ) на два различающихся по площади электрода возникает неравномерное электрическое поле и у электрода с меньшей площадью (активный электрод) возникает коронарный разряд, в зоне которого происходит интенсивная ионизация воздуха. Активным электродом выбирают катод, так как проницаемость отрицательных ионов выше проницаемости положительных. При пропускании между находящимися под напряжением электродами потока дыма ионы адсорбируются на поверхности частичек дыма, которые при этом приобретают быстрое и направленное движение. Если на пути заряженных частичек поместить нейтральное тело, то на его поверхности произойдет осаждение заряженных частичек дыма. Заряженные частички увлекают на поверхность тела и нейтральные (не ионизирующиеся) элементы дыма (паровая фаза). В качестве пассивного элемента может быть использована сама рыба. Электрокопчение позволяет резко сократить продолжительность процесса копчения (до 2— 15 мин), что зависит от расстояния между электродами, между электродом и продуктом, напряжения постоянного тока, продолжительности экспозиции, скорости движения и концентрации дыма.

Электрическое поле оказывает селективное действие на отдельные компоненты дыма, поэтому продукт электрокопчения по органолептическим свойствам отличается от продукта, приготовленного обычным способом. Однако эти различия практически сглаживаются путем специальной подготовки дыма и изменений рабочего напряжения.

Следовательно, физическая основа электрокопчения заключается в ускорении осаждения коптильных веществ на поверхности тела рыбы в электростатическом поле при незначительном проникновении их в глубину. Проникновение дымовых частиц в толщу рыбы происходит за счет их диффузии, которая протекает медленно. Ускорение диффузии коптильных веществ достигают нагреванием продукта ИКЛ (термодиффузия).

Электрокондиционирование дыма достигается пропусканием дыма между электродами для освобождения его от грубодиспергированных частиц.

Ионизирующее излучение. Электроны с высоким уровнем энергии (получают при помощи ускорителей), а также γ-лучи (ядерная реакция) при определенных условиях оказывают стерилизующее действие, вызывая вначале гибель микроорганизмов, а затем инактивацию и разрушение ферментов, которые в несколько раз устойчивее вегетативных клеток и спор.

Наиболее чувствительны к действию ионизирующих излучений неспорообразующие бактерии, более устойчивы плесени и спорообразующие виды, а наиболее устойчивы споры микроорганизмов. Например, для уничтожения спор ботулинуса доза облучения должна быть не менее 2 млн. Р. Малые дозы облучения ускоряют развитие микробов.

Уничтожение микроорганизмов обусловливается действием продуктов, получаемых при ионизации воды и нарушающих нормальный ход процессов нуклеинового и углеводного обменов. Ионизирующее облучение сопровождается нарушениями тканевого дыхания и ведет к гибели клетки. Облучение также угнетает процессы размножения микроорганизмов. Стерилизующий эффект облучения проявляется не сразу, а после некоторой паузы (2-4ч). Этим стерилизация облучением отличается от тепловой стерилизации, при которой стерилизующее действие проявляется немедленно.

Установлено, что при ионизирующем облучении рыбы и рыбных продуктов токсичных веществ не образуется, однако сильные дозы ионизирующего облучения придают облучаемому предмету радиоактивные свойства.

При облучении изменяются свойства рыбы (темнеет окраска, возникает своеобразный запах, увеличивается содержание небелкового азота), мясо уплотняется, выделяется сок. Возможность возникновения наведенной радиации и нежелательных изменений продукта требует строгой регламентации процесса радиационного консервирования.

Применение ионизирующего излучения для консервирования пищевых продуктов является предметом обширных исследований.

Механическая стерилизация. Применяется для прозрачных жидких продуктов и заключается в пропускании растворов через бактериологические обеззараживающие фильтры ЕК (фильтры Зейца), задерживающие микроорганизмы не только за счет отцеживания, но и путем адсорбции.

Дата добавления: 2013-12-12