Факультет

Студентам

Посетителям

Принцип абиоза плодов и овощей

На принципе абиоза, т. е. прекращения жизнедеятельности клеток сырья и микроорганизмов, основано много методов консервирования: тепловая стерилизация, применение электрического переменного тока высокой и сверхвысокой частоты, антисептиков, антибиотиков и др.

Тепловая стерилизация — обработка продукта высокой температурой — приводит к смерти микробных клеток в результате необратимых изменений в протоплазме, белки которой коагулируют, что ведет к разрыву цитоплазменной оболочки. Инактивируются при тепловой обработке и ферменты, сохранившиеся в продукте к началу стерилизации. Таким образом, возбудители порчи, находящиеся внутри консервных банок, при тепловой обработке уничтожаются, а находящиеся в окружающей среде благодаря герметичности тары внутрь попасть не могут. Поэтому законсервированные этим способом пищевые продукты могут сохраняться в течение многих лет.

Закономерности отмирания микроорганизмов при высоких температурах и техника тепловой стерилизации описаны в главах 7—10.

Метод консервирования тепловой стерилизацией является основным в промышленности и наиболее надежным среди всех методов сохранения пищевых продуктов. На нем базируется специализированная отрасль пищевой промышленности — консервная.

Если изыскать оптимальный режим стерилизации, химические изменения в пищевом продукте будут минимальными. Минимальными будут и изменения естественных свойств сырья, если не считать некоторого размягчения тканей. В этом смысле тепловая стерилизация продуктов в герметичной таре выгодно отличается от таких методов консервирования, как посол, квашение, варка с сахаром и сушка.

Готовые консервы могут храниться в обычных складах и перевозиться в обычных железнодорожных вагонах и на автомашинах. В этом — большое преимущество стерилизации перед хранением в регулируемой газовой среде, охлаждением и замораживанием.

Наконец, этим методом можно сохранить сырье животного и растительного происхождения в любом виде: в натуральном, в виде любых заготовок и блюд. Следовательно, этот метод превосходит остальные и по универсальности.

Принцип абиоза в этом методе соблюден как в отношении микроорганизмов, так и в отношении консервируемого сырья. Клеточная проницаемость растительной ткани, характерная для убитой клетки, достигается при температуре 60—70 °С за несколько минут, а при более низких температурах (50 и даже 40 °С) за счет удлинения времени прогрева.

Применение электрического переменного тока высокой (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ) представляет собой один из особых вариантов тепловой стерилизации пищевых продуктов. Если пищевой продукт поместить в электрическое поле переменного тока высокой частоты, происходит поглощение электрической энергии структурными элементами продукта, которые в результате переменной поляризации приобретают колебательное движение, преобразуемое благодаря внутреннему трению в теплоту. Поскольку поглощение электрической энергии происходит одновременно всем объемом продукта, продукт разогревается быстро и не от периферии к центру, как в обычных способах передачи теплоты, а одновременно и равномерно по всему объему. Нагрев продукта в поле ВЧ происходит примерно за 1,5—2 мин, в то время как обычный способ нагрева консервов требует десятков минут. Скорость разогрева пищевых продуктов в поле ВЧ связана с так называемой мощностью рассеивания электроэнергии, которую можно определить из уравнения

Р = 0,555E2fε tgδ10-9.

где Р — удельная мощность рассеивания, Вт/м3; Е — градиент напряженности. В/м; f — частота тока. Гц; ε — диэлектрическая проницаемость материала, Ф/м; tg δ — тангенс угла диэлектрических потерь.

Произведение диэлектрической проницаемости на тангенс утла потерь называют фактором потерь, или коэффициентом поглощения, который дает представление о возможной интенсивности нагрева. Поскольку эта величина зависит от электрофизических свойств пищевых продуктов, которые неодинаковы для разных объектов, при высокочастотной обработке возможен селективный нагрев, т. е. неодинаковая скорость разогрева неоднородного по своей структуре продукта. Эту особенность ВЧ-нагрева следует учитывать при изыскании параметров процесса, с тем чтобы гарантировать однородность разогрева продукта при тепловой обработке.

При применении ВЧ-нагрева для стерилизации консервов используется радиочастотный диапазон электромагнитных волн порядка 20—30 МГц. При этом консервная банка помещается между двумя металлическими пластинами, играя роль конденсатора в электрическом колебательном контуре лампового генератора высокой частоты.

Кратковременный эффективный нагрев позволяет получать консервы высокого качества, особенно в тех случаях, когда при обычной стерилизации качество ухудшается из-за разваривания плодов (компоты).

Еще более эффективен сверхвысокочастотный нагрев. Применение микроволновой энергии частотой 2400 МГц дает возможность осуществить непрерывный процесс стерилизации на конвейере в рабочей камере, куда электрическая энергия, генерируемая магнетронами с вращающимся магнитным полем, подается через волноводы без необходимости зажимать продукт между обкладками конденсатора. При СВЧ-обработке физические свойства продукта, размеры банки и другие характеристики обрабатываемого материала мало отражаются на режиме работы генератора микроволновой энергии. Нужно, однако, отметить, что внедрение процессов ВЧ- и СВЧ-обработки в практику консервирования лимитируется сложностью оборудования, относительной дороговизной процесса, трудностью контроля температурного режима в банке во время обработки и т. д.

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

Идеальные антисептики, пригодные для сохранения пищевых продуктов и могущие, следовательно, быть консервантами, должны удовлетворять следующим требованиям: быть ядовитыми для микробов в небольших дозах, порядка долей процента; в применяемых дозах не оказывать вредного действия на организм человека; не вступать во взаимодействие с пищевыми веществами и не придавать продукту неприятного запаха или привкуса; не реагировать с материалом технологического оборудования или консервной тары; легко поддаваться удалению из продукта перед употреблением его в пищу.

Антисептика, который бы удовлетворял полностью этим требованиям, не существует. 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.

Не используются в качестве антисептиков-консервантов пищевых продуктов такие сильные яды, как сулема, фенол, мышьяковистые соединения, хлор, бром, йод и т. п. А вещества, не являющиеся ядами, но раздражающе действующие на те или иные органы: муравьиная кислота, формалин, фтористо-водородная кислота и ее соли, уротропин, салициловая и борная кислоты, квасцы, используются с большой осторожностью и в минимально необходимых дозах.

Например, борная кислота Н3BO3 или ее натриевая соль — бура Na2B4O7∙10Н2O оказывает достаточное консервирующее действие на плоды в концентрации 1,5%, но эта концентрация может вызвать рвоту, понос, раздражение почек. В концентрации же 0,3% борная кислота безвредна. Поэтому ее можно применять для консервирования зернистой икры, для которой такая концентрация достаточна.

Точно так же уротропин (CH2)6N в небольших дозах (0,1%) безвреден и может употребляться для консервирования зернистой икры, а для консервирования плодов его использовать нельзя, ибо при этом требуются большие дозы, вызывающие сильное раздражение мочевого пузыря.

В Советском Союзе для консервирования плодов и ягод, фруктового пюре и плодово-ягодных соков применяют диоксид серы (SO2), бензойную кислоту или ее натриевую соль и сорбиновую кислоту.

Наилучшим с практической стороны антисептиком считается диоксид серы, хотя он не удовлетворяет большинству предъявляемых к антисептикам требований.

Необходимая концентрация его невелика — 0,15—0,20%, но в этой концентрации он ядовит для человека и придает продукту неприятный запах и привкус. SO2 не слишком реакционноспособен, но все же связывается пищевыми веществами плодов, например сахарами. Диоксид серы сильно корродирует металлическую аппаратуру, преждевременно выводит из строя насосы для перекачки сульфитированных продуктов. SO2 — удушливый газ, поэтому обслуживание сульфитационных станций требует пребывания рабочих в противогазах. Однако очень большим достоинством этого антисептика, в значительной мере перекрывающим его недостатки, является возможность почти полностью удалить его из продукта перед употреблением в пищу. При нормальных условиях SO2 — газ, не слишком хорошо растворимый в водной среде (5—7% при комнатной температуре). При нагревании же сульфитированного продукта диоксид серы улетучивается. Поэтому в консервном производстве он применяется для временного сохранения тех фруктовых полуфабрикатов и заготовок, которые впоследствии используют для варки из них джема, повидла и т. п. Достаточно непродолжительного кипячения полуфабриката (фруктового пюре, кусочков плодов, соков), чтобы SO2 улетучился. После этого добавляют сахар или сахарный сироп и уваривают продукт до готовности.

Диоксид серы более токсичен для плесеней и бактерий, чем для дрожжей. Кроме того, он ингибирует и некоторые ферменты, в частности те, которые вызывают ферментативное побурение плодов и овощей. Его редуцирующие свойства способствуют также сохранению витамина С. Ингибирующее действие SO2 на микроорганизмы обусловлено, по-видимому, его реакцией с альдо- и кетогруппами моносахаридов, вследствие чего микроорганизмы лишаются возможности их использовать, а также редуцированием SH-групп, содержащихся в протеинах ферментов, которые находятся в микроорганизмах и играют первостепенную роль в их метаболизме.

Бензоат натрия C6H5COONa представляет собой кристаллический порошок без запаха и вкуса, который оказывает консервирующее действие в концентрации 0,1%. Он удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к антисептикам (за исключением легкого привкуса бензоата), однако удалить его из полуфабриката перед употреблением в пищу не представляется возможным.

На бактерицидное действие бензойной кислоты влияет кислотность среды. Считают, что при pH 3 действие ее на микроорганизмы в 10 раз меньше, чем при pH 7. Поэтому соли бензойной кислоты рекомендуют для консервирования кислотных продуктов.

В последние годы в консервном производстве успешно используют сорбиновую кислоту СН3(СН)4СООН или ее калиевую соль, которая безвредна для человека и оказывает консервирующее действие в небольших концентрациях, порядка 0,05—0,1%. Она не сообщает продуктам постороннего привкуса или запаха. Сорбиновая кислота может применяться во всех случаях вместо диоксида серы для консервирования плодового пюре, фруктовых соков и т. п. Попадая вместе с продуктами в организм человека, сорбиновая кислота окисляется с образованием безвредных для человека веществ.

Некоторое применение в западных странах имеет диэтиловый эфир пироугольной кислоты С2Н5ОСООС2Н5ОСО, который представляет собой прозрачную бесцветную жидкость со слабым фруктовым ароматом. Этот антисептик применяется в концентрации 0,05—0,1% для консервирования фруктовых соков, плодов и ягод. Он имеет свойство постепенно гидролизоваться, находясь в продукте, образуя безвредные вещества: С2Н5ОСООС2Н5ОСО + H2O → 2C2H5OH + 2CO2. В нашей стране диэтиловый эфир пироугольной кислоты (диэтилпирокарбонат) не применяется.

Применение антибиотиков также основано на бактерицидном характере их действия. Они отличаются от антисептиков по происхождению и способу получения: антисептики получают чисто химическим путем из неорганических продуктов (диоксида серы) или органических веществ (бензойной и сорбиновой кислот), а антибиотики, которые продуцируются живой клеткой, получают биохимическим путем.

Наиболее распространены такие антибиотики микробного происхождения, как пенициллин, стрептомицин, грамицидин и др. Имеются антибиотики растительного происхождения, так называемые фитонциды (бактерицидные вещества лука, чеснока, хрена, горчицы и других растений). Некоторые антибиотики вырабатываются органами животных. К таким антибиотикам относится, например, экмолин, усиливающий терапевтическое действие пенициллина при гриппе.

Антибиотики в сотни раз бактерициднее антисептиков и оказывают консервирующее действие в концентрациях, измеряемых несколькими десятитысячными долями процента. Нужно, однако, иметь в виду, что систематическое потребление антибиотиков небезопасно для здоровья человека. Многие антибиотики при потреблении их вызывают тошноту, рвоту, расстройство сердечной деятельности и даже шок. Введение антибиотиков в организм человека нарушает естественный симбиоз, который установился издавна между человеком и обитающими в его организме микробами. В результате частичного угнетения одних микробов становятся агрессивными другие, оставшиеся не подавленными, что приводит к ряду трудно излечимых кожных заболеваний, называемых кандидомикозами. Наконец, систематическое потребление малых доз антибиотиков приводит к выращиванию в организме человека антибиотикоустойчивых рас микроорганизмов. В результате появления в природе таких искусственно созданных устойчивых форм микробов возникает угроза обесценивания антибиотиков как лекарственных средств.

Вот почему фактически единственным антибиотиком, получившим разрешение органов здравоохранения на применение его для целей консервирования пищевых продуктов, да и то при особых условиях, является хлортетрациклин, или биомицин. Ценной в технологическом отношении особенностью его является способность полностью разлагаться при непродолжительном кипячении. Поэтому его разрешено применять только для консервирования сырья животного происхождения — мяса, рыбы, битой птицы, которое потребляется в пищу только после горячей кулинарной обработки. Консервировать же таким образом плоды и овощи, которые потребляются к в сыром виде, не разрешается.

Техника консервирования биомицином зависит от вида сохраняемого сырья. Так, для сохранения рыбы готовят раствор хлортетрацнклина, содержащий 5 г антибиотика в 1 м3 воды. Этот раствор замораживают и битым биомицнновым льдом пересыпают рыбу. Такая обработка позволяет на несколько недель продлить срок хранения рыбы на холоде и повысить выход рыбы высших сортов.

При консервировании битой птицы потрошенные тушки погружают на 1—2 ч в охлажденный 0,001 %-ный водный раствор, дают ему стечь, завертывают тушки в целлофан и хранят на холоде. Иногда птицам дают также перед убоем этот раствор в питье, а потом проводят указанную выше процедуру погружения в раствор.

Органы здравоохранения рекомендуют использовать в пищевой промышленности антибиотики, не имеющие применения в медицине. К таким антибиотикам относится низин. Это полипептидный антибиотик, который продуцируется некоторыми штаммами Streptococcus lactis. В консервной промышленности низин, бактерицидное действие которого проявляется в первую очередь в отношении бактерий, рекомендуется использовать для введения в консервы с целью смягчения режимов стерилизации. Он эффективно действует на некоторые термофильные микроорганизмы типа В. Stearothermophilus, а также (при повышенных температурах) на С. botulinum типа А. Количество добавляемого антибиотика измеряется одной — двумя сотыми долями процента. В процессе нагревания около 75% низина разрушается, что позволяет вносить повышенные количества его для получения необходимых результатов.

Из фитонцидов наиболее подходящим для консервирования является эфирное масло, добываемое из семян горчицы, так называемое аллилгорчичное масло (изородановый эфир аллилового спирта) C3H5N = C = S. Введение этого антибиотика, например, в маринады в количестве 0,002%, позволяет сохранять эти продукты больше года без порчи, даже если они не были пастеризованы, при условии герметичной укупорки банки.

Обеспложивающая фильтрация — это фильтрация абсолютно прозрачного пищевого продукта через специальный материал, задерживающий микробы. Фильтрующим материалом является прессованная асбесто-целлюлозная масса, размеры пор которой меньше микробной клетки. Этот фильтрующий материал изготовляется в виде пластин, называемых СФ (стерилизующий фильтр). Таким образом, сущность обеспложивающей фильтрации заключается не в уничтожении микроорганизмов, а в механическом их отделении от продукта. Принцип абиоза, т. е. отсутствия «жизни», в таком продукте соблюден.

Положительной особенностью стерилизующей фильтрации как метода консервирования является возможность сохранить пищевой продукт «холодным» способом, т. е. без тепловой стерилизации.

Однако осуществление этого метода на практике связано с рядом трудностей, в первую очередь с необходимостью соблюдать строжайший режим производства. Для того чтобы получить стойкие при хранении консервы, одной лишь стерилизующей фильтрации недостаточно. Необходимо также разлить продукт в условиях, исключающих вторичное его заражение после стерилизующей фильтрации. Это означает, что стерильными как внутри, так и снаружи должны быть обеспложивающий фильтр, разливочный аппарат, консервная тара, укупорочные машина и материалы, воздух в помещении. Обслуживающий персонал должен принимать особые меры предосторожности, чтобы не внести инфекцию в продукт. Только при соблюдении всех этих условий можно избежать порчи продукта при хранении.

С другой стороны, основное достоинство метода — сохранение пищевого продукта без применения высоких температур, является в какой-то мере и недостатком его, ибо из-за отсутствия нагрева в технологическом процессе в продукте сохраняются ферменты. Эти ферменты катализируют биохимические реакции, что приводит в процессе хранения к появлению нежелательных посторонних привкусов и запахов в пищевых продуктах и в конечном счете к порче их. Поэтому продукт перед стерилизующей фильтрацией необходимо нагревать для инактивирования ферментов.

Наконец, метод обеспложивающей фильтрации является наименее универсальным из всех существующих приемов консервирования, так как он применим к ограниченному числу пищевых продуктов, отличающихся полной прозрачностью.

Ультрафиолетовое излучение, охватывающее область электромагнитных колебаний с длинами волн 136—4000 Å, обладает большой энергией и поэтому оказывает сильное химическое и биологическое действие. В зависимости от длины волны действие различных участков ультрафиолетового спектра неодинаково. Область лучей с длиной волн от 4000 до 3300 Å является химически активной. Зона в пределах 3300—2000 Å является биологически активной, способствует синтезу в организме витамина А и оказывает антирахитичное действие. Наибольшим воздействием на бактерии, подавляющим их жизнедеятельность и приводящим живые клетки к гибели, обладают лучи с длиной волн от 2950 до 2000 Å. Данная область ультрафиолетовых лучен называется бактерицидной. Максимум бактерицидного действия оказывают лучи с длиной волны около 2600 Å. За лучами с длиной волны 2000 Å лежит малоизученная озонирующая область спектра.

Широкое использование бактерицидного эффекта ультрафиолетовых лучей для консервирования пищевых продуктов лимитируется их малой проникающей способностью, не превышающей долей миллиметра. Не пропускают УФ-лучей и стенки жестяной и стеклянной тары. Поэтому УФ-спектр может быть использован в основном для стерилизации поверхностей, в предположении, что глубинные слон материала не содержат микрофлоры. Так, например, мясо, хранившееся при 3—5°С и облучаемое в течение 1 ч каждые сутки, на 8-е сутки было без признаков порчи.

Ультрафиолетовые лучи можно использовать для обеззараживания воздуха и поверхностей стен камер на пищевых предприятиях, для стерилизации тары, а также молока при условии обработки его в тонком слое.

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

Ионизирующие излучения можно получать двумя способами:

  1. механическим, используя рентгеновские аппараты, в которых разогнанные до больших скоростей электроны ударяются о металлическую мишень, генерируя при торможении электромагнитные излучения с длиной волны порядка 0,5 Å. С этой же целью могут быть использованы аппараты для получения потока ускоренных электронов;
  2. путем радиоактивного распада различных изотопов типа 60Со, 137Cs и др.

Как известно, при радиоактивном распаде образуются потоки элементарных частиц, называемых α-лучами (положительно заряженные ядра гелия) и β-лучами (поток электронов или позитронов), а также возникают электромагнитные колебания высокой частоты, называемые γ-излучением. Длина волны γ-излучения радиоактивного кобальта около 0,01 Å, поэтому можно считать, что природа этого излучения сходна с природой Х-лучей Рентгена. Именно эти два вида излучения — рентгеновские и гамма-лучи — производят ионизирующее действие, α- и β- имеют малую проникающую способность и их влияние на облучаемые материалы незначительно.

При определенной дозировке ионизирующих излучений можно подавить жизнедеятельность микроорганизмов либо вовсе их уничтожить. На этом основании методы консервирования пищевых продуктов, называемые радуризацией и радаппертизацией.

При радуризации, производимой дозами (250-800)∙103 рад, микроорганизмы уничтожаются лишь частично, в результате чего плоды, овощи, мясо и рыба могут сохраняться в свежем виде дольше, чем без радиационной обработки. Например, срок хранения ягод в холодильнике после радуризации можно продлить на неделю, томатов на 2 недели, а мяса на несколько месяцев.

Радаппертизация, или радиационная стерилизация, предназначена для уничтожения микроорганизмов в той степени, в какой это практикуется при тепловой стерилизации, дающей возможность получать консервы. Нужно, однако, сказать, что при этом требуются очень большие дозы ионизирующих излучений, порядка (1,5-2)∙106 рад, ибо микроорганизмы, особенно споры анаэробов, очень. устойчивы к радиационному фактору. Так, для уничтожения возбудителей ботулизма требуются дозы порядка (4-5)∙106 рад. Но такие большие дозы приводят к появлению посторонних запахов и привкусов в продукте, разложению пищевых веществ, особенно аскорбиновой кислоты, образованию токсичных соединений, поэтому для обработки пищевых продуктов они недопустимы. Пороговые дозы не должны превышать (в 103 рад): при облучении говядины — 700, баранины — 300, рыбы — 300—500, апельсинов — 432 и т. д. Для радиационной инактивации ферментов требуются еще большие дозы, порядка 107 рад, т. е. значительно превышающие летальные дозы для микроорганизмов.

Для предотвращения нежелательных изменений в пищевых продуктах под влиянием ионизирующих излучений предложены разные меры. К ним относятся предварительная (до-облучения) тепловая обработка пищевых продуктов для инактивации ферментов, предварительное замораживание продуктов для превращения значительной части жидкой влаги в лед и сннжения этим концентрации свободных радикалов, образующихся при последующей радиационной обработке, внесение до облучения в продукт аскорбиновой кислоты для защиты пищевых веществ от чрезмерного окислительного воздействия и т. п. Перспектива широкого внедрения в пищевую промышленность радаппертизации невелика. Гораздо реальнее и эффективнее использование радиационного фактора для удлинения срока хранения картофеля. Порча этого вида сырья связана в основном не с действием фитопатогенных микроорганизмов, а с прорастанием клубней. Ионизирующие излучения в относительно небольшой дозе, всего 104 рад, убивают ростовые элементы клеток. Картофель теряет способность прорастать и может после радиационной обработки сохраняться почти в течение года.

Суммируя сведения о методах консервирования, следует отметить, что пищевые продукты можно сохранить на более или менее длительный срок, воздействуя на них всевозможными факторами:

  • физическими (применение высоких и низких температур, микроволновой энергии, ионизирующих излучений, ультрафиолетовой радиации, обеспложивающей фильтрации, обезвоживания);
  • химическими (использование антисептиков и антибиотиков, добавление уксусной кислоты и спирта);
  • физико-химическими (применение осмотически деятельных веществ — сахара и соли в больших концентрациях);
  • биохимическими (квашение, соление, мочение, спиртовое брожение).

Некоторые методы основаны на комбинированном воздействии нескольких факторов (например, копчение, в котором сочетается консервирующее действие обезвоживания, соли и бактерицидных веществ, содержащихся в коптильном дыму или жидкости).

Источник: Б.Л. Флауменбаум, С.С. Танчев, М.А. Гришин. Основы консервирования пищевых продуктов. Агропромиздат. Москва. 1986

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: