Стерилизация — основной метод баночного консервирования пищевых продуктов, в том числе и мяса. Стерилизацию следует вести таким образом, чтобы осуществление ее обеспечивало, наряду с гибелью или полным подавлением микробов, сохранение хороших качеств продуктов при длительном их хранении. Режим стерилизации (температуру и длительность) устанавливают в зависимости от характера консервируемого продукта, его химического состава, физических свойств, характера микрофлоры, характера тары — материала, размеров. Хотя в последнее время появились новые различные методы стерилизации продуктов (электронная лучевая), промышленное применение, в особенности для мясных консервов, имеет стерилизация продуктов при помощи теплового воздействия.
Теоретические основы тепловой стерилизации достаточно полно изучены.
Выбирая режим стерилизации, надо в первую очередь следить за тем, чтобы он мог привести микроорганизмы к гибели или к подавлению способности развиваться.
Имеются многочисленные подтверждения того, что гибель бактерий является результатом денатурации клеточных белков и что факторы, воздействующие на денатурацию белков, оказывают заметное влияние и на термоустойчивость бактерий. Известно, что кислая или щелочная среды вызывают снижение термоустойчивости бактерий. Термоустойчивость спор различных видов бактерий меняется в зависимости от содержания в них свободной воды.
Устойчивость микроорганизмов к высоким температурам различна: некоторые из них — бесспоровые бактерии — погибают в течение нескольких минут при нагревании в 60—100°, а другие — спорообразующие — легко выдерживают температуру даже 120° и выше; особенно выносливы споры бактерий из группы Subtilis mesentericus и т. п. — обычных возбудителей порчи консервов.
Рядом исследований установлено также, что споры бактерий некоторых видов особенно термоустойчивы. Оставаясь жизнеспособными после стерилизации, хотя и в малом количестве, они могут при благоприятных условиях развиваться и привести продукт к порче.
Выбрать режим стерилизации, при котором погибали бы все споры всех видов бактерий, не всегда возможно. Устойчивость спор одних и тех же видов микроорганизмов к высоким температурам зависит от таких факторов, как: биологические свойства микроорганизмов — их происхождение, условия предварительного развития, возраст спор, количество спор в начале стерилизации; физико-химические особенности среды, в которой ведется стерилизация — pH продукта, природа кислот, наличие белков, жиров и углеводов, наличие и концентрация поваренной соли, сахара, вязкость и теплопроводность среды и т. д.; условия нагревания — температура и продолжительность.
Споры бактерий, как известно, являются наиболее устойчивыми живыми организмами. Зрелые споры некоторых видов микробов могут в течение десятков лет сохранять свою жизнеспособность и выдерживать как очень низкие (до —253°), так и высокие температуры (до 130°). Чем больше спор в стерилизуемой среде, тем больше времени требуется для их гибели. Возраст спор при этом играет весьма существенную роль. А. И. Рогачева установила, что споры в возрасте одного месяца и несколько выше более термоустойчивы, чем 7—10-дневные.
Споры анаэробных бактерий отмирают относительно медленнее спор аэробных бактерий. По данным А. И. Рогачевой, после пятиминутного нагрева при 112° оставалось около 7,6% В. sporogenus и 12,15 % В. botulinus.
Ряд исследований показывает, что если в процессе нагревания споры и не разрушаются, то они все же претерпевают значительное угнетение и прорастают чрезвычайно медленно. Длительность отсутствия жизнедеятельности спор, подвергшихся нагреванию, пропорциональна температуре, действию которой они подвергались.
Явление угнетения спор бактерий во время стерилизации консервов может дать объяснение факту микробиологического бомбажа герметических консервных банок: с течением времени споры таких бактерий возвращаются к активной жизнедеятельности.
Бесспоровых бактерий в герметичной консервной банке после стерилизации не может быть.
Кислотность среды влияет на термоустойчивость спор бактерий, на что указывал еще Пастер.
В средах с низким pH развитие вегетативных форм бактерий замедляется; кислотные продукты более стойки при хранении. Отмечается, что при определенных величинах pH развиваются лишь определенные виды микроорганизмов. Отрицательное действие высокой концентрации ионов водорода на жизнедеятельность микроорганизмов объясняется тем, что при этом нарушается нормальный обмен веществ микробов и термоустойчивость их вследствие этого резко снижается.
Опыты А. И. Рогачевой по проверке влияния pH на термоустойчивость спорообразующих бактерий (В. mesentericus vulg., В. subtilis, В, botulinus и др.) и бесспоровых (Lactobacillus, Micrococcus caudicans) показали, что наиболее высокая устойчивость спор указанных бактерий была при pH 6,6 в соках консервов «Мясо с горохом» и наиболее низкая при pH 3,5 в консервах «Томат-паста». Но величина pH при стерилизации не является решающей в отношении термоустойчивости спор бактерий. Более низкая температура или меньшая длительность стерилизации является следствием суммарного воздействия на микроорганизмы концентрации водородных ионов и температуры.
На время уничтожения микроорганизмов при определенном pH оказывает влияние природа среды. Стерилизующее действие различных кислот на микроорганизмы характеризуется тем, что для минеральных и одноосновных органических кислот оно определяется величиной pH, для оксикислот лимонной, молочной и других подобных оно зависит не только от pH, но и от специфического характера каждой из них. Наиболее сильным стерилизующим действием из этих последних обладает молочная кислота, а наиболее низким — уксусная и лимонная.
Если расположить кислоты в ряд по их бактерицидному действию на бактерии, основываясь на значение pH, то они расположатся в нижеследующем порядке:
уксусная → лимонная → молочная;
по количеству и концентрации последовательность иная:
молочная → уксусная → лимонная;
для дрожжей:
уксусная → молочная → лимонная, вне зависимости от того, базируется ли оно на значение pH или концентрации кислоты. Дрожжи более устойчивы по отношению к кислотам, чем бактерии.
Ряд исследований показывает, что прибавление сахара к предохраняющему количеству кислоты превращает смесь в бактерицидную. Потребное для бактерицидного действия смеси на стафилококков количество глюкозы можно уменьшить на 50% при применении ее совместно с кислотой в концентрации, равной половине тормозящей.
В работах А. М. Казакова, М. А. Кочергиной и других устанавливается, что устойчивость микроорганизмов к нагреванию повышается в жирах и маслах.
Что касается защитного действия белковых веществ на микроорганизмы при стерилизации консервов, то в литературе встречаются общие указания на то, что белки защищают микроорганизмы при нагревании среды.
Термоустойчивость микробов зависит и от характера греющей среды: в сухой среде они гибнут при более высоких температурах и в более длительный срок, чем во влажной.
Токсины, выделяемые микробами, не выдерживают длительного нагревания и обычно разрушаются при 80—100°, хотя некоторые токсины (например, паратифа) выдерживают температуру и выше 100° довольно значительное время.
Герметичность консервной тары является одним из существенных факторов эффективности стерилизации консервов. В банках с нарушенной герметичностью порча консервов может произойти как за счет оживления жизнедеятельности, остаточной микрофлоры, так и в результате повторной инфекции, возникшей от проникновения микроорганизмов из внешней среды. При нарушении герметичности банки, из которой удален воздух, проникающий в нее воздух активизирует находящиеся в ней аэробы, и продукт может испортиться.
Выбор наиболее эффективного режима стерилизации производится в зависимости от прогреваемости продукта, состояния среды содержимого банки и физико-химических изменений продукта при нагревании.
Нагревание различным образом действует на каждую составную часть мясных консервов, поэтому выбор режима стерилизации мясных консервов производят по совокупности факторов.
Мясо является плохим проводником тепла, почему для прогрева его до температуры гибели микробов внутри консервной банки требуется значительное время, которое зависит от линейных размеров кусков.
Изучение распространения тепла при нагревании баночных консервов показывает, что оно зависит не только от теплопроводности, но и от конвекции, если часть нагреваемого продукта находится в жидком состоянии. С бульоном консервы прогреваются вследствие усиления конвекционных токов быстрее, чем без бульона.
Состояние жидкой части консервов играет также значительную роль в скорости прогрева. Увеличение вязкости жидкости замедляет прогрев. Наличие крахмала в консервах увеличивает вязкость жидкости и замедляет скорость проникновения тепла в центр банки.
Сахар в небольших концентрациях влияет на длительность прогрева очень мало, но в значительных концентрациях он способствует увеличению продолжительности прогрева. Белки и пектин замедляют прогреваемость продукта. Поваренная соль не влияет совершенно.
Материал и форма консервной банки оказывают влияние на скорость теплопередачи в консервах. Чем больше в консервах свободной жидкости, тем больше сказывается влияние материала банки на прогреваемость. Стеклянная банка прогревается медленнее по сравнению с жестяной. При плотной консистенции содержимого банки материал тары в малой степени влияет ка скорость прогреваемости. Увеличение емкости банки (линейных размеров основания банки) удлиняет прогреваемость консервов.
При нагревании мясо претерпевает ряд физико-химических изменений, вследствие чего непрерывно изменяется его теплопроводность. Поэтому продолжительность стерилизации мясных консервов устанавливают эмпирически, хотя при допуске неизменности теплопроводности и одинаковой скорости гибели микроорганизмов длительность стерилизации легко определить математически.
При установлении режима стерилизации всяких консервов следует считаться не только с тем, чтобы достигнуть стерильности продукта, но и с необходимостью получить вполне полноценный по качественным признакам продукт.
Физико-химические изменения мяса при стерилизации тем значительнее, чем выше температура и продолжительность нагревания. При нагревании мяса происходит разрушение белковых веществ тем большее, чем выше температура и длительнее процесс; внутриклеточные белки денатурируются; коллаген превращается в желатин.
В процессе стерилизации мясных консервов происходит: значительное накопление солевого аммиака (тем большее, чем выше температура стерилизации); увеличение аминного азота (тем большее, чем выше температура стерилизации); за счет изменения карбонатной системы белков мяса увеличение буферной емкости по кислоте и уменьшение по щелочи; постепенное накопление неорганического фосфора (тем более интенсивное, чем выше температура стерилизации); весьма незначительное изменение pH. В процессе стерилизации разрушаются витамины. Увеличение продолжительности нагревания оказывает более сильное разрушающее действие, чем нагревание при более высокой температуре, но короткое время.
Исследования большого ассортимента мясных и мясо-растительных консервов на содержание в них витаминов, проведенные ВНИИКОПом, показали, что содержание в них витаминов не ниже, чем при другой кулинарной обработке мяса — тушении и обжарке.
Витаминную ценность мясных консервов определяет содержание довольно значительного количества витаминов В2 (рибофлавина) и РР (никотиновой кислоты).
О распаде белков в мясных консервах судят по количеству выделяющихся при стерилизации аммиака и серы. Количество выделившегося аммиака характеризуют аммиачным коэффициентом, показывающим количество кубических сантиметров 0,1 N раствора серной кислоты, потребное для нейтрализации аммиака, выделившегося из 100 г мяса при отгонке аммиака с магнезией при низкой температуре. Аммиачный коэффициент увеличивается с увеличением температуры нагрева мяса и продолжительности нагревания.
Один и тот же аммиачный коэффициент получается при различных комбинациях температур и продолжительности стерилизации, причем при повышении температуры необходимо соответствующим образом уменьшить продолжительность стерилизации. Содержание сероводорода в мясных консервах при стерилизации не зависит от качества мяса; оно неизбежно и появляется в результате его тепловой обработки.
Накопление сероводорода при стерилизации увеличивается с повышением pH.