Физические методы консервирования

В основе этих методов лежит использование высоких и низких температур, а также обеспложивающих фильтров, изонизирующих излучений, ультрафиолетовых лучей и ультразвука.

Консервирование высокими температурами. Высокие температуры применяют для уничтожения микрофлоры и инактивации ферментов пищевых продуктов. К этим методам консервирования относятся пастеризация и стерилизация.

Пастеризация проводится при температуре ниже 100°С. Цель обработки – инактивация ферментов и частичное уничтожение микрофлоры (в первую очередь плесеней, дрожжей, неспороносных микроорганизмов и вегетативных клеток спороносных бактерий). При такой обработке не погибают споры микроорганизмов, поэтому пастеризованные продукты необходимо хранить при низких температурах и они имеют ограниченный срок реализации.

Пастеризуют молоко, соки, варенья, джемы, плодово-ягодные компоты, пиво и др.

Благодаря непродолжительному воздействию низких температур хорошо сохраняется пищевая ценность продукта, но снижается частично биологическая ценность, так как разрушаются витамины и некоторые другие биологически активные вещества.

Стерилизация – нагревание пищевых продуктов при температуре выше 100°С, при этом достигается полное уничтожение микрофлоры (продукты хранятся несколько лет).

Для стерилизации продукт помещают в металлическую или стеклянную тару, герметически укупоривают и прогревают в автоклавах при 100-120°С. Режим стерилизации выключает температуру до которой продукт нагревают и время его выдержки при этой температуре. На режим стерилизации влияет химический состав продукта и в первую очередь активная кислотность продукта. В зависимости от рН среды различают следующие группы консервов: низкой кислотности (рН 5,0 и выше) – молочные и мясные продукты; средней кислотности (рН 5,0-4,5) – мясо-растительные продукты; кислые (рН 4,8-3,7) – томатопродукты, плодово-ягодные консервы.

Для консервов низкой кислотности режим стерилизации должен быть более жестким, чем для кислых. На режим стерилизации оказывает влияние химическая природа органических кислот. На микрофлору угнетающе действие больше всего оказывает молочная кислота, лимонная, уксусная.

При стерилизации несколько снижается вкусовая и пищевая ценность продукта (гидроля белков, жиров, углеводов) разрушаются витамины и некоторые аминокислоты (лизин, гистидин, аргинин) и др.).

Асептическое консервирование. Наиболее прогрессивный метод, сущность в том, что жидкие и пюреобразные пищевые продукты подвергают стерилизации путем кратковременного высокотемпературного нагрева, охлаждают, а затем расфасовывают в стерильную тару и укупоривают в асептических условиях. Применяют для консервов томат-пасты, плодово-ягодных соков, молока и др.

Достоинство метода - сокращается время тепловой обработки благодаря чему повышается пищевая ценность консервов, для упаковки используются полимерные материалы.

Консервирование низкими температурами. Это один из лучших методов длительного хранения скоропортящихся продуктов с минимальными изменениями их химического состава. Низкие температуры замедляют химические и биохимические процессы обмена веществ в тканях, снижают ферментативную активность, приостанавливают развитие микроорганизмов.

Консервирование низкими температурами проводят путем охлаждения или замораживания.

Охлаждение. Охлаждением называется обработка и хранение пищевых продуктов при температуре, близкой к криоскопической, т.е. к температуре замерзания клеточного сока, которая зависит от состава и концентрации сухих веществ. Продолжительность хранения пищевых продуктов в охлажденном состоянии различна.

При длительном хранении охлажденных плодов и овощей в результате процессов дыхания и испарения влаги происходит убыль массы, снижается содержание сахаров, органических кислот и других химических соединений.

Замораживание. При замораживании происходит полная кристаллизация жидкой фазы продукта. Этот способ применяется для более длительного сохранения мясных и рыбных продуктов, овощей, фруктов и др.

Качество замороженных продуктов зависит от скорости замораживания – это скорость продвижения льдообразования от поверхности к центру.

При медленном замораживании образуются крупные кристаллы прежде всего в межклеточном пространстве, где концентрация раствора ниже, чем в клетках, происходит возрастание концентрации раствора в межклеточном пространстве, повышается осмотическое давление, в результате чего влага из клеток диффундирует в межклеточном пространстве и замерзает на стенках образовавшихся кристаллов льда. При этом образуются крупные неравномерно расположенные кристаллы при размораживании образовавшаяся влага полностью не впитывается клетками и происходит потеря клеточного сока.

Для получения продукта высокого качества надо процесс замораживания проводить быстро, т.е. надо увеличить скорость. Чем выше скорость замораживания, тем больше образуется кристаллов льда и тем меньше из размер, кристаллы не деформируют клетки. При оттаивании образовавшаяся влага полностью связывается коллоидами клетки. Обычно быстрое замораживание проводят при температуре – 30-40°С, доводя температуру внутри продукта до -18°С. Хранят замороженные продукты при - 18°С.

Флюидизация. Это замораживание продукта в псевдоожиженном, кипящем слое. Существуют для этой цели специальные скороморозильные аппараты, в которых замораживание продуктов осуществляется в интенсивном потоке холодного воздуха.

Методом флюидизации замораживают пищевые продукты в виде мелких отдельных частиц (зеленый горошек, брюссельская капуста, земляника, малина, черника).

Сущность флюидизации (псевдоожижения) состоит в следующем: через слой продукта снизу вверх с определенной скоростью продувается воздух, при этом плотный слой продукта переходит со взвешенное состояние, частицы продукта интенсивно перемешиваются, бурлят, напоминая кипящую жидкость. Поэтому этот метод называют слой кипящего продукта.

Замораживание в псевдоожиженном слое значительно сокращает продолжительность процесса, улучшает качество продукта. Время замораживания зависит от режимов и размера продукта – колеблется от 4мин.(малина) до 30мин. Отдельные частицы продукта не слипаются и можно применять расфасовочные автоматы.

В настоящее время у нас и зарубежом начинают уделять большое внимание замораживанию при очень низких температурах – от –80 до -190ºС с использованием жидкого азота. Преимущество способа – высокое качество и низкая усушка всего 0,25%, вместо 1,8% при замораживании в туннельных морозильных аппаратов. Недостаток – высокая стоимость. Убыль (усушка) происходит за счет испарения влаги с поверхности при хранении продуктов. Величина усушки зависит от вида сырья, упаковки сроков и режимов хранения.

Процессы при длительном хранении отражаются на качестве – изменяется химический состав, гидролизуются и окисляются жиры. Изменяется цвет, частично разрушаются за счет окисления кислорода воздуха, частично витамины разрушаются ухудшается вкус и запах.

При замораживании микрофлора полностью не уничтожается, особенно холодоустойчивые споровые формы микроорганизмов. После размораживания они возобновляют свою жизнедеятельность, что может привести к быстрой порче. Поэтому размороженные продукты необходимо сразу же перерабатывать.

Качество продуктов в значительной степени зависит от способа его размораживания.

Консервирование с использованием обеспложивающих фильтров. Этот способ консервирования позволяет получать стерильные пищевые продукты с максимальным сохранением в них витаминов, цвета, вкуса и аромата. Этим способом освобождают от микроорганизмов прозрачные соки, виноградные вина, пиво и др.

Сущность метода – состоит в пропускании продукта, через фильтры, имеющие настолько мелкие поры, что они задерживают содержащие в нем микроорганизмы.

Консервирование ионизирующими излучениями. При консервировании ионизирующими излучениями стерилизующий эффект получают без повышения температуры. Поэтому этот метод называют холодной стерилизацией или холодной пастеризацией.

Для обработки пищевых продуктов используют рентгеновское излучение, γ-излучение или поток ускоренных электронов. Особый интерес представляет γ-излучение.

Источники γ-лучей очень дешевы, эти лучи обладают большой проникающей способностью, что позволяют обрабатывать изделия большого размера и в крупной упаковке.

Источниками γ-лучей являются радиоактивные изотопы кобальта (кобольт-60), цезия (цезий 137) и других элементов.

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 наступает в следствие нарушений в нуклеиновом и других обменах клетки.

Существенным недостатком консервирования ионизирующими излучениями является то, что при обработке пищевых продуктов изменяется их химический состав, что приводит к ухудшению вкуса, запах, консистенции.

Этот способ до сих пор не нашел промышленного применения, многие вопросы находятся в стадии научных исследований. Следует решить проблему – всесторонне изучить влияние его на здоровья человека.

Консервирование токами ультравысокой (УВЧ) и сверх высокой частоты (СВЧ). Сущность этого метода консервирования состоит в том, что при помещении продукта в высокочастотном электромагнитном поле переменного тока в его массе происходит усиленное движение заряженных частиц, а это приводит к повышению температуры продукта до 100ºС и выше.

Пищевые продукты, укупоренные в герметическую тару и помещенные в зону действия волн ультравысокой частоты, нагреваются до кипения в течение 30-50сек.

Отмирание микроорганизмов при нагревании продукта в поле СВЧ происходит значительно быстрее, чем при тепловой стерилизации.

Этим методом в плодоовощной промышленности стерилизуют плодово-ягодные и овощные соки, в общественном питании токи СВЧ используют для приготовления различных блюд.

Облучение ультрафиолетовыми лучами (УФЛ). Сущность метода – облучение невидимой частью световых лучей с длиной волны 60-400нм губительно действует на микрофлору пищевых продуктов (лучший режим длина волны 255-280нм). Гибель микробиальных клеток обусловлена адсорбцией УФЛ нуклеиновыми кислотами и нуклепротеидами, что приводит к денатурационным изменением этих веществ. Чувствительность к действию УФЛ у микроорганизмов разная – бактерии более чувствительны, чем плесени.

УФЛ используют для стерилизации поверхности мясных туш и колбасных изделий. Этот способ консервирования требует большой осторожности, так как УФЛ опасны для человека, действуя на глаза и кожу.

Консервирование с помощью ультразвука. Ультразвук (колебания свыше 20клг) использовать можно для пастеризации молока для обеззараживания воды промышленного использования, в консервной промышленности для стерилизации консервов. При этом способе стерилизация происходит без повышения температуры, что обеспечивает сохранность пищевой ценности, вкуса, запаха продукта.

Механизм действия ультразвуковые колебаний на микроорганизмы до настоящего времени достаточно не выяснен и находится в стадии дальнейших исследований.

 

Физико-химические методы консервирования

Эти методы включают сушку, а также консервирование поваренной солью и сахаром.

Консервирование сушкой (обезвоживанием). Обезвоживание проводится для предотвращения или замедления физико-химических, биологических процессов. Высушивают многие продукты для удлинения срока хранения. Высушивают до влажности предусмотренной стандартами.

Сушеные продукты имеют меньшую массу, занимают меньший объем, имеют более высокую энергетическую ценность по сравнению с продуктами свежими или консервированными.

Существуют несколько способов сушки – нагретым воздухом (конвективная сушка), в виброкипящем слое, распылительная, контактная, вакуумная, сублимационная, радиационная и др.

Наиболее распространенный методом является сушка нагретым воздухом (конвективная). Влагу удаляют подогретым воздухом температурой 80-120º в сушильных установках.

Конвективные сушилки в зависимости от конструкции камеры подразделяют на шкафные, карусельные, ленточные, канальные, распылительные.

Процесс сушки проходит по схеме – удаление влаги с поверхности и ее перемещение с внутренних слоев к поверхности. Режимы сушки включают – температуру, скорость движения ленты, размер продукта.

Этим способом сушат плоды, овощи, дрожжи и др.

Консервирование поваренной солью и сахаром. Метод основан на увеличении концентрации сухих веществ продуктов при повышении осмотического давления, что ведет к плазмолизу клеток и гибели микроорганизмов. Необходимый эффект достигается при концентрации сахара 60-65%. Аналогичное действие оказывает поваренная соль в концентрации 10-20%.

 

Химические методы консервирования

При консервировании этим методом используют химические вещества, которые должны быть безвредным для организма человека и не изменять вкус, цвет и запах продукта.

В настоящее время в Российской Федерации размешены следующие химические препараты: этиловый спирт, уксусная, сернистая, бензойная, сорбиновая кислоты и некоторые их соли, борная кислота, уротропин, некоторые антибиотики и др.

Консервирование этиловым спиртом. Этот способ основан на глубительном действии спирта на микроорганизмы. Этиловый спирт используется в качестве консерванта при производстве плодо-ягодных соков – полуфабрикатов. В концентрации 12-16% этиловый спирт задерживает развитие, а при 18% полностью подавлят жизнедеятельность микрофлоры.

Маринование. Способ консервирования, основанный на повышении кислотности среды путем добавления уксусной кислоты. В концентрациях 1,2-1,8% уксусная кислота подавляет деятельность многих микроорганизмов, и в первую очередь гнилостных.

Для усиления консервирующего эффекта маринование очень часто сочетают с пастеризацией, в пастеризованных маринованных продуктах содержание уксусной кислоты снижается до 0,8-1,2%, что благоприятно влияет на их вкус.

При производстве маринованных продуктов обычно используют столовый уксус, содержащий 3-6% уксусной кислоты, или пищевую уксусную эссенцию с содержанием 70-80% уксусной кислоты.

Для выработки маринадов лучше использовать биохимический уксус (спиртовый, винный, плодово-ягодный и др.), так как уксус, получаемый из эссенции, обладает резким вкусом.

В маринадную заливку, кроме уксуса добавляют соль, пряности, сахар. Маринаднуют плоды, овощи, грибы, рыбу.

Консервирование кислотами (антисептиками). Антисептиками называют химические вещества, которые губительно действуют на микроорганизмы. Проникая в живые клетки, эти вещества взаимодействуют с белками протоплазмы, парализуя при этом жизненные функции, что приводит к гибели микроорганизмов. Для консервирования используют сернистую кислоту, соли, сернистый ангидрид. Этот метод называется сульфитацией, его применяют для консервирования плодов, ягод, их полуфабрикатов. Остаточное содержание сернистого ангидрида нормируется стандартом. В процессе сульфитации подавляется жизнедеятельность плесеней и бактерий, более устойчивыми являются дрожжи.

Бензойная кислота – используют для консервирования плодоовощной, рыбной продукции. Бензойная кислота и ее натриевая соль при концентрации 0,05-0,1% при рН 2,5-3 подавляют действие дрожжей и плесеней, бактерии более устойчивы. Количество бензойной кислоты в продукте не должно превышать 70-100 мг/100г.

Сорбиновая кислота и ее соли являются сильными антисептиками и используются для консервирования соков, пюре, маринадов и других продуктов с низким значением рН среды. Кислота и ее соли (сорбаты) подавляют жизнедеятельность дрожжей и плесеней, не действуют на бактерии.

Консервирование антибиотиками. Они обладают сильными бактерицидными свойствами. В пищевой промышленности используют биомицин(хлортетрациклин), применяют при обработке мяса, рыбы, а также льда для охлаждения рыбы; нистатин, действующий на дрожжи и грибы, вызывающие плесневение мяса; низин – используют при производстве молочных и плодоовощных консервов. Он задерживает рост стафилококков, стрептококков, клостридий и других патогенных микроорганизмов, используется при производстве молочных и плодоовощных консервов.

Консервирование газами. Сущность метода заключается в изменении соотношения кислорода и углекислого газа, в результате чего подавляются жизнедеятельность и развитие микроорганизмов, а также замедляются ферментативные процессы в самих продуктах. Задержка развитие плесеней происходит при концентрации СО₂, около 20%, при 40-50% СО₂, их рост практически прекращается. Консервирование газовыми средами широко используют для плодов, овощей, рыбы, мяса, птицы, колбасных изделий.

Озонирование – обработка продуктов в помещении озоном, обладающим дезинфицирующим и дезодорирующим действием. Озон – сильный окислитель, прекращает развитие бактерий, плесеней, их спор как на поверхности продукта, так и в воздуха. Метод используют для консервирования мяса, колбас, сыров.