Основные методы промышленного консервирования

Целью консервирования является получение продукта, способного храниться длительное время без значительных изменений качества. Существует несколько способов консервирования, но при любом из них создаются такие условия, когда полностью прекращается или в значительной степени замедляется действие микроорганизмов.

Наиболее широко применяется способ консервирования тепловым воздействием — пастеризацией и стерилизацией. Кроме этого применяются охлаждение и замораживание, квашение и соление, сушка, использование антисептиков и антибиотиков, уваривание с добавлением сахара и др.

Тепловое воздействие — пастеризация, стерилизация; действие низких температур — замораживание, охлаждение; обезвоживание — сушка и т. п. основаны на принципе прекращения жизнедеятельности микроорганизмов и жизненных процессов в сырье под действием физических факторов. Соление, сульфитирование, консервирование антибиотиками и т. п. основаны на подавлении жизнедеятельности микроорганизмов под воздействием химических веществ, введенных извне. Квашение происходит за счет образования консервирующих химических веществ в результате деятельности микроорганизмов.

Консервирование продуктов под действием высоких температур

Возможность консервирования всех видов животного и растительного сырья была открыта французским ученым Никола Аппером (1750 – 1841).

В результате 40-летних опытов и исканий Аппер выявил и установил основы нового метода консервирования, которых! базируется на двух принципах: помещение надлежащим образом обработанного пищевого сырья в воздухонепроницаемую, герметически укупоренную оболочку и нагревание его в водяной бане более или менее длительное время в зависимости от природы консервируемого вещества. Сущность этого метода в том, что гибель микробных клеток в этих условиях наступает в результате коагуляции белков протоплазмы. Однако уничтожение микробов не происходит мгновенно. Для этого необходимо определенное время, называемое летальным. Оно зависит от температуры обработки, вида микроорганизмов и их количества, химического состава продукта.

В практике консервирования пастеризацией принято называть процесс, который проводится при температуре до 100.° С и при котором погибают неспорообразующие микроорганизмы. Для уничтожения спорообразующих микроорганизмов применяется стерилизация при температуре свыше 100°С. Слово «стерилизация» происходит от латинского «бесплодный». Температура свыше 100°С достигается под давлением в герметичном сосуде.

Подбор температуры тепловой обработки с целью обеспечения длительной сохранности консервов зависит от химической природы, физического состояния, общей обсемененности продукта перед стерилизацией, размеров и состояния тары.

Микроорганизмы, способные вызвать порчу продукта, имеющего активную кислотность ниже рН 4,4, могут быть уничтожены при температуре до 100°С.

Обработка продукта с рН более 4,4 проводится при высоких температурах и в течение длительного времени, за которое продукт достигает полной кулинарной готовности. Поэтому почти все консервы, прошедшие стерилизацию или пастеризацию, готовы к употреблению.

Чрезмерное нагревание продукта приводит не только к отмиранию микроорганизмов и получению стерильного продукта, но и к нежелательным изменениям вкуса и аромата. Для того чтобы снизить тепловые режимы при стерилизации, необходимо, прежде всего, повышать санитарное состояние производства, исключающее чрезмерное загрязнение продукта микроорганизмами, а также использовать способы, обеспечивающие ускорение теплопередачи и прогреваемости продукта (уменьшение вместимости тары, вращение банок при стерилизации и т. д.).

Одной из разновидностей теплового консервирования является стерилизация токами высокой частоты. Этот способ заключается в том, что продукт в герметически укупоренной стеклянной банке помещается в поле переменного электрического тока высокой частоты. При этом содержащиеся в продукте электрически заряженные частицы (ионы) под действием переменного поля приходят в колебательное движение. За счет внутреннего трения этих частиц выделяется большое количество тепла, которое в течение небольшого промежутка времени (от нескольких секунд до 1 – 2 мин) прогревает всю массу продукта. Температура обработки определяется продолжительностью воздействия. Таким образом, предупреждается протекание нежелательных биохимических реакций (меланопдипообразование, разложение питательных веществ и т. д.), а также уменьшается разваривание продукта.

Охлаждение и замораживание

Сущность этого метода консервирования в том, что при низких температурах подавляется жизнедеятельность микроорганизмов, снижается активность ферментов, замедляется протекание биохимических реакций. При пониженных температурах, характерных для охлаждения, в плодах и овощах продолжают протекать, хотя и медленно, процессы дыхания, которые позволяют им сохраняться свежими в течение нескольких недель и даже месяцев.

Охлаждение осуществляют с помощью искусственного или естественного холода. При хранении в ледниках или камерах с искусственным холодом температура продукта снижается до 0°С (с колебаниями ±2 – 3°С). При этой температуре не происходит замерзание клеточного сока.

Замораживание — это способ консервирования, при котором используются низкие температуры, обеспечивающие полное или частичпое превращение клеточного сока в лед. Чем быстрее осуществляется процесс замораживания и чем ниже достигаются при этом температуры, тем лучше качество замороженного продукта. При замораживании происходит почти полпое прекращение деятельности микроорганизмов, многие из них погибают. Безусловно, полной гибели всех микроорганизмов при этом не происходит. Некоторые из них сохраняют целость, а отдельные способны образовывать споры и сохранять свою жизнеспособность. При замерзании клеточного сока внутри и вне клеток образуются кристаллы льда, которые приводят к механическим повреждениям оболочки. При повышении температуры целые микроорганизмы снова развиваются, и это может привести к порче продукта. При хранении замороженных продуктов необходимо строго контролировать температуру хранения, обеспечивать хорошее санитарное состояние в подготовительных помещениях и камерах и использовать для замораживания только высококачественное сырье.

Подавление жизнедеятельности микроорганизмов заключается в том, что в замороженных пищевых продуктах большая часть влаги превращена в твердое состояние и микроорганизмы, которые питаются осмотическим путем, лишаются возможности использовать отвердевшие пищевые продукты. Из-за отсутствия жидкой фазы прекращается деятельность ферментов, вследствие чего приостанавливаются биохимические процессы. Установлено, что после того, как достигнута криоскопическая температура для данного продукта, последующее понижение температуры вдвое приводит к вымерзанию примерно половины количества оставшейся влаги. Например, если криоскопическая температура продукта равна —2 С, то при снижении температуры до – 4°С вымерзнет 50% влаги. При дальнейшем понижении до – 8°С превратится в лед 75% исходного количества влаги. Расчеты показывают, что при температуре –16°С вымерзнет 87,5% влаги, а при температуре —32°С – 93,8%. Уже при – 16°С большая часть влаги превратится в лед, поэтому с практической точки зрения нет необходимости доводить температуру до – 32°С. Общепринятый температурный уровень, до которого доводят почти все замораживаемые продукты, составляет – 18°С, так как для некоторых пищевых продуктов криоскопическая температура бывает – 2°С.

Сушка

Как метод консервирования сушка пищевых продуктов известна с древних времен. Этот метод не требует в ряде случаев специальных устройств, и для него может быть использована энергия солнца.

Для жизнедеятельности микроорганизмов необходима влага: для жизни бактерий требуется не менее 30% влаги, для плесеней — 15%. Микроорганизмы используют вещества, находящиеся в клеточном соке в сравнительно небольших концентрациях, и при этом в водных растворах проходят все биохимические реакции. При удалении влаги концентрация этих веществ увеличивается и они уже являются ингибиторами жизнедеятельности микроорганизмов, которые хотя и не погибают, но вследствие неблагоприятных условий не развиваются.

Овощи и фрукты обычно высушивают до содержания остаточной влаги соответственно 12 – 14 и 15 – 25%. В некоторых случаях высушивание доводят до 4 – 8% влаги, но такие продукты очень гигроскопичны и их следует хранить только в герметически укупоренной таре. До такой влажности продукт может быть высушен сублимационной сушкой. Этот способ заключается в том, что сырье предварительно замораживается при очень низких температурах (до – 50°С), и в последующем при глубоком вакууме от 1,33 до 0,13 Па путем подогрева продукта лед, образовавшийся из клеточного сока, переходит в пар, минуя жидкую фазу. Быстрое замораживание при очень низких температурах приводит к образованию мелких кристаллов, что не нарушает клеточного скелета плодов и овощей. Это позволяет получить продукты без нарушения их формы. Такие продукты легко восстанавливаются.

Консервирование антисептиками

Консервирование антисептиками основано на свойстве некоторых химических веществ подавлять жизнедеятельность микроорганизмов. Такие вещества называют антисептиками или консервантами.

В связи с тем, что этот способ используется для пищевых продуктов, к антисептикам предъявляются особые требования: они должны проявлять свое действие в сравнительно малых дозах, быть безвредными для человека, не придавать продукту неприятные запах и вкус. Следует сказать, что ни один из антисептиков полностью не удовлетворяет изложенным требованиям, поэтому применение антисептиков в консервировании регламентировано. Минздравом СССР разрешены к применению в консервной промышленности сернистая и уксусная кислоты, этиловый спирт, сорбиновая кислота и ее соли, соли бензойной кислоты и некоторые другие. Наиболее широко применяется сернистый ангидрид. Процесс, при котором используется действие сернистого газа, носит название сульфитации. Сульфитация может осуществляться сухим или мокрым способом. Сухой способ также называется окуриванием. Применение водного раствора приводит к удалению из плодового сока ценных веществ — Сахаров, кислот и т. д. Плоды и овощи помещаются в камеру, в атмосфере которой содержится сернистый газ. Он наиболее сильно действует на бактерии, в меньшой степени — на плесени и дрожжи. В камеры сернистый газ подается из баллонов или от специальных устройств, где сжигается комовая сера.

При консервировании жидких или пюреобразпых продуктов сернистый газ добавляется в виде водных растворов (сернистая кислота) или путем пропускания струи газа через пюре. Последний процесс осуществляется с помощью специальных устройств — сульфитаторов. Сульфитацию пюре и соков рекомендуется проводить при пониженных температурах, так как при этом увеличивается растворимость газа в жидкости. Предельная концентрация сернистого ангидрида в сульфитированных пюре и соках 0,02%. Сернистый газ легко удаляется при нагревании, поэтому при переработке сульфитированных полуфабрикатов их предварительно нагревают.

Консервирующее действие сернистой кислоты заключается в том, что она растворяется в липоидно-протеиновом комплексе клетки микроорганизма и проникает в плазму. При этом происходят структурные изменения, приводящие к гибели клетки.

Сернистая кислота, являясь акцептором кислорода, задерживает дыхание микроорганизмов. При взаимодействии с продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, а также ферментами, сернистая кислота нарушает обмен веществ, и клетка гибнет. Под действием сернистой кислоты легко погибают бактерии, особенно молочнокислые и уксуснокислые.

Являясь сильным восстановителем, сернистая кислота препятствует окислению химических веществ плодов. Блокируя ферменты, катализирующие необратимые изменения витамина С, она способствует его сохранению.

В кислой среде (при рН меньше 3,5) консервирующим действием обладают и соли сернистой кислоты (сульфиты и бисульфиты). При сульфитации применяются только химически чистые соли сернистой кислоты. При сухой сульфитации яблок, айвы, персиков и мелких косточковых плодов потери и отходы составляют 4 – 5%, ягод — 10%.

Другими антисептиками являются бензойная кислота и ее натриевая соль. При концентрации 0,05 – 0,1% подавляет действие дрожжей и плесеней, а на бактерии действует слабее. В таких концентрациях она безвредна для человека.

Сорбиновая кислота и ее натриевая и калийная соли в кислой среде при концентрации 0,025 – 0,05% оказывают бактерицидное действие на плесени и дрожжи, но на бактерии почти не влияют.

Этиловый спирт применяют как консервант для хранения плодовых соков для последующего использования их в производстве безалкогольных напитков. Требуемая концентрация достигается путем спиртования (внесения пищевого спирта) в консервируемый сок. Обычно считается, что требуемый эффект консервирования достигается, когда продукт будет иметь 16% объемных спирта при наличии 16% Сахаров.

Широкое распространение в качестве консерванта получила уксусная кислота. Установлено, что в концентрациях 1,2 – 1,8% она подавляет жизнедеятельность многих микроорганизмов, в том числе и гнилостных. В концентрации до 0,6% уксусная кислота не может сама обеспечить полную сохранность продукта, поэтому ее применение сочетается с другими способами консервирования (тепловая стерилизация, хранение при низких температурах). Уксусная кислота очень резкая на вкус, поэтому, чтобы снизить вкусовую кислотность продукта, ее применяют совместно с молочной кислотой. Молочная кислота может образовываться при солении, квашении, мочении плодов и овощей, но иногда ее вносят извне. Под действием молочнокислых бактерий сахар, содержащийся в продукте, переходит в молочную кислоту, накопление которой губительно действует на некоторые микроорганизмы. В концентрациях 0, 6% и выше она оказывает консервирующий эффект.

Антибиотики способны полностью подавлять жизнедеятельность микроорганизмов, но их применение ограничено, так как вместе с пищевым консервированным продуктом они воздействуют на организм человека и приводят к нежелательным последствиям. Поэтому в настоящее время использование антибиотиков допускается после тщательных медико-биологических исследований. Наиболее перспективным для консервирования плодов и овощей является антибиотик низин (низаплен), так как он относительно безвреден для человека. Его используют при консервировании зеленого горошка, картофеля и других овощей в сочетании с тепловой стерилизацией, продолжительность которой при этом значительно сокращается.

Консервирование с применением сахара и соли

Этот способ основан на создании таких условий, при которых в продукте создается повышенное осмотическое давление, подавляющее жизнедеятельность микроорганизмов.

При варке повидла, джемов, варенья, цукатов, когда к исходному сырью добавляется большое количество сахара (в среднем 1 кг сахара на 1 кг сырья) и происходит частичное испарение воды. В готовом продукте создается большая концентрация сахара (60— 65%). При этом микроорганизмы не могут использовать для своей жизнедеятельности питательные вещества. Клетки микроорганизмов обезвоживаются из-за более низкой концентрации сахара внутри них, чем снаружи. Этот процесс обезвоживает клетки микроорганизмов, и они погибают. Но при снижении концентрации сахарного сиропа в продукте создаются условия, благоприятные для развития микроорганизмов, что приводит к его забраживанию и плесневению.

Аналогичное воздействие оказывает добавление поваренной соли до 10 – 20%.

Как способ консервирования иногда используют фильтрование консервируемого продукта через микробиологический фильтр. Этот способ применим только для прозрачных соков. В герметически закрытой системе, прошедшей стерильную обработку, подлежащий консервированию продукт фильтруется через специальные фильтры с порами, задерживающими микроорганизмы и пропускающими жидкую фазу с растворенными в ней питательными веществами. Этим методом осуществляется стерилизация воздуха через бактериологический фильтр в установках асептического консервирования.

Консервирование с помощью ионизирующего облучения основано на том, что под действием жесткого излучения (у-лучи) происходит ионизация атомов, молекул и микроорганизмов, что приводит к разрушению клеток очень быстро и почти без нагрева.

Источник