Основные технологии пищевых производств

Основы хранения сырья

Хранение - это совокупность мероприятий, направленных на обеспечение условий, при которых происходят минимальные изменения качества и количества продукта. Хранению подлежит сырье, полуфабрикаты и готовая продукция.      Все пищевые продукты в зависимости от сохраняемости делят на скоропортящиеся и пригодные для длительного хранения. Скоропортящиеся товары характеризуются высоким содержанием воды (овощи, фрукты, ягоды, зелень, молоко, яичные продукты). Длительное хранение этих продуктов возможно только с применением каких либо способов консервирования. Пригодные для длительного хранения продукты содержат небольшое количество воды или подвергнуты консервированию. Исключение составляют многие сорта свежих овощей, плодов и картофеля, стойкость которых при хранении обусловлена их биохимическими особенностями.

При несоблюдении сроков и условий транспортировки, хранения и реализациисырья и готовой продукции состав и качество их ухудшаются. Скорость изменения состава и качества продуктов зависит от активности разрушительных агентов и факторов, влияющих на деятельность этих агентов.

Процессы, протекающие при хранении пищевых продуктов

 К физическим процессам относят изменение температуры и влажности продуктов, сорбцию паро- газообразных веществ, уплотнение сыпучих продуктов, деформацию товаров в результате механических повреждений.      Химическими процессами обусловлены неферментативное окисление жиров, потемнение сушеных фруктов и овощей за счет меланоидинообразования, химический бомбаж консервов.

Биологические процессы происходят под действием разрушительных агентов, вносимых извне - микроорганизмов, амбарных и сельскохозяйственных вредителей. Микроорганизмы, развиваясь на пищевых продуктах, вызывают их плесневение, гниение, брожение, ослизнение. К амбарным и сельскохозяйственным вредителям относятся клещи, жуки и их личинки, бабочки и их гусеницы, мухи и мышевидные грызуны. Они загрязняют, увлажняют и уничтожают многие пищевые продукты.

Биохимические процессы катализируются ферментами, содержащимися в самих продуктах.

Процессы, протекающие в сырье при хранении

Сразу же после уборки в сырье начинаются процессы послеуборочного дозревания, которые заключаются в завершении синтеза органических веществ, протекающего при вегетации. При этом улучшаются семенные свойства и технологические достоинства сырья. Длительность периода послеуборочного дозревания различна. Зерно пшеницы дозревает через 3-4 недели, при активном вентилировании через 15-20 дней. У большинства плодов дозревание составляет от нескольких дней до нескольких месяцев. Послеуборочное дозревание сочного сырья совпадает с "лечебным периодом", в течение которого на травмированных участках тканей образуется опробковевший слой, защищающий их от порчи - суберенизация. Процессы синтеза постепенно затухают, уступая место гидролитическим: объект хранения от послеуборочного дозревания переходит к состоянию покоя.

Состояние покоя - определенный период в жизни биологического объекта, когда резко снижается интенсивность физиологических процессов. Состояние покоя связано с фосфорным обменом и образованием в сырье ростовых веществ (нуклеиновых кислот). Находясь в состоянии покоя, все биологические объекты сохраняют биологическую активность, на поддержание которой расходуется энергия, образующаяся при дыхании.

Дыхание - это окислительно-восстановительный процесс, катализируемый ферментами. Освобожденная при дыхании энергия используется для поддержания физиологических процессов: разрушения токсинов, выделяемых микроорганизмами; повышения иммунитета и другие. Расходуемые на дыхание органические вещества (в основном, сахара) систематически пополняются в результате гидролиза крахмала или окисления других сложных соединений. Дыхание может протекать по двум схемам:

1. Аэробное: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂0 + Q (2870 кДж); 2. Анаэробное: С₆Н₁₂О₆ = 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН + Q (234 кДж).

При правильном хранении преобладает аэробное дыхание. При недостаточном доступе кислорода аэробное дыхание переходит в анаэробное: в этом случае наряду с этиловым спиртом накапливаются высшие спирты, кислоты, летучие соединения, которые ухудшают вкус сырья, вызывают функциональные расстройства в клетках и тканях, снижают иммунитет, вызывают порчу. Следствием дыхания являются прогрев сырья и изменение состава газовой среды. Длительность периода покоя зависит от лежкости сырья. Самой высокой лежкостью обладает зерно, которое при оптимальной влажности может храниться 4-5 лет.

Самосогревание сырья является следствием физиологических процессов, физического состояния сырья, а также влияния микроорганизмов, насекомых и клещей. За счет этого температура поднимается до 55-75 градусов, сырье становится непригодным к употреблению в пищу. Процесс самосогревания можно приостановить активным вентилированием, пересыпкой зерна или муки из одного силоса в другой, переборкой овощей.

Физиологические расстройства (почернение, побурение) наблюдаются при несоблюдении условий и сроков хранения.

Прорастание - физиологический процесс образования нового растения, сопровождающийся интенсивным дыханием, значительным выделением тепла и большими потерями сухих веществ. Прорастание возможно при повышении температуры и влажности в процессе хранения.

Факторы, определяющие хранение сырья

Температура. При повышении температуры до 20 градусов и выше в продуктах ускоряются химические, биохимические и микробиологические процессы. Оптимальная температура для хранения нескоропортящихся продуктов - не выше 18-20 градусов, для скоропортящихся - 0-(+4) или замораживание. Резкие колебания температуры при хранении не допускаются, так как это вызывает увлажнение продуктов.

Относительная влажность воздуха. Продукты, содержащие небольшое количество влаги (мука, крупы, сахар, сухари, зерно) при относительной влажности воздуха выше 80 % могут увлажняться. Оптимальная влажность для их хранения 60-70 %. При хранении свежих плодов, овощей, картофеля, мяса, рыбы в хранилищах поддерживают высокую относительную влажность воздуха 85-95 %, предупреждающую увядание и усыхание продуктов. При увядании в овощах и фруктах усиливаются разрушительные биохимические процессы, снижается устойчивость к поражению микроорганизмами, ухудшается сохраняемость. Относительная влажность зависит от температуры: при понижении температуры влажность увеличивается и наоборот. Это необходимо учитывать при вентилировании помещений в холодное время года и суток. В требованиях стандартов к некоторым продуктам оговариваются температура и влажность при хранении.

Состав газовой среды. Атмосферный воздух содержит 79 % азота, 21 % кислорода, около 0,03 % углекислого газа. Кислород воздуха участвует в химических, биохимических и микробиологических процессах, протекающих в продуктах. Фасованные продукты лучше сохраняются в упаковке, не содержащей кислорода, или в среде азота. Плоды и овощи лучше сохраняются в модифицированной газовой среде - азота 79-97 %, кислорода 2-16 %, углекислого газа 0-10 % при охлаждении.

 Обмен воздуха производится для регулирования его температуры, влажности и газового состава и осуществляется путем естественного и принудительного вентилирования.

  Освещенность и санитарное состояние хранилищ. Под действием света ускоряются нежелательные изменения качества продуктов (обесцвечивание и помутнение вина, пива, соков; прорастание и позеленение овощей, картофеля). Поэтому многие продукты хранят в темноте или в светонепроницаемой упаковке. В светлых помещениях хорошо сохраняются мука, крупа, макаронные и хлебопекарные изделия, консервы.

   Товарное соседство: не разрешается хранить совместно товары, имеющие много воды и специфический запах, и товары, содержащие мало влаги и без запаха. Фасованные продукты сохраняются лучше. Запрещается хранить испорченные или подозрительные по качеству товары с доброкачественными. Пищевые продукты хранят в чистых, сухих, исправных и проветриваемых помещениях, где исключается загрязнение и увлажнение продуктов, обсеменение их микроорганизмами, поражение вредителями.

Лекция 10.

Принципы и методы консервирования пищевых продуктов

Консервирование - это обработка пищевых продуктов для длительного сохранения их доброкачественности различными способами, которые обеспечивают подавление или прекращение биохимических процессов, происходящих в продуктах под действием ферментов, под влиянием неблагоприятных физических и химических факторов, или вызываться деятельностью микроорганизмов. По биологическим принципам, на которые опираются методы консервирования, их можно разделить на три основные группы: . . . . . . . .

- основанные на принципе б и о з а, то есть поддержание жизненных процессов в сырье и использование его естественного иммунитета;

- основанные на принципе а н а б и о з а, то есть замедлении, подавлении жизнедеятельности микроорганизмов растительного сырья при помощи различных факторов. При этом микроорганизмы всегда приводятся в анабиотическое состояние, жизненные процессы в продукции прекращаются совсем; . . . . . . . - основанные на принципе а б и о з а, то есть на полном прекращении всех жизненных процессов как в продуктах, так и в микроорганизмах.

     Для реализации этих принципов используют физические, физико-химические и биохимические и химические методы консервирования.  

Физические методы

1. Действие низких температур.

Консервирование осуществляется охлаждением продуктов до температуры около 0 градусов, не допуская их замораживания. Криоскопическая температура (температура льдообразования) для некоторых продуктов составляет: яиц (-2,8) градусов; картофеля (-1,2-1,6); молока (-0,5); рыбы (-0,6-2,0).При охлаждении замедляются биохимические и микробиологические процессы в продуктах, срок хранения увеличивается до нескольких недель. Метод используется для сохранения овощей, фруктов, рыбы, мяса, молока, яиц и других продуктов.      Консервирование замораживанием ведут до более низкой температуры, чем криоскопическая (-18-24 градуса). При этом вымораживается до 85-90 % влаги с превращением ее в лед. Это не приводит к полной гибели микроорганизмов, но из-за резкого снижения температуры и количества влаги в продукте условия их питания ухудшаются. Замораживание приводит к гибели живой клетки за счет обезвоживания растительной ткани в процессе льдообразования, ядовитого действия кислот и щелочей сгущенного при замораживании клеточного сока, механического давления кристаллов льда на обезвоженную цитоплазму.      Замораживание следует проводить быстро, применяя температуру хладоносителя (-35-40) градусов и ниже. При этом образуются мелкие кристаллы льда, мало повреждающие структуру растительной ткани. Температуру следует поддерживать в процессе хранения на постоянном уровне, так как при оттаивании начинают протекать активно микробиологические процессы.      Применение холода - эффективный метод консервирования, но использование его осложняется рядом причин: использование дефицитного холодильного оборудования и затраты энергии на поддержание холода.

2. Действие высоких температур.

Метод стерилизации заключается в фасовке пищевых продуктов в герметичную тару с последующей тепловой обработкой в специальных аппаратах с помощью пара или горячей воды. Под действием высокой температуры инактивируются ферменты консервируемого продукта; микроорганизмы, хранящиеся внутри тары, погибают; находящиеся извне не могут попасть внутрь в процессе хранения. Законсервированные таким образом пищевые продукты могут храниться несколько лет.

Температуру процесса выбирают в зависимости от активной кислотности пищевого продукта, влияющей на термоустойчивость микроорганизмов. В малокислых пищевых продуктах (рН выше 4,2 - овощные, рыбные, мясные консервы) хорошо развиваются гнилостные анаэробные и другие микроорганизмы, споры которых очень термоустойчивы (например, бутулизма). Такие консервы стерилизуют при температурах 100-120 градусов.

Если активная кислотность продуктов ниже рН 4,2 (фруктовые консервы), то достаточно 100 градусов и ниже, чтобы подавить развитие плесени и дрожжей, которые выдерживают высокую кислотность, но не термоустойчивы. Снижают термоустойчивость в кислой среде и споры других микроорганизмов.      Иногда в пищевой промышленности проводят обработку малокислых продуктов при температуре ниже 100 градусов - пастеризация. В этом случае уничтожаются клетки микроорганизмов, но остаются их споры. Срок годности таких продуктов очень мал, например, пастеризованное молоко может храниться одни сутки.

Близок к стерилизации асептический метод консервирования - фасовка стерильного и охлажденного после тепловой обработки продукта в стерильных условиях в стерильную и герметичную тару или резервуар. Этот метод целесообразно использовать при сохранении фруктовых полуфабрикатов (соков, пюре) в резервуарах большой вместимости (15-50 т).

При неправильно выбранных условиях стерилизации могут сохраняться в продуктах споры микроорганизмов, которые приводят к вздутию банок. В этом случае в продуктах накапливаются токсины, вызывающие отравление. Возможен также физический бомбаж - перенаполнение банок продуктом за счет неправильной работы технологического оборудования. Химический бомбаж происходит при разъедании органическими кислотами недостаточно прочного покрытия жестяных банок оловом: при взаимодействии кислот с металлом накапливается водород - появляется вздутие.

3. Обеспложивающее фильтрование.

Жидкий, не содержащий твердых включений продукт (яблочный, виноградный соки), пропускают через специальные фильтры, задерживающие микроорганизмы; остающиеся в соке ферменты катализируют нежелательные биохимические реакции, что приводит к появлению в процессе хранения посторонних запахов и привкусов, а иногда - к порче продукта. Этот метод целесообразно сочетать с тепловой обработкой.

4. Применение электрического тока высокой и сверхвысокой частоты. Это один из вариантов тепловой стерилизации продуктов. Однако, время нагревания при этом сокращается от десятков минут до 1-2; прогревание продукта происходит сразу во всем объеме, что обусловлено поглощением электрической энергии структурными элементами продукта, которые в результате переменной поляризации приобретают колебательное движение, преобразуемое благодаря внутреннему трению в тепло. Кратковременный эффективный нагрев позволяет получать консервы высокого качества, так как не происходит разваривания плодов. Применение тока высокой и сверхвысокой чистоты при консервировании лимитируется сложностью оборудования, высокой энергоемкостью процесса, затруднениями при контроле температурного режима в банках в процессе обработки.

5. Ультрафиолетовое облучение.

Обладает высокой энергией и оказывает сильное химическое и биологическое действие. Максимальным бактерицидным эффектом обладают лучи с длиной волны 200-295 нм. Широкое использование ультра-фиолетовых лучей для консервирования пищевых продуктов лимитируется их малой проникающей способностью, не превышающей долей миллиметра. Ультрафиолетовые лучи можно использовать для стерилизации воздуха и поверхности стен на пищевых предприятиях, для обеззараживания фасовочной тары, стерилизации молока в тонком слое.

6. Ионизирующее облучение.

Это разные по своей природе, но близкие по высокой энергии излучения, способные вызывать ионизацию электрически нейтральных атомов и молекул, стимулируя в облученных материалах однотипные химические реакции. Проверен метод обработки картофеля γ-лучами, приводящий к замедлению биологической порчи и прорастания клубней, но этот метод не экономичен. Разработанные в лабораторных условиях методы консервирования с использованием γ-лучей не внедрены в промышленность.

Физико-химические методы

Основаны на повышении осмотического давления за счет создания высокой концентрации некоторых соединений и снижения активности воды. Повышение осмотического давления достигается внесением в продукт поваренной соли или сахара, либо путем его высушивания.

При высоком осмотическом давлении наступает плазмолиз (обезвоживание) клеток микробов, инактивируются ферменты. Консервирующее действие поваренной соли обусловлено также присоединением катионов натрия и анионов хлора по месту пептидных связей белковых молекул, в результате чего белки становятся недоступными для питания микроорганизмов. Для надежной сохранности пищевых продуктов необходимы довольно высокие концентрации: соли 10-12 %, сахара 60-70 %. Иногда эти методы дополняются тепловой стерилизацией.      При консервировании сушкой влагу чаще всего удаляют тепловым способом с использованием в качестве теплоносителя воздуха температурой 80-120 градусов и выше. При тепловой сушке изменяются цвет, вкус, запах продуктов, разрушаются витамины.

При высушивании методом сублимации продукт обезвоживается в замороженном состоянии (температура -5 градусов и ниже) и при глубоком вакууме (1,5-2,0 мПа). У высушенных продуктов быстро восстанавливаются свойства при заливке их теплой водой. Консервируют методом сублимации мясо, овощи, фрукты, соки и другие продукты.

Биохимические методы

Большинство микроорганизмов, особенно гнилостных, вызывающих порчу плодов и овощей, плохо развиваются в среде, содержащей кислоты или спирт. На этом свойстве микроорганизмов основаны квашение, маринование и спиртование продуктов. Эти методы различаются способом создания нужной концентрации кислоты или спирта.

При мариновании необходимое количество уксусной или лимонной кислоты 0,6-0,12 % вносится в маринадную заливку извне; при квашении (солении, мочении) необходимая кислота накапливается биохимическим путем в процесс молочно-кислого сбраживания сахаров бактериями, содержащимися в продуктах.

Внесение этилового спирта концентрацией не менее 16 % приостанавливает биохимические процессы в продуктах; при спиртовом брожении то же вещество образуется путем биохимических превращений органических веществ самого продукта с помощью соответствующих микроорганизмов. При содержании спирта в алкогольных напитках 10-20 % развитие микроорганизмов подавляется, а при более высоких концентрациях спирта они погибают.  

Химические методы

Основаны на внесении в продукт небольших количеств химических веществ-консервантов, обладающих бактерицидным или антисептическим действием и не оказывающих в применяемых концентрациях вредного влияния на организм при применении продукта.

Антисептиками называют химические вещества, которые являются ядовитыми для микроорганизмов. Проникая в живые клетки, эти вещества вступают во взаимодействие с белками протоплазмы, парализуя ее жизнедеятельность.      Идеальные антисептики должны удовлетворять следующим требованиям: - быть ядовитыми для микроорганизмов и не оказывать вредного воздействия на организм человека;

- не вступать в химические связи с веществом продукта, придавая ему неприятный запах или привкус;

- не реагировать с материалом технологического оборудования и тары для консервирования; - легко удаляться из продукта перед употреблением.      Наилучшим антисептиком является сернистый ангидрид SO₂: он плохо растворим в воде, легко удаляется из продуктов; но сернистый ангидрид в применяемой концентрации ядовит для человека, придает продуктам неприятный вкус и запах, корродирует оборудование, поэтому используется для кратковременного хранения фруктовых полуфабрикатов с их последующей кулинарной обработкой.      В последние годы в консервном производстве успешно используют бензойную кислоту в виде натриевой соли и сорбиновую или ее калиевую соль в количестве 0,05-1,0 %. Эти антисептики применяются при консервировании рыбы, фруктовых соков и кондитерских изделий. Бензойная кислота придает продуктам своеобразный привкус, из продукта не удаляется; сорбиновая кислота не влияет на вкусовые свойства продуктов, в организме человека разлагается с образованием безвредных соединений.

Антибиотики также обладают бактерицидными свойствами, используются в количестве, измеряемом несколькими десятитысячными долями процента. Систематическое применение антибиотиков вредно для организма человека. Единственный антибиотик, разрешенный к применению Минздравом России - хлортетрациклин (биомицин). Он обладает способностью разлагаться даже при непродолжительном кипячении. Его можно использовать для консервирования продуктов животного происхождения - мяса, рыбы, птицы, которые употребляются в пищу после кулинарной обработки. Возможно использование в консервировании антибиотиков, не применяемых в медицине. Например, низин концентрацией 0,01-0,02% вводят в консервы для смягчения режимов стерилизации.   Из фитонцидов наиболее подходящим для консервирования является аллиловое масло (содержащееся в семенах горчицы), введение которого в количестве 0,002 % позволяет после пастеризации сохранять продукты более года в герметичной упаковке.

Эффективным методом консервирования является копчение, сочетающее несколько факторов: обезвоживание, действие соли и бактерицидных веществ, содержащихся в коптильном газе или жидкости. При копчении в продукте накапливаются канцерогенные вещества.

 

Лекция 11.