Анабиоз

Анабиозом называют метод консервирования, при котором подавляется или резко сокращается жизнедеятельность микроорганизмов и тормозятся ферментативные процессы, протекающие в продуктах. Анабиоз широко используется в пищевой промышленности. На этом принципе основан ряд методов консервирования: охлаждение и замораживание, создание высоких концентраций осмотически деятельных веществ, сушка, хранение в регулируемой атмосфере, маринование, спиртование, квашение и др.

Умеренный холод (способ называют холодным хранением или хранением в охлажденном состоянии) - охлаждение сырья и продуктов переработки до такой температуры, которая, будучи на 10-15⁰С ниже комнатной температуры, не опускалась бы ниже минус 1-3⁰С, то есть той температуры, при которой сырье и пищевые продукты замерзают. Использование умеренного холода способствует значительному замедлению биохимических процессов, протекающих в растительном сырье, а также снижению активности микроорганизмов, большинство из которых лучше всего развивается при 37⁰С.

Особенно резко отражается температура хранения на таком важном биохимическом процессе, как дыхание. Чем выше температура хранения, тем больше скорость дыхания и тем меньше продолжительность жизни плода. С понижением температуры скорость дыхания сильно замедляется, а время хранения плодов возрастает.

Снижение биологической и биохимической активности плодов и микроорганизмов при понижении температуры объясняется, с одной стороны, известной зависимостью скорости химических реакций от температуры, а, с другой стороны, тем, что цитоплазма - носитель жизненных функций микробных и растительных клеток - наркотизируется под влиянием холода и проницаемость ее падает.

Метод холодного хранения дает возможность сохранить сырье при минимальном изменении его натуральных свойств в течение нескольких недель, то есть гораздо дольше, чем метод биоза.

Особенно резко отражается температура хранения на дыхании плодов и овощей. Чем выше температура хранения, тем больше интенсивность усыхания и тем меньше продолжительность жизни плода. С понижением температуры интенсивность дыхания сильно замедляется и время хранения плодов возрастает.

Замораживание продукта предусматривает его охлаждение до температуры, значительно более низкой (порядка минус 3⁰С), чем соответствующая температура замерзания. Замороженные пищевые продукты и сырье можно сохранять в течение многих месяцев, то есть значительно дольше, чем при использовании умеренных пониженных температур. Это объясняется не только чисто количественной разницей в низкотемпературном уровне процессов замораживания и холодного хранения, но и тем, что в замороженных пищевых продуктах большая часть влаги превращена в твердое состояние. Поэтому микроорганизмы, питание которых происходит осмотическим путем - всасыванием жидких питательных сред, лишаются возможности использовать отвердевшие пищевые продукты, содержащие весьма небольшую долю влаги в жидком состоянии.

Температурный уровень, до которого доводят почти все замораживаемые пищевые продукты, составляет минус 18⁰С, так как при этой температуре подавляющее количество влаги превращается в лед.

Хранение в охлажденном состоянии (психроанабиоз). Достигается путем охлаждения сырья или продуктов его переработки до температуры не ниже -1– -3⁰С. Такой режим хранения способствует значительному замедлению биохимических процессов, протекающих в растительном сырье, а также снижению активности микроорганизмов. С понижением температуры скорость дыхания сильно замедляется, а продолжительность хранения плодов возрастает. Способ холодного хранения дает возможность сохранить сырье при минимальном изменении его натуральных свойств в течение нескольких недель.

Замораживание (криоанабиоз). Предусматривает охлаждение сырья и продуктов до температуры, значительно более низкой, чем температура замерзания. Замороженные пищевые продукты и сырье можно хранить в течение многих месяцев, т.е. значительно дольше, чем при использовании умеренных пониженных температур. Это объясняется тем, что в замороженных пищевых продуктах вода превращена в лед и микроорганизмы, питание которых происходит осмотическим путем, прекращают свою жизнедеятельность. Замораживание целесообразно вести при температуре -18– -20⁰С, так как при этой температуре образуются мельчайшие кристаллики льда, которые не травмируют клетки продукта, и при размораживании он сохраняет свои товарные свойства. Так как температура замерзания многих видов сырья и пищевых продуктов ниже -2⁰С, очевидно, что при -18⁰С подавляющее количество влаги в любых пищевых продуктах вымерзает. При этом сами плоды и овощи как живой организм погибают, а микроорганизмы, присутствующие в них, переходят в состояние анабиоза. Причинами гибели растительной клетки при замораживании являются: непосредственное воздействие низкой температуры; обезвоживание цитоплазмы в процессе образования льда; механическое давление льда на обезвоженную цитоплазму, вызывающее разрушение ткани цитоплазменной мембраны, коагуляцию составляющих ее коллоидов и, как следствие, необратимое увеличение клеточной проницаемости.

Живые объекты, например, сухие семена растений, которые содержат небольшое количество воды, выдерживают, не погибая, очень низкие температуры. Многие вегетативные формы микроорганизмов погибают при низких температурах, споры же, содержащие гораздо меньше свободной влаги, выживают, впадая лишь в анабиотическое состояние. Низкая температура, отсутствие капельно-жидкой влаги мешают осуществлению осмотического питания микроорганизмов и замедляют биохимические реакции в клетке. Поэтому пищевые продукты могут сохраняться в замороженном виде в течение нескольких месяцев.

В замороженных плодах и овощах протекают некоторые химические изменения: происходит инверсия сахарозы, повышается кислотность, снижается количество дубильных веществ, что в ряде случаев улучшает качество продукта из-за снижения терпкости и улучшения естественного аромата плодов. Иногда, для того чтобы сохранить консистенцию нежных видов растительного сырья, замораживание осуществляют в крепком сахарном сиропе (30-60%-ой концентрации). Температура замерзания плодов при этом снижается и образуется меньшее количество льда, травмирующего клетки. Недостатком способа является некоторое сморщивание плодов из-за осмотического удаления из них влаги и их излишняя сладость.

При быстром понижении температуры в клетке происходит глубокое нарушение обмена веществ. Это объясняется нарушением динамического равновесия биохимических процессов, что объясняется различной степенью снижения ферментативной активности различных ферментов при понижении температуры. При этом в клетках происходит накопление промежуточных, частично токсических для клетки метаболитов.

При быстром охлаждении такая дискоординация происходит быстро и часто приводит к гибели клетки. Подобное явление получило название температурного шока. При постепенном снижении температуры возможна адаптация клетки к нарушениям обмена веществ.

При быстром охлаждении возможно быстрое увеличение вязкости протоплазмы, образования геля, последующий синерезис, который приводит к спонтанному отделению жидкой фазы и структурным изменениям в клетке.

При замораживании продуктов основное повреждающие действие на клетку оказывает процесс образования льда.

Механическое повреждение протоплазмы возможно также из-за возникающего механического давления между кристаллами льда, образовавшимися вокруг клетки в межклеточном пространстве.

Консервирование с помощью повышения осмотического давления в среде. Высокие концентрации осмотических веществ способствуют плазмолизу растительных микробных клеток, в результате чего микроорганизмы впадают в анабиотическое состояние (осмо-анабиоз) и теряют способность портить пищевые продукты. В качестве осмотических веществ для консервирования пищевых продуктов применяют сахар и соль. Чтобы надежно сохранить пищевые продукты этим способом, следует вызвать стойкий плазмолиз микробных клеток, который достигается при концентрации сахара не менее 60-70% (варка варенья, джема, повидла) и соли – 10-12% (соление продуктов). Принцип анабиоза в этом случае состоит в том, что микроорганизмы, которые могут попасть в готовую продукцию при ее хранении, не смогут там развиваться из-за высокого осмотического давления в окружающей среде. Полной гарантии долгосрочного хранения пищевых продуктов этот способ не дает, поэтому консервирующее действие сахара часто дополняют пастеризацией продуктов, расфасованных в герметичную тару.

Сушка (ксероанабиоз). Этот способ консервирования также приводит к анабиозу микроорганизмов. Минимум влажности, при котором возможно развитие бактерий, составляет 25-30%, плесневых грибов – 10-15%. Попадая в сухую среду, микробные клетки осмотически отдают свою влагу, происходит плазмолиз клетки. При высушивании влажность овощей и плодов доводят до 8-25%, т.е. до уровня, который препятствует развитию микроорганизмов.

При подготовке к сушке и в процессе самой тепловой сушки жизнедеятельность плодов и овощей прекращается. При этом погибают и микроорганизмы. Следовательно, принцип анабиоза применительно к сушке означает плазмолиз микроорганизмов, которые попали на поверхность сушеных продуктов в процессе хранения. Эти микроорганизмы сохраняются длительное время в состоянии анабиоза. Если высушенный продукт увлажнить, микробы вновь оживают, начинают размножаться и вызывают порчу продукта. Сушка как способ консервирования имеет много достоинств: технология и применяемая аппаратура достаточно просты; масса и объем сырья в процессе сушки уменьшаются в несколько раз; сушеные продукты не требуют особых условий для хранения, не нуждаются в герметичной упаковке, не требуют особых хранилищ. Однако качество сушеной продукции, особенно плодов и овощей, как правило, не очень высокое. Основной недостаток заключается в плохой восстанавливаемости их естественных свойств при вторичном увлажнении перед употреблением в пищу.

Эффективным способом, позволяющим получать продукцию высокого качества, является сублимационная сушка. В этом случае сырье замораживают в атмосфере глубокого вакуума, в результате чего влага переходит из твердого агрегатного состояния в парообразное, минуя жидкую фазу (возгонка), молекулярная структура материала мало изменяется, высушенный материал отличается высокой пористостью. Первоначальные свойства сырья быстро восстанавливаются при увлажнении продукции. Высушенные сублимационным способом пищевые продукты сохраняют первоначальный объем, цвет, запах, вкус и биологическую ценность. Однако этот способ сушки достаточно дорогой и требует использования герметичной тары для хранения высушенных продуктов.

Хранение сырья в регулируемой газовой среде (наркоанабиоз). Если хранить плоды в газонепроницаемом помещении, то кисло­род из атмосферы будет расходоваться на дыхание и замещаться равным объемом диоксида углерода. При полном отсутствии кислорода начнется анаэробное дыхание, сопровождаемое дальнейшим накоплением углекислоты и образованием спирта. Полное прекращение аэробного дыхания приводит растительную клетку к гибели, но при содержании диоксида углерода в атмосфере хранилища не более 10% дыхание плодов не прекращается, а только замедляется. Благодаря этому снижается расходование питательных веществ самой клетки и срок хранения сырья удлиняется. Точно так же повышенная концентрация углекислоты действует на микроорганизмы. Хранение плодов в регулируемой газовой среде позволяет значительно увеличить срок их хранения, но состав среды зависит от вида сохраняемой продукции. Однако способ не получил широкого распространения в промышленности именно из-за сложности подбора и поддержания оптимального состава газовых смесей для различных видов сырья. Одним из вариантов применения регулируемой газовой среды является хранение сырья в пленках, селективно-проницаемых (избирательно проницаемых) для разных газов. Способ заключается и том, что плоды упаковывают в полиэтиленовые пакеты, ящики с полиэтиленовыми вкладышами или в полиэтиленовые контейнеры. Диоксид углерода легче проникает сквозь полиэтиленовые пленки, чем кис­лород, поэтому образующийся при дыхании диоксид углерода выходит из пакета или контейнера в большем количестве, чем кислород, в результате в емкостях создается вакуум, пакет сжимается, а парциальное давление азота увеличивается. Так как азот проникает сквозь пленку полиэтилена, в пакете возрастает вакуум и пленка пакета под давлением наружного воздуха прижимается к плоду. В результате в таких емкостях создается модифицированная микроатмосфера, которую в известной мере можно регулировать, подбирая пленки с различной селективной проницаемостью для газов, учитывая особенности хранения различных сортов плодоовощной продукции, качество плодов и температуру в хранилище. Итак, хранение плодов и овощей в регулируемой газовой среде основано на анабиозе, в который впадают как микроорганизмы, так и растительное сырье под влиянием диоксида углерода и пониженного содержания кислорода в атмосфере.