Физические и физико-химические принципы консервирования пищевой продукции.

К физическим методам относят консервирование с помощью низких и высоких температур, фильтрования, лучистой энергии, ультразвука, ионизирующей обработки.

Рассмотрим данные методы.

1. Низкие температуры применяют для охлаждения и замораживания продуктов.

Охлаждение – это понижение температуры продукта до минимальной (0-4 °С). При охлаждении не допускается замораживания влаги в продукте. Охлаждение вызывает замедление химических и биохимических процессов, жизнедеятельности микроорганизмов и способствует увеличению сроков хранения товаров. Охлажденные продукты имеют внутри температуру 0 °С или немного ниже. При этом продукты почти полностью сохраняют питательные вещества, вкус и аромат (молоко в охлажденном виде хранится до 24 часов, мясо – 15–20 суток и т.д.).

Температура, при которой начинается образование кристаллов льда в продукте, называется криоскопической. Криоскопическая температура для яиц равна –2,8 °С, для яблок – от 1,7 до –2,8 °С, для рыбы – от –0,6 до –2 °С, для картофеля – от –1,2 до –1,6 °С, для молока составляет –0,5 °С.

Продукты хранят не только в охлажденном, но и в переохлажденном состоянии, а также в замороженном виде.

Замораживание – это охлаждение продуктов до температуры от –12 до –18 °С и ниже, при этом большая часть воды переходит в лед. В результате этого в продукте создаются неблагоприятные условия для развития микроорганизмов, резко сокращается скорость биохимических процессов.

Качество замороженных продуктов сохраняется лучше при быстром замораживании, которое производят при температуре –24 °С и ниже. Однако качество замороженных продуктов по вкусовым и питательным свойствам уступает охлажденным.

При быстром замораживании в продукте образуются мелкие кристаллы льда, которые равномерно распределяются и не изменяют структуры продукта. При размораживании образовавшаяся влага полностью связывается продуктом. В охлажденных и замороженных продуктах значительно замедляются или приостанавливаются микробиологические и биохимические процессы, хорошо сохраняются витамины.

Процесс замораживания применяется также для достижения следующих целей:

1) отделения влаги при концентрировании жидких пищевых продуктов;

2) изменения физических свойств продуктов (твердость, хрупкость и др.) при подготовке их к дальнейшим технологическим операциям;

3) сублимационной сушки;

4) производства своеобразных пищевых продуктов и придания им специфических вкусовых и товарных качеств (мороженое, пельмени и другие быстрозамороженные продукты).

Эффект замораживания достигается при температуре в центре продукта –6 °С и ниже. Замороженные продукты хранят при температуре не выше –18 °С.

Замороженный продукт отличается от охлажденного рядом признаков и свойств:

1) твердостью – результат превращения воды в лед;

2) яркостью окраски – результат оптических эффектов, вызываемых кристаллизацией льда;

3) уменьшением удельного веса – следствие расширения воды при замораживании;

4) изменением термодинамических характеристик (теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность).

При замораживании в отличие от охлаждения происходит частичное перераспределение влаги, травмирование тканей продукта кристаллами льда, а также иногда частичная денатурация белка.

Во время замораживания продуктов происходит их усушка. Унесенная воздухом влага осаждается на поверхности воздухоохладителей в виде «снеговой шубы». Усушки почти не происходит, если продукт находится в герметичной таре или упаковке.

2. Высокие температуры применяют для пастеризации и стерилизации продуктов.

Пастеризация – это нагревание продукта до температуры ниже 100 °С. При пастеризации погибают только вегетативные клетки микробов. Поэтому пастеризация хотя и удлиняет сроки хранения, но не гарантирует их полной сохранности. Пищевая ценность пастеризованных продуктов практически не изменяется, только частично разрушается витамин С.

Стерилизация – это нагревание продукта при температуре свыше 100 °С. При стерилизации погибает большинство микроорганизмов и их споры, а также разрушаются ферменты. Поэтому стерилизованные продукты сохраняются длительное время. При стерилизации снижается их вкусовая и питательная ценность, разрушаются витамины.

Асептическим методом консервируют жидкие и пюреобразные продукты: продукты подвергаются кратковременной высокотемпературной стерилизации в крупных емкостях, а затем фасуют в стерильную тару и укупоривают в асептических условиях. При этом сокращается время термической обработки продукта, в результате лучше сохраняется его качество после стерилизации и при последующем хранении.

Продукты стерилизуют также электрическим током сверхвысокой частоты и ультразвуком. Бактерицидными свойствами обладают ультрафиолетовые лучи, которыми стерилизуют поверхности продуктов, воды, воздуха, тары и оборудования. Ультразвук разрушает микроорганизмы и их споры. Механическая стерилизация – фильтрование жидких продуктов (фруктовых соков) через специальные фильтры, задерживающие микроорганизмы. Облучение ионизирующей радиацией можно использовать для задержки прорастания картофеля, лука при хранении т.д. Этот метод находится в стадии разработки.

Физико-химические методы – это консервирование продуктов поваренной солью, сахаром и сушкой.

Консервирующими факторами являются повышение осмотического давления (т.е. давления, вызванного молекулами растворенного вещества) и снижение активности воды. Повышение осмотического давления достигается внесением в продукт поваренной соли или сахара либо концентрированием растворенных веществ самого продукта путем его высушивания. При высоком осмотическом давлении снижается активность воды, наступает плазмолиз (обезвоживание) клеток микробов, инактивируются ферменты. Консервирующее действие поваренной соли обусловлено также тем, что активные катионы натрия и анионы хлора присоединяются по месту пептидных связей белковых молекул, в результате чего белки продукта становятся недоступными для питания микроорганизмов.

1. При консервировании сушкой (обезвоживание) необходимую для жизни и деятельности микроорганизмов влагу из продуктов удаляют обычно тепловым способом. Наиболее распространена сушка продуктов воздухом, нагретым до 80–120 °С и выше. Для каждого вида продуктов разработаны оптимальные режимы сушки.

Существует естественная и искусственная сушка. Естественным способом сушат абрикосы, виноград и другие плоды. Искусственная сушка продуктов осуществляется в специальных сушильных камерах и аппаратах. Известно много способов сушки: нагретым до 80–120 °С воздухом (конвективная, распылительная), горячей поверхностью (вальцевая сушка), сублимационная, вакуумная, микроволновая и другие виды.

Вакуумная сушка характеризуется тем, что продукт высушивается без доступа воздуха при сравнительно низкой температуре (40–60 °С), благодаря чему хорошо сохраняются первоначальные свойства продукта.

Микроволновая сушка проводится с использованием энергии сверхвысокой частоты (СВЧ); процесс сушки при этом ускоряется, продукты приобретают пористую структуру, увеличиваются в объеме.

При сушке методом сублимации продукт обезвоживается в замороженном состоянии (при –5 °С и ниже) и при глубоком вакууме (1,5–2,0 гПА). В этих условиях влага продукта из твердого состояния (льда) переходит в парообразное, минуя жидкую фазу. Происходит возгонка, т.е. сублимация, замороженной влаги в пар. У высушенных продуктов быстро восстанавливаются исходные свойства при заливке их теплой водой. Методом сублимации консервируют мясо, фрукты, овощи, соки и другие продукты.

Консервирование сушкой имеет свои преимущества и недостатки. Преимущества состоят в том, что сушеные продукты хорошо сохраняются, удобны для транспортирования, обладают более высокой калорийностью.

К недостаткам сушки следует отнести изменение физического состояния продукта (внешнего вида, формы, объема, плотности), потери витаминов, ароматических и вкусовых веществ. Размеры потерь, а следовательно, и питательная ценность продуктов во многом зависят от вида применяемой сушки. Наиболее значительные потери наблюдаются в продуктах при солнечной сушке, сушке горячей поверхностью и нагретым воздухом.

2. Консервирование солью применяют для подавления или прекращения жизнедеятельности микроорганизмов в результате повышения осмотического давления в продукте при добавлении в него поваренной соли. Высокое осмотическое давление вызывает обезвоживание и плазмолиз микробной клетки. Консервирующий эффект зависит от концентрации клетки.

При солении происходит частичная потеря питательных веществ продукта, которые вместе с водой переходят в рассол, изменяются вкусовые свойства. Некоторые виды рыбы (сельди, лососевые) в результате выдержки при посоле приобретают особые вкусовые достоинства.

3. Консервирование сахаром также основано на повышении осмотического давления, обеспечивающего подавление развития микроорганизмов в продукте при добавлении в него сахара. Консервирующее действие сахара слабее, чем соли, поэтому консервацию сахаром часто сочетают с пастеризацией или стерилизацией продукта в герметической таре, а также варкой. Этим способам готовят варенье, джем, повидло, цукаты. Продукты, консервированные сахаром, имеют более высокую калорийность по сравнению с исходным сырьем, однако при нагревании возможны потери витаминов и ароматических веществ.