Пищевые продукты в большинстве случаев портятся под воздействием микроорганизмов, попадающих на них из окружаю щей среды. В результате их жизнедеятельности начинается распад сложных биологических систем на более простые химические вещества, часто обладающие неприятным запахом и вкусом.
Порча пищевых продуктов может быть вызвана и биохимическими (ферментативными) процессами, свойственными самим продуктам. Такой вид порчи называется ферментативной порчей. Таким образом, проблема хранения пищевых продуктов в значительной степени может быть сведена к регулированию биохимических Процессов, лежащих в основе явлений порчи. Изменяя условия среды, воздействуя на микроорганизмы различными физико-химическими факторами, можно регулировать состав и деятельность микрофлоры в продукте, а также характер протекания ферментативных процессов.
С биологической точки зрения все методы хранения (консервирования) пищевых продуктов можно подразделить на следующие группы:
методы, основанные на принципе биоза — поддержания жизненных процессов в продуктах и на использовании естественного иммунитета живых организмов (например, предубойное содержание скота или птицы);
методы, основанные на принципе анабиоза — подавления жизнедеятельности микроорганизмов и ферментативных процессов самих продуктов (например, консервирование холодом, посол и сушка) при высоком осмотическом давлении;
методы, основанные на принципе ценоанабиоза — изменения посредством различных внешних воздействий состава микрофлоры (например, квашение, в процессе которого развиваются молочно кислые бактерии, образующие молочную кислоту);
методы, основанные на принципе абиоза — полном прекращении в них жизнедеятельности микроорганизмов и ферментативных процессов самого продукта. Эти методы основаны на воздействии на продукты некоторых физико-химических факторов (термостерили зация, применение бактерицидных консервантов) или механическом отделении продуктов от возбудителей порчи (ультрафильтрация).
Наибольшее распространение получили методы консервирования мясных продуктов, основанные на принципах анабиоза и абиоза. Поэтому в дальнейшем рассмотрены способы консервирования холодом; при высоком осмотическом давлении (посол, сушка); антисептиками; ионизирующим облучением; нагреванием (токами высокой частоты, электромагнитным полем сверхвысоких частот, паром, водой, воздухом, паровоздушной смесью).
Консервирование холодом
Консервирование холодом позволяет в значительной мере сохранить первоначальное состояние исходного сырья в процессе относительно длительного хранения. При замораживании и хранении мясного сырья происходит прекращение развития микрофлоры и даже отмирание определенной ее части. Во всех случаях первостепенное значение имеет конечная температура замораживания. Скорость же замораживания решающим образом влияет на качество мясных изделий. Однако консервирование мяса холодом имеет и недостатки. Прежде всего — необходимость создания холода на всех участках товаропроводящей цепочки. Кроме того, низкие температуры замораживания и хранения сами по себе не вызывают полной гибели микроорганизмов.
Консервирование при высоком осмотическом давлении
Необходимым фактором для нормального развития микроорганизмов является наличие относительно свободной воды в продукте. Поэтому, если удалить свободную влагу из продукта, то произойдет прекращение развития и отмирание определенной части микроорганизмов. В этой связи посол и сушка способствуют удалению свободной влаги из продукта, созданию иных условий окружающей среды (повышение осмотического давления, увеличение концентрации поваренной соли и ее воздействия на ферментативную деятельность бактерий). Метод консервирования мяса и мясопродуктов действием концентрированных растворов поваренной соли издавна занимал большое место в технологии производства мясных изделий.
Поваренная соль оказывает консервирующее воздействие, что сводится к действию высокого осмотического давления, получающегося при растворении соли в водной части продукта. Наиболее активные гнилостные бактерии чувствительны к повышению осмотического давления; рост большинства из них прекращается при концентрации соли 10—15 %. Химическая же активность этих бактерий подавляется и более низкими концентрациями. Однако поваренная соль только приостанавливает жизнедеятельность бактерий, но не убивает их.
Сушка имеет огромные преимущества по сравнению с другими способами консервирования — высушенные продукты значительно сокращают массу, объем, но при этом одновременно сохраняют питательные вещества. Высушенные продукты легче хранить и транспортировать.
Вместе с тем этот способ имеет и определенные недостатки: для использования высушенные мясопродукты во многих случаях надо сначала обводнить; во время сушки улетучиваются ароматические вещества; под воздействием кислорода происходит химическое взаимодействие составных частей продукта; изменения продукта под воздействие высушивания или повышения температуры сушки и т. д.
Таким образом, как посол (с целью консервирования), так и сушка вызывают комплекс необратимых физико-химических и, как следствие этого, органолептических и структурно-механических изменений мяса и мясопродуктов, что ухудшает качество и снижает пищевую ценность изделий. Глубина этих изменений зависит от условий, режимов посола и сушки и длительности хранения консервированных продуктов, но во всех случаях продукт не бывает стерильным. Кроме того, хранение таких консервированных мясопродуктов связано с необходимостью регулировки параметров окружающей среды (температура, относительная влажность, состав газовой среды).
Консервирование антисептиками
Один из способов консервирования пищевых продуктов основан на применении антисептиков — химических веществ, которые подавляют развитие или вызывают гибель микроорганизмов. В нашей стране для Консервирования пищевых продуктов разрешено использовать некоторые антисептики (сернистая, бензойная, сорбиновая и уксусная кислоты, этиловый спирт и т. д.). В мясной промышленности химические консерванты практически не используют.
Консервирование ионизирующим облучением
Одним из перспективных видов консервирования пищевых продуктов, позволяющим организовать непрерывнопоточную об работку мясопродуктов, в том числе и консервов, и максимально сохранить их пищевую ценность и качество, является ионизирующее излучение (гамма- лучи, катодные и рентгеновские лучи, которые обладают высоким бактерицидным действием без существенных изменений качества продукта).
В настоящее время практическое значение имеют гамма-лучи (1020 Гц), обладающие большой проникающей способностью. При применении ионизирующих излучений длительность стерилизации составляет несколько десятков секунд. При этом вид упаковки не влияет на длительность и эффективность стерилизации. Однако высокая интенсивность облучения, особенно при использовании мяса, приводит к качественному изменению мясного сырья. Кроме того, мясопродукты после облучения не имеют кулинарной готовности. Поэтому мясное сырье необходимо подвергать дополнительному нагреву.
Характер воздействия ионизирующих излучений на продукт зависит от энергии излучения и дозы облучения (количество излучения, поглощенного веществом). Одна и та же доза облучения может быть достигнута при большой энергии излучения и малой продолжительности облучения, или наоборот. Но эффект воздействия при этом не будет равнозначным, так как характер изменений в образце зависит от энергии излучения.
При применении ионизирующих излучений в результате воздействия продуктов радиолиза воды происходит быстрое отмирание микроорганизмов в продуктах. Степень инактивации зависит в большей мере от дозы облучения, чем от мощности. Устойчивость микроорганизмов к облучению зависит от их биологических особенностей и параметров окружающей среды. Наличие кислорода и воды, низкая величина рН снижают устойчивость микроорганизмов, в то время как температура незначительно влияет на их устойчивость.
Наряду с положительными сторонами использования ионизирующих Излучений можно отметить и существенные недостатки: возникновение не желательных химических изменений, способствующих ухудшению качества продукта; опасность образования вредных соединений в процессе и после облучения продукта; продолжающееся развитие ферментативных процессов при хранении готовых изделий.
Устранить нежелательные изменения в полной мере пока не удалось, поэтому в промышленных масштабах ионизирующее излучение не применяют.
Консервирование нагреванием
Наиболее распространенным методом консервирования мясопродуктов является консервирование с помощью тепла. Консервирование теплом позволяет создать и сохранять в течение длительного времени и в условиях нерегулируемой температуры запасы высококачественных и высокопитательных, готовых к употреблению продуктов. К тепловым методам можно отнести консервирование мясопродуктов под воздействием токов высокой частоты, электромагнитного поля сверхвысоких частот и тепла, получаемого от традиционных видов греющей среды (пар, вода, воздух, паровоздушная смесь).
Стерилизация токами высокой частоты (ТВЧ). Высокочастотный нагрев — это нагрев теплом, возникающим в результате индуктирования вихревых токов и колебательных движений заряженных частиц в материале, помещенном в электрическое поле. Поглощаемая при этом электрическая энергия переходит в кинетическую энергию колеблющихся молекул, проявляющуюся в повышении температуры образца.
Эффект стерилизации мясных продуктов определяется не только воз действием тепла продукта на микроорганизмы, но и образованием тепла под действием ТВЧ в самих клетках. В настоящее время нагрев ТВЧ применяют для стерилизации некоторых видов плодовых консервов и соков. Так, температура в банке вместимостью 1000 мл повышается до 100 °С за 30—60 с одновременно по всему объему. При этом не наблюдается заметного изменения физико-химических и органолептических показателей готового продукта.
Применение ТВЧ для стерилизации мясных консервов связано с техническими трудностями, так как для мясных консервов по сравнению с плодовыми требуются более жесткие режимы стерилизации, т. е. специальные устройства для создания избыточного наружного противодавления во избежание брака консервов. Кроме того, электрофизические свойства мяса зависят от электрофизических свойств составных его частей (жировая, соединительная и мышечная ткани), поэтому составные части мяса прогреваются по-разному (селективный нагрев), вследствие чего отмирание спор проис ходит с неодинаковой скоростью. Однако принципиально можно осуществлять стерилизацию мясных консервов ТВЧ.
Стерилизация электромагнитным полем сверхвысоких частот (СВЧ). Применение СВЧ при выработке мясопродуктов позволяет значительно интенсифицировать процесс тепловой обработки и получать готовые продукты высокого качества и биологической ценности. Принципиальное и основное преимущество СВЧ-нагрева — это способность поля СВЧ-диапазона практически мгновенно проникать на значительную глубину в обрабатываемый - материал, создавая тем самым объемное распределение мощности источников тепла. Поэтому при нагревании продукта в СВЧ-поле микроорганизмы нагреваются как бы мгновенно и отмирают быстрее.
Однако до настоящего времени нет единой теории о механизме воздействия СВЧ на микрофлору. Наблюдаемые генетические и бактерицидные эффекты обусловлены или непосредственным взаимодействием СВЧ-поля со структурами нуклеиновых кислот, или посредством вторичного фактора — тепла, генерируемого в результате диэлектрических потерь в самой клетке и воздействующего на структуру и обмен важнейших биополимеров нарушением энергетического баланса, или тем и другим факторами. Разнородность диэлектрических и теплофизических свойств отдельных структурных элементов клетки может предопределить возникновение внутриклеточных потенциалов — тепловых, электрических, механических и химических. При этом градиенты потенциалов, а следовательно, и их влияние на метаболизм клетки будут определяться адаптационными возможностями биосистемы и дифференциальным значением параметров внешнего дестабилизирующего фактора— скоростью изменения температуры.
НПО «Комплект» показал практическую целесообразность применения электромагнитной энергии для стерилизации консервов при температуре 130 0 С, что позволяет сократить длительность традиционной стерилизации более чем в 4 раза. Кроме того, сравнительные исследования показали, что СВЧ-стерилизация обеспечивает получение готового продукта лучшего качества, чем традиционная (паровая). Основным фактором, определяющим изменение аминокислотного состава и перевариваемость продукта, стерилизованного в интервале температур 120—130 °С, является продолжительность процесса. Так, при стерилизации паштетов в СВЧ-поле (130 °С) обеспечивается лучшая сохранность аминокислот (цистина на 4, метионина на 7 и лизина на 5 %), а перевариваемость белка по сравнению с продуктом, стерилизованным в автоклаве при температуре 120 °С, возрастает в среднем на 15 %.
Рассматривая процесс окисления жировой фракции, можно отметить, что СВЧ-стерилизация больше интенсифицирует первичные процессы окисления, чем вторичные, в то время как стерилизация при 120 °С интенсифицирует вторичные процессы окисления. В результате этого в паштетах накапливается больше летучих жирных кислот, чем перекисных соединений.
Стерилизация паром, водой, воздухом, паровоздушной смесью. Этот способ стерилизации пищевых продуктов получил широкое распространение. Процесс стерилизации герметично укупоренного продукта осуществляют с помощью разнообразного оборудования (ротационное, статическое, непрерывнодействующее). Однако во всех случаях продукт получается промышленно стерильным и кулинарно готовым.
Режим стерилизации зависит от времени, необходимого для уничтожения микроорганизмов, находящихся в центре банки. Длительность процесса зависит от многих факторов: состава и количества микрофлоры, величины рH и вида продукта, геометрических размеров тары, материала и толщины степени заполнения банки продуктом, температуры продукта, а также от того, в каком состоянии (покое или движении) находится продукт в процессе стерилизации. Выбор температуры стерилизации мясных консервов определяется видом и химическим составом продукта, размером и формой консервной тары.
При расчете формулы стерилизации исходят из следующих положений:
споры начинают отмирать при достижении температуры в центре продукта приблизительно 100 °С, отмирание спор продолжается в течение всего процесса повышения температуры до максимальной, выдержки при этой температуре и ее снижения до 100 °С;
каждой точке на кривой прогрева центральной части консервов отве чает определенная скорость отмирания спор;
общий летальный (смертельный) эффект представляет собой сумму отдельных, достигаемых в каждой точке кривой нагрева и охлаждения консервов.
Повышение температуры стерилизации приводит к сокращению длительности процесса стерилизации в целом. Однако при этом возрастает скорость химических изменений продукта. Кроме того, могут возникнуть такие химические изменения продукта, которые практически отсутствуют при более низких температурах стерилизации. Поэтому для отдельных видов консервируемых мясопродуктов существует определенный температурно-временной предел (например, ветчина, сосиски).
Широкое распространение тепловой стерилизации обусловлено простотой данного способа, а также технических средств, незначительными материальными затратами, возможностью хранения, продукта в течение длительного срока (более 3 лет) и без существенного ухудшения его качества.
