Фізичні методи консервування

До фізичних методів консервування належать такі методи, в основу яких покладено фізичний вплив на продукт, при якому хімічний склад його практично не змінюється. Це використання високих і низьких температур, іонізуючого випромінювання, ультрафіолетового проміння, знепліднюючих фільтрів, електричного струму.

Консервування високими температурами викликає припинення мікробіологічних і біохімічних процесів. Зокрема здійснюються пастеризація і стерилізація.

Пастеризація — це теплова обробка продуктів при температурі до 100°С. Розрізняють дві форми пастеризації: короткочасну (при температурі 80-90°С протягом 0,5-1 хв) і довгочасну (при температурі 63-65°С протягом 25-35 хв). У процесі пастеризації інактивуються ферменти і знищуються мікроорганізми. При такій обробці в першу чергу гинуть плісені, дріжджі і вегетативні форми мікроорганізмів, але спори мікроорганізмів не знищуються і через певний час вони проростають, викликаючи псування продуктів. Тому пастеризовані продукти зберігаються короткий час. Іноді для подовження строку зберігання застосовують багаторазову пастеризацію (тиндалізацію). У цьому випадку продукт після кожної теплової обробки (при температурі 70-80°С) витримують певний час (як правило, одну добу) у звичайних умовах, при яких спори проростають. Після двох-трьох обробок продукт стає стерильним, але з економічної точки зору цей метод консервування невигідний.

Пастеризують молоко, вершки, соки, пиво, варення. Завдяки тому, що дія високих температур на складові речовини продукту недовгочасна, його харчова цінність добре зберігається. У першу чергу це стосується енергетичної цінності, органолептичних властивостей та засвоювання. Але при цьому трохи знижується біологічна цінність продукту, оскільки при нагріванні частково руйнуються вітаміни й інші біологічно активні речовини.

Стерилізація — це нагрівання продуктів при температурі понад 100°С. При цьому досягається повне знищення мікроорганізмів. Правильно проведена стерилізація дає змогу одержати продукти, які можуть зберігатися кілька років.

Продукти, які підлягають стерилізації, закладають у металеві або скляні банки, герметично закупорюють і прогрівають в автоклавах при температурі 110-140°С. На режим стерилізації продуктів впливає їхній хімічний склад. Наявність жиру в продукті знижує ефект від стерилізації або вимагає більш жорстких режимів. На вибір режимів стерилізації впливає рівень активної кислотності.

Для продуктів з низькою активною кислотністю (рН 5,0 і вище) режим стерилізації повинен бути більш жорстким, ніж для продуктів з високою активною кислотністю (рН 4,5-3,7). Крім активної кислотності, певну роль відіграє хімічна природа органічної кислоти. Молочна кислота активніше пригнічує мікроорганізми, ніж лимонна, а лимонна — більш активно, ніж оцтова.

Час прогрівання продуктів залежить від багатьох факторів і коливається від 10 хв (для згущеного молока) до 120 хв (для м'ясних консервів). Треба пам'ятати, що рідкі продукти прогріваються швидше, ніж густі; консерви у металевій тарі стерилізуються швидше, ніж у скляній.

При стерилізації продуктів відбуваються денатурація білків, частковий гідроліз жиру, вуглеводів і білків, повна інактивація ферментів, зменшується вміст вітамінів, руйнуються деякі амінокислоти (аргінін, лізин, цистин). У цілому при стерилізації втрати харчової цінності продуктів трохи більші, ніж при пастеризації.

Асептичне консервування - метод теплової обробки харчових продуктів. Суть його полягає в тому, що рідкі або пастоподібні продукти стерилізують при високих температурах короткий час, охолоджують, а потім розфасовують у стерильну тару і закупорюють в асептичних умовах. Цей метод використовують при стерилізації молока, соків, томатної пасти і деяких інших продуктів. Перевага цього способу обробки полягає в тому, що скорочується час теплової дії на продукт, внаслідок чого більшою мірою зберігається харчова цінність продуктів.

Консервування низькими температурами — це охолодження і заморожування. Низькі температури уповільнюють інтенсивність хімічних та біохімічних процесів у тканинах, знижують активність ферментів, зупиняють розвиток мікроорганізмів. Чим нижча температура обробки продуктів, тим ефективніше затримуються мікробіологічні та біологічні процеси.

Охолодження — це обробка і зберігання продуктів при температурах, близьких до кріоскопічної точки. Остання залежить від концентрації сухих речовин у харчових продуктах (табл.7.1).

Таблиця 7.1

Кріоскопічні температури для деяких харчових продуктів

Продукт	Температура, °С	Продукт	Температура, °С
М'ясо	-0,8-1,2	Яйця курячі	-0,67
Риба прісноводна	-0,6-1,5	Сир сичужний	-3,0 + - 9,0
Риба морська	-1,0-2,5	Яблука	-1,7 + - 2,8
Молоко	-0,5	Картопля	-1,2 + - 1,6

Деякі охолоджені продукти (овочі, плоди) являють собою живі організми, і для них існують оптимальні, обмежені діапазони термінів зберігання. Умови зберігання охолоджених продуктів залежать від їхніх специфічних властивостей. Ці умови диференційовані значно більшою мірою, ніж при зберіганні заморожених продуктів.

При зберіганні більшості харчових продуктів в охолодженому вигляді температура коливається від 0-2°С (для продуктів рослинного походження) до 0 - -2°С (для продуктів тваринного походження).

Ефективне зберігання охолоджених продуктів потребує також дотримання оптимальної відносної вологості та швидкості циркуляції повітря в сховищі. Відносна вологість повітря повинна бути 80-90%. Надмірне підвищення вологості повітря та наявність зон, де відсутній його рух, створюють умови для розвитку мікроорганізмів. Поряд з цим низька відносна вологість повітря в сховищі може бути причиною втрати маси продукту внаслідок випаровування вологи з його поверхні.

Для створення сприятливих умов зберігання охолоджених продуктів у сховищах використовують системи, які достатньою мірою забезпечували б підтримання необхідних температури і швидкості руху повітря по всьому об'єму сховища. Швидкість руху повітря на поверхні продукту може коливатися в межах від 0,1-0,3 м/сек до 0,5-0,8 м/сек.

Тривалість зберігання охолоджених продуктів становить від 24 годин (молоко) до 6 місяців (плоди й овочі). Під час зберігання охолоджених продуктів у них відбуваються різноманітні процеси. Так, наприклад, при зберіганні охолодженого м'яса на першому етапі мають місце автолітичні процеси дозрівання, які поліпшують його консистенцію, смак і аромат. При триваліших строках зберігання (20 діб і більше) посилюються гідролітичні процеси; починається окислювання жирів, змінюється колір м'яса; внаслідок розвитку анаеробної мікрофлори на поверхні м'яса з'являється слиз.

При тривалому зберіганні охолоджених плодів та овочів унаслідок дихання і випаровування вологи відбувається втрата маси, зменшується вміст цукрів, органічних кислот, що негативно впливає на органолептичні властивості продуктів. Але в цілому харчова цінність охолоджених продуктів залишається високою.

Заморожування застосовується для більш тривалого зберігання продуктів порівняно з охолодженими. Замороженими вважаються продукти, у товщі яких температура не перевищує -8°С. За таких умов загальмовується розвиток мікроорганізмів і різко знижується активність тканинних ферментів. Крім того, в продуктах відбувається часткове їх зневоднення внаслідок перетворення частини води в лід.

При заморожуванні продуктів, які містять багато вологи (більше 40%), в них відбуваються глибокі структурні зміни, пов'язані з кристалоутворенням у клітинах і міжклітинному просторі.

Якість заморожених продуктів залежить від швидкості заморожування, під якою розуміють швидкість утворення льоду в продукті в напрямку від поверхні до центру. Повільне заморожування відбувається при температурі повітря -10 + -12°С, прискорене — при -20 + -25°С, швидке — при -30 + -35°С, а надшвидке (в рідкому азоті, фреоні) при температурі -40 + -50°С і навіть нижче.

При повільному заморожуванні швидкість відводу теплоти незначна, у тканинах утворюється мало центрів кристалізації, переважно в міжклітинному просторі. Концентрація сухих речовин у міжклітинному просторі нижча, ніж у самих клітинах, тому й температура замерзання міжклітинного розчину вища, ніж у клітинах.

Кристали льоду, що утворились у міжклітинному просторі, тиснуть на клітини і видавлюють з них частину вологи, яка замерзає на тих же кристалах, збільшуючи їх розміри. Переміщення вологи з клітин у міжклітинний простір відбувається також завдяки більшій пружності водяних парів у клітинах. Збільшення розмірів кристалів льоду викликає механічну дію їх на оболонки клітин і часто супроводжується їх розривом. Внаслідок переміщення вологи з клітин у міжклітинний простір зневоднюються колоїдні речовини і збільшується концентрація сухих речовин у клітинному соку. Таке зневоднювання призводить до часткової денатурації білків, внаслідок чого вони втрачають здатність знову вбирати вологу, яка виділяється при розморожуванні. Тому збільшується кількість соку, який витікає при розморожуванні таких продуктів.

При швидкому заморожуванні структура тканин змінюється значно менше, оскільки відбувається одночасне перетворення води у дрібні кристали льоду і в клітинах, і в міжклітинному просторі. Концентрація клітинного соку змінюється меншою мірою, тому білки продукту денатурують також меншою мірою, зберігаючи більшу здатність до набухання і вбирання вологи, яка утворюється при розморожуванні дрібних кристалів.

При зберіганні заморожених продуктів внаслідок випаровування вологи з поверхні відбувається втрата маси. Рівень втрат залежить від виду продукту й упаковки, а також від строків і режимів зберігання. Зменшити втрати можна створенням сприятливих умов зберігання або оболонки навкруг замороженого продукту, яка не пропускає вологи. Це може бути полімерна плівка або льодова глазур.

Крім того, при зберіганні заморожених продуктів може здійснюватися перекристалізація льоду у тканинах — зменшується кількість кристалів, збільшується їх розмір. Збільшення розмірів кристалів може відбуватися при постійній температурі зберігання внаслідок того, що розплавляються дрібні кристали і ростуть більші. Цей процес значно посилюється, якщо у період зберігання відбувається коливання температури, яке неминуче при тривалих строках зберігання. При підвищенні температури частина кристалів (у першу чергу дрібні) розтає, а при подальшому зниженні температури волога заморожується на поверхні великих кристалів, які збереглися.

При тривалому зберіганні заморожених продуктів частково змінюється хімічний склад (випаровується волога, витікає клітинний сік з водорозчинними речовинами), гідролізуються й окислюються складні органічні речовини (жири, глікоген, білки), змінюються колір, смак і запах продуктів.

Мікроорганізми, що містилися у продукті, при заморожуванні повністю не знищуються, але кількість їх у процесі зберігання заморожених продуктів зменшується. Після розморожування продукту ті мікроорганізми, які залишились, починають швидко розмножуватися у сприятливих умовах і можуть викликати швидке псування продукту. Тому розморожені продукти треба негайно переробляти.

Якість розморожених продуктів значною мірою залежить і від умов розморожування. Якщо продукти розморожувати швидко при порівняно високих температурах, то можливі великі втрати споживчих речовин та інтенсивний розвиток мікроорганізмів. Під час повільного розморожування кристали льоду розтають поступово, а колоїдні речовини повніше вбирають вологу, яка утворюється.

У цілому за якістю розморожені продукти поступаються перед охолодженими.

При використанні іонізуючого випромінювання (гамма-випромінювання, рентгенівське випромінювання, потік прискорених електронів) ефект консервування досягається без підвищення температури. Тому іноді ці методи консервування називають холодною стерилізацією або холодною пастеризацією.

Гамма-випромінювання має електромагнітну хвильову природу. Воно проникає через живу тканину, дерево, металеві пластини і викликає перетворення нейтральних молекул і атомів речовин та мікроорганізмів у позитивно і негативно заряджені, частинки — іони, внаслідок чого порушуються їх нормальні біологічні функції і вони гинуть. Величина дози опромінювання залежить від виду продукту, а також характеру та інтенсивності мікрофлори, що знаходиться в продукті. Джерелом гамма-випромінювання є препарати Co⁶⁰ (з частотою коливань 1020 Гц). Їх енергія перебуває в межах, що не викликають наведеної радіоактивності в оброблених продуктах (продукти не стають радіоактивними). Гамма-випромінювання дає змогу обробляти великі маси продуктів одночасно.

Стерилізація продуктів у герметичній тарі за допомогою іонізуючого випромінювання дозами приблизно 10-25 кГр дає можливість зберігати продукти довгий час у різних (і навіть у несприятливих) умовах. Таку обробку називають родапертизацією.

Для обробки м'яса, риби, картоплі й овочів використовують тільки пастеризуючі дози (5-8 кГр), достатні для подовження строків зберігання. Таку обробку називають радуризацією.

Істотний недолік консервування іонізуючим випромінюванням полягає в тому, що під дією випромінювання змінюються білки, руйнуються амінокислоти, що містять сірку, окислюються жири, руйнуються вітаміни, погіршуються смак і запах продуктів. Значно кращий ефект досягається, коли обробка харчових продуктів відбувається в атмосфері інертних газів, вакуумі, при низьких температурах, з використанням антиоксидантів. У такому разі обробка м'яса дозами 6-8 кГр не викликає зміни смаку і запаху.

Опромінювання картоплі й цибулі дозами 0,1-0,12 кГр запобігає передчасному проростанню і дає можливість зберігати їх без істотних змін до нового врожаю.

Під впливом іонізуючого випромінювання структурні елементи клітин мікроорганізмів змінюються, порушуються нормальні фізіологічні процеси (розмноження та ін.). Ферменти гамма-променями не інактивуються, і тому в опромінених харчових продуктах відбуваються процеси автолізу.

Треба сказати, що ці способи обробки харчових продуктів до цього часу ще в промислових масштабах не використовуються і продовжується їх поглиблене вивчення. Досліджуються вплив цих видів опромінювання на здоров'я людини, ступінь стійкості мікроорганізмів до них, зміни хімічного складу та споживчих властивостей харчових продуктів.

Обробка ультрафіолетовим промінням пов'язана з використанням невидимої частини світлових променів з довжиною хвилі 60-400 нм, які згубно діють на мікрофлору харчових продуктів. Найбільш ефективно впливають на мікроорганізми промені з довжиною хвилі 225-280 нм. Загибель мікроорганізмів зумовлена головним чином адсорбцією ультрафіолетового проміння нуклеїновими кислотами і нуклеопротеїдами, що призводить до денатураційних змін речовин.

Ультрафіолетове опромінювання використовують для стерилізації поверхні ковбасних виробів, м'ясних туш, оскільки це проміння проникає не більш як на 0,1 мм. Крім того, це опромінювання ефективне при обробці приміщень для зберігання товарів. Але при використанні ультрафіолетових променів треба бути дуже обережними, бо вони небезпечні для людини, діють на шкіру й очі.

Консервування за допомогою знепліднюючих фільтрів називають механічною стерилізацією. Цей спосіб консервування дає змогу одержати стерильні харчові продукти з максимальним зберіганням їх харчової цінності. Механічною стерилізацією від мікроорганізмів можна звільнити рідкі харчові продукти: соки, вино, пиво. Суть методу полягає в тому, що рідини пропускають через фільтри з такими малими порами, що вони затримують мікроорганізми. Тому ці фільтри одержали назву знепліднюючих.

Для того, щоб профільтровані рідини добре зберігалися, недостатньо тільки стерилізуючої фільтрації: необхідно затарювання продуктів проводити в таких умовах, які виключали б повторне забруднення їх мікроорганізмами.

Слід відзначити, що в таких продуктах залишаються ферменти, які каталізують гідролітичні процеси і тим самим викликають псування продуктів.

Консервування струмом ультрависокої і надвисокої частоти — це обробка герметично затарених продуктів в електромагнітному полі змінного струму. Завдяки цьому в масі продукту посилюється рух заряджених частинок, що викликає підвищення температури до 100°С і вище. Підвищення температури відбувається дуже швидко (за 30-50 с) і одночасно в усій масі, при цьому швидкість прогрівання не залежить від теплопровідності продукту. Загибель мікроорганізмів при такому способі консервування відбувається значно швидше, ніж при тепловій стерилізації, тому що, крім дії температури, під впливом електромагнітних хвиль настають поляризаційні явища, які впливають на життєві функції мікроорганізмів. Цей метод використовують при консервуванні плодово-ягідних і овочевих соків, у громадському харчуванні - для розігріву і приготування різних страв.