Физические, физиологические, химические, гидролитические и биологические процессы протекающие в продовольственных товарах при хранении

При хранении продовольственных товаров в них протекают физические, химические, биохимические и микробиологические процессы.

Физические процессы. Все физические процессы протекают под действием факторов внешней среды. К основным физическим изменениям, протекающим в пищевых продуктах, относят увлажнение и высыхание. Эти процессы изменяют состояние и свойства продуктов, а также влияют на активность химических и биохимических процессов. Усыхание и увлажнение приводят к потемнению массы продукта. Замедлить эти изменения можно соблюдением соответствующих температурных режимов.

Вода в пищевых продуктах играет важную роль, так как обусловливает консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость продукта при хранении.

Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и микробиологическим изменениям в продукте. В обеспечении устойчивости при хранении пищевого продукта важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.

Свободная влага – это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.

Связанная влага – это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами (белками, липидами и углеводами) химическими и физическими связями. Она существует вблизи растворенного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную молекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от свойств общей массы воды в той же системе, и не замерзает при –4 °С. Действительное содержание связанной влаги изменяется в зависимости от вида продукта.

Большая часть воды в продукте может быть превращена в лед при –5 °С, а полное замерзание наступает при –50 °С и ниже. Однако определенная доля прочно связанной влаги не замерзает даже при температуре –60 °С.

Наиболее прочно связанной является так называемая органически связанная вода. Она представляет собой очень малую часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов. Другой весьма прочно связанной водой является близлежащая влага, представляющая собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента. Вода, ассоциированная таким образом с ионами и ионными группами, является наиболее прочно связанным типом лизлежащей воды. К монослою примыкает мультислойная вода, образующая несколько слоев за близлежащей водой. Хотя мультислой – это менее прочно связанная влага, чем близлежащая влага, она все же еще достаточно тесно связана с неводным компонентом, поэтому ее свойства существенно отличаются от чистой воды.

В пищевых продуктах имеется также вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала могут физически удерживать большие количества воды.

Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии, но в технологических процессах обработки она ведет себя, почти как чистая вода. Ее можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании.

Таким образом, свойства этой воды как свободной несколько ограничены, но ее молекулы ведут себя подобно водным молекулам в разбавленных солевых растворах. Именно эта вода составляет главную часть воды в клетках и гелях, и изменение ее количества существенно влияет на качество пищевых продуктов. Например, хранение гелей часто приводит к потере их качества из-за потери этой воды (так называемого синерезиса).

Консервирование замораживанием тканей часто приводит к нежелательному уменьшению способности к удерживанию воды в процессе оттаивания.

Существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. В частности, было установлено, что при этом имеет значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами: вода, которая сильнее связана, в меньшей степени способна поддержать процессы, разрушающие (портящие) пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

При одном и том же содержании влаги пищевые продукты могут по-разному храниться, это связано с показателем активность воды (аw).

Активность воды (aw) – это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при той же температуре:

aw = Pw/P0 = POB/100,

где Pw – давление водяного пара в системе пищевого продукта;

Ро – давление пара чистой воды; РОВ – относительная влажность в состоянии равновесия, при которой продукт не впитывает влагу и не теряет ее в атмосферу, %.

Активность воды может быть измерена и использована для оценки состояния воды в пищевых продуктах и ее причастности к химическим и биохимическим изменениям. По величине активности воды выделяют: продукты с высокой влажностью (aw составляет 1,0–0,9); продукты с промежуточной влажностью (aw составляет 0,9–0,6); продукты с низкой влажностью (aw составляет 0,6–0,0).

Стабильность пищевых продуктов и активность воды тесно связаны.

В продуктах с низкой влажностью могут происходить окисление жиров, неферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Активность микроорганизмов здесь подавлена. При хранении пищевых продуктов активность воды оказывает влияние на жизнеспособность микроорганизмов. Поэтому активность воды в продукте имеет значение для предотвращения его микробиологической порчи.

Для большинства химических реакций большая или максимальная скорость имеет место, как правило, в области aw, характерной для продуктов с промежуточной влажностью (0,7–0,9).

Ферментативные реакции могут протекать при более высоком содержании влаги, чем влага монослоя, т.е. тогда, когда есть свободная вода. Она необходима для переноса субстрата.

Продукты с содержанием aw в пределах 1,0–0,9 – это продукты с высокой влажностью, они доступны для жизнедеятельности всех групп микроорганизмов, не стойки при хранении, к ним относится большинство пищевых продуктов.

Для большинства бактерий предельное значение aw = 0,9, но, например, для золотистого стафилококка aw = 0,86. Дрожжи и плесени могут расти при более низких значениях активности воды.

В зависимости от активности воды продукты подразделяются на продукты с промежуточной (aw составляет 0,9–0,6) влажностью и низкой влажностью (aw составляет 0,6–0,0).

В основном порчу продуктов с промежуточной влажностью вызывают дрожжи и плесени, в меньшей степени – бактерии. Дрожжи вызывают порчу сиропов, кондитерских изделий, джемов, паст, сгущенных продуктов; плесени – мяса, джемов, пирожных, печенья, сушеных фруктов.

Продукты с низкой влажностью, как правило, сухие, недоступны для микроорганизмов, но в них могут проходить реакции неферментативного потемнения. Снижают значение активности воды такие технологические операции, как сушка, замораживание, вяление.

Добавление таких веществ, как соль, сахар и специальные увлажнители (крахмал, глицерин, молочная кислота), увеличивают влажность продукта, но при этом не изменяют активности воды.

Помимо влияния на химические реакции и рост микроорганизмов активность воды имеет значение и для текстуры продуктов. Например, максимальная активность воды, допустимая в сухих продуктах без потери желаемых свойств, может изменяться в пределах 0,35–0,5 в зависимости от вида продукта (сухое молоко, крекеры и т.п.).

Замораживание является наиболее распространенным способом консервирования (сохранения) многих пищевых продуктов. Необходимый эффект при этом достигается в большей степени от воздействия низкой температуры, чем от образования льда. Образование льда в клеточных структурах пищевых продуктов и гелях имеет два важных следствия:

а) неводные компоненты концентрируются в незамерзающей фазе (незамерзающая фаза существует в пищевых продуктах при всех температурах хранения);

б) вся вода, превращаемая в лед, увеличивается – на 9% в объеме.

Во время замораживания вода переходит в кристаллы льда различной, но достаточно высокой степени чистоты. Все неводные компоненты поэтому концентрируются в уменьшенном количестве незамерзшей воды. Благодаря этому эффекту незамерзшая фаза существенно изменяет свои свойства, такие как рН, титруемая кислотность, ионная сила, вязкость, точка замерзания, поверхностное натяжение, окислительно-восстановительный потенциал.

Эти изменения могут увеличить скорости реакций. Например, наблюдается увеличение при замораживании скорости реакций неферментативного потемнения при кислотном гидролизе сахарозы или в процессе окисления аскорбиновой кислоты, сливочного масла, липидов в говядине, токоферола в жареных картофельных продуктах, бета-каротина и витамина А в жирах.

Фактор возможности увеличения скорости различных реакций в замороженных продуктах необходимо учитывать при их хранении, поскольку этот фактор будет влиять на качество продукта.

Как правило, существенное снижение скорости реакций (более чем в 2 раза) имеет место при хранении пищевых продуктов в условиях достаточно низкой температуры (–18°С).

При отрицательных температурах, достаточно близких к температуре замерзания воды (0 °С), имеет место увеличение доли денатурации белка. При температуре –18 °С денатурация белка уменьшается существенно, это создает оптимальные условия для хранения продуктов.

Все нормативные документы о пищевых продуктах регламентируют определение влажности товара.

Наиболее распространенными физико-химическими процессами являются сорбция и десорбция паров воды и газов. При сорбции влаги масса продуктов возрастает, при этом гигроскопичные продукты размягчаются (сухари, печенье, вафли), теряют сыпучесть и слеживаемость (сахар-песок, соль, мука), становятся липкими (карамельные изделия).

Также неблагоприятно влияет на качество продукта десорбция. При высыхании наряду с потерей массы продукта происходит ухудшение его качества, а испарение воды из продукта часто вызывает физико-химические изменения в его структуре и свойствах (хлеб, печенье, баранки, сухари и т.д.). Этот процесс очень характерен для свежих плодов, овощей и жидких продуктов. Испарение влаги из плодов и овощей приводит к их увяданию, ослаблению тургора клеток, нарушению обмена веществ и порче.

На интенсивность испарения влияют температура и относительная влажность воздуха, скорость его движения, вид тары, способ укладки товара. Обычно способствуют испарению высокая температура, низкая относительная влажность воздуха, активная вентиляция.

Наружные слои продукта более интенсивно теряют влагу, чем внутренние. При штабельной укладке товара процесс усушки в верхних и наружных слоях активнее, чем во внутренних.

Ряду пищевых продуктов (например, алкогольным напиткам) свойственны потери за счет испарения летучих веществ.

Некоторые пищевые продукты могут терять при хранении ароматические вещества либо приобретать нежелательные вкус и запах. Это происходит вследствие диффузии ароматических веществ во внешнюю среду либо в результате поглощения продуктом летучих веществ, выделившихся из хранящегося рядом товара. Поэтому при размещении товаров для хранения обязательно соблюдение товарного соседства. Товары, обладающие сильно выраженным запахом и легко отдающие его в окружающую среду (сыры, мясокопчености и др.), нельзя хранить рядом с продуктами, легко поглощающими этот запах (сливочное масло, кондитерские изделия).

Продукты, содержащие ароматические вещества (чай, кофе, пряности), должны быть упакованы в газопаронепроницаемую тару. Причинами появления постороннего запаха могут быть также тара, упаковочная бумага, складское помещение.

Черствение мякиша хлеба представляет собой физико-химические процессы, связанные со старением денатурированных белков и клейстеризованного крахмала. Одним из них является ретроградация – восстановление кристаллической структуры крахмала. В свежевыпеченном хлебе крахмал находится в аморфном, клейстеризованном виде, но спустя несколько часов происходит частичный обратный переход крахмала в кристаллическое состояние, что сопровождается сжатием и уменьшением его объема и переходом связанной воды в свободную. При этом изменяются также белковые вещества мякиша хлеба: уплотняется их структура, снижается гидратационная способность. Хлеб становится крошливым, изменяются его вкус и запах. Ретроградация крахмала характерна также для некоторых продуктов переработки картофеля и круп.

При хранении некоторых продуктов происходит процесс кристаллизации. Кристаллизация сахара в некоторых видах кондитерских изделий и меде ухудшает внешний вид продукта, его консистенцию, вкус. Она может быть двух видов: сахарозной и глюкозной. Первая сопровождается выделением крупных кристаллов сахарозы (варенье, джем, помадные конфеты), вторая развивается при повышенном содержании (до 4% и выше) инвертного сахара (мед), и в этом случае засахаривание происходит за счет менее растворимого сахара (глюкозы). При колебаниях температур во время хранения в мороженом происходит перекристаллизация продукта, увеличиваются размеры кристаллов льда, лактозы, что делает структуру мороженого грубой, а консистенцию более уплотненной («песчанитость» мороженого).

Для некоторых видов товаров характерно старение белков и коллоидов. Этот процесс протекает при хранении муки, круп, бобовых культур и др. Он сопровождается снижением способности белков к набуханию, растворимости. При старении крупы увеличивается время варки, уменьшается объем, ухудшаются вкус и консистенция каш. При высоких температурах хранения расслаивается белковый студень в кефире, простокваше.

Биохимические процессы. Обусловлены эти процессы действием ферментов, находящихся в продуктах. К основным биохимическим процессам, протекающим при хранении пищевых продуктов, относятся дыхание и гидролиз (автолиз).

Дыхание – это сложный окислительный процесс, происходящий в любой живой клетке. Процесс дыхания протекает в плодах, овощах, зерне, крупе, муке, яйцах. При этом органические вещества, в первую очередь сахара, окисляются до простых соединений (воды, углекислого газа) с выделением тепла. Дыхание может быть аэробным и анаэробным. Аэробное дыхание происходит в присутствии кислорода воздуха, схематически изображается следующим уравнением:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6Н₂О + 6СО₂ + 282 кДж.

При недостатке или отсутствии в среде кислорода в продуктах наблюдается анаэробное (внутримолекулярное) дыхание:

С₆Н₁₂О₆ – 2С₂Н₅ОН = 2СО₂+117 кДж.

При аэробном (кислородном) дыхании в результате полного окисления сахаров образуются вода, углекислый газ и выделяется энергия; при анаэробром (бескислородном) дыхании происходит неполное окисление, в результате чего выделяются спирт, углекислый газ и значительно меньше тепловой энергии. В процессе дыхания участвуют не только сахара, но и органические кислоты, белки, жиры и другие соединения.

О характере протекания дыхания судят по дыхательному коэффициенту – отношению объемов выделяемого углекислого газа и поглощаемого кислорода. Если процесс аэробного дыхания происходит в точном соответствии с приведенным уравнением, то дыхательный коэффициент равняется 1.

При прорастании масличных семян, когда происходит окисление жирных кислот, бедных кислородом, и превращение жира в сахар, дыхательный коэффициент значительно меньше 1.

Высокие дыхательные коэффициенты наблюдаются при использовании на дыхание соединений, более богатых кислородом, чем сахар, например органических кислот (щавелевой, винной и др.).

Процесс дыхания сопровождается потерей массы растительного объекта, изменением состава окружающей атмосферы, выделением влаги и тепла.

Потери массы при дыхании растительных продуктов могут достигать значительных размеров. Они особенно велики у хранящихся плодов и овощей. Выделяющиеся при дыхании тепло и влага могут быть причиной дальнейшего усиления процесса дыхания. Это происходит в том случае, когда хранящиеся объекты плохо проветриваются, для удаления накапливающейся в них влаги и понижения их температуры.

Важным фактором, влияющим на интенсивность дыхания, является температура. В определенном интервале температур возрастание интенсивности дыхания растительных объектов подчиняется правилу Вант-Гоффа: повышение температуры на 10 °С увеличивает интенсивность дыхания продукта в 2–3 раза.

На интенсивность дыхания также большое влияние оказывает газовый состав воздуха.

Повышение концентрации углекислого газа и понижение кислорода сильно тормозят дыхание растительных продуктов. При понижении количества кислорода в окружающей среде до 2% и менее, а также при повышении концентрации углекислого газа в растительных объектах вместо аэробного начинается анаэробное дыхание, являющееся по существу процессом брожения. Анаэробное дыхание сопровождается накоплением ацетальдегида, спирта, которые губительно действуют на растительные ткани. Однако газовые смеси, содержащие кислород и углекислый газ в количествах 3–5% и азот в количестве 90–94%, благоприятны для хранения некоторых видов плодов и овощей. Такое хранение называется хранением втрегулируемой или модифицированной газовой среде. В этих условиях происходит торможение процессов жизнедеятельности (созревания и перезревания), что позволяет значительно удлинять сроки их хранения с минимальными потерями органических веществ на процесс дыхания.

Процесс дыхания у растительных продуктов различного происхождения неодинаков. Он определяется количеством выделенного углекислого газа или поглощаемого кислорода в единицу времени единицей массы. Слабая интенсивность дыхания характерна для сухого зерна, значительно выше она у сочных плодов и овощей. Особенно возрастает интенсивность дыхания при механических повреждениях и микробиологических заболеваниях объектов.

Расходование на дыхание сахаров и других органических веществ (кислот, белков, жиров) приводит к потере сухого вещества продукта. Образующиеся спирт и углекислый газ губительно действуют на живые клетки продукта, вода может способствовать увлажнению продукта, а тепло – его согреванию (самосогреванию).

Таким образом, активное аэробное дыхание ведет к значительной потере сухого вещества, увлажнению и согреванию продуктов. При анаэробном дыхании также наблюдаются потери сухого вещества, а в результате накоплению спирта и ацетальдегида – отравление и отмирание живых тканей продукта. Поэтому для максимального сохранения качества желательно замедленное аэробное дыхание. Замедлить дыхание можно понижением температуры, влажности воздуха и созданием модифицированной газовой среды, т.е. среды с определенным содержанием кислорода, углекислого газа и азота, отличающимся от состава обычной атмосферы.

Гидролитические процессы. Данные процессы протекают в товарах, являющихся живыми объектами, и в продуктах их переработки и могут влиять положительно или отрицательно на качество. Гидролитические процессы протекают в пищевых продуктах под действием ферментов гидролаз.

Интенсивность этих процессов определяется химическим составом продукта, наличием и активностью ферментов, условиями хранения. Гидролитические процессы могут оказывать положительное и отрицательное влияние на качество продукта. В начале хранения при созревании плодов и овощей происходит гидролиз крахмала в сахаре, из протопектина образуется пектин, что приводит к ухудшению вкуса и консистенции продукта. К концу же хранения при полном гидролизе протопектина мякоть становится мягкой и дряблой.

При кислотном гидролизе крахмала образуется глюкоза. В процессе гидролиза из макромолекулы крахмала сначала образуется растворимый крахмал, у которого молекула меньше исходной, он легко растворяется в воде. Дальнейший гидролиз крахмала дает декстрины, представляющие собой полисахариды с более короткими цепями, чем у крахмала. В зависимости от молекулярной массы и свойств они делятся на амило-, эритро-, ахро- и мальтодекстрины. Амилодекстрин по своим свойствам близок к крахмалу, йодом окрашивается в фиолетовый цвет, растворяется в горячей воде. Эритродекстрин дает с йодом красно-бурое окрашивание, растворяется в холодной воде. Мальтодекстрин мало отличается от мальтозы.

Все виды декстринов (за исключением мальтодекстринов) осаждаются спиртом определенной концентрации. Декстрины также в силу разрыва связей превращаются в мальтозу, а затем в глюкозу.

Кислотный гидролиз лежит в основе производства патоки, которая представляет собой продукт неполного гидролиза крахмала и состоит из декстринов, мальтозы и глюкозы. При гидролизе крахмала ферментом амилазой образуются мальтоза и промежуточные продукты (декстрины). Этот процесс наблюдается в тесте для выпечки хлеба. Фосфоролитические ферменты вызывают превращение крахмала в глюкозо- и фруктозофосфаты и в конечном итоге в сахарозу.

При хранении продуктов, богатых жирами, происходит гидролиз жира под действием липаз, что сопровождается повышением кислотного числа жира (показатель свежести); под действием протеаз происходит гидролиз белков до аминокислот.

Жиры при определенных условиях реагируют с водой, образуя глицерин и жирные кислоты. Степень гидролиза жиров характеризуется содержанием свободных жирных кислот, ухудшающих вкус и запах продукта. Реакция гидролиза обратима и зависит от содержания в реакционной среде воды. Гидролиз молекул жира протекает ступенчато. Промежуточными продуктами гидролиза жира являются ди– и моноглицериды, конечными – глицерин и жирные кислоты.

Гидролиз жира может быть неферментативный и ферментативный. Неферментативный гидролиз протекает в жировой фазе и зависит от количества растворенной в жире воды. При низких отрицательных температурах гидролитического расщепления жиров не происходит. При пониженных температурах скорость гидролиза ничтожна, так как в жире растворено мало воды. Реакция гидролитического расщепления жиров ускоряется с повышением температуры, а также в присутствии щелочей и кислот. Реакция гидролиза идет глубоко при нагревании жиров выше 200 °С в присутствии воды. Под действием щелочей жиры гидролизуются более интенсивно, чем под действием кислот.

Наличие сопутствующих веществ (белков, липидов и др.) в растительных маслах увеличивает скорость гидролиза жира, так как создается большая поверхность соприкосновения воды с жиром.

Ферментативный гидролиз жиров происходит под действием липаз, которые могли быть в сырье и сохранились в готовом продукте, а также в том случае, если в процессе хранения в жиры попала микрофлора.

Во время хранения животных жиров при низких минусовых температурах их гидролиз не происходит. В копченых колбасах, беконе, соленом шпике наблюдается глубокий гидролиз жиров при изготовлении и особенно при хранении. Количество свободных жирных кислот за первые два месяца хранения в них возрастает в 10–14 раз.

При гидролизе жира происходит повышение кислотного числа. Кислотным числом называют количество миллиграммов едкого калия, необходимое для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 грамме жира. Кислотное число является основным химическим оказателем качества жира. По количеству свободных жирных кислот, содержащихся в жире, можно судить о его свежести, так как в природных жирах их находится

мало. При неправильном хранении количество свободных жирных кислот возрастает, дальнейшее их окисление приводит к появлению пороков вкуса и запаха, а при более глубоком процессе – к непригодности жира для пищевых целей.

При гидролизе белков белковая молекула расщепляется на пептоны (смесь полипептидов), далее на три– и дипептиды, а затем на альфа-аминокислоты.

Гидролитические процессы приводят к ухудшению вкуса и запаха продуктов, они часто являются причиной значительных потерь пищевых продуктов.

Из других ферментативных процессов необходимо отметить автолиз (саморастворение). Этот процесс протекает в тканях мяса и рыбы под действием тканевых ферментов. В живых объектах ферментативные процессы обратимы – гидролиз веществ всегда сопровождается синтезом новых органических соединений. В неживых объектах (мясе, рыбе и др.) процессы синтеза прекращаются и все реакции смещаются в сторону расщепления веществ.

В результате автолиза происходят сложное превращение гликогена в молочную кислоту (гликолиз), а также различные преобразования белков мышечной ткани.

Автолитические изменения в мясе подразделяют на две стадии: послеубойное окоченение и созревание.

На первой стадии в мышечной ткани мяса, рыбы происходит накопление молочной кислоты, реакция среды смещается в кислую сторону, что приводит к изменению концентрации солей, уменьшению количества АТФ, а также вследствие этого к образованию нерастворимого белкового комплекса – актомиозина.

На второй стадии вследствие биохимических процессов повышается рН и количество АТФ, происходит распад актомиозина на акти– и миозин, в связи с чем увеличивается растворимость миозина. Начинается протеолиз белков, в результате чего в мышечной ткани накапливаются пептиды и свободные аминокислоты. Повышается набухаемость белков. Созревание мяса сопровождается накоплением экстрактивных веществ, которые влияют на вкус и запах мяса. При распаде АТФ образуются адениловая и инозиновая кислоты, гипоксантин – соединения определяющие органолептические свойства мяса. При дезаминировании глутамина образуется глутаминовая кислота, участвующая в образовании вкуса мяса. В результате этих процессов увеличиваются нежность и сочность мяса, улучшаются его вкус и запах.

При глубоком автолизе происходит распад белков, жиров, увеличивается отделение мясного сока, появляется неприятный кислый вкус.

В рыбе автолитические изменения проходят очень быстро и приводят к ухудшению ее качества, а затем и к порче. Рыба пригодна в пищу лишь с начальными признаками автолиза.

Все биохимические процессы могут быть заторможены низкими температурами хранения.

Микробиологические процессы. Одной из главных причин порчи пищевых продуктов при хранении является развитие микроорганизмов. К микробиологическим процессам относят брожение, плесневение, гниение, которые вызываются жизнедеятельностью микроорганизмов, для которых многие пищевые продукты служат хорошей питательной средой.

Брожение – это разложение углеводов и некоторых спиртов под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами. В отличие от дыхания брожение, кроме уксуснокислого и лимоннокислого, осуществляется только в анаэробных условиях. При хранении продовольственных товаров наиболее часто возникают следующие виды брожения: спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое, маслянокислое.

Спиртовое брожение – наиболее важный вид брожения. Оно лежит в основе целого ряда пищевых производств (виноделия, пивоварения, изготовления спирта). Но часто при хранении спиртовое брожение является причиной порчи пищевых продуктов, например соков, компотов, варенья, джемов и других изделий, содержащих менее 65% углеводов. Эти продукты приобретают спиртовой привкус, изменяется их консистенция в связи с наличием углекислого газа, а соки и компоты мутнеют. Спиртовое брожение вызывается дрожжами рода Saccharomycetes, а также некоторыми плесневыми грибами, например Мuсоr. Под действием этих микроорганизмов в анаэробных условиях происходит расщепление углеводов до этилового спирта и углекислого газа:

С₆Н₁₂О₆ = 2С₂Н₅ОН + 2СO₂.

Оптимальными условиями для протекания этой реакции являются невысокое содержание сахара (до 15%) и температура 20–30 °С. Однако имеются дрожжи, способные сбраживать продукты с высокими концентрациями сахара, достигающими 60%. Понижение температуры даже до 0 °С замедляет брожение, но не прекращает его.

Молочнокислое брожение вызывается анаэробными гомоферментативными и гетероферментативными бактериями.

Первые сбраживают сахара в молочную кислоту строго по уравнению:

С₆Н₁₂O6 = 2СН₃СНОНСООН.

Гетероферментативные бактерии, кроме молочной кислоты, образуют значительные количества уксусной кислоты, спирта, углекислого газа, ацетона, диацетила и др.

Молочнокислые бактерии легко переносят высушивание, устойчивы к этиловому спирту, поваренной соли.

Молочнокислое брожение используется при производстве кисломолочных продуктов (сметаны, творога, кефира и др.), квашеных овощей, ржаного хлеба. Однако оно является причиной порчи молока, вызывает прокисание и ослизнение вина и пива.

Маслянокислое брожение происходит под действием маслянокислых бактерий рода Clostridium, сбраживающими сахара, крахмал, пектиновые вещества с образованием масляной кислоты, углекислого газа и водорода:

С₆Н₁₂O₆ = СН₃СН₂СН₂СООН + 2СO₂ + 2Н₂.

Кроме указанных веществ, в процессе маслянокислого брожения образуются этиловый и бутиловый спирты, ацетон, молочная и уксусная кислоты. Маслянокислые бактерии вызывают порчу картофеля, квашеной капусты, прогоркание молока, увлажнение муки и др.

В результате выделения газов происходит вспучивание сыров, бомбаж консервов. Масляная кислота придает продуктам горький вкус и неприятный острый запах.

Уксуснокислое брожение вызывается бактериями, которые превращают спирт в уксусную кислоту при повышенной температуре (30 °С) и в присутствии кислорода воздуха.

Образование уксусной кислоты происходит в две стадии:

2СН₃СН₂ОН + O₂ = 2СН₃СНО + 2Н₂O;

2СН₃СНО + O₂ = 2СН₃СООН.

Уксуснокислое брожение вызывает порчу продуктов, содержащих небольшое количество спирта (столовых вин, пива, кваса). При этом они приобретают запах и привкус уксусной кислоты и ее эфиров, мутнеют и ослизняются. На уксуснокислом брожении основано получение пищевого уксуса из разбавленных вин и спирта.

Пропионовокислое брожение – превращение углеводов, винной и молочной кислот в пропионовую и уксусную кислоты с выделением углекислого газа и воды. Оно может вызывать порчу виноградных вин, в результате чего они теряют приятный вкус и аромат, мутнеют и изменяют цвет.

Пропионовокислое брожение играет важную роль при созревании сыров, при котором формируются вкус и привкус сыра.

Гниение – это разложение белков под действием ферментов, выделяемых гнилостными микроорганизмами, с образованием продуктов глубокого распада (аммиака, сероводорода, углекислого газа, меркаптанов и др.). Чаще всего гниению подвержены продукты с высокой влажностью и богатые белком: мясо, рыба, яйца.

Гниение – глубокий распад белков и продуктов их гидролиза. Этот процесс возбуждается преимущественно гнилостными бактериями. Распад белков начинается с гидролиза и образования полипептидов и аминокислот. В дальнейшем распад этих соединений зависит от вида микроорганизмов, аминокислотного состава и условий, в которых протекает процесс. Аэробные гнилостные бактерии дезаминируют аминокислоты с выделением аммиака, жирных кислот (муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной, валериановой), а также оксикислот и спиртов.

Под действием анаэробных бактерий происходит декарбоксилирование аминокислот с образованием аминов и углекислого газа: Кадаверин и путресцин токсичны и имеют неприятный запах.

Из серосодержащих аминокислот образуются меркаптаны (R-SН), обладающие дурным запахом.

Карбоциклические (фенилаланин, тирозин) и гетероциклические (триптофан) аминокислоты образуют токсичные соединения, обладающие неприятным запахом (фенол, крезол, индол, скатол).

Плесневение происходит в результате развития на пищевых продуктах плесневых грибов. Ему подвергаются продукты, содержащие в своем составе много воды или увлажнившиеся в процессе хранения: плоды, овощи, хлеб, варенье, мясные и рыбные изделия, мука.

Развитие плесеней вызывает глубокие изменения в составе продукта и появление своеобразного плесневелого запаха и налета на поверхности продукта.

Химические процессы. Химические процессы протекают в пищевых продуктах без участия ферментов. Это, например, окислительные процессы, происходящие под действием кислорода воздуха и активизируемые теплом и светом, прогоркание жира в жиросодержащих продуктах, обесцвечивание и изменение окраски вин, химическое разрушение витаминов. К химическим изменениям можно отнести также образование меланоидинов и химический бомбаж консервов, возникающий при взаимодействии металла банки с кислотами продукта. При этом выделяется водород, который, накапливаясь, вздувает крышки банок.

Скорость химических процессов можно замедлить понижением температуры хранения, применением упаковки, изолирующей продукт от действия света и кислорода воздуха.

Прогоркание жиров – является одним из распространенных химических процессов. Это окислительная порча под действием кислорода воздуха. Этот процесс характерен для пищевых жиров и жиросодержащих продуктов (растительного и коровьего масла, сала, маргарина, сыра, орехов и др.). Окислению подвергаются в первую очередь непредельные жирные кислоты, провитамины и витамины, при этом происходят сложные химические превращения, сопровождающиеся накоплением продуктов окисления, в том числе и токсичных. Они придают жиру своеобразный горький вкус, неприятный прогорклый запах, вызывают першение в горле. На скорость окисления влияют степень насыщенности входящих в их состав жирных кислот, температура хранения, присутствие катализаторов (металлов, света), наличие антиокислителей и др.

Неферментативное потемнение являетсядругим видом химической порчи пищевых продуктов, которое может развиваться в результате карамелизации сахаров, а также реакции между аминокислотами и восстанавливающими сахарами (меланоидинообразования).

Этот процесс протекает при хранении многих пищевых продуктов (сушеных овощей, картофеля, яичного порошка), а также при кулинарной обработке. Меланоидинообразование отрицательно влияет на пищевую ценность продуктов и их органолептические достоинства: изменяется цвет продукта, появляются посторонние вкус и запах. Этот процесс можно замедлить понижением температур хранения и переработки, а также блокированием реакционноспособных группировок главных компонентов реакции. Эффективным ингибитором этого процесса является сернистая кислота или сернистый ангидрид. Они реагируют с карбонильными группами сахароз, блокируют их и выводят из цепочки реакции.

Однако меланоидинообразование может играть и положительную роль. Меланоидины образуются при выпечке хлеба, жарке мяса и рыбы, приготовлении топленого молока, солода, пива и других продуктов. В этом случае они участвуют в создании специфических вкуса, аромата и цвета.

При хранении консервов в металлической таре происходит растворение металла и накопление его в продукте. Переход металла в продукт в результате разрушения поверхностного слоя и накопление солей олова и других металлов, содержащихся в виде примесей в жести, снижает сохраняемость консервированного продукта, так как катализирует в нем

химические процессы, а также оказывает неблагоприятное воздействие на организм человека. Содержание солей олова не должно превышать 200 мг на 1 кг продукта. Образующийся в результате взаимодействия кислот продукта и жести углекислый газ увеличивает давление внутри банки, что приводит к физическому (водородному) бомбажу. Для защиты внутренней поверхности банок от коррозии применяют различные пищевые лаки и эмали.

Химическими процессами обусловлено обесцвечивание и помутнение ликеро-водочных изделий, выпадение нерастворимых осадков в виноградных и плодово-ягодных винах, образование в них сложных эфиров и ацеталей при выдержке, разрушение витаминов.

Все эти процессы, как правило, в конечном итоге приводят к ухудшению цвета, вкуса и запаха продукта.