Фуран и его производные присутствуют в широком ассортименте пищевых продуктов, прошедших термическую обработку, и представляют значительный интерес для детского питания в банках. Образование фурана объясняется химическими реакциями между различными исходными веществами и высокой температурой обработки. Кроме того, были изучены некоторые кинетические модели, отражающие его образование в различных пищевых материалах, которые могут предсказать образование фурана в моделируемых условиях эксплуатации. Поэтому цель данного обзора — проанализировать и наглядно представить, как можно улучшить качество пищевых продуктов, подвергнутых термической обработке, путем оптимального контроля температуры обработки и дизайна упаковки (например, ретортных пакетов), чтобы уменьшить образование фурана и максимально сохранить качество. Было изучено и применено множество стратегий для снижения уровня фурана. Однако интересным подходом, который еще не был изучен, является проектирование термического процесса, основанное на оптимальных температурных профилях автоклавов с регулируемой температурой (VRTP) и использовании ретортируемых пакетов с учетом изменений микроструктуры пищевых продуктов в процессе производства. Цель оптимизации процесса заключается в минимизации повреждения микроструктуры пищевого продукта. Можно было бы снизить содержание фурана и одновременно сохранить пищевую ценность за счет оптимизации процесса.
Вступление
Термическая стерилизация пищевых продуктов с низким содержанием кислот при высоких постоянных температурных режимах в автоклавове (CRTP) является стандартным методом, который используется для обеспечения длительной сохранности упакованных пищевых продуктов при хранении [1]. Условия обработки в основном основаны на использовании высоких температур (120-130 °C) в течение длительного времени (обычно более 60 минут) для получения безопасного и стабильного при хранении продукта с низким содержанием кислоты. В то же время экстремальные условия обработки (время и температура) существенно влияют на текстуру, вкус, аромат и питательную ценность продукта и приводят к ослаблению и повреждению микроструктуры продукта [2-5]. Эти изменения способствуют доступности питательных веществ [6-8], но также благоприятствуют химическому взаимодействию между различными питательными веществами, которые теперь свободны и способны вступать в реакцию, образуя в пище другие соединения, а некоторые соединения токсичны для здоровья человека; эти соединения называются загрязнителями термического процесса (ТПК) [5,9–11]. Имеются убедительные доказательства того, что TPC оказывает неблагоприятное токсикологическое воздействие и представляет потенциальную опасность для здоровья человека [12]; наиболее изученными из этих токсичных соединений являются фуран, акриламиды и конечные продукты гликирования (AGE).
Фурановые соединения представляют собой широкий класс гетероциклических молекул с низкой молекулярной массой, которые образуются в качестве продуктов или промежуточных продуктов в реакциях, вызванных нагреванием. С 1995 года фуран и его производные привлекли к себе внимание, поскольку Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицировало их как “потенциально канцерогенные для человека” [13]. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) объявило, что фуран содержится во многих термически обработанных пищевых продуктах, таких как фруктовые и овощные соки, хлебобулочные изделия, консервированные и подливообразные продукты (например, супы, соусы, подливки, макароны, овощи, рыба), в том числе в продуктах для детей младшего возраста [9,14–16]. Одной из главных проблем является коммерческое детское питание из-за высокой восприимчивости этой группы потребителей к содержанию фурана в этих продуктах, что подвергает эту группу риску из-за количества потребляемой пищи в день по отношению к их массе тела [17].
Таким образом, мы выявили проблему, заключающуюся в том, что коммерческий процесс стерилизации пищевых продуктов был разработан и оптимизирован с макроскопической точки зрения. Он рассматривает продукт питания как целостную систему, где целевая функция максимизирует сохранение качества (например, цвета, витаминов и текстуры) или минимизирует время обработки, сохраняя летальность (F0) в качестве ограничения. Воздействие высоких температур на сырье в течение длительного времени обработки приводит к важным изменениям микроструктуры, которые увеличивают потерю питательных веществ, таких как невосстанавливаемые сахара, аминокислоты, аскорбиновая кислота, полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) и каротиноиды, в среду, благоприятствующую образованию фуранов. Таким образом, стерилизация пищевых продуктов, основанная на изменении их микроструктуры, требует процесса, которым можно управлять в соответствии с изменениями, происходящими в микроструктуре пищевых продуктов. В таком случае процесс, проводимый в условиях изменяемых температурных профилей автоклава (VRTPs), может быть интересной и лучшей альтернативой по сравнению с классическим процессом CRTPs.
Режим изменения температурных профилей автоклава основан на оптимальном регулировании температуры автоклава, позволяющем создавать положительные и отрицательные температурные перепады [18-25]. VRTP применялся и изучался как инструмент для улучшения сохранения качества, но важнейший фактор применения связан с сокращением времени обработки [18,19,21–23]. До сих пор ни в одном исследовании не сообщалось об эволюции VRTP и микроструктуры пищевых продуктов в результате термического процесса. Таким образом, цель данного обзора — проанализировать и наглядно представить, как можно улучшить качество пищевых продуктов, прошедших термическую обработку, путем оптимального контроля температуры обработки и дизайна упаковки (например, ретортных пакетов), чтобы уменьшить образование фурана и максимально сохранить качество.
Важность присутствия фурана в пищевых продуктах, прошедших термическую обработку
В рамках нового заключения, опубликованного EFSA [16], для оценки воздействия на европейскую пищевую цепь было собрано около 17 000 данных по всем государствам-членам для включения в оценку (по сравнению с примерно 5500 в отчете EFSA за 2011 год). Отчет EFSA подтвердил предыдущие оценки о том, что младенцы относятся к подгруппе населения, подвергающейся наибольшему воздействию фурана в пересчете на массу тела, причем до 70% этого воздействия приходится на готовые к употреблению блюда. Хотя нет оснований полагать, что в рационе есть другие основные источники фуранов, следует отметить, что их содержание и концентрация были определены не во всех основных категориях продуктов питания. Классификация образцов, описанная в опубликованных исследованиях, в целом сопоставима, при этом мясо (часто включая птицу) отделяется от овощей, рыбы, только овощей и фруктов или фруктов плюс овощи.
Большинство авторов определили относительно более высокое содержание фурана в рецептах с мясом/овощами и только с овощами [17,26], и эти выводы отражены в отчете EFSA за 2011 год [15], в котором показано меньшее количество фурана в рецептах на основе злаков, фруктов и овощей, а также только в рецептах с фруктами. Что касается количеств, то среднее воздействие фурана на младенца составляет 0,99 мг (кг массы тела) в течение 1 дня (при сценарии с верхней границей), а высокое воздействие (95−й процентиль) − 1,82 мг (кг массы тела) в течение 1 дня. Для сравнения, среднее воздействие фурана на пожилых людей составляет 0,75 мг (кг массы тела) в течение 1 дня, а воздействие 95−го процентиля составляет 1,27 мг (кг массы тела) в течение 1 дня. Важно учитывать, что оценки, полученные в США, несколько ниже, поскольку они были основаны на количественных результатах анализа потребляемых пищевых продуктов [27].
Средние и высокие уровни воздействия, определенные международными и национальными органами, в целом очень близки, а различия, вероятно, объясняются различными методологиями обследования. По данным EFSA (2017), наибольший вклад в поступление фурана с пищей у детей старшего возраста (в возрасте 4-6 лет) вносят сухие завтраки (40%), а у маленьких детей (старше 6 месяцев) наиболее существенный вклад в поступление фурана с пищей вносят консервированные продукты детского питания. Кроме того, младенцы и малыши младшего возраста, как правило, более уязвимы из-за более высокого потребления пищи по отношению к массе тела; таким образом, несколько исследований были посвящены детскому питанию [28-30]. Согласно результатам европейского мониторинга за период с 2004 по 2010 год [15], средние уровни содержания фурана в пищевых продуктах (фунт/куб.м) составляют 31-32 и 0,2-3,2 мкг/кг для детского питания и 0,2–3,2 мкг/кг для mula, соответственно. Однако условия хранения и повторный разогрев перед употреблением могут влиять на концентрацию фуранов в продуктах растительного происхождения, устойчивых к хранению [11].
По данным Anese & Suman [31], содержание фурана в продуктах питания колеблется от нескольких мкг/кг до 7000 мкг/кг. Самые высокие концентрации фурана были обнаружены в обжаренном и растворимом кофе со средним значением 4579 мкг/кг, а также в детском питании и супах, максимальная концентрация которых составляла 215 мкг/кг. Готовые к употреблению блюда для младенцев и маленьких детей являются основными источниками диетического питания младенцев [16]. По данным Комитета экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам для фурана [32], нижний предел контрольной дозы для 10%-ного ответа (BMDL10) составлял 0,96 мг (кг массы тела) в течение 1 дня. С другой стороны, Норвежский научный комитет по безопасности пищевых продуктов (VKM) установил более консервативную норму BMDL10, равную 0,14 мг (кг массы тела) на 1 день в сутки, и определил, что основным источником фурана для детей в возрасте 6, 12 и 24 месяцев является детское питание в банках [33]. Кроме того, предельные уровни воздействия (MoE), выявленные в Германии [34], Бразилии [17], Чили [35] и Норвегии [33], свидетельствуют о том, что воздействие фурана на младенцев и грудничков грудного возраста может рассматриваться как риск для здоровья населения в соответствии с EFSA.
Альтаки и др. [36], пробовали детское питание из баночек, содержащих мясо в качестве основного ингредиента; они обнаружили, что концентрация фурана варьировалась от 7,9 до 64 мкг/кг при среднем значении 35 мкг/кг, но более высокие уровни фурана были обнаружены в детском питании на основе рыбы, с диапазоном 19-84 мкг/кг и средней концентрацией 49 мкг/кг. Высокое содержание фуранов в детском питании на основе рыбы может быть связано с окислением и/или разложением высоконенасыщенных жирных кислот, входящих в состав рыбных мышц, в процессе термической обработки. Ариссето и др. [17] сообщили, что уровни фурана в образцах варьировались от неопределимых до 95,5 мкг/кг, причем образцы, содержащие мясо и овощи (говядина, морковь, картофель), имели самые высокие значения (95,5 мкг/кг), в то время как образцы детского питания на фруктовой основе имели более низкие значения фурана (1,7 мкг/кг).
Таким образом, промышленная обработка продукта, то есть пастеризация фруктов и стерилизация овощей, повлияла на содержание фурана в этих образцах [36]. Еще одна переменная, которую следует учитывать, заключается в том, что оценка воздействия фурана (и алкилированных фуранов) затруднена из-за ряда факторов неопределенности, которые могут привести к завышению или недооценке воздействия. Большинство данных о распространенности относятся к приобретенным продуктам с полки и не подготовленным к употреблению. Это относится к приготовлению детского питания в баночках (разогрев в открытых или закрытых банках, с перемешиванием или без него и т.д.).
Эти факторы сильно зависят от поведения потребителей, сильно варьируются и не поддаются количественной оценке [16]. Кроме того, потери фурана из-за испарения во время окончательной подготовки были исследованы в нескольких исследованиях с весьма различными результатами [37,38]. Что касается готовых к употреблению продуктов детского питания, важно учитывать, что значения концентрации фурана и его производных различаются в зависимости от сырья, используемого для приготовления продукта, что может повлиять на принятие решения о том, какие производные фурана более важны для анализа или количественной оценки. В таблице 1 мы приводим соотношение фурана и производных фурана в различных упаковках детского питания.
Данные, представленные в таблице 1, были получены от Condurso и соавторов [30] для расчета соотношения фуран/производные фурана для каждого продукта. Следовательно, важно определить, какое производное фурана является более важным для анализа, помимо фурана. Например, таблица 1 позволяет нам отметить, что производные фурана с соотношениями ниже 1 являются более значимыми, чем фуран. Кроме того, производные фурана с соотношениями выше 5 (менее 20% фурана) не так значимы, как другие производные фурана. Таким образом, можно сосредоточить усилия на количественном определении наиболее характерных производных фурана в каждой банке детского питания, подлежащей исследованию.
Например, в консервированном детском питании на основе фруктов наиболее типичными производными фурана являются 2-пентилфуран и фурфурол; с другой стороны, в консервированном детском питании на основе мяса и овощей более типичными производными фурана являются 2-этилфуран, 2-пентилфуран, фурфурол и фурфуриловый спирт. Чтобы сосредоточить внимание на более важных проблемах, мы представляем таблицу 2 с данными, полученными из работы Sirot et al. [39]. В таблице 2 показан вклад (в процентах) в среднюю нижнюю границу (LW) и верхнюю границу (UB) воздействия фурана в некоторых продуктах детского питания для детей младше 3 лет.
Данные, представленные в таблице 2, позволяют нам понять, какие продукты являются наиболее полезными для детей на разных этапах развития. Например, в возрасте от 1 до 4 месяцев среднее воздействие фурана на младенцев определяется продуктами на основе злаков, готовыми к употреблению блюдами на растительной основе и детскими смесями; и наоборот, у младенцев/детей в возрасте 13-36 месяцев воздействие фуранов в большей степени зависит от готовых к употреблению продуктов растительного происхождения и мяса/рыбы. Несмотря на то, что это исследование проводилось с участием французских детей, важно отметить, что общее количество продуктов детского питания (прошедших термическую обработку) уменьшается с возрастом ребенка; до 12 месяцев содержание фуранов в продуктах детского питания, прошедших термическую обработку, составляет 89,4–97,2%, что является веской причиной для проведения исследований для данного типа продуктов.
Микроструктура пищевых продуктов и ее вклад в образование фурана при термической обработке
Термическая обработка играет важную роль в формировании текстуры пищевых продуктов и биодоступности питательных веществ из-за изменений на микроструктурном уровне. Сообщалось, что общее содержание питательных веществ может снижаться из-за химического разложения в процессе термообработки и/или хранения. В то же время биодоступность может возрасти в результате трех факторов: (1) разрушения клеточной стенки растительных тканей, (2) диссоциации комплекса матрикс-питательные вещества и (3) молекулярной трансформации в активную структурную форму [6,7,40,41]. Как показал Агилера [42], микроструктура пищевых продуктов является ключевым аспектом, который следует учитывать при проектировании процесса приготовления пищи, поскольку большая часть питательных веществ содержится в пищевой матрице [6].
Например, Cilla и соавт. [41] опубликовали обзорную статью, в которой были представлены некоторые случаи, когда термическая обработка изменяла микроструктуру пищевых продуктов, обеспечивая высвобождение питательных веществ, что можно рассматривать как преимущество, поскольку биодоступность сахаров, липидов, аминокислот, аскорбиновой кислоты и каротиноидов повышалась за счет клеточного роста. разрыв стенки. Чжоу и др. [43] изучали влияние термической обработки на питательные свойства съедобного гриба. Их результаты показали, что процесс приготовления с использованием кипящей воды (100 °C) увеличивал общее содержание полифенольных соединений и свободных аминокислот, а также улучшал биодоступность in vitro с точки зрения общего растворимого белка и общего растворимого сахара в контрольных образцах.
Лемменс и др. [7] показали, что термическая обработка (кипячение в течение 3 мин или кипячение в течение 25 мин) моркови заметно повышает количество β-каротина, который является биодоступным из-за ослабления клеточной стенки, особенно при самой продолжительной термической обработке. Как сообщалось, биодоступность связана с высвобождением фракции соединения из пищевой матрицы и, таким образом, она доступна для желудочно-кишечного тракта [6,41]. Тем не менее, очевидно, что после термической обработки высвобожденные активные соединения из пищевой матрицы доступны не только для всасывания в желудочно-кишечном тракте, но и для других видов взаимодействий. Исходя из вышесказанного, можно предположить, что термический процесс приводит к ослаблению структуры, позволяя питательным веществам высвобождаться в среду (т.е. предшественникам фурана), подвергая все соединения воздействию нагревательной среды и, таким образом, позволяя протекать химическим реакциям между ними с образованием фурана и его производных.
Основываясь на глубоком знании кинетики разрушения микроструктуры, можно предположить, что термическая обработка может быть оптимизирована для микроструктуры пищевых продуктов в конкретный момент, когда начинается потеря питательных веществ, что важно для образования фурана. В этом смысле одним из аспектов, который следует учитывать, является использование замороженного сырья. Некоторые важные изменения микроструктуры ускоряются во время термической обработки, когда сырье находится в замороженном состоянии. Эти изменения могут способствовать миграции прекурсоров в среду на ранней стадии термической обработки и обеспечивать более длительный контакт прекурсоров друг с другом [6].
Аскорбиновая кислота
Это соединение считается основным предшественником фурана, образующегося при термической обработке. Например, Limacher и соавт. [47] сообщили, что в растворе лимонной кислоты на основе модельного пищевого продукта, обработанном при температуре 121 °C в течение 25 мин, уровень образующегося фурана зависел от рН раствора. Уровень фурана, равный 58 мкмоль/моль, был получен при рН 4, в то время как уровень 3,7 мкмоль/моль был получен при рН 7. Возможным объяснением является то, что при рН 7 фуран в основном образовывался с помощью дегидроаскорбиновой кислоты в качестве промежуточного продукта. Результаты, полученные при приготовлении модельного продукта, сравнивались с результатами, полученными при приготовлении реальных продуктов, таких как выжатый апельсиновый и морковный соки и тыквенное пюре, обработанные при температуре 123 °C в течение 22 минут.
Результаты показали, что в случае апельсинового сока, обогащенного аскорбиновой кислотой (добавлено 56-58 мг на 100 г), в конце процесса было получено меньше фурана. Случаи с тыквенным пюре и морковным соком были разными; содержание фурана увеличивалось, а взаимосвязь между содержанием аскорбиновой кислоты и образованием фурана была неясной [47]. Было показано, что присутствие окислителя в среде, богатой аскорбиновой кислотой, способствует образованию фурана при более высоких температурах (выше 100 °C). Например, было показано, что присутствие хлорида железа (окислителя) ускоряет образование фурана из аскорбиновой кислоты в диапазоне температур от 100 до 140 °C, что может быть проблемой для продуктов, обогащенных ионами железа, или продуктов, консервированных в металлической таре [48].
Аналогичные пути образования фурана, связанные с содержанием аскорбиновой кислоты, были обнаружены при термической обработке томатной пасты [44]. Что касается кинетики образования фурана, то Палмерс и др. [11] показали, что образование фурана в шпинатном пюре может быть согласовано с моделью нулевого порядка в диапазоне температур от 110 до 117 °C. До этого исследования существовал только один подход, а именно подход [48], который разработал эксперимент для оценки образования фурана из аскорбиновой кислоты в процессе нагревания в восстановительных и окислительных условиях. При температуре от 100 °C до 140 °C данные по фурану были сопоставлены с моделью первого порядка.
Липиды и каротиноиды
Другими предшественниками фурана являются липиды и каротиноиды. Что касается липидов, то работа, разработанная Овчареком-Фендором и соавторами [49], основанная на изучении роли окисления жиров в образовании фурана во время термической обработки модельного пищевого продукта на основе крахмалистой эмульсионной системы, показала, что масло, достигшее нереально высокого уровня окисления, может способствовать образование фурана. Они также обнаружили, что жирнокислотный состав масла может оказывать значительное влияние на образование фурана.
Кроме того, было показано, что продукты окисления липидов образуют 2-MeF в присутствии аминокислот [50], а 4-гидрокси-2-бутенал, как сообщалось, является ключевым промежуточным продуктом при разложении полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), подвергающимся циклизации до дигидро-2-фуранола, перед дальнейшим разложением с образованием фурана путем потеря воды [51]. Как мононенасыщенная линолевая, так и α-линоленовая кислоты были описаны как эффективные в образовании фурана в термических условиях [52]. Окисление липидов, скорее всего, является одним из наиболее изученных путей образования фурана с использованием модельных систем. Промежуточный продукт разложения 4-гидрокси-2-бутеналь быстро циклизуется до дигидро-2-фуранола, который впоследствии образует фуран после потери H2O. Смеси ПНЖК показали, что линоленовая кислота является эффективным предшественником фурана [53], особенно в присутствии переходных металлов, которые могут ускорять окисление липидов с последующим образованием сопряженных диенов.
Углеводы и аминокислоты
Лимахер и др. [54] изучали образование фурана из сахаров и специфических аминокислот (с акцентом на реакции типа Майяра) в модельной пищевой системе и тыквенном пюре при термических условиях, имитирующих стерилизацию (121 °C в течение 25 минут). Хотя исследование проводилось в присутствии аминокислот, основное внимание было уделено оценке содержания сахаров. При рН 7 результаты показали, что уровень фурана находится в диапазоне 2-17 мкмоль/моль и что из пентоз образуется больше фурана, чем из гексоз. Также было обнаружено, что присутствие аминокислот способствует образованию фурана из глюкозы. Однако при рН 4 образование фурана было значительно ниже, при этом уровень фурана был ниже 1,8 мкмоль/моль.
Сравнивая результаты, полученные для модельного продукта с результатами, полученными для тыквенного пюре, можно отметить, что только 21% от общего количества фурана, образовавшегося в тыквенном пюре, был получен в результате реакции сахар-аминокислота, что подразумевает, что остальные 79% были получены не из сахара, а из других предшественников. Термическое разложение аминокислот приводит к образованию реакционноспособных гликолевого и ацетальдегидного альдегидов в качестве промежуточных продуктов, в результате чего образуется фуран [55]. В модельных системах уровни 2-MeF, полученные путем термического разложения чистой глюкозы, фруктозы или арабинозы, были значительно ниже, чем у фурана; однако было показано, что уровни 2-MeF повышались до уровней, которые были выше, чем у фурана, при термической обработке тех же сахаров в наличие аланина и серина.
Аминокислоты, подвергнутые окислению, также могут образовывать реакционноспособные соединения углерода-2, такие как гликолевый альдегид и ацетальдегид. Углеводы, вступающие в реакцию с аминокислотами в классическом термическом процессе Майяра, образуют 3,4-дигидроксибутенал, который впоследствии циклизуется до фурановой основы [56]. Однако было показано, что только аминокислоты (например, аланин, серин) или глюкоза являются лишь второстепенным источником фурана.
Другие предшественники и промежуточные продукты в образовании фурана
Был предложен альтернативный способ получения фурана [57], который включает реакцию Канниццарро с 2-фурфуролом для получения 2-фуроновой кислоты (2-FA). Потеря CO2 непосредственно приводит к образованию фурана в термически обработанных пищевых продуктах. Недавно Делатур и др. [58] провели первое исследование, показывающее роль 2-фуроновой кислоты (2-FA) и 2-фурфурилового спирта (2-FOL) в образовании фурана и 2-MeF, соответственно, в термосушильных условиях в диапазоне температур 150-190 °C. Фуран получают декарбоксилированием 2-FA, в то время как 2-MeF получают дегидратацией боковой цепи 2-FOL. Между тем, как 2-FA, так и 2-FOL не действовали как предшественники 3-MeF.
С другой стороны, Адамс и др. [50] продемонстрировали, что продукты вторичного окисления, такие как α,β-ненасыщенные альдегиды, могут образовывать 2-MeF посредством окислительного механизма, управляемого свободными радикалами, при нагревании в сухих условиях. Промежуточный продукт, (Z)-4-гидрокси-2-алкеналь, циклизуется с образованием фурановой части, которая катализируется аминокислотами или пептидами, скорее всего, благодаря способности аминокислот образовывать водородные связи. Эти исследования показывают, что в рецептуре обычного пищевого продукта само по себе присутствие липидов не будет определять выход фурана при термической обработке, и необходимо по-прежнему уделять особое внимание факторам, влияющим на окисление липидов.
Переменные температурные профили автоклава v/s Постоянные температурные профили автоклава: Разработка процессов для задержки высвобождения прекурсоров
Основной целью технологии термической стерилизации является производство безопасных и высококачественных продуктов питания по цене, которую готовы платить потребители. Таким образом, она внесла значительный вклад в улучшение питания большей части населения земного шара [61]. Стоит отметить, что температуру необходимо измерять в зоне самого медленного нагрева продукта (также называемой «холодной точкой»), расположенной, как правило, в геометрическом центре упаковки [1]. В этом смысле термическая обработка пищевых продуктов зависит от нескольких факторов, таких как скорость нагрева продукта (теплофизические свойства продукта), размер и форма упаковки, коэффициент теплопередачи поверхности, начальная температура продукта, теплоноситель, время приготовления (нарезки), температура в автоклаве (рабочая температура) и другие. требуемая летальность. Поскольку термический процесс инактивирует микроорганизмы, это оказывает аналогичное воздействие на питательные вещества, такие как витамины.
Термостойкость питательных веществ измеряется и характеризуется с помощью модели Аррениуса или, что более типично, с помощью z-значения (температура, необходимая для снижения за один логарифмический цикл значения D) и D-значения (время, необходимое для снижения за один логарифмический цикл концентрации питательных веществ или содержания микроорганизмов при определенной температуре). [1,23]. Как правило, термическая стерилизация пищевых продуктов проводится в соответствии с CRTP. В процессе CRT обычно используется температура 121,1 °C, а время обработки, необходимое для достижения показателя летальности F0 (F0 определяется как термическая обработка, позволяющая сократить количество спор Clostridium botulinum на 12 единиц), превышающего 3 минуты, зависит от вида продукта и его размера. и форма упаковки [1].
Значения F0 ниже 3 мин являются синонимом микробиологически небезопасных пищевых продуктов. Однако, сохраняя значение F0 в качестве ограничения, можно изменять температуру в автоклаве и, следовательно, время обработки. Эти различные по температуре и времени обработки автоклава известны как процессы с эквивалентной летальностью или изолетальные процессы [20]. Эквивалентная кривая летальности может быть использована в качестве инструмента для оптимизации процесса с точки зрения времени обработки и/или сохранения качества (сохранения качества поверхности или ценности для приготовления, как при знании D-значения, так и z-значения питательных веществ). Однако эти процессы недостаточно гибки с точки зрения конкретного контроля за изменением микроструктуры.
Например, на рисунке 1 представлены микрофотографии моркови, сырой и обработанной CRTP при температуре 110 °C и 120 °C с выдержкой F0 = 6 мин в качестве мишени [62]. Обработка при температуре 120 °C требовала меньшего времени, чем при температуре 110 °C; из-за высокой температуры структура была значительно повреждена. Таким образом, даже если процесс при температуре 120 °C был самым коротким, воздействие этой температуры способствовало повреждению клеток. Этот результат может свидетельствовать о том, что использование более низких температур в процессе консервирования может уменьшить образование загрязняющих веществ. Однако длительное воздействие прекурсора может способствовать образованию фурана. В этом случае информация о моменте, когда микроструктура начинает разрушаться, может стать ключевой для модернизации процесса, поскольку с этого момента температура процесса может быть снижена, чтобы избежать реакций, в результате которых образуется фуран.
Дизайн упаковки для улучшения сохранения качества обработанных пищевых продуктов
Наконец, интересным фактором, который может быть изменен при термической обработке пищевых продуктов, является вид упаковки, используемой для пищевых продуктов. Исторически сложилось так, что в случае с детским питанием в качестве упаковки использовались баночки. Однако ретортируемые гибкие пакеты-реторты имеют много преимуществ перед банками для переработчиков, дистрибьюторов, розничных торговцев и потребителей [61,67]. Ретортируемый пакет представляет собой гибкий ламинированный пакет, который выдерживает температуру термической обработки и сочетает в себе преимущества металлических банок и пластиковых упаковок [1]. Тонкое поперечное сечение ретортируемых пакетов обеспечивает быстрое проникновение тепла в самую холодную точку во время термической обработки и, следовательно, минимальную пережарку поверхности [68]. По этой причине пищевые продукты, упакованные в пакеты-реторты, требуют примерно вдвое меньшего времени приготовления, чем те, что упакованы в обычные банки [69].
Однако в автоклаве должен быть предусмотрен надлежащий контроль давления, чтобы избежать повреждения упаковки при хранении [70]. Например, Шах и др. [69] обработали традиционный мясной продукт из Кашмира, Индия, используя ретортируемые пакеты, при температуре 121 °C от F0 = 7 до 11 мин, и их результаты показали, что все образцы обладали хорошей сенсорной приемлемостью и были микробиологически безопасны в течение 12 месяцев, что свидетельствует о целесообразности использования такого вида упаковки в готовых к употреблению продуктах. Аналогичные результаты с точки зрения конечного качества были получены в работах [71,72]. В этом смысле весьма ожидаемо, что такая упаковка позволит снизить образование фурана из-за короткого времени, в течение которого пищевые продукты должны подвергаться воздействию более высокой температуры для достижения желаемой летальности.
Заключительные замечания и выводы
Фуран (C4H4O) классифицируется как возможный канцероген для человека и присутствует во многих пищевых продуктах, включая термически обработанные пищевые продукты для детей младшего возраста. Последнее указывает на то, что младенцы относятся к группе наибольшего риска из-за относительно высокой концентрации фуранов в рационе, а также из-за того, что консервированная пища является основной частью их ежедневного рациона. Согласно заключению EFSA и другим исследованиям, норма потребления фурана для младенцев намного ниже допустимой нормы. Таким образом, хотя производители продуктов питания и ученые-пищевики пытались определить и расставить приоритеты в параметрах, которые могут привести к образованию фурана, для принятия мер по смягчению последствий, проблема далека от решения. Важнейшая задача при разработке четких принципов смягчения последствий заключается в том, что задействовано множество различных путей реакции и множество предшественников, например липидов, аминокислот и углеводов.
В этом смысле были реализованы некоторые кинетические модели, чтобы понять различные условия работы и механизм, способствующие образованию фурана. Еще одна серьезная проблема заключается в том, чтобы вывести стратегии смягчения последствий на промышленный уровень и сохранить (или, по крайней мере, не повышать) цену конечного продукта. Классическая стерилизация банок/консервов CRTP — это метод обработки, при котором образуется большое количество фуранов. Перегрев стенок банок/консервных банок (необходимый для стерилизации самой холодной части продукта) — это проблема, которую процесс VRT может смягчить или, по крайней мере, уменьшить. Кроме того, относительно новые упаковки, такие как ретортируемые пакеты, являются одними из новых тенденций, которые могут помочь избежать перегрева стенок упаковки.
Поэтому важно учитывать кинетику микроструктуры в зависимости от температуры для различных видов сырья для детского питания. Обладая этой информацией, можно внедрить процесс оптимизации VRTP в сочетании с дизайном контейнеров с высоким соотношением площади к единице объема (например, ретортируемые пакеты), что может значительно снизить уровень образования фурана и одновременно сохранить питательную ценность при сохранении таких приятных на ощупь свойств, как запах, цвет и ароматность., вкус. Кроме того, это может стать ценным инструментом для получения адекватных изменений текстуры и микроструктуры пищевых продуктов для пожилых и стареющих людей в соответствии с их возрастными физическими потребностями и расстройствами.