Стерилизация
Время и температура, необходимые для стерилизации пищевых продуктов, зависят от нескольких факторов, в том числе от вида микроорганизмов, содержащихся в продукте, размера контейнера, кислотности или pH продукта и способа нагревания.
Термический процесс консервирования, как правило, направлен на уничтожение спор бактерии C. botulinum. Этот микроорганизм может легко размножаться в анаэробных условиях, вырабатывая смертельный токсин, вызывающий ботулизм. Для стерилизации требуется нагрев до температуры более 100 °C (212 °F). Однако C. botulinum нежизнеспособен в кислых продуктах с рН менее 4,6. Эти продукты могут быть надлежащим образом обработаны путем погружения в воду при температуре чуть ниже 100 °C.
Стерилизация продуктов с низким содержанием кислоты (рН более 4,6) обычно проводится в паровых емкостях, называемых ретортами, при температуре от 116 до 129 °C (от 240 до 265 °F). Реторты управляются автоматическими устройствами, и ведется подробный учет времени и температуры обработки каждой партии обработанных банок. В конце цикла нагрева банки охлаждают под струей воды или на водяных банях примерно до температуры 38 °C (100 °F) и сушат, чтобы предотвратить появление ржавчины на поверхности. Затем банки маркируются, вручную или на станке помещаются в картонные коробки и хранятся в прохладных сухих складских помещениях.
Качество консервов
Процесс стерилизации предназначен для обеспечения необходимой тепловой обработки в месте, где нагрев внутри банки происходит медленнее всего, так называемом холодном месте. Наиболее удаленные от остывания участки продуктов подвергаются более интенсивной термической обработке, что может привести к переобработке и ухудшению качества продукта в целом. Плоские ламинированные пакеты уменьшают термический ущерб, вызванный переобработкой.
В процессе консервирования может произойти значительная потеря питательных веществ, особенно термоустойчивых витаминов. Как правило, консервирование не оказывает существенного влияния на содержание углеводов, белков или жиров в продуктах. Витамины A и D, а также бета-каротин устойчивы к воздействию тепла. Однако витамин В1 чувствителен к термической обработке и рН продукта. Хотя анаэробные условия консервирования оказывают защитное действие на стабильность витамина С, при длительной термической обработке он разрушается.
Края обработанных банок слегка вогнуты из-за внутреннего вакуума, создаваемого во время герметизации. Любое вздутие краев банок может свидетельствовать об ухудшении качества из-за механических, химических или физических факторов. Это может привести к разбуханию и возможному взрыву банки.
Пастеризация
Пастеризация — это воздействие тепла на пищевой продукт с целью уничтожения патогенных (болезнетворных) микроорганизмов, инактивации ферментов, вызывающих порчу, и уменьшения количества или уничтожения микроорганизмов, вызывающих порчу. Относительно мягкая термическая обработка, используемая в процессе пастеризации, приводит к минимальным изменениям вкусовых качеств и питательных свойств пищевых продуктов по сравнению с жесткой термической обработкой, используемой в процессе стерилизации.
Температура и время, требуемые для процесса пастеризации, зависят от рН продукта. При значении рН ниже 4,5 микроорганизмы и ферменты, вызывающие порчу, являются основными объектами пастеризации. Например, процесс пастеризации фруктовых соков направлен на инактивацию определенных ферментов, таких как пектинэстераза и полигалактуроназа. Типичные условия пастеризации фруктовых соков включают нагрев до 77 °C (171 °F) и выдержку в течение 1 минуты с последующим быстрым охлаждением до 7 °C (45 °F). В дополнение к инактивации ферментов, эти условия уничтожают любые дрожжи или плесень, которые могут привести к порче. Эквивалентные условия, способные уменьшить количество микроорганизмов, вызывающих порчу, включают нагрев до 65 °C (149 °F) и выдержку в течение 30 минут или нагрев до 88 °C (190 °F) и выдержку в течение 15 секунд.
Если рН продукта превышает 4,5, термическая обработка должна быть достаточно интенсивной, чтобы уничтожить болезнетворные бактерии. При пастеризации молока временные и температурные условия направлены на уничтожение патогенных бактерий Mycobacterium tuberculosis, Coxiella burnetti и Brucella abortus. Обычная термическая обработка, используемая для пастеризации молока, составляет 72 °C (162 °F) в течение 15 секунд с последующим быстрым охлаждением до 7 °C. Другие эквивалентные термообработки включают нагрев до температуры 63 °C (145 °F) в течение 30 минут, 90 °C (194 °F) в течение 0,5 секунды и 94 °C (201 °F) в течение 0,1 секунды. Кратковременная обработка при высокой температуре (HTST) в меньшей степени влияет на питательный состав и вкусовые качества пищевых продуктов и поэтому предпочтительнее длительной обработки при низкой температуре (LTLT).
Поскольку термическая обработка при пастеризации недостаточно жесткая, чтобы сделать продукт стерильным, часто используются дополнительные методы, такие как охлаждение, ферментация или добавление химических веществ, для контроля роста микробов и продления срока годности продукта. Например, пастеризация молока не убивает термоядерные бактерии (устойчивые к нагреванию), такие как лактобациллы и стрептококки, или термофильные бактерии (те, которые растут при высоких температурах), такие как Bacillus и Clostridium. Поэтому пастеризованное молоко необходимо хранить в холодильнике.
Жидкие пищевые продукты, такие как молоко, фруктовые соки, пиво, вина и жидкие яйца, пастеризуются с использованием пластинчатых теплообменников. Вино и фруктовые соки перед пастеризацией обычно деаэрируют, чтобы удалить кислород и свести к минимуму окислительную порчу продуктов. Пластинчатые теплообменники состоят из большого количества тонких вертикальных стальных пластин, скрепленных вместе в раму. Пластины разделены небольшими прокладками, которые позволяют жидкости проходить между каждой последующей пластиной. Жидкий продукт и теплоноситель (например, горячая вода) перекачиваются по чередующимся каналам, а прокладки обеспечивают разделение жидкого продукта и теплоносителя или охлаждающей среды. Пластинчатые теплообменники эффективны при быстром нагреве и охлаждении. После завершения процесса пастеризации продукт упаковывается в асептических условиях для предотвращения повторного загрязнения.
Асептическая обработка
Асептический процесс включает помещение стерилизованного продукта в стерилизованную упаковку, которая затем запечатывается в стерильных условиях. Все началось в 1914 году с разработки стерильных фильтров для использования в винодельческой промышленности. Однако из-за ненадежного оборудования она оставалась коммерчески неудачной до 1948 года, когда Уильям Маккинли Мартин помог разработать систему Martin, которая позже стала известна как система асептического консервирования Dole. Эта система предусматривала стерилизацию жидких пищевых продуктов путем их быстрого нагрева в трубчатых теплообменниках с последующей выдержкой и охлаждением. Банки и крышки стерилизовали перегретым паром, а стерилизованные контейнеры заполняли стерильными жидкими пищевыми продуктами. Затем крышки герметично закрывали в атмосфере перегретого пара. К 1980-м годам перекись водорода использовалась по всей Европе и в Соединенных Штатах для стерилизации полиэтиленовых поверхностей.
Коммерческая стерильность
При асептической обработке термический процесс основан на достижении коммерческой стерильности, т.е. не более 1 нестерильной упаковки на каждые 10 000 обработанных упаковок. В асептическом процессе используется метод кратковременного нагревания при высокой температуре (HTST), при котором продукты нагреваются при высокой температуре в течение короткого периода времени. Время и температурный режим зависят от нескольких факторов, таких как размер, форма и тип продукта. Метод HTST обеспечивает более высокое сохранение качественных характеристик, таких как витамины, запах, вкус и текстура, при этом достигается тот же уровень стерильности, что и при традиционном процессе консервирования, при котором продукты нагреваются при более низкой температуре в течение более длительного периода времени.
Нагрев и охлаждение жидких пищевых продуктов можно осуществлять с помощью металлических пластинчатых теплообменников. Эти теплообменники имеют большую площадь поверхности, что позволяет повысить скорость нагрева и охлаждения. В других типах теплообменников пища окружается паром или подается непосредственно в пищу. Продукты, стерилизованные паром, затем перекачиваются в вакуумную камеру, где они быстро охлаждаются.
Жидкие пищевые продукты, содержащие крупные твердые частицы, нагреваются в теплообменниках со скребковой поверхностью. В этих теплообменниках используются лопасти для непрерывного скребения внутренней поверхности нагревательной камеры. Скребок защищает высоковязкие пищевые продукты от пригорания на поверхности нагрева.
Альтернативный метод разогрева продуктов, называемый омическим нагревом, заключается в пропускании низкочастотного электрического тока частотой 50-60 Гц непосредственно через продукт. Жидкие пищевые продукты, содержащие твердые вещества, такие как нарезанные кубиками фрукты, прокачиваются через трубу, окруженную электродами. Продукт нагревается до тех пор, пока электропроводность продукта одинакова по всему объему. Такая равномерная скорость нагрева предотвращает чрезмерную обработку отдельных участков продукта. Омический нагрев позволяет получить продукт более высокого качества, чем при обработке с использованием традиционных систем.
Упаковка продуктов, подвергнутых асептической обработке
Упаковочные контейнеры, используемые при асептической обработке, перед использованием стерилизуются отдельно. Оборудование для упаковки стерилизуется паром, стерильными газами или перекисью водорода. Процесс стерилизации, как правило, контролируется путем культивирования тест-организмов. Например, остаточное присутствие высокотермостойкой бактерии Bacillus subtilis globigii может быть использовано в качестве маркера для определения полноты стерилизации.
Упаковки должны быть запечатаны в стерильных условиях, обычно с использованием высокотемпературных герметизирующих пластин. Продукты, прошедшие асептическую обработку, не требуют охлаждения для хранения.
Бланширование
Бланширование — это термический процесс, используемый в основном для обработки тканей овощей перед замораживанием, сушкой или консервированием. Бланширование перед консервированием служит нескольким целям, в том числе очистке продукта, снижению микробиологической нагрузки, удалению любых выделяющихся газов и увяданию тканей листовых овощей, чтобы их можно было легко разложить по контейнерам. Бланширование также инактивирует ферменты, которые вызывают порчу продуктов при хранении в замороженном виде.
Бланширование проводят при температуре, близкой к 100°C (212°F), в течение двух-пяти минут либо на водяной бане, либо в паровой камере. Поскольку для паровой бланшировки используется минимальное количество воды, необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы обеспечить равномерное воздействие пара на продукт. Бланширование листовых овощей на пару особенно сложно, поскольку они имеют тенденцию слипаться. Эффективность процесса бланширования обычно определяется путем измерения остаточной активности фермента, называемого пероксидазой.
Контроль активности воды
Продукты, содержащие большое количество воды, как правило, более подвержены порче из-за микробиологического загрязнения и ферментативной активности. Содержание воды в продуктах можно регулировать, удаляя ее путем обезвоживания или добавляя в пищу растворенные вещества. В обоих случаях концентрация растворенных веществ в пище увеличивается, а концентрация воды уменьшается.
Обезвоживание
Обезвоживание, или сушка, пищевых продуктов уже давно практикуется в промышленных масштабах при производстве спагетти и других крахмалопродуктов. В результате достижений, достигнутых во время Второй мировой войны, этот метод стал применяться ко все большему количеству продуктов питания, включая фрукты, овощи, обезжиренное молоко, картофель, суповые смеси и мясо.
Патогенные (продуцирующие токсины) бактерии иногда противостоят неблагоприятной среде, в которой находятся сушеные продукты, вызывая пищевое отравление при повторном увлажнении и употреблении в пищу. Для борьбы с бактериальными загрязнениями в сушеных пищевых продуктах требуется высококачественное сырье с низким уровнем загрязнения, надлежащие санитарные условия на перерабатывающем предприятии, пастеризация перед сушкой и условия хранения, защищающие от заражения пылью, насекомыми, грызунами или другими животными.
Пищевые продукты можно сушить на воздухе, перегретом паре, в вакууме или инертном газе, а также непосредственно при нагревании. Чаще всего для сушки используется воздух, поскольку его много, он удобен и обеспечивает постепенную сушку, что позволяет избежать перегрева, который может привести к пригоранию и изменению цвета. Воздух может использоваться как для передачи тепла к высушиваемым продуктам, так и для удаления выделяющихся паров влаги. Использование других газов требует специальных систем рекуперации влаги.
Потеря влаги в результате сушки приводит к повышению концентрации питательных веществ в оставшейся пищевой массе. Белки, жиры и углеводы в сушеных продуктах содержатся в большем количестве на единицу веса, чем в их свежих аналогах, а питательная ценность большинства восстановленных или регидратированных продуктов сравнима с питательной ценностью свежих продуктов. Однако биологическая ценность высушенного белка зависит от способа сушки. Длительное воздействие высоких температур может сделать белок менее полезным в рационе. С другой стороны, низкотемпературная обработка может повысить усвояемость белка. Некоторые витамины чувствительны к процессу обезвоживания. Например, в сушеном мясе при обезвоживании теряется значительное количество витамина С и витаминов группы В — рибофлавина, тиамина и ниацина.
Сушеные яйца, мясо, молоко и овощи обычно упаковываются в жестяную или алюминиевую тару. Можно использовать древесноволокнистую плиту или другие материалы, но они менее эффективны, чем металлические, поскольку обеспечивают защиту от насекомых, потери или накопления влаги и позволяют упаковывать их с использованием инертного газа.
Входящие в состав упаковки десиканты (сушильные агенты) повышают стабильность при хранении обезвоженного белого картофеля, сладкого картофеля, капусты, моркови, свеклы и лука и обеспечивают существенную защиту от потемнения. Сохранение аскорбиновой кислоты (витамина С) заметно улучшается при упаковке при температуре до 49 °C (120 °F); упаковочным газом может быть азот или воздух.
Родственная технология, сублимационная сушка, использует условия высокого вакуума, что позволяет создавать особые условия температуры и давления. Сырые продукты замораживаются, и из-за низкого давления лед в продуктах превращается непосредственно в пар (то есть он не переходит в жидкое состояние). Надлежащий контроль условий обработки способствует удовлетворительной регидратации при существенном сохранении питательных веществ, цвета, вкуса и текстуры.
Концентрация влажных пищевых продуктов
Продукты с высокой кислотностью, содержание растворимых сухих веществ в которых составляет 65 и более процентов, можно консервировать при умеренной тепловой обработке. Для консервирования продуктов с содержанием сухих веществ более 70 процентов не требуется высокое содержание кислоты.
Производство мармелада и консервов, важной отрасли по производству фруктовых субпродуктов, основано на принципе «высокое содержание сухих веществ и кислоты» и требует умеренной термической обработки. Плоды, обладающие превосходными качествами, но непривлекательные внешне, можно консервировать и использовать в виде концентратов, которые обладают приятным вкусом и высокой питательной ценностью.
Желе и другие фруктовые консервы готовятся из фруктов путем добавления сахара и выпаривания до такой степени, чтобы предотвратить порчу от микробов. Готовый продукт можно хранить без герметичной упаковки, хотя такая защита полезна для предотвращения роста плесени, потери влаги и окисления. В современной практике вакуумная герметизация заменила использование парафинового покрытия.
Желеобразующие свойства фруктов и их экстрактов обусловлены пектином, веществом, присутствующим в различных количествах во всех фруктах. Основными ингредиентами фруктового желе являются пектин, кислота, сахар и вода. Могут быть добавлены ароматизаторы и красители, а также дополнительные пектиновые вещества и кислоты, чтобы устранить любые недостатки, содержащиеся в самих фруктах.
Цукаты и глазированные фрукты готовят путем медленной пропитки плодов сиропом до тех пор, пока концентрация сахара в мякоти не станет достаточно высокой для предотвращения размножения микроорганизмов, вызывающих порчу. В процессе засахаривания фрукты обрабатывают сиропами с постепенно увеличивающейся концентрацией сахара, чтобы они не размягчались и не превращались в варенье. После пропитки сахаром фрукты моют и сушат. Полученные цукаты можно упаковывать и продавать в таком виде или обмакивать в сироп, покрывать тонким слоем сахара (глазурью) и снова сушить.
Ферментация и маринование
Хотя обычно считается, что микроорганизмы вызывают порчу, при определенных условиях они способны вызывать желаемые эффекты, включая окислительную и спиртовую ферментацию. Микроорганизмы, которые растут в пищевом продукте, и изменения, которые они вызывают, определяются кислотностью, доступными углеводами, кислородом и температурой. Важным методом консервирования пищевых продуктов является соление для избирательного контроля микроорганизмов и ферментация для стабилизации обработанных тканей.
Маринованные фрукты и овощи
Свежие фрукты и овощи размягчаются в течение 24 часов в водном растворе, и начинается медленная смешанная ферментация-гниение. Добавление соли подавляет нежелательную активность микроорганизмов, создавая благоприятную среду для желаемого брожения. Большинство зеленых овощей и фруктов можно сохранить путем маринования.
При мариновании огурца его ферментируемый углеводный запас превращается в кислоту, его цвет меняется с ярко-зеленого на оливковый или желто-зеленый, а мякоть становится прозрачной. В течение первой недели концентрацию соли поддерживают на уровне 8-10%, а затем увеличивают на 1%, пока концентрация раствора не достигнет 16%. При соблюдении надлежащих условий соленые, ферментированные огурцы, называемые соляным бульоном, могут храниться в течение нескольких лет.
Солонка не является потребительским товаром. Ее необходимо свежевать и готовить из нее потребительские блюда. В случае огурцов это достигается путем вымывания соли из высушенных огурцов теплой водой (43-54 °C [110-130 °F]) в течение 10-14 часов. Этот процесс повторяется не менее двух раз, и при последней стирке можно добавить квасцы для придания ткани упругости и куркуму для улучшения цвета.
Маринованное мясо
Мясо можно консервировать сухим способом или в растворе для маринования. При консервировании и мариновании используются следующие ингредиенты: нитрат натрия, нитритрит натрия, хлорид натрия, сахар и лимонная кислота или уксус.
Для этого используются различные методы: мясо можно смешать с сухими ингредиентами; его можно замочить в маринованном растворе; маринованный раствор можно закачивать или вводить в мякоть; или можно использовать комбинацию этих методов.
Вяление можно сочетать с копчением. Дым действует как обезвоживающее средство и обволакивает поверхность мяса различными химическими веществами, включая небольшое количество формальдегида.
Порча ферментированных и маринованных продуктов
Ферментированные и маринованные продукты требуют защиты от плесени, которая усваивает выделяемую кислоту и способствует размножению других микроорганизмов. Можно ожидать, что ферментированные и маринованные пищевые продукты, помещенные на хранение в прохладное место, сохранят свои свойства в течение нескольких месяцев. Более длительные сроки хранения требуют более полной защиты, например, при консервировании.
Содержание питательных веществ в ферментированных и маринованных продуктах примерно такое же, как и в продуктах, консервированных другими способами. Углеводы обычно превращаются в кислоту или спирт, но они также имеют питательную ценность. В некоторых случаях содержание питательных веществ повышается из-за присутствия дрожжей.
Химическая консервация
Химические пищевые консерванты — это вещества, которые при определенных условиях либо задерживают рост микроорганизмов, не обязательно уничтожая их, либо предотвращают ухудшение качества в процессе производства и реализации. К первой группе относятся некоторые натуральные пищевые компоненты, которые при добавлении в пищевые продукты замедляют или предотвращают рост микроорганизмов. Сахар частично используется для приготовления джемов, желе и мармелада, а также для засахаривания фруктов. В эту категорию также входит использование уксуса и соли при мариновании, а также алкоголя при розливе. Некоторые химические вещества, чужеродные для пищевых продуктов, добавляются для предотвращения роста микроорганизмов. К последней группе относятся некоторые натуральные пищевые компоненты, такие как аскорбиновая кислота (витамин С), которую добавляют в замороженные персики для предотвращения потемнения, а также длинный список химических соединений, не свойственных пищевым продуктам и классифицируемых как антиоксиданты, отбеливатели, подкислители, нейтрализаторы, стабилизаторы, укрепляющие вещества и увлажнители.
Органические химические консерванты
Бензоат натрия и другие бензоаты относятся к числу основных химических консервантов. Использование бензоатов в определенных продуктах в предписанном количестве (обычно не более 0,1%) разрешено в большинстве стран, некоторые из которых требуют указания их использования на этикетке пищевой упаковки. Поскольку активным веществом является свободная бензойная кислота, для достижения эффективности бензоаты должны использоваться в кислой среде. Способность клюквы противостоять быстрому разложению объясняется высоким содержанием в ней бензойной кислоты. Бензойная кислота более эффективна против дрожжей, чем против плесени и бактерий.
В качестве консервантов используются также сложные эфиры ванилиновой кислоты, монохлоруксусная кислота, пропионаты, сорбиновая кислота, дегидроуксусная кислота и гликоли.
Неорганические химические консерванты
Диоксид серы и сульфиты, пожалуй, являются наиболее важными неорганическими химическими консервантами. Сульфиты более эффективны против плесени, чем против дрожжей, и широко используются при консервировании фруктов и овощей. Соединения серы широко используются в виноделии, и, как и в большинстве других случаев, когда используется этот консервант, необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы поддерживать низкую концентрацию во избежание нежелательного воздействия на вкус. При приготовлении мяса обычно используются окислители, такие как нитраты и нитриты.
Облучение пищевых продуктов
Облучение пищевых продуктов предполагает использование либо высокоскоростных электронных лучей, либо высокоэнергетического излучения с длиной волны менее 200 нанометров или 2000 ангстрем (например, рентгеновских и гамма-лучей). Эти лучи содержат достаточно энергии, чтобы разрушать химические связи и ионизировать молекулы, встречающиеся на их пути. Двумя наиболее распространенными источниками высокоэнергетического излучения, используемыми в пищевой промышленности, являются кобальт-60 (60Co) и цезий-137 (137Cs). При том же уровне энергии гамма-лучи обладают большей проникающей способностью в пищевые продукты, чем высокоскоростные электроны.
Единица измерения поглощенной дозы излучения материалом обозначается как грей (Гр), один грей равен поглощению одного джоуля энергии одним килограммом пищи. Энергия, которой обладает электрон, называется электрон-вольт (эВ). Один эВ — это количество кинетической энергии, получаемое электроном при его ускорении за счет разности электрических потенциалов в один вольт. Обычно удобнее использовать более крупную единицу измерения, такую как мегаэлектронвольт (МэВ), которая равна одному миллиону электрон-вольт.
Биологические эффекты облучения
Облучение оказывает как прямое, так и косвенное воздействие на биологические материалы. Прямое воздействие обусловлено столкновением излучения с атомами, в результате чего происходит выброс электронов из атомов. Косвенные эффекты обусловлены образованием свободных радикалов (нестабильных молекул, несущих дополнительный электрон) в процессе радиолиза (расщепления под действием излучения) молекул воды. В результате радиолиза молекул воды образуются гидроксильные радикалы, высокореактивные соединения, которые взаимодействуют с органическими молекулами, присутствующими в пищевых продуктах. Продукты этих взаимодействий вызывают многие признаки, связанные с порчей пищевых продуктов, такие как неприятный вкус и запах.
Положительные эффекты
Бактерицидный (убивающий бактерии) эффект ионизирующего излучения обусловлен повреждением биомолекул бактериальных клеток. Свободные радикалы, образующиеся при облучении, могут разрушать или изменять структуру клеточных мембран. Кроме того, радиация вызывает необратимые изменения в молекулах нуклеиновых кислот (то есть ДНК и РНК) бактериальных клеток, подавляя их способность к росту. Патогенные бактерии, которые не способны продуцировать устойчивые эндоспоры в таких продуктах, как птица, мясо и морепродукты, могут быть уничтожены дозами облучения от 3 до 10 килограй. Если доза облучения слишком мала, то поврежденная ДНК может быть восстановлена с помощью специальных ферментов. Если во время облучения присутствует кислород, бактерии легче повреждаются. Для прекращения размножения Trichinella spiralis (паразитического червя, вызывающего трихинеллез) в свинине требуются дозы в диапазоне от 0,2 до 0,36 килограмма, хотя для выведения ее из мяса необходимы гораздо более высокие дозы.
Доза облучения, применяемая к пищевым продуктам, делится на три уровня. Радиационная сертификация — это доза в диапазоне от 20 до 30 килограй, необходимая для стерилизации пищевого продукта. Радиализация — это доза от 1 до 10 кг, которая, как и пастеризация, полезна для борьбы с определенными патогенами. Радиация — это доза менее 1 кг для увеличения срока хранения и подавления прорастания семян.
Негативные последствия
В отсутствие кислорода радиолиз липидов приводит к разрыву межатомных связей в молекулах жиров, в результате чего образуются такие соединения, как углекислый газ, алканы и альдегиды. Кроме того, липиды очень подвержены окислению свободными радикалами, в результате чего образуются перекиси, карбонильные соединения, спирты и лактоны. Прогорклость, возникающая в результате облучения продуктов с высоким содержанием жира, негативно сказывается на их вкусовых качествах. Чтобы свести к минимуму такое вредное воздействие, жирные продукты должны быть упакованы в вакуум и храниться при температуре ниже нуля во время облучения.
Низкие дозы радиации, применяемые в пищевой промышленности, не приводят к существенному разрушению белков. По этой причине облучение не инактивирует ферменты, участвующие в порче пищевых продуктов, поскольку большинство ферментов выдерживают дозы до 10 килограй. С другой стороны, крупные молекулы углеводов, которые придают структуру пищевым продуктам, деполимеризуются (расщепляются) при облучении. Такая деполимеризация снижает способность длинных цепочек структурных углеводов к гелеобразованию. Однако в большинстве пищевых продуктов некоторую защиту от этих вредных воздействий обеспечивают другие пищевые компоненты. Витамины А, Е и В1 (тиамин) также чувствительны к облучению. Пищевые продукты теряют питательные вещества, если во время облучения не исключается доступ воздуха.
Соображения безопасности
Основываясь на положительном воздействии облучения на определенные пищевые продукты, несколько стран разрешили его использование для определенных целей, таких как подавление прорастания картофеля, лука и чеснока; увеличение срока хранения клубники, манго, груш, винограда, вишни, красной смородины, а также филе трески и пикши; а также для обеззараживания от насекомых бобовых, арахиса, сухофруктов, папайи, пшеницы и продуктов из молотого зерна пшеницы.
Помещение для обработки, используемое для облучения пищевых продуктов, облицовано свинцом или толстыми бетонными стенами для предотвращения утечки радиации. Источник энергии, такой как радиоактивный элемент или механический источник электронов, находится внутри помещения. (Радиоактивные элементы, такие как 60Co, содержатся в трубках из нержавеющей стали. Поскольку изотоп нельзя включать или выключать, когда он не используется, его опускают в большой резервуар с водой.) Перед началом процедуры облучения персонал должен покинуть помещение. Затем продукты, подлежащие облучению, удаленно доставляются в помещение и подвергаются воздействию источника излучения в течение заданного времени. Время облучения и расстояние между источником излучения и пищевым продуктом определяют способ облучения. После обработки облученные продукты выносят из помещения, а радиоактивный элемент снова опускают в резервуар для воды.
Крупномасштабные исследования, проведенные по всему миру, показали, что облучение не вызывает вредных реакций в пищевых продуктах. В 1980 году объединенный комитет Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО), Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) и Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) объявил, что общая средняя доза облучения в 10 килограй безопасна для пищевых продуктов. Максимальная энергия, выделяемая 60Co и 137Cs, слишком мала, чтобы вызвать радиоактивность пищевых продуктов. Мощность электронно-лучевых генераторов тщательно регулируется, и рекомендуемая мощность слишком мала, чтобы вызвать радиоактивное загрязнение пищевых продуктов.
Упаковка
Поскольку упаковка помогает контролировать непосредственную среду, в которой находится пищевой продукт, она полезна для создания условий, продлевающих срок его хранения. Упаковочные материалы, обычно используемые для пищевых продуктов, можно разделить на гибкие (бумага, тонкие ламинаты и пластиковая пленка), полужесткие (алюминиевая фольга, ламинаты, картон и термоформованный пластик) и жесткие (металл, стекло и толстый пластик). Пластиковые материалы широко используются в упаковке пищевых продуктов, поскольку они относительно дешевы, легки и легко поддаются приданию желаемой формы.
Избирательная проницаемость материалов на основе полимеров для газов, таких как углекислый газ и кислород, а также для света и влаги, привела к разработке упаковки с модифицированной атмосферой. При тщательном подборе барьерных свойств упаковочный материал может поддерживать измененную атмосферу внутри упаковки и, таким образом, продлевать срок годности пищевого продукта.
Обезвоженные пищевые продукты должны быть защищены от попадания влаги во время хранения. Упаковочные материалы, такие как поливинилхлорид, поливинилиденхлорид и полипропилен, обладают низкой влагопроницаемостью. Аналогичным образом, для жирных пищевых продуктов используются упаковочные материалы с низкой газопроницаемостью, чтобы свести к минимуму реакции окисления. Поскольку свежие фрукты и овощи дышат, им требуются упаковочные материалы, такие как полиэтилен, обладающие высокой газопроницаемостью.
«Умные» упаковки обладают свойствами, которые отвечают особым потребностям определенных продуктов. Например, упаковки, изготовленные из кислородопоглощающих материалов, удаляют кислород из внутренней части упаковки, тем самым защищая чувствительные к кислороду продукты от окисления. Термочувствительные пленки демонстрируют резкое изменение газопроницаемости, когда их подвергают воздействию температуры выше или ниже заданной постоянной. При заданной температуре кристаллическая структура этих пленок меняется на аморфную, что приводит к существенному изменению газопроницаемости.
Место хранения
Хранение пищевых продуктов является важным компонентом их сохранности. Во время хранения происходит множество реакций, которые могут ухудшить качество пищевых продуктов. Неправильное хранение может отрицательно сказаться на содержании питательных веществ в продуктах. Например, во время хранения из продуктов может быть утрачено значительное количество витамина С и тиамина. К другим нежелательным изменениям качества, которые могут произойти в процессе хранения, относятся изменение цвета, появление неприятных привкусов и потеря текстуры. Правильно спроектированная система хранения продуктов позволяет хранить свежие или обработанные продукты в течение длительного времени, сохраняя при этом качество.
Наиболее важным параметром хранения является температура. Большинство пищевых продуктов лучше хранить при постоянной низкой температуре, при которой скорость большинства реакций снижается, а потери качества сводятся к минимуму. Кроме того, продукты, содержащие большое количество воды, должны храниться в условиях высокой влажности, чтобы предотвратить чрезмерную потерю влаги.
Тщательный контроль содержания атмосферных газов, таких как кислород, углекислый газ и этилен, важен для продления срока хранения многих продуктов. Например, в Соединенных Штатах и Канаде яблочная промышленность использует хранилища с регулируемой атмосферой для сохранения качества фруктов. Использование контролируемой атмосферы для увеличения срока хранения фруктов было впервые продемонстрировано в 1819 году Жаком-Этьеном Бераром, профессором фармацевтической школы в Монпелье, Франция. Коммерческое освоение этого метода произошло более 100 лет спустя, благодаря новаторской работе Франклина Кидда и Сирила Уэста на низкотемпературной исследовательской станции в Кембридже, Англия.