Рыбоконсервирование — это метод промышленной переработки сырой рыбы и других съедобных водных продуктов, который, в некотором смысле, позволяет сохранять конечный продукт пригодным для употребления при температуре окружающей среды в течение более длительного периода времени, чем при любой другой коммерческой переработке рыбы. Это облегчает и, следовательно, удешевляет не только хранение, но и транспортировку, а также другие аспекты сбыта рыбной продукции. С другой стороны, рыбоконсервирование является сложным и относительно дорогостоящим методом промышленной переработки рыбы. Стоимость рыбного консервирования в данных местных условиях зависит от многих факторов, таких как, например, регулярные поставки сырья по разумным ценам в течение значительной части года, наличие и стоимость относительно сложных упаковочных материалов, наличие, квалификация и стоимость рабочей силы, стоимость довольно сложного оборудования, энергии, услуги и т.д. Около 9 процентов добываемой во всем мире рыбной продукции перерабатывается в консервы.
Этот документ предоставит отрасли, особенно в развивающихся странах, практическую информацию технического и экономического характера. Он опубликован в помощь правительственным учреждениям, а также другим лицам, участвующим в планировании, разработке технико-экономических обоснований или рассмотрении инвестиций в рыбоконсервную промышленность. Он также должен быть пригоден в качестве учебного пособия для специализированных школ и учебных курсов.
Основные затронутые темы касаются принципов консервирования пищевых продуктов, сырья, пригодного для производства рыбных консервов, основных продуктов, технологий консервирования в целом и, в частности, тунца, сардин и сардиноподобной рыбы, лосося, рыбного фарша и креветок. В нем также рассказывается об оборудовании для консервирования рыбы, побочных продуктах, упаковке и хранении консервированных продуктов, а также о необходимых услугах, рабочей силе и строительных работах. Наконец, в нем приводится информация о стоимости и указаны отдельные опубликованные материалы, в которых можно найти более подробную информацию. Пособие содержит схемы, макеты, технологические схемы, рисунки и таблицы, относящиеся к теме.
Введение в консервирование
Целью термической обработки при производстве рыбных консервов является уничтожение бактерий путем применения влажного тепла. Только после соблюдения требований безопасности, направленных на защиту здоровья потребителей, и коммерческих требований, направленных на предотвращение непатогенной порчи, консервный завод приступает к выбору режима термообработки, который позволит оптимизировать вкусовые качества готового продукта.
Из бактерий, загрязняющих рыбные продукты, некоторые (патогенные бактерии) вызывают пищевые отравления, в то время как другие только портят пищу. Особую озабоченность у производителей рыбных консервов вызывает возможность заражения их Clostridium botulinum, которые, при наличии, могут образовывать термостойкие споры, способные выдерживать умеренную термическую обработку. Поскольку этот микроорганизм может размножаться при рН рыбного мяса, важно, чтобы переработчик проследил за тем, чтобы все его банки прошли достаточно тщательную обработку, чтобы уничтожить споры и вегетативные формы бактерий. Выживание Clostridium botulinum после термической обработки представляет серьезную опасность для здоровья, поскольку консервированные продукты с низким содержанием кислоты (рН > 4,5) способствуют росту организма, а при определенных условиях также способствуют образованию нейротоксина, вызывающего вспышки ботулизма.
Стерилизация — это термическая обработка пищевых продуктов, способная поддерживать рост термостойких спорообразующих бактерий. В процессе стерилизации уничтожаются все патогенные примеси и все другие микроорганизмы, способные расти при нормальных условиях хранения; в результате этого процесса остаются споры, обладающие высокой термостойкостью, которые не представляют опасности для здоровья и растут только при повышенных температурах (= 40 °C). Вместо того чтобы делать консервы абсолютно стерильными, производители консервов стремятся к «коммерческой стерильности», которая означает, что содержимое безопасно (поскольку все патогенные микроорганизмы уничтожены) и может храниться при нормальных температурах. Если бы термический процесс был разработан таким образом, чтобы все банки были абсолютно стерильными, это привело бы к ненужной потере вкусовых качеств и питательных свойств без какого-либо повышения безопасности продукта.
Чем выше температура стерилизации, тем выше скорость термической деструкции, поэтому рыбные консервы обрабатываются паром под давлением, а не в воде при атмосферном давлении. На скорость термической деструкции также влияют свойства продукта (жидкости нагреваются быстрее, чем твердые продукты) и размер упаковки (большим банкам рыбы, упакованным в рассол, требуется больше времени, чтобы достичь смертельной температуры, чем маленьким банкам, содержащим тот же продукт). Общий стерилизующий эффект термического процесса может быть выражен как сумма всех эффектов стерилизации, достигаемых при всех сочетаниях времени и температуры в течение всего термического процесса. Обычно стерилизующий эффект выражается в стандартных единицах измерения минут в 121,1 НСК, так что. полный цикл обработки эквивалентен выдерживанию продукта при температуре 121°c в течение заданного времени. Единицей стерилизации является терморегулятор, где значение терморегуляции в течение одной минуты эквивалентно выдерживанию продукта при температуре 121,1 °C в течение одной минуты с последующим мгновенным охлаждением:
Выбор режимов термической обработки
Цель стерилизации банок с рыбными продуктами состоит в том, чтобы очистить тару и содержимое от всех патогенных микроорганизмов и предотвратить порчу непатогенными загрязнителями при нормальных условиях хранения. Выбор условий обработки, необходимых для выполнения этих критериев, основан на экспериментальных исследованиях, в ходе которых скорость проникновения тепла в самую низкую точку нагрева (SHP) контейнера измеряется во время имитационных циклов ретортирования. Данные, полученные в результате этих испытаний (или из подходящих справочных источников), используются технологами рыбных консервов для определения температур и времени обработки, необходимых для обеспечения стерильности консервированного продукта. Производители рыбных консервов (и всех консервированных продуктов с низким содержанием кислоты) могут указывать свои тепловые процессы в терминах целевых значений Fo, где значение Fo является показателем степени тяжести термической обработки. Выбрав подходящее значение Fo (которое может значительно превышать то, которое требуется для снижения до приемлемо низкого уровня вероятности выживания спор Clostridium botulinum — как это может быть в случае, когда целью процесса является размягчение костей), консервировщик устанавливает время и температуру для сохранения спор в неизмененном виде. термический процесс, который обеспечит его подачу на дно контейнера.
Термостойкость бактериальных спор
Термостойкость спор бактерий определяется временем, необходимым для уничтожения 90% популяции при постоянной температуре; это позволяет сравнить термостойкость спор многих различных бактерий. Для большинства спор, имеющих важное значение при порче консервов, их термостойкость измеряется при 121,1 НСК (250 НСФ), обычной температуре ретортирования, и выражается в виде значения D. Типичный график зависимости числа выживших от времени нагрева показан на рисунке 1. Можно видеть, что время, необходимое для сокращения численности населения с 1 000 000 до 100 000 человек, такое же, как и для сокращения со 100 до 10. Таким образом, значение D остается постоянным для конкретных бактериальных спор, когда они подвергаются нагреванию при постоянной температуре. В таблице 1 приведены значения D для бактериальных спор, важных для консервированных продуктов.
Уничтожение всех спор Clostridium botulinum является минимальным требованием безопасности при термической обработке консервов с низким содержанием кислоты. Производители консервов стремятся снизить вероятность того, что одна спора выживет в термическом процессе, до такого низкого уровня, чтобы, с практической точки зрения, содержимое контейнера не представляло опасности для здоровья из-за выживания Clostridium botulinum (спор). Опыт показал, что для обеспечения безопасности потребителей достаточно процесса, эквивалентного по стерилизующему эффекту двенадцатизначному сокращению популяции Clostridium botulinum. Такой процесс называется «12-дневным» и эквивалентен выдерживанию содержимого контейнера при температуре 121,1 °C в течение 2,8 мин (12 дней = 12 х 0,23 = 2,8 мин). Такой сложный процесс, как этот, удовлетворяет требованиям (в соответствии с надлежащей производственной практикой), однако его будет недостаточно для снижения до коммерчески приемлемого уровня вероятности выживания чрезвычайно термостойких спор (со значениями D от 2,0 до 5,0 мин) непатогенных бактерий. Вот почему производители рыбных консервов выбирают термический процесс, который выходит за рамки требований безопасности при уничтожении Clostridium botulinum.
Хотя вероятность выживания спор непатогенных термостойких бактерий может в несколько тысяч раз превышать вероятность выживания спор Clostridium botulinum, их присутствие не вызывает особого беспокойства у производителей консервов по двум причинам:
1. если они приведут к порче, это не повлечет за собой риска для здоровья, и
2. они растут только при температуре выше 40 °С (т.е. они теплолюбивы), а оптимальная температура для их роста составляет около 55 °с, что выше, чем на большинстве складов и торговых точек.
Тепловыделение при нагревании и охлаждении
Хотя обычно стерилизующий эффект процесса выражается в стандартных единицах измерения минут — 121,1 НСК (используется обозначение Fo). температура продукта, находящегося внутри банки, не достигает температуры обработки мгновенно, и в некоторых случаях при теплопроводном нагреве температура в термоцентрали банки никогда не достигает температуры теплоносителя (которая не обязательно должна составлять 121,1 НСК).Этот парадокс разрешается с помощью соотношения, которое показывает, что скорость изменения термической деструкции бактерий (т.е. скорость изменения их значений D) логарифмична относительно температур, обычно используемых при тепловой стерилизации. Это означает, что смертельная скорость разрушения при любой температуре может быть сопоставлена с таковой при эталонной температуре. Эта зависимость представлена графически. на рисунке 2 показана кривая времени тепловой смерти, проходящая через 1 минуту при 121,1 нск. Эта «фантомная» кривая показывает, что по сравнению со смертельным исходом unity при 121,1 НСК смертельные исходы при 91,1, 101,1, 111,1, 131,1, 141,1 и 151,1 НСК составляют 0,001, 0,01, 0,1, 10, 100 и 1000 человек соответственно.
Таким образом, стерилизующий эффект термического процесса (значение Fo процесса) может быть рассчитан путем интегрирования совокупного летального эффекта воздействия при любых сочетаниях времени и температуры на протяжении всего процесса. Это означает, что процесс, который обеспечивает значение Fo в течение 2,8 мин (так называемый 12-дневный процесс для Clostridium botulinum), по стерилизующему эффекту эквивалентен мгновенному нагреванию содержимого банки до 121,1 н.э., выдерживанию при этой температуре в течение 2,8 мин и последующему мгновенному охлаждению. Аналогичным образом, процесс приготовления консервированного тунца в твердом виде, расфасованного в банки размером 84 х 46,5 мм, может длиться 10 минут, что может быть достигнуто при обработке в течение 74 минут при температуре 116°c или 50 минут при температуре 121,1°c. Однако в каждом случае стерилизующий эффект такой же, как и при выдерживании банки с тунцом при температуре 121,1 °C в течение 10 минут в условиях мгновенного нагревания и охлаждения.
Расчет значений Fo
Чтобы быть уверенным в коммерческой стерильности, значение Fo в SHP, термическом центре контейнера, должно быть достаточным для уничтожения всех Clostridium botulinum и снижения вероятности выживания других более термостойких бактерий до приемлемого уровня. Предполагается, что бактериальные споры будут случайным образом заражать рыбу и, следовательно, они могут находиться на рыбозаводе. Хотя это и пессимистичный подход, он учитывает `наихудший сценарий`, на котором должна основываться безопасность продукта.
Для типичных упаковок рыбных консервов, наполненных до максимального веса, который может быть получен при заполнении. Затем эти банки оснащаются датчиками-термопарами, которые должны быть расположены таким образом, чтобы измерять температуру в камере хранения. (Поскольку разница в скорости проникновения тепла от банки к банке может быть значительной, рекомендуется протестировать не менее двенадцати копий, прежде чем использовать данные о самом медленном нагреве из всех тестируемых банок для расчета значения Fo для данного процесса).Термопары подключаются к цифровым или графическим датчикам, некоторые из которых показывают температуру продукта во время термического процесса, в то время как можно приобрести другие, которые автоматически вычисляют значение Fo. Там, где автоматическое вычисление невозможно, данные о температуре и времени могут быть использованы различными способами для расчета значения Fo.
Усовершенствованный общий метод
График зависимости температуры от времени строится на специально разработанной бумаге, на левой вертикальной оси которой откладывается температура продукта (в логарифмической шкале), а на другой вертикальной оси откладывается уровень смертности (в линейной шкале). Таким образом, для каждой температуры может быть показан соответствующий уровень смертности. Время откладывается вдоль горизонтальной оси с использованием удобного масштаба. Площадь под графиком, представляющая собой произведение времени воздействия на все показатели летальности на протяжении всего процесса, затем делится на площадь, эквивалентную величине Fo, равной единице. Это дает общий стерилизующий эффект, или значение Fo, для данного процесса. На рисунке 3 показана гипотетическая кривая теплопоглощения для полутвердого продукта, обрабатываемого в течение 40 минут при температуре 120 °c.
Это означает, что общий стерилизующий эффект процесса эквивалентен 17,5 минутам при температуре 121,1 н.э., при условии мгновенного нагревания и охлаждения. Теперь мы оценили степень стерилизации при самой низкой температуре нагрева банки.
В приведенном примере автоклав не работала при контрольной температуре (121,1 НСК), и продукт не достиг температуры автоклава. Важно не путать технические требования к процессу (40 мин/120 нск) с техническими требованиями к процессу. Технические требования сами по себе мало что говорят об общей летальности процесса. Можно было бы предусмотреть продолжительность процесса в 60 минут при температуре 121,1 НСК и значениях Fo, скажем, 6,2 мин и 11,5 мин для банок емкостью 450 г и 225 г соответственно, при этом различная степень сложности процесса в данном случае зависит от размера банок. Одинаковый режим нагрева (конвекция/теплопроводность), вес упаковки и температура наполнения — все это может влиять на величину Fo, даже если условия автоклавирования могут быть постоянными.
Подводя итог
• Усовершенствованный общий метод учитывает все эффекты нагрева и охлаждения, включая любые изменения в скорости проникновения тепла, вызванные гелеобразованием или разжижением продукта.
• Нет необходимости знать тепловые характеристики продукта. Хотя это упрощает расчет, это ограничивает универсальность метода.
• Теоретически тепловой центр емкости для теплопроводного нагрева находится в геометрическом центре, в то время как для продукта для конвекционного нагрева он находится немного ниже по вертикальной оси. При теплопроводном нагреве твердых упаковок важно располагать наконечники термопар в центре нагрева, но в меньшей степени это важно при конвекционном нагреве, поскольку быстрая передача тепла, обусловленная конвекционными потоками, предотвращает значительные задержки при нагреве.
Метод трапециевидного встраивания
Математический метод, при котором данные о времени и температуре используются для измерения изменений летальности при нагревании и охлаждении. При использовании стандартных временных интервалов значение летальности рассчитывается поэтапно, и суммарное значение L для процесса определяется без необходимости графического представления кривых нагрева и охлаждения.
Значение Fo для данного процесса рассчитывается путем суммирования всех значений L и умножения этого значения на стандартный интервал времени между измерениями.
Трапециевидный метод также позволяет просто рассчитать вклад нагревательной и охлаждающей частей процесса в общую летальность процесса.
В таблице приведены значения L, а в таблице 3 показан рабочий пример, в котором температура регистрировалась с интервалом в 5 минут в течение 60 минут при температуре 121,1 НСК.
Чтобы рассчитать Fo для данного процесса: суммирование значений L дает 2,925, что при умножении на 5 (временной интервал между показаниями) дает значение Fo, равное 14,6 мин.
Чтобы рассчитать Fo для фазы нагрева: Сумма значений L за 25 и 60 минут (0 и 0,776) делится на 2, и это значение (0,388) прибавляется к сумме значений L за 30-55 минут. Это дает значение 1,730, которое при умножении на 5 дает значение продолжительности процесса в 8,6 мин на этапе, когда подача пара была отключена.
Усовершенствованный общий метод, основанный на графике зависимости температуры от времени. для всего процесса это наиболее точный из всех методов расчета значения Fo, и по этой причине его часто называют «эталонным методом». Как и в случае с трапециевидным методом, здесь не делается никаких предположений относительно характеристик нагрева и охлаждения продукта, однако преимущества точности должны быть сбалансированы с недостатком универсальности. Данные, полученные в результате одного набора испытаний, нелегко использовать для расчета значений Fo при изменении температуры продукта и/или автоклава. Это означает, что при изменении условий процесса необходимо собирать новые данные о температуре и времени в соответствии с новыми экспериментальными условиями.