Наука стала играть все более важную роль в консервной промышленности и производстве банок в конце XIX века. Однако наука не была причиной, которая стала предпосылкой увеличения спроса на консервы среди скептически настроенной публики. Ее лучше всего рассматривать как элемент развития и профессионализации как консервной промышленности, так и производства банок. Наука зародилась в консервной промышленности в начале девятнадцатого века. Сэр Хамфри Дэви, английский химик, в 1808 году обнаружил, что добавление хлорида кальция в воду может повысить ее температуру кипения.
Это открытие не применялось в консервной промышленности до 1861 года, когда Исаак Соломон из Балтимора поместил свои консервы в водяную баню, обработанную хлористым кальцием. Результатом стали более высокие температуры и сокращение времени обработки продуктов, что значительно увеличило производительность его консервной линии. Однако хлорид кальция разъедал жестяные банки, поэтому промышленности потребовался более совершенный метод обработки банок. Изобретение паровой реторты под давлением в 1873 году балтиморским консервистом Эндрю Шрайвером произвело революцию в консервировании, и современные версии его оборудования до сих пор используются на консервных заводах.
Также в 1860-х годах Луи Пастер начал свои первые эксперименты в области бактериологии. Фундаментальные исследования Пастера были многообещающими для промышленности. Его интересовало сохранение вина с помощью процесса нагревания. Пастер начал свое исследование микробиологии вина, чтобы понять природу продукта. Он извлекал воздух из атмосферы, а затем пропускал его через фильтры, изготовленные из хлопка. Фильтры растворялись в смеси эфира и спирта, и он всегда находил крошечные споры бактерий. Затем споры помещались в стерильные колбы с вином, и вино быстро портилось.
Пастер предположил, что споры являются основной причиной порчи и что применение достаточного количества тепла может убить бактерии, не ухудшая при этом качество вина. Позже он признал, что просто применил «новый подход к работе Апперта», применив тепло, но он пришел к важному научному выводу. Причиной порчи и гниения консервированных или разлитых по бутылкам продуктов было не воздействие воздуха, а бактерии, постоянно присутствующие в окружающей среде.
Он пришел к выводу, что бактерии можно уничтожить с помощью термической деструкции, но он признал, что для разных продуктов требуется разное количество тепла из-за различных типов бактерий. Кроме того, слишком длительное приготовление продуктов может привести к уничтожению вредных бактерий, но «желательные свойства» этих продуктов также были утрачены при длительной варке.49 До Пастера в консервной промышленности нормой были догадки, основанные на методе проб и ошибок. Производители консервов также тщательно скрывали информацию о наилучшем режиме нагрева и времени выдержки на водяной бане для сохранения различных продуктов. По данным Национальной ассоциации консервных предприятий, «эта общепринятая процедура действовала в отрасли более восьмидесяти лет, прежде чем были разработаны научные основы консервирования».
После Пастера в консервной промышленности постепенно росло понимание того, что бактерии — это нечто большее, чем просто причины болезней, и что они могут стать потенциальной основой для испорченных консервов.
Несмотря на то, что Пастер в 1860-х годах открыл фундаментальные научные основы ферментации и разработал процесс «пастеризации» для уничтожения бактерий, прошло более тридцати лет, прежде чем бактериология была применена к консервированию. В начале и середине XIX века преобладающей теорией загадочной порчи консервов все еще считалось воздействие воздуха. Была выдвинута гипотеза, что «полное исключение доступа атмосферного воздуха» и применение достаточного количества тепла позволит стерилизовать содержимое банки. Концепция, известная как «вакуумная теория», была предложена доктором Дж. Джейкоб Бигелоу в своем трактате 1830 года «Элементы технологии».
Однако сразу после Гражданской войны производители консервов «ощупью искали в темноте тех невидимых дьяволов», которые портили их консервы. Большинство производителей консервов не знали о том, что портит консервы. Большинство новичков в быстро развивающейся отрасли мало что знали о переработке и полагались на советы «опытных» переработчиков, но многие из предполагаемых экспертов были крайне скрытны в отношении своего процесса и сами имели ограниченную научную подготовку. Журнал McClure’s в 1914 году описал отсутствие научной основы в консервировании в 1870-х годах и отметил, что большинство переработчиков не отличали «химический символ от телеграфного столба». В результате вскоре после упаковки появилось множество консервов, которые вздулись, а их края выпирали наружу.
Во всех регионах производства консервов — на Востоке, Среднем Западе и Тихоокеанском побережье — наблюдались большие потери консервов. Один переработчик из Цинциннати отметил, что вся его упаковка персиков «имела такой же вкус, как в баре, — алкогольный».53 К счастью, большинство недостатков были обнаружены на фабрике и не попали в продажу. Понимание того, что для уничтожения бактерий, вызывающих порчу, разбухание и гниение, необходимо строго определенное время приготовления, давление в котле и температура, не было широко распространено в промышленности до 1890-х годов. Наука бактериология впервые была специально применена к консервированию в 1895 году доктором Гарри Л. Рассел из Висконсинской сельскохозяйственной опытной станции, изучавший бактериологию в Институте Пастера в Париже.
С ним связалась компания Albert Landreth из Манитовока, штат Висконсин, производитель консервов для гороха, обеспокоенная чрезмерным количеством вздутий, которые произошли на их фабрике во время упаковочного сезона 1894 года. Управляющий фабрикой Джеймс Брукс был разбужен посреди ночи взрывом банок с горохом. Расселу было поручено выяснить причину порчи.
Он открыл банку с разбухшим горохом, поместил продукт под микроскоп и обнаружил миллионы спор бактерий. Рассел обнаружил, в частности, одну бактерию, которая могла расти даже в отсутствие воздуха. Он представил свое открытие главному технологу завода Фрэнсису Паттерсону и поинтересовался его технологическими настройками. Как и у многих консервных фабрик девятнадцатого века, технологические настройки Паттерсона «были его личным секретом», и «он не верил письменным источникам». Паттерсон рассказал, что готовил горох при давлении 10 фунтов на квадратный дюйм, в течение 26 минут, при температуре 232° по Фаренгейту, что, очевидно, было недостаточно для того, чтобы он испортился. бактерии.
Рассел изучил данные о упаковке 1894 года и пришел к выводу, что время обработки, давление и температура взаимосвязаны. Он предложил серию экспериментов, в ходе которых давление в реторте постепенно повышалось, температура повышалась, а время приготовления немного увеличивалось. В конце концов Рассел остановился на давлении в чайнике 15 фунтов на квадратный дюйм и температуре 242° по Фаренгейту и увеличил время приготовления до 30 минут. Он провел контролируемый эксперимент с использованием 6175 банок в условиях Паттерсона и 11 859 банок в предложенных им условиях. В результате эксперимента при обычной скорости обработки вышло из строя 306 банок, что составляет почти 5% от общего числа отказов; при использовании установок Russell выходило из строя только 8 банок, что составляет 0,07%.
Эксперименты Russell сократили финансовые потери компании Albert Landreth, а также увеличили производительность завода почти на 5%. Что еще более важно для отрасли, компания Russell впервые применила знания бактериологии к консервированию и продемонстрировала, что точные настройки давления, температуры и времени приготовления уничтожают бактерии и сводят к минимуму потери от неправильно простерилизованных банок. Проблема заключалась в бактериях, устойчивых к низким температурам, давлению и короткому времени приготовления, а не в контакте содержимого банки с воздухом, как предписывает «теория вакуума».
Почти в то же время два профессора Массачусетского технологического института проводили эксперименты по бактериологии консервированных продуктов. В то время как с Расселом связался специалист по консервированию и он исследовал конкретную проблему, профессора Сэмюэл К. Прескотт и У. Лайман Андервуд изучали бактериологию и ее связь с консервированием в рамках академического исследовательского проекта. Андервуд был внуком Уильяма Андервуда, который был одним из первых консервных заводов в Бостоне в 1820-х годах.
Начиная с 1896 года, Прескотт и Андервуд провели серию экспериментов, целью которых было выявить влияние бактерий на процесс консервирования. Предметом их первого исследования были консервированные моллюски и лобстеры, и «в каждом случае, когда они портились, живые бактерии присутствовали в большом количестве. С другой стороны, в добротных банках не удалось обнаружить живых бактерий, и содержимое оказалось стерильным».
Они обнаружили девять различных типов бактерий в моллюсках и лобстерах и обнаружили, что четыре из них выживут в банках с недоработанными продуктами. Чтобы подтвердить свои выводы, они прокололи и ввели бактерии в неиспорченные банки с продуктами питания, а в качестве контроля прокололи другие банки и быстро запечатали их. Банки, в которые были введены устойчивые бактерии, вскоре испортились, в то время как в контрольных банках этого не произошло. Они пришли к выводу, что бактерии вызывают порчу, а одного воздействия воздуха недостаточно, чтобы вызвать порчу. Их статья была опубликована в журнале Technology Quarterly в 1897 году, и в том же году их пригласили выступить перед Ассоциацией упаковщиков Атлантических штатов.
В отличие от коммерческих исследований Рассела, их работа получила широкое распространение, несомненно, благодаря имени Андервуда, но также и потому, что восточное побережье оставалось центром внимания. отрасли. В 1897 году Прескотт и Андервуд снова исследовали сладкую кукурузу. В 1878 году в кукурузе был обнаружен новый тип порчи. Несмотря на то, что края банок не вздувались, а содержимое имело нормальный запах, вкус кукурузы был горьким и кислым. Исследователи определили, что измененный вкус был результатом воздействия молочной и уксусной кислот, образующихся в результате жизнедеятельности бактерий. Они пришли к выводу, что воздух не является причиной порчи и что «стерилизация, а не удаление воздуха, является важным фактором сохранения всех видов пищевых продуктов».
Они окончательно опровергли «вакуумную теорию» порчи. В 1898 году они начали эксперименты, чтобы определить, какие температуры необходимы для сохранения вкуса кукурузы. Их гипотеза заключалась в том, что содержимое банки нагревалось неравномерно во время обработки. Они пришли к выводу, что даже если максимальная температура, достигаемая в реторте, составляет 246° по Фаренгейту, порча все равно происходит, если только центр банки не достигнет максимальной температуры в течение пяти минут. По сути, они доказали, что нагрев центральной части банки до заданной температуры важнее, чем контроль температуры в емкости. Была выявлена взаимосвязь между температурой в реторте, центром банки, временем поддержания максимальной температуры и наличием бактерий.
Эта пара ежегодно обращалась в Ассоциацию упаковщиков Атлантических штатов и публиковала свои результаты. По словам отраслевого обозревателя Эрла Мэя (Earl May), работа Прескотта и Андервуда была «первым шагом, который в конечном итоге привел к исключению «угадывания» из технологических программ большинства фабрик. Это также стало началом последнего этапа технической секретности в нашей консервной промышленности».
Новаторская работа Рассела, Прескотта и Андервуда была предпринята по просьбе владельцев консервных заводов или из-за академического интереса к проблеме консервной промышленности, а не из-за жалоб потребителей. Однако результаты их работы, безусловно, оправдали ожидания покупателей относительно покупки консервов, прошедших надлежащую стерилизацию, и почти наверняка развеяли давние опасения по поводу консервированных продуктов. Завеса тайны, окружавшая консервирование девятнадцатого века, была приоткрыта. После 1900 года по всей стране быстро появились частные и государственные лаборатории. Первая частная лаборатория была открыта в 1903 году в Аспинуолле, штат Пенсильвания, и управлялась Э.У. Дакуоллом, который специализировался на вопросах консервирования, таких как надлежащие процедуры упаковки определенных продуктов и причины их порчи. Американская консервная компания открыла лабораторию в 1906 году, а вскоре за ней последовала Континентальная консервная компания.
Национальная ассоциация консервистов открыла лабораторию для своих членов в 1913 году в Вашингтоне, округ Колумбия, а затем открыла аналогичные учреждения в Сиэтле в 1919 году и Сан-Франциско в 1926 году. При Министерстве сельского хозяйства США также функционировала лаборатория, в которой работали химики. Целью этих лабораторий было изучение причин порчи консервированных продуктов и публикация бюллетеней для специалистов по надлежащим методам, срокам обработки и температурным режимам для широкого спектра консервированных продуктов.62 Кроме того, существовало небольшое кустарное производство консервных изделий, которое издавало специализированные журналы, книги и руководства для других производителей. В конце 1880-х годов издавались два отраслевых журнала: «Консервная торговля», известный просто как «Торговля», и «Консервирование и фасовка сухофруктов». Эти публикации содержали некоторую информацию по бактериологии, но в основном касались отчетов об урожае и коммерческих вопросов.
Книги и руководства включали конкретные инструкции по приготовлению и переработке практически любого продукта в консервной банке. Английский перевод работы французского писателя Жана Пакрета, опубликованной в 1890-х годах, содержал «краткие сведения» о том, как обрабатывать различные овощи и фрукты. В 1902 году К. А. Shinkle, которые предоставляет руководство, которое «появляется, чтобы предложить американскому Каннер, pickler и хранитель ближе ответ на его требования, чем то, что еще предстоит появиться» самых важных из ранних процессоров руководства был «полный курс консервирования» Э. С. судья, редактор консервной торговли, опубликованного в 1903.64 настоящем руководстве, широко используются многими промышленниками включая Генри Миллу из Springtown, штат Пенсильвания, входит Кука раз и температур для многих продуктов. Более поздние руководства по переработке были написаны Арвиллом и Кэтрин Биттинг в 1916 году под названием «Консервирование и способы использования консервированных продуктов», а в 1937 году А. В. Биттингом была опубликована сопутствующая статья под названием «Аперитив, или искусство консервирования: его история и развитие».
К первому десятилетию двадцатого века лаборатории и руководства по переработке, основанные на научных открытиях Пастера, Рассела, Прескотта и Андервуда, были легко доступны американским производителям консервов. В начале двадцатого века наука заменила догадки и методы проб и ошибок в консервной промышленности. Исследование проблемы консервирования и распространение этого решения по всей отрасли заложили основу для будущего роста. Научные разработки позволили сократить количество испорченных банок на фабрике упаковщика, тем самым снизив его затраты и повысив качество продукции.
Она установила стандарты переработки во всей отрасли, и распространение этих стандартов подняло завесу секретности девятнадцатого века. Во-вторых, это успокоило тех потребителей, которые по-прежнему скептически относились к консервированным продуктам. Однако наука не была ни предварительным условием, ни основной предпосылкой для роста отрасли. Данные, приведенные на диаграмме 6.1, свидетельствуют о том, что спрос на консервы в Соединенных Штатах рос и до применения научных методов. Внедрение научных знаний лучше всего рассматривать как дополнительный элемент совершенствования и профессионализации в консервной промышленности и производстве банок. Выявление и решение проблем улучшило качество, обеспечило непрерывный рост и снизило затраты на консервы, которые затем были переданы потребителям. Решение проблем потребителей стало важным и значимым дополнительным преимуществом науки.