Технология консервирования продуктов в банках была разработана в начале девятнадцатого века, когда француз Николя Аппер выиграл конкурс, инициированный другим великим персонажем французской истории, Наполеоном Бонапартом. Наполеона лучше помнят за его подвиги полководца-завоевателя, чем за то, что он послужил стимулом для развития технологии консервирования пищевых продуктов, которая должна была ознаменовать начало производства консервов.
Апперт получил приз (12 000 франков) за демонстрацию того, что продукты, нагретые в герметичных металлических банках, не портятся, даже когда они хранятся без охлаждения. Как только зависимость от цепочки охлажденных и/или замороженных продуктов питания была нарушена, появилась возможность открыть рынки для консервированных продуктов длительного хранения, куда раньше ни один предприниматель не рисковал.
Со времени успеха Апперта технология консервирования претерпела изменения и усовершенствовалась, однако принципы сегодня так же верны, как и тогда, когда они были впервые сформулированы. Успех международной рыбоконсервной промышленности зависит от правильного применения этих принципов.
Термическое уничтожение бактерий
Когда рыба выгружается, в ее кишечнике и на коже содержатся миллионы бактерий, которые, если им дать возможность расти и размножаться, вызовут быструю потерю «свежего» качества и в конечном итоге приведут к порче. Во время послеуборочной обработки, при транспортировке на консервный завод, рыба неизбежно заражается другими бактериями; это еще больше ускорит порчу, если не будут приняты защитные меры (например, обледенение).
Целью консервирования является использование тепла отдельно или в сочетании с другими средствами консервирования для уничтожения или инактивации всех микробных загрязнений; независимо от их источника, и упаковывать продукцию в герметично закрывающуюся тару, чтобы защитить ее от повторного загрязнения. Хотя предотвращение порчи лежит в основе всех консервных операций, термический процесс также готовит рыбу и в некоторых случаях приводит к размягчению костей; изменения, без которых консервированные рыбные продукты не приобретут характерные органолептические свойства.
Чтобы сделать свою продукцию абсолютно безопасной, производители рыбных консервов должны быть уверены, что термические процессы, применяемые к их продуктам, достаточны для уничтожения всех патогенных микроорганизмов, вызывающих порчу. контейнере, это может привести к выработке потенциально смертельного токсина. К счастью, вспышки ботулизма из-за консервированных рыбных продуктов случаются крайне редко. Однако, как подтвердят те, кто знаком со вспышками ботулизма в консервах из лосося в 1978 и 1982 годах, одна ошибка в сезонном производстве может подорвать всю отрасль. На безопасность конечного пользователя и коммерческий успех консервного завода можно рассчитывать только в том случае, если все аспекты термической обработки тщательно изучены и адекватно контролируются.
Когда бактерии подвергаются воздействию влажного тепла при смертельных температурах, например, в банке с рыбой во время автоклавирования), их гибель происходит в логарифмическом порядке. На рисунке 1 показан график (известный как кривая выживаемости бактериальных спор, погибающих под действием тепла при постоянной смертельной температуре. Можно видеть, что временной интервал, необходимый для сокращения на одну десятичную дробь (т. е. сокращения на 90 %) число выживших постоянно, это означает, что время уменьшения популяции спор с 10 000 до 1 000 такое же, как время, необходимое для уменьшения популяции спор с 1 000 до 100. Этот интервал времени известен как десятичный. время восстановления, или «значение D». Значение D для бактериальных спор не зависит от исходной численности, однако на него влияет температура греющей среды. Чем выше температура, тем быстрее скорость термического разрушения и тем ниже значение D. Вот почему термическая стерилизация рыбных консервов основана на варке под давлением при повышенных температурах (>100°С), а не на пару или воде, открытой для атмосферы.
Единицей измерения D является «минута» (минута). Также указана температура, а при консервировании рыбы ее можно принять равной 121,1°С). Другая особенность кривой выживаемости заключается в том, что она подразумевает, что независимо от того, на сколько десятичных дробей количество спор будет уменьшено в результате термического процесса, всегда будет некоторая вероятность выживания спор. На практике предприятия по консервированию рыбы удовлетворены, если: существует достаточно малая вероятность выживания патогенных спор, чтобы не было никакого значительного связанного с этим риска для здоровья населения; в дополнение к этому они принимают в качестве коммерческого риска большую вероятность непатогенной порчи.
Показаны эталонные значения D для бактерий, которые обычно играют важную роль при консервировании. Поскольку видно, что не все бактериальные споры имеют одинаковые значения D, термический процесс d 9, направленный, скажем, на уменьшение популяции спор одного вида в 10 раз (т. е. 9-кратное сокращение или 9D-процесс), приведет к о другом порядке разрушения спор другого вида. Таким образом, выбор рыбоконсервной установки сводится к выбору соответствующего уровня выживаемости спор для каждого из видов-загрязнителей. Термофильные споры (те, которые прорастают и перерастают в диапазоне температур от 40° до 70°C и имеют оптимальную температуру роста около 55°C) более термоустойчивы и, следовательно, имеют более высокие значения D, чем споры, обладающие мезофильностью. оптимальные температуры роста (т.е. от 15° до 40°C). Это означает, что сырье, в котором имеется высокий уровень термофильных спор, потребует более жестких термических процессов, чем продукты, содержащие только мезофильные спорообразователи, если необходимо достичь одинаковой степени термической деструкции для каждого вида.
Требования к термической обработке консервированной рыбной продукции
С точки зрения предотвращения микробной порчи готового продукта, существует два фактора, которые необходимо учитывать при выборе условий термической обработки на рыбоконсервном заводе. Во-первых, это безопасность потребителя от ботулизма, а во-вторых, риск непатогенной порчи, который считается коммерчески приемлемым.
Безопасность от ботулизма, вызванная недостаточной обработкой, означает, что вероятность выживания спор C. botulinum при термическом процессе должна быть достаточно малой, чтобы не представлять значительного риска для здоровья потребителей. Опыт показал, что для обеспечения безопасности достаточно процесса, эквивалентного двенадцатидесятичному сокращению популяции спор C. botulinum; это называется 12D-процессом, и, предполагая, что начальная споровая нагрузка составляет 1 спора/г продукта, можно показать, что для такого процесса кортеспонентная вероятность выживания спор ботулина составляет 10-12, или одна в миллион6 миллионов. Это означает, что на каждый миллион миллионов банок, подвергнутых 12D-процессу 1 и в которых начальная нагрузка спор C. botulinum составляла 1/г, будет только банка bne, содержащая выжившую спору.
Столь низкая вероятность выживания коммерчески приемлема, поскольку она не представляет значительного риска для здоровья, отличные показатели безопасности консервной промышленности в отношении заболеваемости ботулизмом во время переработки подтверждают обоснованность этого суждения. В Соединенных Штатах в период 1940-82 годов, когда, по оценкам, ежегодно производилось 30 миллиардов единиц низкокислотных консервов (и из них примерно один миллиард в год составляли консервы из морепродуктов), произошли две вспышки (с участием четыре случая и две смерти) от ботулизма человека, что связано с проведением неадекватных термических процессов в коммерческих консервах в металлических контейнерах. Это соответствует частоте вспышек ботулизма из-за сбоя в выборе или выполнении графика термического процесса менее 1 из 10 (0,6/10).
Порча непатогенными бактериями, хотя и не представляет такой серьезной проблемы, как ботулизм, в случае повторения может в конечном итоге поставить под угрозу прибыльность и коммерческую жизнеспособность консервного производства. Именно из-за коммерческого риска отказа продукта компаниям Canners следует количественно определить максимально допустимый уровень выживаемости спор для своих консервированных продуктов. Как и в случае принятия минимальных технологических требований 12D для обеспечения безопасности от ботулизма, опыт является лучшим руководством относительно того, что представляет собой приемлемый уровень выживаемости непатогенных спор.
Для мезофильных спор, отличных от спор C. botulin.um, 5D-процесс оказывается адекватным; тогда как в случае термофильных спор адекватность процесса обычно оценивается с точки зрения вероятности выживания спор, которая считается коммерчески приемлемой. Другими словами, какой уровень термофильной порчи можно допустить, принимая во внимание денежные затраты на расширение процессов по устранению порчи, затраты на качество, возникающие в результате чрезмерной обработки, и, наконец, издержки неудачи на рынке, если выжившие термофильные споры вызывают порчу. Учитывая все обстоятельства, допустимо, если уровень термофильных спор снижается примерно до 10–10 /г. Есть две причины, по которым можно терпеть более высокий риск порчи (возникающий в результате выживания, прорастания и распространения термофильных спор). Во-первых: при разумных температурах хранения (т.е. (35°C) оставшиеся в живых продукты не прорастут; и, во-вторых, даже если порча действительно возникнет, это не поставит под угрозу здоровье населения.
Если термический процесс достаточен для выполнения критериев безопасности и предотвращения непатогенной порчи при нормальных условиях транспортировки и хранения, продукт считается «коммерчески стерильным». В отношении консервированных пищевых продуктов Комиссия Кодекса Алиментариус FA0/WR0 (1983) определяет коммерческую стерильность как состояние, достигаемое путем применения тепла, достаточного, отдельно или в сочетании с другими подходящими обработками, для того, чтобы сделать пищу свободной от микроорганизмов, способных расти в хотя это определение конкретно относится к условиям «без охлаждения» и тем самым исключает те полуконсервированные и пастеризованные пищевые продукты, для которых допускается хранение в холодильнике. рекомендуется (и во многих случаях является обязательным для предотвращения роста патогенного психрофила C, botulinum типа E, который может расти при температуре всего 3,3°C).
Публикации Министерства здравоохранения и социальной безопасности США Королевство и Австралийская ассоциация по стандартизации не исключают охлажденные пищевые продукты. Согласно этим менее строгим интерпретациям, коммерческая стерильность может также охватывать те пищевые продукты, которые предназначены для хранения при температуре охлаждения; это ·подразумевает, что коммерчески стандартные консервы не будут содержать микроорганизмов, способных расти при температуре окружающей среды или при температуре охлаждения, в зависимости от того, что считается нормальным. Независимо от того, предполагается ли, что продукт будет стабильным при охлаждении или при температуре окружающей среды, достижение коммерческой стерильности является общей целью при производстве всех консервированных рыбных продуктов. Однако бывают случаи, когда консервный завод выбирает более строгий процесс, чем тот, который требуется для коммерческой стерильности, как, например, происходит, когда требуется размягчение костей лосося или скумбрии.
Понятие серьезности термического процесса (значение F)
Математическое уравнение, описывающее термическое разрушение бактерий, можно вывести из кривой выживаемости. Если исходная нагрузка спор обозначена N, а выживающая нагрузка спор после воздействия тепла при постоянной температуре равна 0 Н, то время (t), необходимое для достижения заданного уменьшения количества спор, может быть рассчитано и связано со значением D рассматриваемого вида с помощью уравнения.
Из этого уравнения видно, что время, необходимое для снижения уровня спор, можно рассчитать непосредственно; как только уровень спор до и желаемый уровень спор после термообработки определены и известно значение D рассматриваемых спор. Например, был определен общепризнанный минимальный процесс предотвращения ботулизма: неполная переработка консервированных рыбных продуктов, консервированных только путем нагревания (при этом предполагается, что первоначальные загрузки составляют порядка 1 спор/г, и в соответствии с практическими рекомендациями по производству продукции GCIOD окончательные загрузки должны составлять не более 10 спор/г). ж), можно рассчитать минимальное время, необходимое для достижения коммерческой стерильности (т. е. процесса 12D).
Это означает, что минимальный термический процесс, необходимый для обеспечения безопасности от выживания C-botulinum, по стерилизующему эффекту эквивалентен 2,8 мин при 12°C в самой западной точке нагрева (SHP) контейнера. Этот процесс обычно называют «приготовлением ботулина». Установив минимальный процесс с точки зрения безопасности продукта, остается выбрать время обработки и температурный режим, которые позволят снизить количество спорообразующих примесей (более термостойких, чем у C. botulium) до приемлемого уровня. Если, например, консервный завод обеспокоен возможностью выживания спор C. thermosaccharolyticum (поскольку известно, что сырье загрязнено этими спорами, и вполне вероятно, что продукт будет храниться при температуре роста термофилов) и N и N представляют собой JO спор/г и 10 спор/г соответственно; время, необходимое для достижения коммерческой стерильности, может быть рассчитано, как и раньше.
Таким образом, чтобы предотвратить коммерческие потери из-за термофильной порчи C. thermosaccharolyticum, термический процесс должен быть эквивалентен по стерилизующему эффекту 16 минутам при 121,1°С при ВД контейнера. Такой подход к расчету требований термического процесса имеет тенденцию быть чрезмерным упрощением по двум причинам.
На практике неразумно предполагать, что встречающиеся в природе загрязнители будут присутствовать только в виде чистых культур. Однако, поскольку рыба и другое сырье содержат смешанную флору, консервные заводы принимают «наихудшие» условия, чтобы разработать процесс, который всегда обеспечивает адекватную защиту от всех загрязнений. Поэтому обычно проверяют наличие C. botulinum и других термостойких спорообразующих бактерий, а затем выбирают термический процесс, жесткость которого достаточна для снижения их вероятности выживания до коммерчески приемлемого уровня.
Кривая выживаемости предполагает, что температура термической обработки постоянна (и в рассматриваемых случаях равна 121,1°С), тогда как при нагревании в промышленном автоклаве SHP Банка нагревается с задержкой и во многих случаях может никогда не достичь температуры в автоклаве, уравнение, которое позволяет рассчитать время, необходимое при постоянной температуре для достижения желаемого уровня выживаемости (т.е. 1 Н), не может быть просто применено к эффектам. Следовательно, общий стерилизующий эффект при SHP банки, который по ошибке выражается как время при постоянной эталонной температуре, не совпадает с запланированным временем термического процесса. (т. е. время, в течение которого автоклав партии может находиться при рабочей температуре).
Для учета влияния на общий стерилизующий эффект задержек нагрева необходимо интегрировать летальные эффекты всех комбинаций времени и температуры на МТП во время термического воздействия. процесса и выразить их сумму как эквивалентную времени при эталонной температуре. При производстве рыбных консервов длительного хранения общепринятой практикой является выражение величины стерилизующего эффекта термического процесса в «минутах» при базовой температуре 121,1°C. термический процесс обозначается значением F; где F определяется как эквивалент по стерилизующей способности совокупному летальному эффекту всех комбинаций времени/температуры, испытываемых при ВД контейнера во время термического процесса. Принимая во внимание рассмотренные выше примеры, это означает, что ботулинический повар должен иметь значение F не менее 2,8 мин.
Величина F термического процесса может определяться микробиологическими или физическими методами. Первый метод основан на определении разрушительного воздействия нагревания на численность бактерий посредством их нумерации до и после термического процесса; последний метод измеряет изменение температуры во время термического процесса на SHP контейнера и связывает это со скоростью термического разрушения при эталонной температуре. Эти методы можно применять для измерения летальных последствий процессов пистеризации (при которых целевыми организмами обычно являются относительно чувствительные к теплу формы бактерий, дрожжей и плесени) или их можно использовать для оценки тяжести процессов стерилизации (в которых целевыми организмами являются термостойкие спорообразующие бактерии). В данном тексте будет описан только физический метод количественной оценки летального эффекта тепловых процессов.
Во-первых, необходимо записать данные о проникновении тепла с помощью термопарных датчиков, которые были тщательно размещены для обнаружения изменений температуры продукта в термических центрах упаковок. Существует множество коммерческих марок термопар, подходящих для рыбомобилей большинства размеров1, стеклянных;; банки и ретортные пакеты; они также могут быть изготовлены из медной/константановой термопарной проволоки, в которой горячий спай создается путем спайки концов двух проводов.
Горячий спай покрывается тонким слоем лака, чтобы изолировать открытые металлические поверхности от изделия (и тем самым предотвратить поверхностную коррозию, которая в противном случае могла бы повлиять на точность показаний), а затем его осторожно размещают на уровне SHP датчика. контейнер. После установки термопар и начала процесса температура регулярно регистрируется на всех этапах нагрева и охлаждения термического процесса. Собранные таким образом данные о проникновении тепла можно обрабатывать различными способами для расчета значения F процесса; однако в следующих разделах описаны только два из этих методов.
Улучшенный общий метод расчета F0
График зависимости температуры от времени строят на специально изготовленной бумаге с летальным коэффициентом, на которой температура (по вертикальной оси): отображается в полулогарифмическом масштабе, а время процесса — в горизонтальном масштабе; На вертикальной оси (но обычно, для удобства, в правой части статьи) показана соответствующая смертность для температуры, которая находится на соседних левых вертикальных осях f. Условно скорость термического разрушения (обозначается L) при температуре продукта (обозначается Т) для бактерий или их спор, важных при стерилизации рыбных консервов, принимается равной единице при 121,1°С; и далее, скорость меняется в десять раз на каждые 10°С изменения температуры. Математически эта связь выражается уравнением. Это означает, что скорость разрушения для всех температур может быть связана со скоростью разрушения при базовой температуре (121,1°C).
Таким образом, кумулятивные летальные эффекты для всех комбинаций времени и температуры, наблюдаемых на СГП в контейнере, могут быть приравнены ко времени воздействия при 121,1°C. Видно, что общий стерилизующий эффект процесса эквивалентен 17,5 мин при 121,1°С, даже несмотря на то, что температура продукта достигала 121,1°С, и автоклав не работал при этой температуре. . Поскольку можно приравнять скорость термического разрушения при любой температуре к скорости разрушения при эталонной 11-секундной температуре 121,1 °C, эффект запаздывания при нагреве может быть определен количественно.
Это упрощенный математический метод, в котором по температурно-временным данным фиксируются изменения летальных скоростей уничтожения спор на МГП контейнеров при нагревании и охлаждении. Если температура продукта регистрируется через регулярные промежутки времени и если предположить, что эта температура постоянна в течение периода между измерениями, то уровень смертности, применяемый для каждого времени в интервале, может быть вычислен. Когда скорости (приложения для каждого временного интервала) суммируются и умножаются на время между измерениями, совокупное значение F для всего процесса может быть найдено без необходимости графического представления нагрева и измерения. кривые охлаждения. Трапециевидный метод также позволяет просто рассчитать вклад в общую летальность компонентов процесса нагрева и охлаждения. Рабочий пример, в котором температура продукта регистрировалась с интервалами S мин во время процесса при 6°С. мин. при 121,1°С.