Консервирование — это давно устоявшийся способ консервирования пищевых продуктов. Это позволяет получать питательные и безопасные продукты в удобной для конечного потребителя форме и без необходимости охлаждения при хранении и транспортировке. Переработка может осуществляться в районах, где имеется доступ к пищевому сырью, что обеспечивает занятость большому количеству людей и возможность торговли с крупнейшими розничными организациями по всему миру.
Теоретически процесс консервирования прост. Продукт готовится, помещается в консервную банку, герметично закрывается, подвергается тепловой стерилизации и охлаждению перед маркировкой, хранением и отправкой. Однако с технической точки зрения основными целями являются уничтожение микроорганизмов, которые могут вызвать отравление или порчу, а также предотвращение заражения после обработки во время охлаждения. Кроме того, при термической обработке продукты готовятся так, чтобы их было удобно использовать в дальнейшем. Консервирование рыбы в редких случаях приводило к пищевым отравлениям со смертельным исходом.
Для защиты здоровья потребителя крайне важно, чтобы все процессы выполнялись в соответствии с общепризнанной надлежащей производственной практикой. С момента первоначальной публикации Продовольственной и сельскохозяйственной организацией в 1985 году циркуляра по рыболовству № 784 (FAO, 1985) безопасности пищевых продуктов стало уделяться еще большее внимание. HACCP (Критическая контрольная точка анализа рисков) утвердился в качестве инструмента управления для выявления и контроля опасностей для безопасности пищевых продуктов, а создание Глобальной инициативы по безопасности пищевых продуктов (GFSI) крупными розничными организациями привело к практическому требованию к производителям продуктов питания соблюдать один или несколько требований к безопасности пищевых продуктов. стандарты, аккредитованные в соответствии с требованиями GFSI.
Коммерческая стерильность
При консервировании рыбных продуктов при термической обработке необходимо обеспечить состояние, известное как коммерческая стерильность. Это подразумевает полное уничтожение всех патогенных микроорганизмов (вызывающих пищевые отравления) и уничтожение тех более термостойких микроорганизмов, которые могут вызвать порчу при тех условиях окружающей среды, с которыми они могут столкнуться при предполагаемом хранении и реализации продукта. Рыбные продукты имеют значение рН, превышающее 4,5, и поэтому способствуют росту патогенных микроорганизмов.
Наиболее термостойким патогеном считается спорообразующий микроорганизм Clostridium botulinum. Следовательно, для уничтожения этого микроорганизма необходимы термические процессы. Математически рассчитано, что шансы на выживание одной споры составляют менее одного на 1012 контейнеров. Однако, помимо патогенов, существуют также спорообразующие организмы, известные как термофилы. Они значительно более термостойки, и в этом случае термический процесс, необходимый для обеспечения полного уничтожения, может значительно снизить качество продукта. Однако эти организмы способны к метаболизму только при оптимальной температуре 55 °C, и если консервированные продукты предназначены для более умеренного климата, их можно не принимать во внимание.
Математика тепловой стерилизации консервов
Необходимо уметь рассчитать количество тепла, которое необходимо применить в процессе стерилизации, чтобы обеспечить требуемые условия коммерческой стерильности. Экспериментально установлено, что при воздействии смертельной температуры микроорганизмы погибают логарифмическим образом. Это означает, что при постоянной температуре определенный процент организмов погибнет за одно и то же время. Значение D является постоянным для данного организма и данной температуры и представляет собой время, необходимое для гибели 90 процентов организмов при данной температуре (например, время, необходимое для уменьшения популяции спор с 1000 до 100 или со 100 до 100).
Важно, чтобы все содержимое банки было полностью простерилизовано. Рыбные консервы, как правило, нагреваются за счет теплопроводности, а не конвекции. Во время стерилизации фактическая температура в банке, достигаемая при самой низкой температуре нагрева, будет постоянно меняться. Реторта, в которой происходит стерилизация, быстро достигает своей рабочей температуры, а затем стабилизируется при постоянной температуре до начала охлаждения.
Температура SHP (обычно это геометрический центр) будет повышаться медленнее, приближаясь к температуре реторты только к концу процесса. На самом деле, температура SHP может даже продолжать повышаться в течение короткого времени после начала охлаждения. Чтобы рассчитать общее влияние нагрева на разрушение микроорганизмов, важно знать, как изменяется значение D при изменении температуры.
Значение z определяется как количество градусов, необходимое для десятикратного изменения значения D. Считается, что значение z для C. botulinum равно 10 °C. Следовательно, если значение D равно 0,23 минуты при 121,1 °C, то при 111,1 °C оно составит 2,3 минуты, или 0,023 минуты при 131,1 °C. Общий стерилизующий эффект термообработки определяется численно параметром, известным как число Fo.
По общему правилу, воздействие температуры 121,1 °C в течение одной минуты соответствует значению Fo, равному единице. Можно рассчитать эквивалентный летальный эффект от всех температур, испытываемых в SHP, используя еще один параметр, известный как коэффициент летальности, L. По сути, коэффициент летальности пропорционален величине, обратной значению D. С повышением температуры смертельный исход также возрастает в геометрической прогрессии. Смертельный исход обеспечивает относительный убойный эффект при L = 1 при температуре 121,1 °C.
Оценка теплового процесса
Для продуктов с низким содержанием кислотности, где рН > 4,5, как в случае с рыбными консервами, принято, что минимальное значение рН должно быть равно 3. Эта цифра, равная 3, соответствует двенадцати десятичным сокращениям для спор C. botulinum. На практике целевые значения Fo выше, чтобы обеспечить дополнительный уровень безопасности пищевых продуктов, и в некоторых случаях могут устанавливаться организацией розничной торговли.
Обычно используются значения Fo в диапазоне 6-8. Как указывалось выше, существует вероятность того, что температура на SHP будет продолжать повышаться на начальных этапах охлаждения, увеличивая общую достигнутую температуру. Однако некоторые организации розничной торговли устанавливают минимальное значение Fo на этапе стерилизации в процессе термообработки. Факторы, влияющие на величину Fo, достигаемую в процессе обработки, включают размер и форму банки, начальную температуру продукта, способ упаковки продукта в банку, упаковку банок в ретортном ящике и температуру в реторте.
При оценке термического процесса важно, чтобы все соответствующие факторы были полностью определены. При практической оценке термического процесса датчик температуры помещается внутрь банки в точке SHP, и температура регистрируется через определенные промежутки времени (обычно с минутными интервалами). Из таблиц можно получить показатели смертности, соответствующие каждой отдельной температуре. Их можно суммировать для получения результирующего значения Fo. Для экспериментального определения значений Fo имеется в наличии коммерческое оборудование различной стоимости и сложности.
В качестве устройств для измерения температуры обычно используются медные термопары Constantan типа T или более сложные регистраторы данных. Такое оборудование автоматически вычисляет значение Fo и обеспечивает постоянную запись (на бумажном носителе и/или на компьютере) результатов эксперимента. Также важно, чтобы такая экспериментальная работа проводилась кем-то компетентным, кто полностью понимает последствия такой работы.
Для консервной компании было бы нормальным назначить менеджера по термическим процессам, который несет основную ответственность за вопросы, связанные с определением и применением термических процессов, используемых на предприятии. Существуют также организации-консультанты, способные оказать компаниям помощь на месте в определении их термических процессов. Поначалу такая помощь может быть дорогостоящей, но поскольку она требуется относительно редко, это может оказаться дешевле, чем инвестиции в оборудование.
Метод трапецевидного интеграла
Метод трапециевидного интегрирования обеспечивает относительно недорогую практическую возможность определения летального исхода термического процесса. Термопара расположена на узле SHP внутри банки, и температура регистрируется через стандартные промежутки времени. Значение Fo рассчитывается путем суммирования всех значений L, соответствующих каждой из зарегистрированных температур, и умножения на стандартный интервал времени между измерениями.
Необходимо, чтобы при суммировании показателей летальности первое и конечное значения были уменьшены вдвое. Это связано с тем, что эти два значения усредняются по показаниям, полученным в нулевой момент времени и в конце цикла термообработки.Трапециевидный метод также позволяет просто рассчитать вклад в общую летальность процесса как стадий нагрева, так и охлаждения, всего цикла реторты.
В статье представлен рабочий пример, в котором температура в SHP внутри банки регистрировалась с пятиминутными интервалами в течение процесса в течение 60 минут при температуре 121,1 °C. Общее значение Fo процесса определяется путем умножения суммарных значений L, равных 2,925, на временной интервал в пять минут, чтобы получить конечное значение Fo, равное 14,6 минутам. Чтобы рассчитать Fo только для фазы нагрева, сумма значений L за 25 и 60 минут (0 и 0,776) уменьшается вдвое, и это значение (0,388) прибавляется к сумме значений L за период с 30 по 55 минуту. Это дает 1,730, что при умножении на 5 дает коэффициент летальности, равный 8,6, для летальности, достигнутой до начала охлаждения.