Технология переработки пищевых продуктов развивалась веками, позволяя сохранять продукты в течение длительного периода времени вдали от места их первоначального производства. Технологии переработки, связанные с консервированием, способствовали превращению во многих случаях несъедобного сырья в большое количество безопасных пищевых продуктов, удовлетворяющих разнообразным требованиям потребителей. Поскольку вопросы охраны окружающей среды и питания становятся все более актуальными для защиты ресурсов планеты и здоровья ее обитателей, сырье должно подвергаться бережной обработке на устойчивой основе.
Превращение и сохранение несъедобного сырья во вкусную и удобную пищу требует энергии и воды и создает побочные эффекты, поэтому очень важно, чтобы технологии, процессы и стратегии производства выбирались с учетом минимального использования энергии, воды и отходов производства при сохранении или даже повышении качества пищевых продуктов, например, сенсорные характеристики и питательная ценность. Щадящие технологии обработки включают в себя методы, которые оказывают минимальное влияние на качество пищевых продуктов, т.е. минимальное снижение пищевой или функциональной ценности и углеродный след. Для описания бережной обработки также использовались другие термины, такие как минимальная и тщательная обработка.
Минимальная обработка широко используется в литературе, и впервые о ней было сообщено в 90-х годах (Ohlsson (1994)). Это требование необходимо для поддержания достаточного уровня безопасности пищевых продуктов в целях защиты здоровья потребителей. Таким образом, новые технологии считаются конкурентоспособными по сравнению с существующими только в том случае, если они могут обеспечить уничтожение патогенных бактерий, содержащихся в пищевых продуктах, таких как листерии, сальмонеллы и кишечная палочка, а также инактивацию ферментов и микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов во время хранения, что отрицательно сказывается на качестве пищевых продуктов. Кроме того, для достижения успеха новые технологии должны преодолевать ограничения, связанные с затратами и надежностью (Ольссон, 2002).
Традиционные технологии переработки, которые, среди прочего, включают пастеризацию, стерилизацию, сушку и выпаривание, являются общепринятой практикой. Однако термический процесс, необходимый для обеспечения безопасности, может привести к разрушению термочувствительных соединений, которые влияют на вкусовые качества и питательную ценность продукта. Микроволновые (МВТ) и радиочастотные (РЧ) технологии являются примерами так называемой усовершенствованной термической обработки, которые стали потенциально более щадящей альтернативой традиционной термической обработке, поскольку тепло может быстро передаваться продукту. Кроме того, в течение ряда лет развивается группа нетепловых технологий, которые характеризуются отсутствием нагрева в качестве основного способа инактивации микроорганизмов.
Несмотря на то, что нетермические технологии могут быть обработаны с помощью нагрева для повышения эффективности инактивации микроорганизмов или получения тепла в определенной степени, они применяются при более низких температурах и/или более коротком времени обработки, чем обычные термические процессы. К этой группе технологий относятся, в частности, ультразвук (УЗИ), высокое гидростатическое давление (HHP) и импульсные электрические поля (PEF), которые могут инактивировать микроорганизмы при температурах, близких к температуре окружающей среды, тем самым предотвращая термическую деструкцию компонентов пищевых продуктов и, следовательно, сохраняя их вкусовые и питательные качества. ‘продукты питания, похожие на свежие.
Помимо использования для консервации, большинство из этих технологий нового поколения обладают особыми преимуществами, которые могут быть использованы для производства новых, инновационных продуктов с индивидуальными свойствами. Универсальность новых технологий также позволяет создавать высокоспециализированные производственные линии. Кроме того, большинство из этих технологий имеют более короткое время обработки и могут быть основаны на возобновляемых источниках электроэнергии, что имеет очевидные преимущества с точки зрения сокращения выбросов углекислого газа.
Некоторые из этих технологий обработки уже применяются в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности, например, для дезинфекции и стерилизации поверхностей или в сочетании с традиционными технологическими установками. Новые технологии используются в большинстве отраслей пищевой промышленности, включая мясную, молочную, свежую продукцию (включая фрукты и овощи), напитки, морепродукты, и дополняют производство как готовых, так и не готовых к употреблению продуктов (Jermann et al., 2015). Цель данного отчета — обобщить последние знания о технологиях бережного консервирования, включая термические и нетермические технологии, основанные на текущей деятельности компании KU FOOD. Основное внимание уделяется технологиям, которые могут инактивировать микроорганизмы, таким образом, охлаждение, замораживание, сушка и модифицированная атмосфера, которые сохраняют пищевые продукты, препятствуя росту микроорганизмов, не были описаны.
Термические технологии
Консервирование пищевых продуктов с использованием термической обработки — это хорошо зарекомендовавшая себя технология, позволяющая уменьшить или полностью уничтожить микробную флору, присутствующую в пищевых продуктах. Более щадящие подходы к консервированию пищевых продуктов изучались в течение длительного времени, поскольку термическая обработка не только полезна, но и приводит к нежелательному ухудшению качества продукта под воздействием тепла. Необходимы только щадящие методы консервирования, при условии, что качество сырья остается относительно высоким (это означает, что оно свежее, не загрязненное), а качество «свежего» продукта легче поддерживать с момента производства и по всей цепочке поставок до достижения потребителя.
Однако в некоторых случаях требуется более тщательная термическая обработка. Выбор способа термической обработки зависит от свойств продукта и последующих условий, в которых продукт предполагается хранить, например, в холодильнике, замороженном виде, при температуре окружающей среды и т.д. Далее будут рассмотрены традиционные термические методы обработки при кратковременной высокой температуре (HTST), длительном сроке хранения (ESL) и сверхвысокой температуре (UHT). Оптимальная стабильность при хранении также зависит от выбора подходящей технологии розлива и упаковки, асептическая фасовка и консервирование/обработка в ретортах будут рассмотрены далее в этом разделе.
Высокотемпературная кратковременная пастеризация (HTST)
Термическая обработка уже много лет является общепринятым методом консервирования, и по этой причине использование тепла на протяжении многих лет постоянно совершенствовалось и строго регламентировалось. Высокотемпературная кратковременная пастеризация (HTST), являющаяся наиболее распространенным методом пастеризации, особенно для жидких пищевых продуктов, пока не имеет аналогов в других технологиях с точки зрения эксплуатационных затрат и энергоэффективности. Обработка HTST может быть периодической или непрерывной и использует технологию регенерации энергии.
Обработка HTST обычно проводится в пластинчатых, трубчатых или скребковых поверхностных теплообменниках, в которых продукт и нагревающие потоки отделены друг от друга стенкой теплообменника. Теплопередача происходит при различных условиях обработки, в зависимости от характеристик продукта и желаемой степени микробиологической и ферментативной инактивации. Теплообменники широко используются для HTST и известны своей очень высокой производительностью (50 000 л/ч), высокой эффективностью регенерации (>95%), а время работы между очистками может достигать 20 часов (Lewis, 2010). Пластинчатые теплообменники предназначены только для продуктов с относительно низкой вязкостью, поскольку теплопередача происходит по площади слоев тонких пластин из нержавеющей стали.
Поступающий необработанный продукт может быть предварительно нагрет более теплым исходящим продуктом, прошедшим обработку, и для достижения температуры пастеризации используется горячая вода или пар. При приготовлении HTST необходим строгий контроль времени и температуры, начиная с минимального сочетания температуры и времени, равного 72°C, в течение 15 секунд, чтобы сделать его безопасным для употребления в соответствии с законодательством о пищевых продуктах. Высокие температуры, используемые для приготовления ТМЦ, могут увеличить риск загрязнения и привести к появлению неприятных привкусов. Поэтому время, температуру и расход следует подбирать в соответствии с характеристиками продукта, такими как вязкость, содержание жира, белка и т.д. Если избежать чрезмерной обработки, качество термопастеризованных продуктов будет соответствовать потребительским требованиям и заметно не ухудшится. Кроме того, продукты будут хорошо сохраняться при хранении при условии предотвращения загрязнения после пастеризации и постоянного соблюдения условий хранения при низких температурах (Lewis, 2010).
Поскольку пастеризацию таких продуктов, как молоко и соки, обычно проводят при температуре 72°C в течение 15 с и выше (с использованием более высоких температур и/или более длительного времени обработки), при обработке уничтожаются вегетативные клетки, но не термофильные споры. Таким образом, HTST подходит для продуктов, которые требуют лишь кратковременного хранения, и, кроме того, он зависит от дополнительных факторов сохранения, таких как хранение в холодильнике или низкий уровень pH продукта.
Термическая обработка всегда оказывает определенное влияние на качество продукта. Изменения в первую очередь обусловлены продолжительностью выдержки, поэтому минимальное время выдержки является наилучшей практикой для снижения изменений качества (Ohlsson, 1980). Это особенно сложно при обработке продуктов с высокой вязкостью, и для этого требуется тщательный контроль условий обработки, поскольку небольшие изменения в соотношении температуры и времени могут привести к повреждению продукта. После термической обработки наблюдается потеря витаминов и других микроэлементов, и, следовательно, это можно компенсировать добавлением потерянных микроэлементов в конечный продукт.
Образование отложений на стенках теплообменника, которые передают тепло и находятся в непосредственном контакте с продуктом, не влияет отрицательно на качество при накоплении пригоревших белковых и жировых компонентов, но, кроме того, снижает скорость теплопередачи и увеличивает время очистки оборудования, тем самым увеличивая стоимость эксплуатации. Наконец, загрязнение может способствовать образованию биопленок и, таким образом, увеличивать риск микробного загрязнения обработанных продуктов.
Теплообменники особенно широко используются в производстве напитков и молочных продуктов для пастеризации фруктовых соков, молока, молочных и растительных продуктов для распределения и хранения в холодильнике.
ESL (увеличенный срок годности)
Срок годности — это время хранения, в течение которого продукт все еще безопасен для употребления и сохраняет качество, соответствующее требованиям потребителя. Это означает, что продукт, устойчивый к хранению, является микробиологически безопасным и обеспечивает качество продукта с точки зрения сенсорных характеристик (например, внешнего вида/цвета, запаха, текстуры/ощущения во рту и аромата), которое соответствует ожиданиям потребителя, если он хранился соответствующим образом. Обработка ESL позволяет получать продукты хорошего качества с увеличенным сроком годности по сравнению с продуктами HTST.
ESL не является стандартизированной обработкой, но обычно представляет собой термическую обработку в сочетании с другими технологиями, также известными как барьерные, для достижения инактивации микроорганизмов и увеличения срока хранения. Возможные препятствия для интеграции в ESL включают бактофугирование, высокотемпературную термообработку и микрофильтрацию, но также нетепловые технологии, о которых будет рассказано позже, могут быть использованы для так называемой барьерной технологии.
Интенсивность термической обработки ESL варьируется в зависимости от условий пастеризации и стерилизации и может увеличить срок хранения продуктов ESL на 30-60 дней. Поскольку пастеризованные продукты имеют относительно меньший срок хранения, что менее удобно для потребителей и может привести к образованию пищевых отходов, ESL стал альтернативным методом обработки, позволяющим увеличить срок хранения по сравнению с традиционной пастеризацией при меньшем ухудшении качества по сравнению с более интенсивными процедурами стерилизации. Типичная термическая обработка жидких пищевых продуктов ESL проводится в периодическом режиме при температуре 90°C в течение 10 минут или, как вариант, в непрерывном режиме при температуре 125-138°C в течение 2-4 секунд. Обработка ESL обычно сочетается с асептическим розливом и хранением в холодильнике (Tetra Pak, 2015).
Обычная обработка ESL при температуре 90℃ в течение 10 минут разрушает вегетативные клетки и споры психротрофных бактерий. По сравнению с пастеризацией, при более высокой температуре сокращается продолжительность цикла, но поскольку этот процесс не устраняет все группы бактерий, продукты, обработанные ESL, следует хранить в холодильнике. Нитрит натрия добавляют в морепродукты и мясные продукты для борьбы с ростом психротрофных клостридий, в том числе непротеолитических С. ботулизм, но использования добавок можно избежать, применяя обработку ESL в сочетании с сохранением холодовой цепи после обработки продукта.
Воздействие ESL на пищевые продукты сравнимо с воздействием HTST и других коммерческих/традиционных термических обработок, но с несколько более высокой тепловой нагрузкой, которая для некоторых продуктов может изменить их вкусовые качества. Увеличение срока хранения пищевых продуктов выгодно как с экономической, так и с экологической точек зрения. ESL имеет коммерческое значение, особенно в отношении молока (ESL и ультрапастеризованного), а также напитков, таких как фруктовые и овощные соки. Первое, также известное как ультрапастеризованное молоко (UP), при хранении в холодильнике имеет срок годности от нескольких до 28 дней и более. В отличие от ультрапастеризованного молока, срок годности которого может достигать примерно шести месяцев, свежесть продукта лучше сохраняется в сухом молоке, срок годности которого более чем в четыре раза превышает срок годности пастеризованного молока.
