Модельная пищевая система, состоящая из томатной основы, использовалась для изучения влияния геометрии упаковки на показатели качества пищевых продуктов после автоклавирования. Полужесткие пластиковые лотки треугольной, прямоугольной, овальной и круглой формы были заполнены 12 унциями модельной системы и обработаны в автоматизированной ретортной системе периодического действия (ABRS) со скоростью вращения 6 и 11 об/мин. Затем необработанный контрольный продукт сравнивали с обработанным продуктом каждой геометрии с изученными характеристиками, включая: цвет (значения лабораторной лаборатории), содержание аскорбиновой кислоты, содержание ликопина, содержание гексаналя и концентрацию гидроксиметилфурфурола (ГМФ). При 6 об/мин среднее изменение АК по сравнению с контролем было выше (P<0,05) в треугольном лотке по сравнению с овальным и прямоугольным лотком, в то время как у круглого лотка изменение было выше, чем у овального (P<0,05). При 11 об/мин круглые и овальные лотки демонстрировали большее (P<0,05) среднее изменение АК по сравнению с контролем, чем прямоугольные или треугольные лотки.
При сравнении скоростей вращения не было разницы (P>0,05) между 6 и 11 об/мин для круглых или прямоугольных лотков, тогда как при 6 об/мин треугольный лоток имел большее (P<0,05) изменение, чем 11 об/мин. Изменение содержания ликопина при скорости 6 об/мин было незначительным. При 11 об/мин более высокое среднее изменение содержания ликопина наблюдалось в овальных и круглых лотках (P<0,05). Среднее изменение содержания гексаналя по сравнению с контролем при скорости 6 об/мин было выше в прямоугольных лотках, чем в овальных лотках (P<0,05), тогда как разницы между треугольными и круглыми лотками не было (P>0,05). При 11 об/мин как треугольные, так и круглые лотки демонстрировали более высокое (P<0,05) среднее содержание гексаналя по сравнению с контролем, чем овальный лоток. Прямоугольный лоток не отличался (P>0,05) от других форм. Измерения HMF при 6 об/мин показали отсутствие разницы (P>0,05) между контрольными и составными образцами. При 11 об/мин все образцы композитов показали более высокое среднее поглощение HMF (P<0,05), чем контрольные образцы, при этом средние значения поглощения для композитов прямоугольных и треугольных капп были выше (P<0,05), чем для круглых и овальных капп.
При скорости 6 об/мин среднее изменение значения L по сравнению с контролем отличалось (P<0,05) для овальных и круглых лотков по сравнению с прямоугольными и треугольными лотками. Прямоугольные и треугольные лотки имели более высокое среднее изменение (P<0,05) значений L. При более высокой скорости вращения (11 об/мин) круглый лоток демонстрировал значительно большее (P<0,05) изменение среднего значения L по сравнению с контролем по сравнению с треугольной и прямоугольной формой. Изменение среднего значения L овальной формы было незначительным (P>0,05) по сравнению с лотками других форм. Что касается измерений Боствика, то контрольные образцы имели более высокое (P<0,05) среднее значение измерения Боствика, чем тестовый композит при скорости 6 об/мин. При работе со скоростью 11 об/мин как круглые, так и треугольные лотки не показали различий (P>0,05) между контрольными и составными образцами. Как прямоугольные, так и овальные лотки показали более высокий (P<0,05) средний показатель Боствика в контрольных образцах, чем тестируемые композиты при 11 об/мин.
Введение
В условиях заметного увеличения спроса на высококачественные готовые пищевые продукты потребительский спрос стимулирует новые, инновационные изменения в продуктах длительного хранения, подвергнутых автоклавированию. Эти изменения привели к изменениям в конструкции ретортного процесса, самих ретортных емкостях и типах упаковки, используемой для ретортированных пищевых продуктов (Jang and Lee, 2012; Cho et al., 2015). В Соединенных Штатах увеличение разнообразия упаковки пищевых продуктов, подвергаемых автоклавированию, было продемонстрировано в виде пластиковых контейнеров, пригодных для автоклавирования, пакетов для автоклавирования и картонных коробок, пригодных для автоклавирования. Вездесущий металл по-прежнему прочно удерживает отрасль благодаря существующей инфраструктуре и скорости производственных линий. Доступно все больше альтернативных форматов, которые обладают уникальными характеристиками, например, возможностью использования пластиковых контейнеров в микроволновой печи (Ramaswamy and Grabowski, 1996). Термическая обработка является важным методом консервации пищевых продуктов, продлевающим срок годности и безопасность продуктов, и на протяжении многих лет этому вопросу уделяется большое внимание в пищевой промышленности. С тех пор, как Бигелоу и Болл разработали первую научную методологию расчета минимально безопасной обработки, произошло множество событий (Awuah et al, 2007).
Коммерческая стерильность определяется в 21 CFR, часть 113.3, как «состояние, достигаемое путем применения тепла, которое делает пищевой продукт свободным от микроорганизмов, способных к размножению в пищевых продуктах при нормальных условиях хранения и распределения без охлаждения, а также от жизнеспособных микроорганизмов (включая споры), имеющие значение для общественного здравоохранения, или путем контроля активности воды и применения тепла, которое освобождает пищевые продукты от микроорганизмов, способных к размножению в пищевых продуктах при нормальных условиях хранения и распределения без охлаждения» (21 CFR 113.3). Операции термической обработки могут вызвать изменения в пищевых и сенсорных свойствах ретортированных пищевых продуктов. Значительные исследования и разработки были сосредоточены на методах обработки пищевых продуктов, которые могут потенциально снизить воздействие термического повреждения пищевых продуктов.
Дизайн упаковки был основной областью. исследование снижения воздействия термической обработки. В литературе можно найти несколько исследований по взаимодействию геометрии упаковки и ретортной обработки. Али и др. (2005) показали улучшенную текстуру масляных сардин, обработанных в ретортных пакетах, по сравнению с обработанными в металлических банках. По мнению авторов, текстура является наиболее важным атрибутом потребительского качества рыбы, поэтому результаты могут оказаться очень важными, если их применить соответствующим образом. Было также показано, что креветка курума, разновидность продукта карри, часто встречающаяся в Индии, также выигрывает от геометрии упаковки во время термической обработки. Мохан и др. (2006) изучили равные количества продуктов, упакованных в металлические банки и ретортные пакеты, и обнаружили, что продукты в пакетиках имеют значительно более светлый цвет и более желательную твердость. Предполагалось, что это произошло из-за сокращения времени процесса примерно на 35 процентов.
Рамасвами и Грабовски (1999) изучали влияние типа и формы упаковочного контейнера на профиль нагрева лосося. Авторы нарезали лосося соломкой и вместе с томатным соусом упаковали продукт в цилиндрические металлические банки и полужесткие прямоугольные пластиковые лотки. Использовали банку размером 401 х 211 с внутренним объемом 310 мл и прямоугольные лотки размером 5,12 х 3,74 х 1,06 дюйма с переливной емкостью 325 мл. Термопары были помещены в полоску лосося для обоих типов контейнеров, при этом частицы рыбы удерживались примерно в центре каждого типа упаковки. Для обработки обоих типов упаковки использовались водопогружаемая реторта и паровоздушная реторта с добавлением избыточного давления для обеспечения целостности пластиковых лотков во время обработки.
Авторы пришли к выводу, что геометрия упаковки вызвала изменение градиента температуры внутри упаковки во время автоклавирования. Это привело к значительному различию температурных профилей для пластикового лотка и металлической банки, при этом пластиковый лоток нагревался быстрее. Эти различия были результатом различий в глубине упаковки, пришли к выводу авторы: пластиковый лоток имел значительно меньшую глубину и, следовательно, меньшее расстояние для передачи тепла. Хотя эти примеры исследований демонстрируют некоторые предыдущие работы по влиянию геометрии упаковки на ретортные пищевые продукты, в литературе недостаточно исследований о том, как изменения геометрии в упаковках аналогичной конструкции с одинаковыми объемами могут повлиять на общее качество за счет изменения проникновения тепла во время термической обработки. Это исследование будет сосредоточено на аналитическом и физическом исследовании пищевых продуктов, упакованных и обработанных в лотках разной геометрии, чтобы понять различия в качественных показателях после обработки.
Обсуждение и выводы
Согласно предыдущим исследованиям по проникновению тепла, RT и летальность были указаны при 215°F и F=10 соответственно. При этих условиях процесса и скорости вращения 6 об/мин треугольный лоток нагревался в геометрическом центре медленнее всего, в среднем за 23:24 минуты, чтобы достичь желаемой летальности. Это было длиннее (P<0,05), чем прямоугольный или круглый лоток, — 18:48 минут и 18:24 минут соответственно. Овальная ванночка не отличалась (P>0,05) от других лотков по времени достижения летальности. Площадь поверхности могла быть решающим фактором, поскольку треугольный лоток имел наименьшую площадь поверхности среди оцененных лотков (90,25 дюймов2), включая гибкую крышку, которая герметизирует лоток. Круглые лотки имели площадь поверхности 91,66 дюйма2, прямоугольные лотки имели площадь поверхности 92,93 дюйма2, а овальный лоток имел самую большую площадь поверхности среди протестированных форм — 94,85 дюйма2.
При скорости 11 об/мин, использовании той же температуры и летальности, что и при скорости 6 об/мин, не было разницы (P>0,05) в среднем времени до летальности для любой геометрии лотка. Овальные лотки достигли летальности в среднем за 16:24 минуты, тогда как треугольные, круглые и прямоугольные лотки достигли летальности через 15:00, 14:04 и 12:36 минут соответственно. При более высокой скорости вращения площадь поверхности лотка, по-видимому, не является фактором нагрева, скорее всего, из-за повышенного внутреннего перемешивания, наблюдаемого из-за более высокой скорости вращения. Исследования содержания АК в томатах, подвергшихся термической обработке, показывают значительное снижение содержания витамина С, напрямую связанное со временем и температурой обработки (Arrigoni and De Tullio, 2002). Этот результат согласуется с другими данными, касающимися скорости термического разрушения витамина С.
Фактически, одним из наиболее важных химических свойств витамина С является его отсутствие стабильности, что делает его одним из наиболее уязвимых витаминов и индикатором общей стабильности витамина в организме. продукт (Аль-Баали и Фарид, 2006). Окисление и диссоциация водорода могут превращать L-AA в L-дегидроаскорбиновую кислоту (DHAA) (Damodaran et al., 2008). L-AA и DHAA являются биологически активными формами витамина С, часто связанными с белковыми структурами в натуральных продуктах (Al-Baali and Farid, 2006). Аскорбиновая кислота очень подвержена окислению, а нагревание и свет ускоряют окисление. Потеря другого электрона создает DHAA. DHAA является нестабильной молекулой из-за ее склонности к гидролизу, который, в свою очередь, образует 2,3-дикетофулоновую кислоту. Этот гидролиз DHAA ответственен за потерю функциональности витамина С (Dewanto et al, 2002; Damodaran et al., 2008). Хотя ожидалось снижение содержания АК, геометрия упаковки сыграла значительную роль в потерях АК, возможно, из-за изменений внутреннего градиента нагрева или различий в площади поверхности. При более низкой скорости вращения (6 об/мин) в треугольном лотке наблюдалось большее (P<0,05) среднее изменение АА по сравнению с контролем, чем в овальном или прямоугольном лотке.
Кроме того, круглый лоток демонстрировал большее (P<0,05) среднее изменение по сравнению с контролем, чем овальный лоток. Это указывает на то, что скорость нагрева, внутренние градиенты температуры и, возможно, площадь поверхности способствовали изменению содержания АК. В треугольном лотке наблюдались наибольшие изменения (потери), что можно объяснить перегревом в углах лотка, тогда как зона самого медленного нагрева (ЗЗ) не доводила до полной температуры. В круглом лотке также наблюдалось значительное изменение (P<0,05) среднего содержания АК по сравнению с контролем, хотя и с меньшей скоростью, чем в треугольном лотке. Это отражает влияние геометрии, поскольку продукт в круглом лотке имел самое быстрое общее время обработки при скорости 6 об/мин, что может указывать на то, что модель продукта, упакованная внутри этой формы, может быть более восприимчива к возможной переработке из-за воздействия геометрии. При 11 об/мин как для овальной, так и для круглой формы наблюдалось увеличение (P<0,05) среднего изменения AA по сравнению с контролем, однако только изменение AA в овальном лотке было значительно выше (P<0,05) при 11 об/мин по сравнению с 6 об/мин.
Эти данные также указывают на влияние геометрии на общую скорость нагрева из-за повышенного перемешивания. Разница (увеличение) в изменении AA, наблюдаемая в овальном и круглом лотках, обработанных со скоростью 11 об/мин, показывает, что температурный градиент внутри модельной системы уменьшался быстрее, чем градиенты в прямоугольном или треугольном лотке, что дает этим лоткам меньшее относительное изменение. Ликопин подвергается разложению посредством изомеризации и окисления, что влияет не только на цветовые характеристики конечных продуктов, но и на пищевую ценность. Обычная обработка, такая как приготовление, заморозка или консервирование томатов, обычно не влияет на содержание ликопина. В исследованиях томатной мякоти, хотя значительная деградация общего ликопина происходила во время термической обработки от 130°C до 140°C, примерно 75 процентов общего содержания ликопина все еще присутствовало после 30-минутной обработки (Colle et al., 2010). Изомеризация ликопина из транс-изомерной конфигурации в цис-изомер связана с термической обработкой, а также с хранением продукта. Цис-изометрическая форма более нестабильна, чем транс-изомеры ликопина, находящиеся в стабильном основном состоянии (Shi and Le Maguer, 2000).
Благодаря этому цис-изомеры проявляют более высокую антиоксидантную способность, чем транс-изомеры ликопина (Colle et al., 2010). Среднее содержание ликопина существенно не отличалось (P>0,05) между любыми формами, протестированными при скорости 6 об/мин, тогда как при 11 об/мин прямоугольный лоток показал более высокое (P<0,05) среднее содержание ликопина, чем овальные и круглые лотки. Это указывает на то, что, хотя потеря ликопина наблюдалась при контроле для каждой геометрии независимо от скорости вращения, при более низкой скорости вращения (6 об/мин) влияние геометрии было незначительным. Однако при более высокой скорости вращения (11 об/мин) больше изменений наблюдалось в овальных и круглых лотках, что указывает на то, что системы моделирования пищевых продуктов в этих лотках, вероятно, раньше видели более равномерный и более высокий температурный градиент, тем самым вызывая деградацию из-за более высокого воздействия тепла раньше. в процессе. Данные для треугольных и прямоугольных лотков показывают меньшие изменения при 11 об/мин, чем для овальных или круглых лотков, что указывает на возможное геометрическое воздействие, связанное с неравномерным нагревом или большими температурными градиентами, что, возможно, приводит к перегреву внешних областей, в то время как SHZ не достиг минимальной температуры (следовательно, меньше общих изменений). Значения гексаналя, наблюдаемые как в контрольных, так и в тестовых образцах, были небольшими, при этом наблюдалось максимальное среднее значение 0,23 частей на миллион. При 6 об/мин прямоугольный лоток действительно показал более высокое (P<0,05) среднее содержание гексаналя, чем овальный лоток, однако разница составляла всего 0,07 частей на миллион.
Хотя этот уровень статистически значим, он может оказаться недостаточно большим, чтобы оказать влияние в средах более крупного производства. При 11 об/мин как треугольные, так и круглые лотки содержат значительно больше среднего гексаналя, чем овальные лотки, однако самая большая разница невелика, составляет 0,06 частей на миллион и, опять же, вряд ли будет иметь значение при крупномасштабном производстве. Неферментативное или потемнение Майяра (MB) представляет собой сложную серию реакций, состоящую из сети различных реакций, которые начинаются с взаимодействия между восстанавливающим сахаром, таким как глюкоза, и свободной аминогруппой аминокислоты или белка. . В результате серии реакций образуются различные вкусовые, ароматические и цветовые соединения, которые могут быть желательны или нежелательны в зависимости от типа пищи. При pH ниже 7 в реакции в основном образуется фурфурол, если участвуют пентозы, или HMF, если участвуют гексозы (Martins, et al., 2000).
При скорости 6 об/мин не наблюдалось существенной разницы в среднем поглощении HMF между контрольными и композитными образцами для всех форм. При 11 об/мин наблюдалось не только увеличение по сравнению с контролем, но и дифференциация между геометрией лотков прямоугольной и треугольной формы, показывающая более высокий (P<0,05) ответ на поглощение HMF. Возможный неравномерный нагрев в углах треугольника и прямоугольника может быть потенциальной причиной повышенного отклика HMF. Более обширное MB, вероятно, было предотвращено из-за высокой активности воды в модельной системе. Цвет является важной характеристикой всех пищевых продуктов и визуально влияет на потребителя относительно свежести продукта, уровня качества и общего соответствия ожиданиям покупателей.
Для томатов и продуктов на их основе цвет особенно важен, поскольку насыщенный красный цвет указывает на свежесть и спелость и может повлиять на потребительскую приемлемость (Barreiro et al., 1997). Для зарегистрированных значений L при скорости 6 об/мин и прямоугольные, и треугольные лотки показали большее (P<0,05) среднее изменение значения L по сравнению с контролем, чем лотки других форм. Испытанные образцы состоят из композита из каждого лотка. Вполне вероятно, что, поскольку каждое измерение проводилось для составной смеси каждого лотка, неравномерный нагрев по отношению к перегреву углов (из-за нескольких поверхностей, находящихся в непосредственном контакте с технологической средой) повлиял на цвет образцов. Однако при 11 об/мин у круглых лотков было более высокое (P<0,05) изменение среднего значения L по сравнению с контролем, чем у треугольных или прямоугольных лотков.
Это может указывать на то, что при более высокой скорости вращения температурные градиенты в круглом лотке уменьшались быстрее, чем в лотках других форм, что позволяло изменить цвет в большей степени. При скорости 6 об/мин среднее изменение значения «а» по сравнению с контролем было выше (P<0,05) как для прямоугольных, так и для треугольных лотков, что указывает на «покраснение» образцов этих форм. Треугольная форма имела значительно более высокое изменение среднего значения «b» по сравнению с контролем, чем овальная или круглая форма лотка, что указывает на пожелтение образцов. Прямоугольный поднос существенно не отличался. Градиенты температуры, вызванные геометрией, могут объяснить изменения цвета, наблюдаемые при скорости 6 об/мин, при этом более сильный и неравномерный нагрев происходит в прямоугольных и треугольных формах. При 11 об/мин среднее изменение значения «а» по сравнению с контролем было выше (P<0,05) для треугольных и круглых лотков. У круглых, овальных и треугольных лотков среднее изменение значения «b» было выше (P<0,05), чем у прямоугольного лотка, что указывает на то, что образцы стали более желтыми.
Данные при 11 об/мин для значений «a» и «b», по-видимому, демонстрируют два разных эффекта нагрева. В треугольном и прямоугольном лотке возможный неравномерный нагрев (углы относительно центра) может привести к изменению цвета. В круглом лотке более равномерный температурный градиент может привести к более быстрому достижению требований по летальности и к возможности чрезмерной обработки, что может привести к изменению цвета. Измерения Боствика уменьшились для тестируемых композитов по сравнению с контролем для каждой формы при обработке со скоростью 6 об/мин, что указывает на увеличение консистенции модельного продукта, возможно, из-за взаимодействия крахмала с компонентом томатной пасты. При 11 об/мин как прямоугольный, так и овальный контрольный образец имели более высокие (P<0,05) результаты измерения Боствика при тестировании композитов для каждой каппы, что указывает на увеличение консистенции при 11 об/мин в этих формах.
Эти данные указывают на влияние повышенной скорости вращения на перемешивание внутри каждой формы. Треугольный лоток, вероятно, нагревался неравномерно, что могло снизить вероятность утолщения модельной системы. Также возможно, что круглая форма лотка с его однородной внутренней формой могла повлиять на эффект перемешивания внутри лотка при скорости 11 об/мин. Учитывая другие аналитические результаты, можно было бы ожидать более равномерного градиента нагрева в круглой тарелке. Экспериментальные вариации вызывали беспокойство при планировании данного исследования. Одним из очевидных источников различий в этом эксперименте являются внутренние различия в партиях томатной пасты, используемых для каждого цикла обработки. В рамках серий для создания модельной системы использовалась паста из партии того же года выпуска. Из-за характера обработки и упаковки пищевых продуктов, а также продолжительности хранения от упаковки до использования, вероятно, существуют различия в пасте, которые могут повлиять на модельные системы.
Переход от контроля является основным направлением в этом исследовании, поскольку большинство циклов обработки производилось партиями с контролем и одной-двумя переменными одновременно. Сравнить абсолютные изменения в формах лотков было невозможно, поскольку каждая форма могла иметь немного отличающуюся отправную точку для контроля из-за вышеупомянутых различий в партиях. Кроме того, поскольку в модельную систему добавлялось дополнительное количество аскорбиновой кислоты, смешивание и заполнение могли привести к небольшому изменению содержания аскорбиновой кислоты от партии к партии. Повторное тестирование использовалось, чтобы помочь устранить некоторую естественную изменчивость, наблюдаемую в продукте модельной системы. Таким образом, данные, полученные в этом исследовании, не дают четкого вывода о том, какая форма лотка лучше всего подходит для обработки в общих чертах. При скорости вращения 6 об/мин круглые и прямоугольные лотки обеспечивали самое быстрое время (P<0,05) до летальности, в то время как круглый лоток имел меньшее изменение гексаналя (P<0,05) и меньшее изменение цвета (P<0,05), чем другие. формы проверены. Между тем, треугольный лоток показал самое длительное время обработки до летальности (P<0,05), самое большое изменение (потеря) AA (P<0,05), большое изменение значений L и «a» (P<0,05) и самое высокое изменение (P<0,05) значения «b». Эти результаты позволяют предположить, что внутри модельной системы существовал температурный градиент, при этом треугольный поднос достигал равновесия медленнее, чем другие формы.
Однако при 11 об/мин не было разницы (P>0,05) во времени нагрева до достижения минимальной летальности, что указывает на то, что увеличение скорости вращения сводит на нет геометрические эффекты, наблюдаемые при 6 об/мин. Кроме того, более высокая скорость вращения или повышенное перемешивание приводили к тому, что в овальных и круглых лотках наблюдалось более высокое (P<0,05) изменение AA (потери), чем в лотках других форм. Кроме того, для круглого лотка также наблюдалось более высокое изменение (P<0,05) значения L. Однако HMF был выше (P<0,05) в треугольных и прямоугольных лотках, чем в лотках других форм. Эти данные, вероятно, указывают на то, что в прямоугольных и треугольных лотках существовал температурный градиент из-за неравномерного нагрева, вызванного формой, что приводит к перегреву частей этих лотков. Опять же, при повышенном перемешивании модельная система не показала разницы (P>0,05) во времени нагревания (до летальности) в зависимости от формы лотка. При более низкой скорости перемешивания (скорости вращения) круглые и прямоугольные лотки показали самое быстрое время нагрева (P<0,05) по сравнению с треугольным лотком.