Глава 7. Хранение и консервирование продовольственных товаров

Хранение – это этап обращения товара, который должен проходить в условиях, обеспечивающих минимальное изменение его количества и качества. Разумеется, хранение составляет одну из важнейших проблем товароведения.

Хранение пищевых запасов является нецелесообразным, но вынужденным пребыванием продуктов питания в сфере обращения.

Создание товарных запасов обусловлено необходимостью осуществления непрерывности процесса воспроизводства, постоянного обеспечения людей необходимыми продуктами питания и образования резервов.

Объем и структура производства товаров определяют собой размер и структуру товарных запасов. В то же время объем товарных запасов и его ассортиментная структура должны находиться в соответствии с объемом и структурой покупательского спроса. Важно, чтобы размеры товарных запасов соответствовали уровню среднего спроса, обусловленному потребностями общества.

Планирование и правильное нормирование товарных запасов обеспечивают бесперебойное снабжение потребителей, предотвращают образование излишних, сверхнормативных запасов продовольственных товаров, а так же способствуют ускорению их оборачиваемости.

Вопрос хранения приобретает в настоящее время огромное экономическое значение, так как по подсчетам многих специалистов, потери сельскохозяйственных продуктов в процессе их уборки, перевозки и хранения в нашей стране достигают 30-40 % от валового сбора урожая.

В зависимости от сохраняемости все продовольственные товары делят на скоропортящиеся и пригодные для длительного хранения.

Скоропортящиеся товары отличаются высоким содержанием воды. Длительное хранение их возможно только с применением каких-либо способов консервирования. К скоропортящимся товарам относят мясо, рыбу, молоко, яичные товары, многие виды плодов и овощей (ягоды, салатно-шпинатные овощи, косточковые и др.).

К товарам, пригодным для длительного хранения, относят те, которые содержат небольшое количество воды или были подвергнуты консервированию. Исключение составляют отдельные виды и сорта свежих картофеля, плодов и овощей, стойкость которых при хранении обусловлена их биологическими особенностями. К товарам, пригодным для длительного хранения, относят муку, крупу, макароны, сахар, сушеные фрукты и овощи, вина и ликеро-водочныее изделия, баночные консервы, яблоки, груши, капусту, картофель поздних сроков созревания и др.

Исходя из классификации, основанной на физиолого-биохимической активности пищевых продуктов, общие закономерности их перевозки и хранения можно представить следующим образом:

1. перевозка и хранение продуктов с физиолого-биохимической активностью первого порядка: убойные животные, живая рыба и другие водные животные. В данном случае необходимо соблюдение принципа эубиоза, который заключается в рациональном содержании живых организмов. Для этого необходимо создание условий, обеспечивающих преобладание процессов ассимиляции над процессами диссимиляции. В случае нарушения этих условий возможны ухудшения качества продуктов и их порчи, причем эти размеры будут увеличиваться в зависимости от степени преобладания процессов диссимиляции над процессами ассимиляции;

2. перевозка и хранение продуктов с физиолого-биохимической активностью второго порядка: свежие плоды и овощи, зерновые и др. Задачу хранения этих продуктов в общей форме можно свести к созданию таких условий, при которых необходимо добиться максимального снижения процессов диссимиляции с целью уровновешивания их с процессами ассимиляции на минимальном уровне протекания физиологических и биохимических процессов. Полное прекращение физиолого-биохимических процессов при перевозке и хранении продуктов этого порядка может привести к отмиранию клеток и тканей, что, в свою очередь, вызовет потерю продуктами естественных свойств сопротивляемости к различным заболеваниям. Наоборот, интенсивное течение процессов диссимиляции может привести к увеличению скорости расходования питательных веществ, находящихся в продуктах и, следовательно, к снижению качества и неоправданным потерям массы продукта при хранении;

3. к пищевым продуктам с физиолого-биохимической активностью третьего порядка относятся: мясо, рыба, яйца, мука, сыры, кисломолочные продукты, квашение и соление, жиры, масла и др. Эти продукты питания представляют собой конгломерат продуктов с различными физиолого-биохимическими свойствами, которые необходимо учитывать при определении оптимальных условий хранения. При хранении продуктов третьего порядка, для которых характерными являются биохимические процессы (свежее мясо. рыба, яйца и др.) должны быть созданы условия, исключающие развитие микробиологических процессов и одновременно способствующие направленному развитию биохимических процессов. Это позволяет не только сохранить и даже улучшить качество продуктов, но и увеличить сроки их хранения (созревание мяса, муки, сыров, вин, ферментация кофе, табака и др.). Оптимальные условия хранения продуктов третьей группы, для которых характерны химические изменения, должны обеспечивать устранение причин, вызывающих эти изменения, так как они отрицательно сказываются на качестве и сроках хранения этих продуктов. Этого можно достичь изоляцией продукта от кислорода воздуха, влаги, света, ионов металлов и других катализатор окисления; при этом необходимо создать такой температурный режим хранения, при котором скорость химических реакций, протекающих в этих продуктах, равнялась бы нулю или была доведена до минимума;

4. условия хранения пищевых продуктов с физиолого-биохимической активностью четвертого порядка, т.е. консервированных пищевых продуктов в герметической таре, отличаются от предыдущих тем, что из внешних факторов хранения на эти продукты непосредственно влияют только температура и свет (если продукт помещен в стеклянную тару). Условия хранения продуктов этой группы должны быть дифференцированы в зависимости от сырья и рецептуры их изготовления, применяемых методов консервирования и др. Очевидно, условия хранения пастеризованных и стерилизованных консервов будут различны. Следовательно, будут различны также условия и сроки хранения мясных, мясо-растительных. рыбных и растительных консервов с более или менее агрессивной средой по отношению к консервной таре. Таким образом, продукты этого порядка, хотя и являются продуктами с подавленной физиологической активностью и частично изолированы от внешней среды, также нуждаются в особой заботе, так как в них вместе с жизненными процессами разрушены и естественная сопротивляемость к неблагоприятным внешним воздействиям.

Таким образом, исходя из закономерностей взаимодействия внутренних и внешних факторов хранения пищевых продуктов с различной физиолого-биохимической активностью необходимо создавать определенные оптимальные условия хранения.

Под оптимальными условиями хранения следует понимать создание таких условий внешней среды, при которых возможно регулирование процессов, происходящих в продуктах так, чтобы сохранить их как качественно, так и количественно без потерь или с минимальными потерями в течение максимального длительного времени. Таким образом, для создания оптимальных условий хранения необходимо привести в соответствие внешние факторы хранения сообразно с внутренними особенностями пищевых продуктов. С этой целью в каждом отдельном случае соответствующие внешние условия хранения должны вырабатываться в зависимости от внутренних особенностей сохраняемого продукта. Стало быть, принципы хранения продуктов питания основываются на особенностях их внутренних свойств, в тот время как методы хранения заключаются в подборе комплекса внешних условий (температуры, относительной влажности воздуха, состава газовой среды и др. параметров внешних факторов), соответствующих указанным выше принципам хранения.

Отсюда ясно, что методы хранения также разнообразны, как и внутренние свойства пищевых продуктов. В связи с этим практически нельзя подобрать какой-либо один универсальный метод, пригодный для хранения всех пищевых продуктов. Поэтому, какой-либо один метод хранения включает в себя комплекс взаимосвязанных условий, являющихся оптимальными только для данной группы или даже для одного вида продукта. Например, холодильное хранение заключается не только в обеспечении хранения продуктов при низких температурах, но и в создании оптимальной относительной влажности, газовой среды, защиты продукта от влияния света и др. Более того, в зависимости от особенностей пищевых продуктов, при холодильном хранении низкая температура может колебаться в широком диапазоне, например от 0С до -21 и даже ниже. Поэтому, в зависимости от температурного режима выделяются и соответствующие разновидности методов холодильного хранения пищевых продуктов. То же можно сказать и относительно других методов хранения: хранения в условиях активного вентилирования, в регулируемой газовой среде и др.

Таким образом, при решении таких актуальных вопросов, как хранение пищевых продуктов, особое внимание должно быть уделено изучению связи биохимической индивидуальности исследуемого продукта с внешними факторами его хранения с точки зрения их взаимного влияния на качество и сроки хранения.

Во время хранения пищевые продукты претерпевают различные изменения. В зависимости от характера этих изменений процессы, происходящие при хранении, можно подразделить на физические, химические, биохимические, биологические и смешанные, или комбинированные.

К физическим относятся процессы, вызывающие изменения физических свойств продукта: температуры, плотности, цвета, формы, консистенции, теплопроводности, электропроводности, радиоактивности др.

Химические процессы вызывают превращение отдельных химических веществ, входящих в состав пищевых продуктов (карамелизация сахаров, кислотный гидролиз веществ и др.) или же это процессы, протекающие между отдельными химически активными веществами, находящимися в продукте или в окружающей его атмосфере (образование меланинов и меланоидинов, этерефикация, образование ацеталей, прогоркание жиров и др.).

К биохимическим процессам следует отнести процессы, вызывающие превращения химических составных частей продуктов под влиянием находящихся в них биологических катализаторов – ферментов или внесенных извне ферментных препаратов (экзоферментов). Биологическими процессами являются дыхание, гликолиз, автолиз, ферментативный гидролиз и др. Микробиологические процессы в пищевых продуктах являются разновидностью биохимических процессов, т.к. изменение качества продукта наступает вследствие деятельности ферментов, находящихся в микроорганизмах, которые, как правило, попадают в продукт случайно (гниение, брожение) или же вносятся искусственно (применение селективных микроорганизмов при изготовлении молочнокислых продуктов, вин и др.).

К биологическим относятся процессы, вызывающиеся биологическими объектами, грызунами и вредителями пищевых продуктов. Эти изменения также оказывают большое влияние на качество и сроки хранения пищевых продуктов.

Во время перевозки и хранения продуктов все вышеперечисленные процессы протекают не изолированно друг от друга – они взаимосвязаны и взаимообусловлены, поэтому вследствие одних изменений часто наступают и другие. В этом смысле можно говорить о комбинированных или совокупных процессах, протекающих при переработке сырья, перевозке и хранении пищевых продуктов.

Рассмотрение процессов, происходящих в пищевых продуктах, приводит к выводу, что одни из них обусловлены внутренними особенностями заложенными в самих пищевых продуктах, а другие – влиянием внешней среды.

Различные пищевые продукты отличаются между собой по химическому составу, характеру и интенсивности указанных процессов.

Основные процессы, происходящие в пищевых продуктах при хранении, обусловлены, прежде всего, физической структурой и химическим составом продуктов. Полностью избежать их нельзя, но можно сильно затормозить, что предупредит существенные изменения качества продукта даже при длительном хранении.

Необходимо на протяжении всего периода хранения поддерживать на определенном уровне свойственные пищевым продуктам физические, химические и биохимические процессы.

Процессы, происходящие в пищевых продуктах, связаны между собой, поэтому условия хранения, благоприятные для защиты пищевых продуктов от одного вида потерь могут способствовать развитию других потерь. Например, при хранении плодов и овощей при низкой температуре подавляется жизнедеятельность микроорганизмов, находящихся на их поверхности, что предупреждает возникновение инфекционных заболеваний. Однако, низкие температуры могут вызывать серьезные нарушения в согласованном прохождении определенных звеньев обмена веществ и явиться причиной физиологических заболеваний (почернение тканей и др.)

Для успешного решения задачи длительного хранения пищевых продуктов нужна система мероприятий, одновременно направленных против всех видов потерь.

Физические процессы. Наиболее распространенными физическими процессами являются: поглощение влаги гигроскопичными продуктами (мука, сахар, пищевые концентраты и др.) при повышенной влажности воздуха и ее выделение в условиях сухого воздуха; испарение воды продуктами негигроскопичными, но с высоким ее содержанием и слабой водоудерживающей способностью (например, свежие плоды и овощи).

Увлажнение продукта способствует усилению в нем химических и биохимических процессов, создает благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов и развитию микробиологических процессов. Следствием испарения воды является не только уменьшение веса продуктов, но часто и ухудшением их качества. Испарение воды составляет основную долю так называемой естественной убыли веса продуктов при хранении. Из общей убыли веса плодов и овощей при хранении более 80 % приходится на испарение воды, а менее 20 % – на расходование органических веществ в акте дыхания. Защита продуктов от увлажнения и от испарения воды достигается путем соответствующей их упаковки и поддержания в хранилищах определенной относительной влажности воздуха.

Абсолютная влажность воздуха показывает вес водяного пара в граммах в 1 м³ воздуха. Относительная влажность воздуха – отношение абсолютной влажности к максимальному весу водяного пара, который может содержаться в 1 м³ воздуха при той же температуре и данном барометрическом давлении. Она характеризует степень насыщения воздуха водяными парами и выражается в процентах.

При хранении гигроскопичных товаров может быть установлено равновесие между упругостью паров воды в окружающем воздухе и над поверхностью товара. Это так называемая равновесна влажность, при которой не происходит ни увлажнения, ни усыхания товара. Каждому виду товаров при данной температуре и относительной влажности воздуха свойственна определенная равновесная влажность. Зная ее , можно установить оптимальную относительную влажность воздуха, обеспечивающую защиту продукта от увлажнения и усыхания.

При необходимости хранения товаров при высокой влажности воздуха большую опасность представляет образование на их поверхности капель воды (отпотевание), в которых могут быстро прорастать споры вредоносных микроорганизмов. Образование капель воды на поверхности товара может произойти по разным причинам, но все они связаны с конденсацией водяных паров. При понижении температуры ниже точки росы воздух настолько сильно насыщается водяными парами, что часть их конденсируется и выпадает в осадок. При температуре 0С конденсат осаждается в виде капель воды, а при температуре ниже 0С образуется иней.

Эффективным средством предупреждения отпотевания товаров является хранение их в условиях активного вентилирования. Нельзя допускать резких колебаний температуры воздуха в хранилищах и перемещение товаров сразу из холодного помещения в теплое.

Одним из основных условий для создания оптимальных условий хранения является обеспечение постоянной температуры на протяжении всего срока хранения продукта.

Терморегуляция состоит из двух взаимосвязанных процессов: образования тепловой энергии внутри организма или продукта и отдача образовавшейся теплоты в окружающую среду. Первый из них является биохимическим (физиологическим) процессом, а второй – физическим. Во время хранения пищевых продуктов протекают оба указанных процесса. Отдача теплоты в окружающую среду может происходить теплопроводностью и конвекцией, излучением, при испарении влаги.

Соотношение между этими тремя видами теплоотдачи при прочих равных условиях зависит от температуры окружающей среды, относительной влажности воздуха и его циркуляции, а также от физиологической активности самого продукта.

Отдача теплоты теплопроводностью и конвекцией обычно происходит через воздух, причем воздушная среда является как бы оболочкой, которая окружает продукт, воспринимает тепловые потоки от внешней среды, предохраняя его от колебаний температуры. Это объясняется тем, что воздух обладает малой теплопроводностью, однако конвекция может значительно стимулировать отдачу теплоты. Кроме того, конвекция воздуха может способствовать испарению влаги с поверхности продукта. Поскольку для хранения продукта оптимальной является постоянная температура, для избежания конвекции необходимо ограничить движение воздуха в складских помещениях. Кроме того, с той же целью необходимо подобрать соответствующие материалы для упаковки продуктов, а также для покрытия стен складских помещений.

Потеря теплоты посредством излучения происходит с наружной поверхности продукта в направлении от более теплых к менее теплым предметам. При низких температурах теплоотдача за счет излучения увеличивается, а при высоких температурах потеря тепла теплопроводностью и излучением уменьшается.

Отдача теплоты происходит также при испарении влаги. Если поверхность продукта не защищена каким-либо способом от окружающего воздуха, то в процессе хранения и перевозки имеет место не только теплообмен между продуктом и внешней средой посредством теплопроводности и конвекцией, а также излучением, но и посредством испарения влаги.

Приведенные случаи теплообмена взаимосвязаны так, что на его интенсивность влияет разность температур поверхности продукта и соприкасающихся с ним воздуха и других предметов (стен, инвентаря, оборудования и др.), причем этот фактор является основным в процессе теплообмена. Однако теплообмен зависит и от других физических свойств: теплоемкости и теплопроводности, массы, удельной поверхности соприкосновения с внешней средой и т.п.

Химические процессы. При хранении и транспортировании в продовольственных товарах могут протекать различные химические реакции, которые оказывают значительное влияние на их пищевую ценность, изменяют вкус, запах, консистенцию, цвет и т.д. Так, жиры и жиросодержащие продукты могут подвергаться окислению, прогорканию, омылению и др. В результате химических реакций во многих продовольственных товарах может происходить образование меланоидинов - веществ, вызывающих изменение цвета и вкуса продуктов; при определенных условиях, в результате химических реакций возникает химический, или водородный, бомбаж консервов.

Значительные химические превращения происходят в свежих плодах и овощах при их хранении, транспортировании, а также при их переработке.

Химический состав свежих плодов и овощей изменяется в результате разнообразных ферментативных превращений, в том числе дыхания. Существенны изменения в содержании углеводов и других пластических веществ, расходуемых клетками в процессе их жизнедеятельности. Содержание крахмала - основного запасного вещества - у большинства плодов и овощей (томатов, моркови и др.) уменьшается в результате его ферментативного осахаривания. Количество сахарозы, протопектина, гемицеллюлоз, как правило, снижается, количество растворимого пектина увеличивается. В результате перехода части протопектина в пектин уменьшается твердость плодов. Во время хранения картофеля происходит как превращение крахмала в сахар, так и сахара в крахмал (в зависимости от условий хранения). В хранящихся плодах и овощах существенно изменяется количество органических кислот. Как правило, общее содержание кислот в них резко уменьшается. Количество витамина С во время хранения плодов и овощей постепенно снижается, и тем быстрее, чем меньшей устойчивостью при хранении обладают плоды и овощи. Особенно сильно аскорбиновая кислота разрушается в период перезревания плодов, что связано с нарушением восстановительных процессов в тканях и доступом воздуха к клеткам. Претерпевают изменения и красящие вещества (антоцианы, флавонолы, хлорофилл, каратиноиды и др.).

Биохимические процессы. Каждый организм, орган и клетка для поддержания своей структуры и развития разнообразных процессов нуждаются в постоянном притоке энергии. Как только поступление энергии прекращается, сложная структура клетки нарушается, и она погибает.

Основными процессами, обеспечивающими живые организмы энергией, являются дыхание и брожение. В ходе этих процессов сложные органические вещества подвергаются распаду и преобразованию, при этом выделяется заключенная в них энергия.

Роль дыхания и брожения не ограничивается только обеспечением организма энергией. В ходе распада органических веществ образуются промежуточные соединения, которые используются на синтез других, очень важных соединений. Некоторые конечные соединения, образующиеся при брожении, обладают консервирующим действием (молочная, уксусная кислота), и поэтому брожение лежит в основе технической переработки многих пищевых продуктов. Но те же соединения могут вызвать и порчу продуктов (прокисание).

Дыхание. Процесс дыхания является основной формой взаимодействия с окружающей средой. Биологическая роль дыхания состоит в том, чтобы обеспечивать живые ткани растительных объектов и животных необходимой для их жизнедеятельности энергией.

Дыхание является очень сложным, многоступенчатым процессом, в котором участвует не только глюкоза, как обычно изображается схематической формулой дыхательного газообмена:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂  6СО₂ + 6Н₂О + 674 ккал (или 2824 кДж тепла)

Субстратом дыхания являются также белки, жиры, органические кислоты. которые на определенном этапе превращений вовлекаются в основной процесс окисления сахаров.

В соответствии с дыхательным субстратом будет изменяться и дыхательный коэффициент (ДК), определяемый как отношение объема выделенного СО₂ к объему поглощенного О₂, т.е. . При окислении сахаров ДК равен единице, при окислении жиров – меньше единицы, а при окислении белков - больше единицы; при окислении низкомолекулярных органических кислот ДК также больше единицы.

Дыхание состоит из цепи взаимосвязанных процессов окисления и восстановления. Весь процесс окисления глюкозы разбивается на ряд этапов, каждый из них катализируется соответствующими ферментами. Постепенно окисляясь, дыхательный субстрат превращается в углекислый газ и воду. Известно три пути окислительного распада молекулы глюкозы. Преобладание одного из них зависит от видовой специфичности организма, его физиологического состояния, условий внешней среды и многих других факторов. У всех растений и животных преобладает гликолитический распад. На первых этапах превращений глюкоза присоединяет две молекулы фосфорной кислоты к первому и шестому атомам углерода (фосфорилируется). Образующийся продукт назван фруктозо-1,6-дифосфатом. Следующий этап – разрыв шестичленной цепочки гексозы на два трехуглеродных соединения. В дальнейшем после нескольких последовательных изменений образуется пировиноградная кислота. С ее появлением в конечных превращениях глюкозы наступает переломный момент. При достаточном обеспечении клеток кислородом пировиноградная кислота через аэробный цикл превращений окисляется до конечных продуктов дыхания – углекислого газа и воды. При недостаточном обеспечении клеток кислородом образуются спирт и другие продукты неполного окисления. Начинается процесс анаэробного дыхания, аналогичный по своей химической природе спиртовому брожению.

Второй путь окислительных превращений глюкозы называют гексозомонофосфатным или прямым окислением. Он характеризуется ступенчатым окислением глюкозы: из шестичленной цепочки получается пяти-, четырех- и трехчленная.

Третий путь окисления глюкозы - окисление свободной, нефосфорилированной глюкозы. Он встречается реже первых двух и менее изучен.

В отсутствии кислорода или при очень низком его содержании (ниже 2%), а также при большом количестве углекислого газа начинается анаэробное дыхание:

С₆Н₁₂О₆  2СО₂ + 2С₂Н₅ОН + 28 ккал, или 117 кДж

Из уравнения видно, что конечными продуктами анаэробного дыхания являются углекислый газ и этиловый спирт и что на одну грамм-молекулу израсходованной гексозы выделяется значительно меньше энергии, чем при аэробном дыхании. Вследствие этого при анаэробном дыхании наступает более интенсивное использование содержащихся в тканях пластических веществ, что ведет к быстрому истощению организма. Отрицательное влияние анаэробного дыхания не ограничивается его низкой энергетической активностью. Накапливающийся в растительной ткани спирт оказывает на клетки отравляющее действие.

Процессы аэробного и анаэробного дыхания протекают в тесной взаимосвязи с окружающей средой. Оба процесса происходят идентично до образования пировиноградной кислоты и далее в аэробных условиях с выделением СО₂ и Н₂О или в анаэробных условиях с выделением СО₂ и С₂Н₅ОН. Однако такое представление является лишь констатацией уравнений дыхания в их наиболее общем виде и не отражает тех сложных промежуточных ферментативных превращений, которые характерны для дыхательного газообмена. Пировиноградную кислоту считают важнейшим промежуточным продуктом дыхания и брожения. Она накапливается в клетках и подвергается дальнейшим превращениям по следующим направлениям: аэробное дыхание (цикл Кребса), спиртовое брожение (или анаэробное дыхание), молочнокислое брожение (окислительное декарбоксилирование).

Процесс превращения пировиноградной кислоты в СО₂ и Н₂О (т.е. аэробное дыхание) с выделением соответствующей энергии происходит через ряд промежуточных реакций с участием различных ферментов. Такое превращение известно под названием цикла Кребса, или цикла ди- и трикарбоновых кислот.

Окисление углеводов через пировиноградную кислоту является главным путем окислительного прорцесса углеводов при дыхании и брожении.

При полном окислении грамм-молекулы гексозы до СО₂ и Н₂О в результате аэробного дыхания выделяется, как отмечалось ранее, 674 ккал или (2824 кДж) тепла, при спиртовом брожении - 28 ккал (117 кДж), при молочнокислом - 18 ккал (75 кДж). Часть этой энергии выделяется в виде тепла, часть используется клеткой для совершения тех или иных процессов.

Живая клетка обладает свойством запасать энергию в форме химических, так называемых макроэргических связей аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Такая форма запасания энергии является для живой клетки универсальной. Реакции, обеспечивающие запасание энергии, предотвращают полное рассеивание свободной энергии в виде тепла и благодаря этому способствуют экономному расходу всей энергии. Энергия АТФ поступает в те участки клетки, где в ней возникает потребность. Носителями и аккумуляторами энергии могут быть не только АТФ и АДФ, но также другие соединения, содержащие макроэргитические связи, например фосфоэнолпировиноградная кислота. АТФ состоит из аденина, рибозы и трех молекул фосфорной кислоты, две из которых соединены между собой так называемыми макроэргическими связями (очень богатыми энергией). Образование макроэргических связей АТФ в процессе окисления - сложный процесс. На некоторых этапах окисления происходит поглощение неорганического фосфора. Энергия, освобождающаяся при окислении, фиксируется в макроэргических связях АТФ. Окисление как бы сопряжено с процессом фос-форилирования. Поэтому сам процесс получил название окислительного фосфорилирования.

Различные объекты характеризуются неодинаковым уровнем дыхательного газообмена. По разному они дышат в зависимости от физиологического состояния и по разному реагируют на изменение условий внешней среды.

Наиболее интенсивным дыханием характеризуются объекты с большим содержанием воды и, следовательно, высокой активностью ферментов. Они сильнее реагируют на изменение условий внешней среды.

Влажное зерно дышит во много раз интенсивнее, чем сухое, плоды и овощи дышат гораздо сильнее зерновых продуктов. Дыхание зерна, овощей и плодов сильно возрастает при нанесении им механических повреждений. Если поранения зарубцовываются, то дыхание приходит в норму.

При интенсивном дыхании растительных тканей образуется большое количество тепла, которое может вызвать самосогревание хранимых продуктов и полную их гибель. Чтобы не допустить самосогревание зерна, плодов и овощей, при хранении необходимо не только поддерживать на определенном уровне дыхательный газообмен, но и систематически удалять выделяемое тепло с помощью вентиляции.

По имеющимся данным разные продукты выделяют следующие количества тепла при хранении (ккал/т/час. при I5°С): зерно (пшеница) – 0,8; картофель – 22-36; морковь – 84; огурцы – 109; земляника – 162 - 199

Микробиологические процессы. Брожение - анаэробное разложение углеводов и некоторых органических кислот под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами. В зависимости от ферментов, которые находятся в микроорганизмах, образуются различные продукты брожения - спирт, молочная кислота, масляная кислота и др.

Соответственно различают виды брожения: молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое, спиртовое и др.

Брожение, в отличие от дыхания, осуществляется в анаэробных условиях, однако все исходные реакции у них идентичны. Различие между дыханием и брожением проявляются после того, как из молекулы гексозы в ходе постепенных упрощений образуется пировиноградная кислота.

Молочнокислое брожение вызывается различными молочнокислыми бактериями и в зависимости от их вида различают: типичное молочнокислое брожение и нетипичное.

Типичное молочнокислое брожение - наиболее простое по химической природе разложение сахаров - завершается образованием только молочной кислоты

С₆Н₁₂О₆  2СН₃СНОНСООН (или 2С₃Н₆О₃)

Этот вид брожения лежит в основе получения из молока кисломолочных продуктов и также в основе квашения овощей. Существенное значение играет в маслоделии (масло, сбитое из кислых сливок, является более прочным в хранении) и в хлебопечении (препятствует развитию в тесте маслянокислых бактерий и обусловливает кислый вкус хлеба).

Молочнокислые бактерии, вызывающие этот вид брожения, принадлежат к разным родам – Streptococeus, Streptococeus lactis и др.

Нетипичное молочнокислое брожение вызывается кишечной палочкой Bact.coli, Bact.lactis и др. Наряду с молочной кислотой на долю которой приходится около 40 % сброженного сахара, образуются другие соединения: янтарная кислота (около 40 %), этиловый спирт и уксусная кислота (примерно 10 %), углекислый газ и водород (около 10 %).

Нетипичные молочнокислые бактерии могут развиваться в аэробных и анаэробных условиях, и тогда, кроме углеводов, они способны разлогать другие органические соединения.

В производстве и хранении пищевых продуктов этот вид брожения допускать нельзя.

Пищевые продукты могут содержать возбудителей различных видов брожений, поэтому при консервировании с помощью молочнокислого брожения необходимо создать условия, способствующие развитию лишь типичных молочнокислых бактерий. Например, гнилостные бактерии могут развиваться в среде при минимальном значении рН около 5, а типичные молочнокислые бактерии - при рН – 3-3,5.

Пропионовокислое брожение вызывается пропионовокислыми бактериями, легко сбраживающими сахара и молочную кислоту до пропионовой кислоты, уксусной кислоты, углекислого газа и воды. Пропионовокислое брожение играет важную роль в производстве многих сортов сыра.

Маслянокислое брожение вызывается различными анаэробными бактериями, способными сбраживать до масляной кислоты различные углеводы:

С₆Н₁₂О₆  СН₃СН₂СН₂СООН + 2СО₂ + 2Н₂

Кроме масляной кислоты, углекислого газа и водорода, образуются в небольших количествах уксусная кислота, бутиловый спирт и ацетон. При переработке и хранении молока, овощей и др. следует избегать маслянокислого брожения, т.к. масляная кислота ухудшает вкус и запах продукта.

Уксуснокислое брожение отличается от других видов анаэробного брожения тем, что является процессом аэробного окисления. Вызывается оно палочковидными бактериями и состоит в окислении этилового спирта в уксусную кислоту:

СH₃СH₂ОH + О₂  СН₃С0ООН + Н₂О

В ходе окисления спирта в качестве промежуточного продукта образуется ацетальдегид.

Уксуснокислое брожение лежит в основе производства уксусной кислоты. При производстве пива, вина и др. продуктов необходимо создавать условия исключающие развитие уксуснокислого брожения.

Спиртовое брожение вызывается в основном дрожжами, а также некоторыми бактериями. Суммарное уравнение спиртового брожения, вызываемого дрожжами, аналогично анаэробному дыханию:

С₆Н₁₂О₆  2С₂Н5ОН + 2СО₂ + 28 ккал

Наряду с этиловым спиртом - продуктом сбраживания сахаров - образуются высшие спирты (сивушные масла) в результате превращения аминокислот, служащих дрожжам источником азота. При этом выделяется также аммиак, используемый дрожжами для синтеза белка. Спиртовое брожение лежит в основе многих пищевых производств - виноделия, хлебопечения, пивоварения.

Автолиз - совокупность процессов, наступающих вскоре после гибели клетки и приводящих к её разрушению в результате действия освободившихся ферментов или приобретших активность после гибели клетки.

На частичном автолизе основано послеубойное созревание мяса в результате которого окоченевшие после убоя животного мышцы становятся мягкими, сочными и вкусными. Частичный автолиз лежит в основе созревания сельди, ферментации табака и др.

При автолизе в первую очередь расщепляются белки. Серьезным изменениям подвергаются жиры, углеводы и др. вещества.

Гнилостные процессы происходят в щелочной среде и начинаются с гидролиза белков до аминокислот. Затем под действием ферментов аэробных гнилостных бактерий образуются жирные кислоты (уксусная, масляная, муравьиная,, пропионовая) или оксикислоты и аммиак:

СН₃СН₂СНNН₂СООН + Н₂  NН₃ + СН₃СН₂СН₂СООН

Способы и виды хранения пищевых продуктов

Хранение многих пищевых продуктов в свежем (мясо, плоды, овощи и др.) или замороженном (мясо, рыба и др.) виде основано на использовании холода.

Охлажденные продукты сохраняют от 10-30 дней (мясо, рыба) до нескольких месяцев( плоды, овощи, яйца), замороженные - до года и более.

Для успешного хранения пищевых продуктов необходимо обеспечить непрерывную холодильную цепь от заготовки продукта или его производства до потребления. Даже кратковременное повышение температуры снижает качество продукта, а последующее восстановление режима не может устранить возникших изменений.

Холодильная обработка является не только самым универсальным и весьма эффективным способом сохранения качества пищевых продуктов, но и необходимым условием получения высокого качества продуктов при различных способах консервирования (производство ветчины, кисломолочных продуктов, малосоленой рыбы и т.п.).

Холод подавляет, но не приостанавливает полностью процессов, вызывающих порчу продукта; охлаждение и замораживание сопровождаются подавлением жизнедеятельности микроорганизмов и их отмиранием, но не обеспечивают стерильности продуктов; охлаждение и особенно замораживание, может вызвать изменение структуры и свойства продукта. Микроорганизмы по отношению к температуре делятся на три группы: термофиллы (оптимум размножения 50-55°, минимум - 20°), мезофилы (20-40° и 0°) и психрофилы 10-20° и -5-10°).

Подавление жизнедеятельности микроорганизмов и их отмирание под действием низких температур обусловлено главным образом, повреждением структуры их протоплазмы и нарушением обмена веществ.

Отмирание мезофильных микроорганизмов происходит: при положительной температуре, психрофильных - ниже 0°, т.е. при температуре ниже криоскопической (температура замерзания).

Наиболее губительно действуют на микроорганизмы температуры в интервале от -6 до -12°. При более низких температурах (-20-25°С) скорость отмирания микроорганизмов заметно снижается, так как скорость ферментативных процессов в клетке замедляется и практически становится близкой нулю. При резком снижении температуры (ниже -30°), когда процессы денатурации коллоидов практически останавливаются, клетки остаются длительное время жизнеспособными.

Ряд бактерий (Stafillococcous, Streptoccocus и др.) сохраняются в продукте после 13 лет хранения при температуре -12-18°. Тем не менее в процессе хранения замороженных продуктов постепенно отмирает большая часть микробов. Так, число микробов на поверхности мяса, хранившемся при -18° , уменьшается через 3 месяца на 50 %, через 6 месяцев - на 80 %, а через 9 месяцев их остается только 1-2 % к начальному числу.

Охлаждение до криоскопической температуры не изменяет структуры продукта, поэтому он не отличается от свежих продуктов. Чтобы сохранить и другие свойства, присущие свежему продукту, охлаждение, снижая общую интенсивность физиолого-биохимических процессов, не должно нарушать их направленности и согласованности. В связи с этим правильный выбор режимов охлаждения и хранения продуктов имеет особое значение. Здесь необходимо учитывать каждый градус температуры. Так, при снижении температуры с 0° до -1° почти в два раза увеличивается срок хранения мяса. Снижение температуры на 1° при хранении винограда сокращает количество загнивших ягод в 1,5-2 раза.

При быстром замораживании и быстром размораживании свойства и состояние многих продуктов мало изменяются. Коллоидные системы не претерпевают больших разрушений, если кристаллы незначительны по размерам и многочисленны (при замораживании, например, в жидком азоте).

В результате возникновения и роста кристаллов льда при замораживании происходит не только изменение структуры белковых коллоидов, но и разрушение белковых молекул.

Низкие температуры резко замедляют, но не приостанавливают деятельность ферментов. Ферменты могут сохраняться в замороженном состоянии много месяцев без заметной потери активности и только многократное замораживание и размораживание иногда приводит к потери их активности. Скорость отдельных ферментативных процессов в замороженных продуктах изменяется неодинаково, однако общее направление этих процессов сохраняется.

Охлаждением называют процесс, при котором температура продукта снижается до криоскопической или на 1-2°ниже её.

Способ охлаждения выбирают в зависимости от вида и состояния продукта, необходимой скорости проведения процесса, дальнейшей технологической обработки. Применяют охлаждение в воздушной среде, в жидкостях, тающем льде и под вакуумом.

Универсальным способом является воздушное охлаждение. В воздухе охлаждают мясо и мясные продукты, птицу, яйца, плоды и овощи, масло, молочные и другие продукты. В жидкостях (холодная вода, рассол) контактивным или бесконтактивным методом охлаждают рыбу, птицу, некоторые овощи, напитки в бутылках. Охлаждение под вакуумом применяют для плодов и овощей.

Замораживанием называют процесс частичного или полного превращения в лед воды, содержащейся в продукте.

Замораживание применяют: для обеспечения стойкости продукта при длительном хранении (мясо, рыба и др.); придания продуктам особых вкусовых свойств (мороженое) и др.

В воде, содержащейся в пищевых продуктах, растворены различные минеральные и органические вещества. Поэтому в отличие от чистой воды температура начала замерзания, или криоскопическа точка, большей части натуральных пищевых продуктов близка к -1° (мясного сока -0,6 -1,2°; яичного белка -0,45°; желтка -0,65°; молока -0,94° и т.д.). Чем больше в продукте сахаров, кислот, минеральных солей и др. соединений, тем ниже начальная криоскопическая температура (у винограда, например - 5°).

Содержащаяся в растительных и животных тканях связанная вода замерзает при температуре - 10° и ниже.

При быстром замораживании (вследствие высокой скорости отвода тепла) кристаллизация влаги в волокнах и клетках происходит до того, как разовьется миграция влаги, поэтому распределение ее в быстрозамороженных продуктах примерно такое же, как в незамороженных. При медленном замораживании, когда скорость отвода тепла кристаллизации ниже скорости миграции влаги, в продуктах образуются крупные кристаллы, травмирующие ткани. При размораживании продукта не вся влага впитывается тканью, ее первоначальное распределение не восстанавливается, в результате чего не достигается полной обратимости замораживания. Кроме того, механическое повреждение структуры продукта крупными кристаллами при медленном замораживании способствует ускорению окислительных и гидролитических реакций. С возрастанием скорости замораживания действие этих отрицательных явлений уменьшается.

Повреждение структуры тканей при замораживании тем меньше, чем ниже температура и интенсивнее процесс.

Изменения, происходящие в продукте при замораживании, вызываются главным образом фазовым превращением воды и носят в основном физический или физико-химический характер. Биохимические изменения незначительны и могут быть обнаружены лишь в дальнейшем при хранении замороженных продуктов.

При хранении замороженных продуктов колебания температуры свыше 1° нежелательны. Они усиливают процесс перекристаллизации влаги (увеличение размера более крупных кристаллов льда за счет мелких), ухудшают структуру ткани и увеличивают усушку продукта.

Значение относительной влажности воздуха особенно велико при хранении охлажденных продуктов. Благоприятный уровень относительной влажности должен предохранить от развития плесеней и бактерий и от слишком большой усушки. Рекомендуется для разных охлажденных продуктов относительная влажность воздуха 75-95 %.

В камерах хранения мороженых продуктов относительная влажность воздуха должна быть близкой к 100 %.

В камерах хранения мороженых продуктов и охлажденных циркуляция воздуха необходима для поддержания равномерной температуры и влажности в грузовом объеме камер и для отвода из штабелей продуктов (главным образом плодов) газообразных веществ, влаги и тепла. Равномерное распределение температуры и влажности в камерах дости­гается при скорости движения воздуха от 0,2- до 0,4 м/сек.

В камерах хранения мороженых продуктов достаточна естественная циркуляция воздуха, при которой скорость движения воздуха 0,04-0,08 м/сек.

Применяют три системы охлаждения камер холодильников: трубную, воздушную и смешанную.

При трубном охлаждении к потолку или стенам камеры крепят батареи, по которым циркулирует рассол или испаряющийся холодильный агент (аммиак, фреон). За счет разности удельного веса воздуха у охлаждающих батарей и у поверхности охлаждаемых продуктов он находится в непрерывном медленном движении, т.е. происходит его естественная циркуляция. При воздушной системе воздух охлаждается в специальных воздухоохладителях, расположенных в камерах или вне их. Охлажденный воздух нагнетается в камеру вентиляторами и равномерно распределяется в ней с помощью воздухораспределяющих устройств.

Смешанное охлаждение состоит из батарейной и воздушной систем охлаждения. Батарейную систему охлаждения с естественной циркуляцией воздуха применяют преимущественно в камерах хранения мороженных продуктов. Воздушное охлаждение с интенсивной циркуляцией воздуха используют в камерах быстрого охлаждения, камерных и тон­нельных морозилках, а также скороморозильных аппаратах.

Применение химических средств защиты