Физико-химические методы. Сушка – это один из древнейших способов консервирования пищевых продуктов, таких, как мясо, рыба, зерно, плоды и овощи, грибы и др.

Сушкой называется процесс удаления из материала жидкости, в результате чего в нем увеличивается относительное содержание сухой части.

Обезвоживание пищевых продуктов производится с целью предотвращения или замедления физико-химических, биохимических и других процессов, которые могут привести к ухудшению питательной ценности продуктов и даже порче их.

Сушеные продукты хорошо сохраняются, потому что в них содержится мало влаги и много сухих веществ, что препятствует развитию микроорганизмов, вызывающих порчу. Существует определенный минимум содержания влаги в продуктах, ниже которого развитие микроорганизмов становится невозможным. Для бактерий этот минимум составляет примерно около 30 % , а для плесневых грибов – 15-20 %.

В процессе сушки и последующего хранения изменяется химический состав, теряются витамины, ароматические и другие вещества, изменяется вкус, цвет, уменьшается набухаемость и усвояемость сушеного продукта.

В результате испарения большей части содержащейся в продуктах воды вес их уменьшается в 5-10 раз. Большинство пищевых продуктов сушат до содержания влаги 4-14 %. В связи с этим при сушке удаление влаги ведется с таким расчетом, чтобы в максимальной степени сохранить пищевые и вкусовые качества высушиваемого продукта. Влияние сушки на пищевую ценность товара зависит от способа сушки и количества воды, удаляемой из товара.

В процессе сушки испарение влаги происходит как с поверхности, так и из внутренних слоев продукта. При этом важны виды связи влаги с продуктом. По характеру связи с сухим веществом сушимого продукта влагу можно разделить следующим образом.

Капиллярная вода. Она в свою очередь подразделяется на макрокапиллярную, которая находится в капиллярах со средним радиусом более 10^-5 см и наиболее легко удаляется из продукта при сушке (так называемая свободная вода), и микрокапиллярную, содержащуюся в капиллярах с радиусом менее 10^-5 см, которая тоже сравнительно легко удаляется (гигроскопическая вода).

Коллоидно-связанная вода образуется в результате гидратации и набухания коллоидных соединений; связана она более прочно, чем капиллярная, и труднее удаляется из продукта в процессе обезвоживания.

Химически - связанная вода наиболее прочно связана с тканями продукта. Эта вода входит в состав молекул и при сушке продукта не удаляется. Удалить ее можно только при химических реакциях или прокаливании, которые сопровождаются разрушением вещества. Таким образом, при сушке продуктов в первую очередь наиболее быстро испаряется вода макрокапилляров, т.е. свободная вода, составляющая большую часть (свыше 70 %) влаги, находящейся в продукте. Затем, при последующей сушке, испаряется вода микрокапилляров и коллоидно-связанная. Эти формы воды испаряются продуктом значительно труднее, поэтому сушка происходит медленнее.

Испарение влаги с поверхности высушиваемого продукта носит название внешней диффузии влаги. Скорость диффузии зависит от поверхности высушиваемого продукта, скорости движения, относительной влажности и температуры воздуха. То есть, чем больше поверхность высушиваемого продукта и скорость движения воздуха, чем выше температура и чем ниже относительная влажность воздуха, тем быстрее идет испарение влаги с поверхности. Свободное испарение влаги продолжается до тех пор, пока не испариться около 50-60 %. Дальнейший ход сушки зависит от перемещения влаги внутри продукта. Это перемещение влаги называют внутренней диффузией влаги. Благодаря внутренней диффузии, влага из мест большей концентрации перемещается в места меньшей концентрации, т.е. она перемещается от внутренних частей продукта к внешним. Для правильного протекания сушки решающее значение имеет согласованность процесса поступления влаги из центра к поверхности с процессом удаления влаги с поверхности продукта в окружающую среду. Если внешняя диффузия влаги будет намного опережать внутреннюю, то поверхность продукта будет пересыхать, на ней может образовываться корочка, которая затрудняет дальнейшее испарение влаги и ухудшает качество продукта. В некоторых случаях это может привести к образованию трещин на поверхности продукта.

Правильным режимом сушки для определенного вида сырья является такой режим, при котором не происходит разрыва между внутренним процессом продвижения влаги в высушиваемом продукте и наружным процессом удаления освободившейся влаги.

Основной задачей при установлении оптимального режима сушки того или иного вида сырья является получение готового продукта высокого качества, наиболее полно восстанавливающего после обводнения исходные качества и хорошо сохраняющегося при длительном хранении.

Существует большое количество способов сушки. Наиболее распространенными из них являются: нагретым воздухом (конвективная), сублимационная, вакуумная, распылительная, контактная, активным вентилированием, инфракрасными лучами, в виброкипящем слое, солнечная и ряд других.

Конвективная (нагретым воздухом) сушка является наиболее распространенной. Удаление влаги из продукта осуществляется подогретым воздухом температурой 80-120 °С в сушильных установках различного типа. В зависимости от устройства сушильной камеры они бывают шкафные и туннельные, непрерывнодействующие ленточные и ряд других.

В настоящее время на овощесушильных предприятиях используются главным образом паровые, четырех- и пятиленточные непрерывнодействующие сушилки с суточной производительностью от 0,45 до 4 т.

Недостатком конвективной сушки является то, что она протекает сравнительно долгое время. Кроме того, она приводит к потерям многих важнейших составных частей продуктов (витаминов, дубильных, красящих веществ, моносахаридов и др.), а также к снижению вкуса, аромата и цвета высушенного продукта. Для предотвращения потемнения тканей продуктов, в первую очередь плодов и овощей, их предварительно обрабатывают сернистым ангидридом или бланшируют горячей водой или паром. Недостатком метода является и то, что высушенные плоды и овощи теряют способность восстанавливаться и плохо набухают.

Сублимационная сушка заключается в том, что в вакуумном аппарате из быстрозамороженного продукта лед переходит в пар, минуя жидкую фазу. Эта сушка сочетает два способа консервирования – замораживание продукта и его высушивание в замороженном состоянии. При этом способе сушки продукт почти не уменьшается в объеме, мало изменяется его окраска, потери витаминов, ароматических и вкусовых веществ незначительные. Продукт обладает хорошим внешним видом, может быстро восстанавливаться и храниться длительное время при положительных температурах.

К недостаткам сублимационной сушки следует отнести ее высокую стоимость и потребность в герметической таре для хранения высушенных товаров.

Перед использованием продукты сублимационной сушки должны быть подвергнуты регидратации – обводнению. Обводнение производят в воде, нагретой до 20-30 °С в течении 1-30 мин. (в зависимости от продукта).

Вакуумная сушка осуществляется в камере, из которой откачивается воздух. Сушка проводится при температуре 40-60 °С, что положительно сказывается на восстанавливаемости и кулинарных достоинствах сушеного товара; органолептические свойства продуктов сохраняются полностью.

Подсушивание активным вентилированием производится путем продувания воздуха через продукт с помощью вентиляционных установок. Это дает хорошие результаты при хранении зерна, картофеля, овощей.

Распылительная сушка применяется для обезвоживания жидких продуктов (соков, пюре, молока и др.). Распыление производят внутри сушильной камеры, в которую подается горячий воздух (140-160 °С) в результате чего образуется сухой порошок. Продолжительность сушки измеряется секундами, что благоприятно сказывается на вкусовых и пищевых свойствах готового изделия. При данном способе сушки могут возникнуть окислительные процессы, которые можно избежать при сушке в атмосфере инертного газа (CO₂, N).

Сушка в кипящем и виброкипящем слое заключается в том, что через измельченный зернистый продукт, находящийся на сетке сушилки, продувают с определенной скоростью нагретый воздух. При этом слой продукта разрыхляется, как бы вскипая, в результате чего происходит его высыхание. При сушке в виброкипящем слое вместе с подачей воздуха происходит вертикальная вибрация решеток (сеток), что позволяет в 2-3 раза уменьшить продолжительность сушки. Этим методом можно получить быстроразваривающиеся сушеные овощи и плоды высокого качества.

Контактная сушка осуществляется при непосредственном контакте жидкого продукта с нагретой поверхностью. Высушивание продукта на барабанах – вальцах происходит за 4-12 сек. Большим недостатком этого способа сушки является то, что при соприкосновении продукта с горячей поверхностью вальцов происходит денатурация белков, потеря ароматических веществ, изменение цвета сырья.

Существуют и такие методы, как микроволновая сушка с использованием энергии сверхвысокой частоты (СВЧ), радиационная сушка (инфракрасными лучами), сушка с помощью осмотического обезвоживания, вымораживанием влаги и др.

Естественная (солнечная) сушка используется в отдельных районах страны, главным образом в южных регионах. Этим способом, в основном, сушат виноград, яблоки, абрикосы, персики, сливы, вишни, вялят дыни.

Воздушно-солнечная сушка требует меньших затрат, она экономична. Но сушка плодов и овощей на открытом воздухе имеет и свои недостатки – высушиваемое сырье подвергается загрязнению пылью, действию росы, а также насекомых. Этот требует дополнительной обработки сушеной продукции, продолжительна и сама сушка.

Биологическая ценность большинства сушеных продуктов, по сравнению со свежими, в расчете на сухое вещество, значительно ниже. Однако сушеные товары имеют и свои преимущества: они занимают меньший объем, имеют более высокую энергетическую способность, хорошо сохраняются и удобны для транспортирования.

Консервирование поваренной солью и сахаром. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходима высокая влажность питательной среды. В этом случае вода из раствора проникает внутрь клетки. Если концентрация растворенных веществ внутри клетки микроорганизма выше концентрации окружающего раствора, клетка оказывается в напряженном состоянии, при котором протоплазма плотно прижата к оболочке. Такое явление носит название тургора. При значительном повышении концентрации среды поступления влаги внутрь клетки прекращается. Концентрированный раствор, окружающий клетку микроорганизма, имеет большую способность поглощения влаги, чем клеточный сок. Поэтому часть влаги, содержащейся в протоплазме, переходит из клетки в межклеточное пространство, и протоплазма сжимается. Такое явление называется плазмолизом. В результате плазмолиза деятельность микроорганизмов прекращается, а некоторые из них погибают.

Микроорганизмы обладают различной устойчивостью к повышению осмотического давления. Некоторые бактерии, например Bact. gummosum могут развиваться в 18-20 %-ном растворе поваренной соли или в 70%-ном сахарном сиропе. Галофильные бактерии хорошо развиваются в 25-30 %-ном рассоле.

Для повышения осмотического давления с целью консервирования пищевых продуктов применяют сахар или поваренную соль.

Сахар или сахарный сироп, в концентрации не менее 65 %, применяют для выработки из плодов и ягод варенья, джема, повидла, желе, цукатов и других изделий.

Поваренную соль в концентрациях 8-14 % широко применяют для консервирования рыб, реже – для обработки мяса и овощей. Различают следующие способы посола: сухой, мокрый и смешанный. В некоторых случаях посол является одним из наиболее целесообразных способов консервирования, например, сельдевых и лососевых рыб, так как при этом значительно улучшаются их вкусовые достоинства.

Поскольку поваренная соль влияет на вкус пищевых продуктов, содержание ее для многих изделий устанавливается в пределах 2,5-6 %. В этом случае консервирующий эффект достигается сочетанием посола с другими видами консервирования – охлаждением, копчением, сушкой и др.

Необходимо отметить, что при солении, например, овощей, грибов, рыбы потери воды, а также витаминов, аминокислот и других растворимых веществ достигают 25-50 %.

Биохимические методы. Накопление консерванта в продукте может быть достигнуто не только при внесении его извне, но и в связи с биохимическими изменениями, происходящими в сырье под воздействием микроорганизмов.

Так, в результате сбраживания сахаров при производстве вина образуется спирт. Процесс брожения идет по следующей суммарной реакции:

С₆Н₁₂О₆  2С₂Н₅ОН + 2СО₂

При содержании спирта в алкогольных напитках от 10 до 20 % развитие микроорганизмов подавляется, а при более высоких концентрациях спирта они погибают.

Квашение капусты, соление огурцов и других овощей основано на молочнокислом брожении сахара:

С₆Н₁₂О₆  2СН₃СНОНСООН

Образующиеся при спиртовом и молочном брожении антисептики (спирт, молочная кислота) подавляют жизнедеятельность микроорганизмов. Следует, однако иметь в виду, что в результате брожения получаются новые продукты, резко отличающиеся по свойствам и вкусовым качествам от исходного сырья.

При квашении молочная кислота образуется в результате сбраживания сахаров продукта молочнокислыми бактериями. В зависимости от вида переработанного сырья продукт называют квашеным (капуста), соленым (огурцы, томаты, арбузы) или моченым (яблоки).

Молочная кислота в концентрации даже 0,5 % тормозит деятельность вредных микроорганизмов, но не задерживает развитие дрожжей и плесеней, а при ее концентрации свыше 2 % прекращается деятельность самих молочнокислых бактерий. В квашеной капусте, соленых грибах, огурцах и томатах, моченых яблоках и ягодах молочной кислоты накапливается от 0,6 до 2 %.

При квашении в продукты вносят от 2 до 6 % поваренной соли, которая вызывает плазмолиз клеток и способствует переходу части клеточного сока в рассол.

Одновременно с молочнокислым при квашении происходит и спиртовое брожение. В результате спиртового брожения в квашеной капусте и соленых огурцах накапливается от 0,5 до 0,7 % этилового спирта, а в моченых яблоках – от 0,8 до 1,8 %.

Температуру брожения поддерживают в пределах 15-25С. Последующее хранение квашеных плодов проводят при более низких температурах (0-2С) в анаэробных условиях, чтобы предупредить развитие уксуснокислых бактерий и плесеней, на которые не влияет молочная кислота.

Химические методы. Химические методы консервирования основаны на внесении в продукт небольшого количества химических веществ (консервантов), обладающих бактерицидным или антисептическим действием и не оказывающих в применяемых концентрациях вредного влияния на организм при потреблении продукта.

Антисептики – это химические вещества, которые в малых концентрациях подавляют развитие микроорганизмов или уничтожают их. Для консервирования пищевых продуктов применяют антисептики в газообразном состоянии или в виде растворов. Диффундируя в клетки микроорганизмов, химические консерванты вступают во взаимодействие с веществами протоплазмы, в результате чего жизненные функции ее прекращаются и наступает смерть клетки. Например, спирты и фенолы вызывают свертывание, а кислоты – гидролиз белков протоплазмы. Большинство химических консервантов ядовито не только для микроорганизмов, но и для человека, поэтому их использование для консервирования пищевых продуктов строго ограничено. Разрешено использовать в качестве консервантов следующие химические препараты: уксусную, бензойную, сорбиновую и другие кислоты, сернистый ангидрид, метабисульфит калия и другие химические вещества, а также антибиотики хлортетрациклин, нистатин, низин и антибиотики растительного происхождения – фитонциды. Консерванты нередко применяются в сочетании с другими методами консервирования – охлаждением, нагреванием, сушкой, солением и т.д.

Консервирование уксусной кислотой (маринование) вызывает в продукте повышение кислотности среды. Микроорганизмы чувствительны к изменению рН среды, так как эти изменения приводят к нарушению клеточного равновесия и последующей гибели клетки. Микроорганизмы, кроме плесеней, не могут развиваться в среде при рН ниже 4,0. В концентрациях 1,2-1,8 % уксусная кислота подавляет деятельность многих микроорганизмов, и в первую очередь гнилостных. Более высокая концентрация кислоты ухудшает вкус и консистенцию продукта и небезвредна для организма. Для длительного хранения маринады герметично укупоривают в тару. Для усиления консервирующего эффекта маринование могут сочетать с другими видами консервирования – пастеризацией, солением, хранением при низких температурах. В пастеризованных маринованных продуктах содержание уксусной кислоты снижается до 0,8-1,2 %, что благоприятно влияет на их вкус. Маринованную рыбу не пастеризуют, а добавляют бензойнокислый натрий в количестве 1 г/кг.

Маринуют плоды, овощи, грибы, рыбу и др. Маринованные продукты сохраняют при низких температурах – от 0 до 4С.

Бензойная кислота (С₆Н₅СООН) и ее натриевая соль в кислой среде (рН 2,5-3,5) при рабочей концентрации 0,05-0,1 % активно действуют на дрожжи и плесени и слабее – на бактерии. Для человеческого организма бензойная кислота в таких количествах безвредна. В практике чаще используют бензойнокислый натрий, т.к. он лучше растворяется в воде, чем бензойная кислота. Общее количество бензойной кислоты, добавляемое в пищевые продукты, не должно превышать 70-100 мг. Бензойная кислота и бензойнокислый натрий применяются для консервирования фруктово-ягодных полуфабрикатов, соков, икры, кильки и др. Недостатком метода консервирования является отрицательное влияние на вкус и помутнение продуктов, содержащих белок.

Сорбиновая кислота (С₆Н₈О₂) при концентрации 0,05-0,1 % подавляет в кислой среде развитие плесеней и дрожжей. Для предупреждения деятельности бактерий продукт перед добавлением сорбиновой кислоты прогревают или же применяют сорбиновую кислоту в сочетании с другими антисептиками. В организме человека сорбиновая кислота и ее соли (сорбаты) окисляются и поэтому безвредны. Добавляют сорбиновую кислоту в фруктовые и овощные соки, рассолы, торты и пирожные, сыры, маргарин и др. Преимущество сорбиновой кислоты перед другими консервантами заключается в том, что она не изменяет вкус и запах консервированных продуктов.

Борную кислоту (Н₃ВО₃) и буру (Na₂B₄O₇10Н₂О) используют в концентрации 0,3 % для сохранения осетровой икры.

За границей используют в качестве антисептика диэтилпирокарбонат (С₆Н₁₀О₅) – Германия, монохлоруксусную кислоту (СН₂СIСООН) – США и др. Из других химических веществ находят применение хлортетрациклин (биомицин) – для обработки рыбы, уротропин – для консервирования икры рыбы, нистатин – для обработки мяса туш, низин – для производства овощных и молочных консервов, плавленых сыров и др., метабисульфит калия – для удлинения сроков хранения винограда.

Из антисептиков растительного происхождения (фитонцидов) наиболее распространенными является аллиловое масло, изготовляемое из семян горчицы (С₃Н₅N=С=S). Его добавляют в маринады в количестве 0,002 %.

В качестве консервирующего средства и для стойкости окраски мяса, мясных продуктов и рыбных изделий у нас в стране используют нитраты и нитриты. Так как эти вещества вредно действуют на организм человека, установлены предельно допустимые нормы содержания нитритов и нитратов в пищевых продуктах. В вареных мясопродуктах содержание нитрита натрия не должно превышать 3 мг на 100 г продукта, в полукопченых – 5, в копченых – 10 мг.

К консервантам относятся дым и коптильная жидкость.

Метод консервирования дымом – копчение заключается в обработке мясных или рыбных продуктов дымом, получаемым при неполном сгорании древесины. Этот метод условно относят к комбинированному методу консервирования.

При копчении продуктов основными консервантами являются такие антисептические вещества, как альдегиды (формальдегид – основной консерватор), фенолы, кетоны, спирты, органические кислоты и др. Коптильные вещества дыма обладая бактерицидным действием в то же время характеризуются специфическим ароматом и вкусом. Характерный вкус и аромат копченых изделий обусловлены наличием в коптильным дыме органических кислот, ароматических альдегидов и кетонов, фенолов и др. соединений. Изменение цвета продукта при копчении объясняется осаждением на продукт окрашенных компонентов дыма, а также реакциями меланоидинообразования, окисления и др.

Современными методами копчения копченостей, колбас, рыбы и др. являются электростатическое и бездымное копчение.

При электростатическом копчении продукт помещают в электрическое поле высокого напряжения. При этом методе процесс копчения происходит всего за 2-3 минуты. Недостатком метода являются низкие вкусовые качества копченостей.

При бездымном копчении продукт помещают в коптильную жидкость на 10-50 секунд, а затем подвергают термической обработке и сушке. Коптильные жидкости, по сравнению с дымом, почти не содержат вредных для организма человека веществ. Иногда используют комбинированный способ копчения – продукт предварительно обрабатывают коптильным препаратом, а затем дополнительно подкапчивают дымом.