63 Глава 1

Глава 1 общая технология м олочных консервов

1.1 Теоретические основы и принципы консервирования молока: биоз, анабиоз, абиоз

Консервированием называется такая обработка пищевых продуктов, в результате которой они приобретают свойство сохраняться длительное время без порчи. Современная техника консервирования ставит также задачу возможно полного сохранения природных свойств продукта (вкуса, внешнего вида, содержания витаминов и т.д.).

Методы сохранения пищевых продуктов, применяемые в различ­ных отраслях консервной промышленности, различны, но используя биологические принципы, положенные в основу классификации проф. Я.Я. Никитинского, их можно разделить на следующие группы:

1. Биоз;

2. Анабиоз (психроанабиоз, ксероанабиоз, осмоанабиоз,

ациданабиоз, наркоанобиоз, ценоанабиоз);

3. Абиоз.

Как будет показано ниже, ни один из принципов, положенных в основу этой классификации, не может быть осуществлен на практике в чистом виде. Чаще всего те или иные методы консервирования подразумевают использование смешанных принципов.

Принцип биоза основан на использовании естественного иммунитета организма. Естественным иммунитетом по отношению к мик­робам обладают свежие плоды, ягоды, овощи. В данном случае ис­пользуется естественная способность продуктов сопротивляться дей­ствию микроорганизмов.

Обнаружено огромное количество растений, которые при повре­ждении их клеток продуцируют во внешнюю среду фитонциды. К та­ким растениям относятся лук, чеснок, горчица, редиска, хрен, томаты, цитрусовые, черемуха, хвойные деревья и многие другие. По мнению проф. А.И. Токина, фитонциды – это "Бактерицидные вещества расти­тельного происхождения". Фитонциды обладают летучестью и могут действовать на микрофлору не только непосредственно, но и на рас­стоянии. Действием фитонцидов, выделяемых хвойными деревьями, объясняется наличие чистого здоро­вого воздуха в сосновом бору.

В природе существует большое количество бактерицидных ве­ществ животного происхождения. Одним из них является лизоцим. Он обнаружен в слезах, слизи носа, слюне. Лизоцим был предложен проф. З.В. Ермольевой для консервирования зернистой икры осетровых рыб.

Принцип биоза как промышленный способ консервирования мо­лока не используется. К антибактериальным факторам молока отно­сятся иммуноглобулины, лейкоциты, лизоцим и другие. В свежевыдоенном молоке они лишь на непродолжительное время задерживают развитие бактерий. Поэтому этот принцип используется только при хранении молока в состоянии бактерицидной фазы в целях после­дующего консервирования его на основе принципов анабиоза и абиоза.

Принцип анабиоза предполагает подавление жизнедеятельности микроорганизмов. Микроорганизмы в этом случае совсем не погиба­ют, а лишь прекращают жизненные процессы. При благоприятных условиях эти бактерии вновь могут развиваться. Каковы же способы позволяющие достигнуть состояние анабиоза?

Психроанабиоз предусматривает воздействие на микроорганизмы низких температур. Полный анабиоз наступает для большинства микроорганизмов при температуре ниже 0 °С. При положительных температурах, близких к нулю, имеет место частичный анабиоз.

Принцип психроанабиоза широко используется в молочной про­мышленности при замораживание молока и его транспортировки в таком виде на завод. Хранение молочных продуктов при низких температу­рах на холодильниках – это процесс в основе которого лежит использование принципа психроанабиоза.

Принцип ксероанабиоза сводится к подавлению жизнедеятельно­сти микроорганизмов путем высушивания. Сохранение сухих про­дуктов объясняется тем, что микроорганизмы не находят необходи­мого для своего развития количество воды. Вода является важнейшей составной частью протоплазмы клеток микроорганизмов и обуслав­ливает развитие в этих клетках всех жизненных процессов. Вода не­заменима для нормального равновесия между клеткой и средой, так как обмен веществ совершается при её участии. По принципу диффу­зии и осмоса в микробную клетку постоянно поступают растворимые питательные вещества из окружающей среды и удаляются из клетки вместе с водой продукты естественного её обмена. Основываясь на большой чувствительности микробов к содержанию влаги в среде, практика консервного производства использует эти свойства для предохранения пищевых продуктов от разложения и порчи их со­ставных частей.

Принцип ксероанабиоза используется при производстве сухих молочных продуктов.

Принцип осмоанабиоза – консервирование продуктов солями, сахаром. Сохранение молока и других пищевых продуктов внесением в них сахара основано на создании высокого осмотического давления, нарушающего процесс обмена. Поступление питательных веществ из раствора в клетку и удаление продуктов обмена основано на принци­пе осмоса. Основной движущей силой осмотических токов служит концентрация веществ между питательными растворами и содержи­мым клетки. Осмотическое давление в бактериальной клетке (внут­риклеточное) обуславливается растворенными в клеточном соке низ­комолекулярными органическими веществами и минеральными со­лями и равняется примерно 4-6 атм. (0,4-0,6 МПА).

В зависимости от концентрации растворимых в воде веществе вне и внутри клетки устанавливается то или иное направление дви­жения питательных веществ. В тех случаях, когда бактерии попадают в гипертонические растворы, при которых концентрация окружающе­го клетку раствора превышает внутриклеточную, тогда благодаря этой разнице ток воды будет направлен из протоплазмы наружу. В результате обезвоживания протоплазма отстаёт от оболочки и насту­пает явление плазмолиза. Плазмолиз нарушает нормальное состояние и структуру клетки. В том случае, когда микроорганизмы находятся в гипотонических растворах, ток воды поступает из среды во внутрь клетки, вследствие этого она разбухает и тоже может быть ослабле­на.

Консервирование молока основано на использовании принципа осмоанабиоза широко применяется в молочной промышленности, в производстве сгущенно­го молока с сахаром.

Известно, что обычное молоко в среднем имеет осмотическое давление 6-7 атм. (0,6-0,7 МПа). В таком молоке микроорганизмы, имеющие внутриклеточное давление 4-6 атм., способны успешно раз­виваться и при известных условиях вызывать порчу продуктов.

Иначе дело обстоит в сгущенном молоке с сахаром. Опытным путем установлено, что температура замерзания свежеприготовленного сгущенного молока лежит в пределах от минус 14,2 °С до минус 15,6 °С. В молоке, подвергнутом хранению, где происходит увеличение связан­ной влаги, температура замерзания понижается от минус 25 °С до минус 32 °С.

Из курса физики и химии молока известно, что существует связь меж­ду осмотическим давлением и понижением температуры замерзания раствора. На этой зависимости основан криоскопический метод опре­деления осмотического давления.

Криоскопическая постоянная для воды равно 1,86, таким образом, когда в воде растворена 1 граммолекула вещества, то температура замерзания этого водного раствора равно – 1,86 °С, а осмотическое давление – 22,4 атм.

Каким будет осмотическое давление в готовом продукте?

При точке замерзания свежеприготовленного сгущенного молока минус 15 °С величина осмотического давления будет:

(1.1)

Такое резкое изменение осмотического давления в сгущенном молоке, по сравнению с исходным, создаёт сохранившимся или по­павшим вновь в продукт микроорганизмами гипертонические усло­вия, весьма неблагоприятные для их жизнедеятельности. Однако, по­падая в условия с пониженным давлением, микроорганизмы вновь могут развиваться.

Принцип наркоанабиоза – хранение продукта в атмосфере инерт­ного газа (углекислых газ, азот).

В промышленных условиях применяется при хранении в герме­тической таре сухих детских, диетических и других молочных про­дуктов.

Ацидоанабиоз – консервирование кислотами, уксусной, молоч­ной и т.д. Этот принцип основан на изменении реакции среды (рН) в результате чего эта среда становится неблагоприятной для развития бактерий. Этот способ консервирования применяется, например, в производстве маринадов.

Ценоанабиоз. Принцип ценоанабиоза основан на антагонизме между микроорганизмами. Продукты жизнедеятельности одних мик­роорганизмов являются вредными для других, поэтому, создавая бла­гоприятные условия развития для полезных бактерий, мы предотвра­щаем развитие вредных.

Принцип ценоанабиоза широко используется в молочной про­мышленности. Он применяется в производстве кисломолочных продуктов (простокваши, кумыса, кефира и т.д.), в производстве кислой сгущенной пахты и обрата, в производстве кислосливочного масла.

Во всех этих продуктах, благодаря развитию молочнокислых бактерий, создаётся среда, неблагоприятная для вредных бактерий.

Активность воды, как параметр консервирования,

основан­ный на анабиозе

Вода является важнейшим компонентом пищевых продуктов. Различают четыре формы связи воды химическую, адсорбционную, осмотическую и капиллярно-связанную.

Исследования последних десятилетий показали, что учитывая многообразие форм связи воды с составными частями сухих веществ пищевых продуктов, а также участие воды в возможных фермента­тивных и не ферментативных изменениях продукта в процессе хранения, необходимым такой параметр, с помощью которого можно было бы надежно и научно обоснованно оценить тот или иной способ консервирования.

Оказалось, что этим требованиям наиболее полно отвечает такой параметр консервирования, как активность воды. Во многих развитых странах мира этот показатель обязательно учитывается.

В научную терминологию понятие "активность воды" было введено В.И. Скоттом в 1952 г. он доказал, что при определенных условиях между активностью воды и ростом микроорганизмов существует взаимосвязь. Под активностью воды (А_w) понимают отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при одной и той же температуре.

Активность воды рассчитывается в соответствии со следующей формулой:

(1.2)

где Р - давление пара воды над данным продуктом, Па;

Р₀ - давление пара над чистой водой, Па.

Принято считать, что активность дистиллированной воды равна 1, совершенно обезвоженного вещества – 0. Выяснено, что развитие микроорганизмов в пищевых продуктах подавляется низкой величиной (А_w).

Для каждого вида микроорганизмов существует максимальное, минимальное и оптимальное значение активности воды, путем определения которой возможно целенаправленно регулировать их рост или привести к угасанию жизненного процесса.

В настоящее время имеются сведения о пороговых значениях активности воды для большинства видов микроорганизмов. Из них следует, что большинство бактерий нуждаются в высокой активности воды – не ниже 0,90-0,94, в то время как плесневые грибы и дрожжи хорошо развиваются даже при активности воды 0,80-0,85 и ниже.

В частности, в молочно-консервном производстве наиболее опасны осмофильные дрожжи, которые могут развиваться при активности воды, близкой к 0,70.

Установлено, что развитие микроорганизмов и прохождение химических и биохимических реакций в пищевых продуктах подавляются при низкой величине "активности воды".

Снижение А_w при производстве молочных консервов можно достичь сгущением, добавлением сахара, сушкой.

Параметр А_в, характеризующий степень консервирования продукта, связан с параметром осмотического давления. Эта связь выражается следующим образом:

(1.3)

где П - осмотическое давление, Па;

R - универсальная газовая постоянная;

Т - абсолютная температура;

V₁ - молярный раствор растворителя;

А_w - активность воды.

С изменением значений активности воды в продукте изменяются и значения осмотического давления. Несмотря на эту связь, отдельные исследователи отдают предпочтение – активности воды. Считают, что активность воды отражает внутреннее состояние продукта, осмотическое же давление характеризует взаимодействие продукта с внешней средой.

Принцип абиоза основан на прекращении жизни микроорганизмов, вызывающих порчу продукта. Гибель микроорганизмов в этом случае может быть достигнута ультразвуковыми колебаниями, ионизирующим излучением. Антибиотиками, химическими веществами и тепловым воздействием.

При обработке молока ультразвуком чувствительность бактерий к звуковым волнам колеблется в больших пределах. Этим различная эффективность воздействия ультразвука на микрофлору, что обуславливает ограниченность практического использования его. В производстве молочных консервов обработку молока ультразвуковыми колебаниями следует рассматривать как дополнительную меру воздействия на микрофлору, способствующую повышению эффективности основного приёма консервирования.

Стерилизация излучением (рентгеновское, ультрафиолетовое, лазерное) не нашла пока производственного воплощения или из-за недостаточной изученности, или по экономическим соображениям.

Консервирование с использованием принципа абиоза возможно с помощью антибиотиков. Рекомендуется использовать те антибиотики, которые не применяются в медицине, а так же как дополнительное средство при одном из основных способов консервирования.

Из числа таких антибиотиков наибольшее распространение в пищевой промышленности получил низин. Этот антибиотик продуцируется молочнокислыми бактериями. Он действует на споровую микрофлору. Для человека абсолютно безвреден. Применяется при выработке сгущенного стерилизованного молока. Применение его позволяет смягчить режим стерилизации.

Большой интерес вызывает применение химических веществ для консервирования пищевых продуктов. Во многих странах ведутся поиски таких веществ. Однако, химические вещества, токсически воздействующие на бактерии, обычно изменяют свойства пищевых продуктов или не совсем безвредны для человека.

Среди этих веществ только сорбиновая кислота и её соли, оказывающие сильное бактерицидное действие на дрожжи и плесени, нашли применение в молочной промышленности.

Сорбиновая кислота безвредна для человека, не имеет вкуса и запаха. Однако сорбиновая кислота используется не как основное, а как вспомогательное средство при консервировании.

Из всех способов консервирования с использованием принципа абиоза наибольшее распространение в производстве молочных консервов получила тепловая обработка – стерилизация и пастеризация использованием тепла.