Тема 3.2 Влияние температуры и продолжительности нагревания на качество готового продукта .

Тепловая стерилизация, имеющая целью подавление жизнедеятельности микроорганизмов и инактивацию ферментов плодоовощного сырья, оказывает отрицательное влияние на качество* продукции (например, ухудшаются консистенция, цвет, вкус, разлагаются ароматические вещества, витамины и т. п.). Одним из показателей современной технологии стерилизации является большая надежность уничтожения микроорганизмов при наименьших нежелательных изменениях продуктов.

Химические и органолептические изменения. Установлено, что повышение температуры нагрева влечет за собой значительное уменьшение требуемого времени стерилизации. А одним из больших преимуществ асептического метода является возможность применения значительно более высоких температур и соответственно более короткого времени, чем при стерилизации в автоклавах. Скорости нежелательных химических реакций в меньшей степени зависят от температуры, чем скорость отмирания микроорганизмов. Повышение температуры на 10°С снижает время, необходимое для протекания нежелательных химических изменений, на '/з. Применяя высокие температуры и сокращая время стерилизации, можно уменьшить нежелательные химические изменения при сохранении надежности стерилизации. В этом заключается одно из основных преимуществ асептического метода. Как показывают данные многочисленных исследований, подобно отмиранию микроорганизмов при тепловом воздействии разрушение многих питательных веществ подчиняется законам химической кинетики, однако для большинства микроорганизмов энергия активации превышает энергию активации витаминов и других веществ, входящих в пищевые продукты.

С повышением температуры константа скорости реакции при отмирании бактериальных спор растет быстрее, чем константа скорости денатурации питательных веществ.

В разных компонентах пищевого продукта под влиянием тепла происходят многообразные изменения (например, денатурация и коагуляция белков, гидролиз Сахаров, разложение витаминов, реакция меланоидинообразования, разложение красящих веществ, изменение ароматических веществ и др.)

С повышением температуры нагрева, особенно после 130° С, влияние температуры на скорость химических реакций целесообразнее рассчитывать по уравнению Аррениуса.

Применяя современные принципы стерилизации (мгновенная пастеризация при высоких температурах в течение нескольких секунд), можно снизить до минимума изменения питательной ценности и органолептических показателей продукта. Необходимо отметить, что это не всегда желательно. В некоторых случаях подвергнутый мгновенной стерилизации микробиологически стерильный продукт направляют на дальнейшую тепловую обработку именно с целью получения «вареного вкуса», характеризующего пищу, приготовленную в домашних условиях.

Применение очень высоких температур и слишком короткого времени иногда связано с другими проблемами. Имеются случаи, когда не происходят не только нежелательные химические изменения, но и желательные процессы инактивации ферментов, несмотря на то, что ферменты обычно инактивируются уже подвлиянием незначительного теплового воздействия. В практике это встречается очень редко, так как на асептическое консервирование обычно направляют продукты, уже бланшированные в ходе подготовительных операций. Во время, же бланширования происходит инактивация ферментов. С другой стороны, сохранение ферментативной активности при стерилизации наблюдается только при особенно высоких температурах и коротком времени воздействия.

При разработке технологии стерилизации в случае необходимости всегда имеется возможность обеспечить инактивации ферментов.

Хотя происходящие под воздействием тепла химические изменения в ходе мгновенной пастеризации, связанной с асептической техникой, при правильно выбранной технологии стерилизации обычно невелики, все же целесообразно осветить некоторые из них.

Легко обнаруживается без всяких приборов и средств неферментативное потемнение. Оно включает в себя множество химических реакций. Механизм их не полностью известен. Для этих реакций характерно образование карбонильных соединений, а из них - темно-коричневых веществ, называемых меланоидинами. В реакциях обычно участвуют соединения, содержащие аминогруппы (аминокислоты, пептиды, белки) и редуцирующие сахара,, из которых образуются очень реакцнонноспособные промежуточные карбонильные соединения, конденсирующиеся в дальнейшем с образованием темноокрашенных продуктов. Параллельно с изменением цвета пищевой продукт может приобрести и специфический привкус. Участвующие в реакции вещества (углеводы и аминные соединения) содержатся почти во всех пищевых продуктах, поэтому реакции потемнения очень распространены. Степень потемнения зависит от содержания влаги, рН среды, концентрации компонентов, вступающих в реакцию друг с другом, а также от температуры и продолжительности воздействия тепла.

Большое значение имеет и вид сахаров: например, сахара, содержащие свободную альдегидную группу, обладают повышенной реакционной способностью.

Наиболее исследованным процессом потемнения является реакция меланоидинообразования (сахароаминная реакция Майяра). Согласно теоретическим представлениям меланоидины образуются в результате пяти последовательных стадий. Первая стадия - это обратимая конденсационная реакция между глюкозой и глицином. Вторая стадия - перегруппировка, в ходе которой глюкозоамин переходит в кетозоамин. На третьей стадии кетозоамины могут присоединять вторую молекулу глюкозы и происходит вторая перегруппировка, в ходе которой образуется дикетозоамин. Подобные продукты, присоединяя вторую молекулу аминокислоты, образуют диаминосахара. Четвертая стадия - разложение аминосахаров на аминные и неаминные соединения, которые, являются реакционноспособными промежуточными продуктами. В пятой стадии, при их взаимодействии, образуются соединения, окрашенные в темный цвет и (или) имеющие специфический вкус.

Реакции разложения чрезвычайно сложны и во всех подробностях полностью еще не изучены.

Возникновение и интенсивность протекания реакций неферментативного потемнения значительно ограничивается присутствием сульфитов. Это связано с тем, что сульфиты способны войти в соединение с большинством, присутствующих веществ (редуцирующих Сахаров, простых карбонильных соединений, дикарбонилов, оксикарбонилов и т. д.). Однако дозировка сульфитных соединений сильно ограничивается органами здравоохранения.

В пищевых продуктах растительного происхождения большое значение имеют витамины. Среди витаминов одним из наиболее важных является витамин С, который в то же время сравнительно легко разлагается, в связи с чем целесообразно рассмотреть процесс его расщепления.

Возможны два пути разложения витамина С: - ферментативный и неферментативный. Ферменты, вызывающие расщепление в ходе подготовительных операций, как раз именно под действием температуры инактивируются, поэтому, несмотря на то, что вызванное ими разложение обычно происходит быстрее, чем неферментативные процессы распада, значение ферментативного расщепления меньше.

Под витамином С подразумевается общее количество аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислот.

На процесс неферментативного расщепления витамина С действует много факторов. В связи с асептической техникой наибольшее значение имеет температура. Тепловое воздействие определяется рядом условий, поэтому совершенно одинаковая тепловая обработка в зависимости от присутствия различных со­провождающих веществ и существующих условий вызывает разложение витамина С в различной мере.

Среди факторов большую роль играет рН. Влияние температуры меняется в зависимости от количества свободной аскорбиновой кислоты. Отношение связанной и свободной аскорбиновой кислоты определяется величиной рН.

С уменьшением рН, а значит, с ростом содержания свободной аскорбиновой кислоты, в большой степени увеличивается разлагающее действие тепла на витамин С. Степень присоединения кислорода аскорбиновой кислотой при всех значениях рН возрастает по мере повышения температуры, но в зависимости от рН не в одинаковой степени. Наибольшее присоединение кислорода наблюдается в интервалах рН от 0,5 до 3,0. Процесс окисления при температуре не выше 50° С и рН от 3,5 до 5,0 почти полностью обратим, а выше и ниже данного значения рН становится постепенно необратимым. При температуре 60° С полная обратимость процесса наблюдается в интервале рН от 4 до 5.

Хотя нет натуральных пищевых продуктов щелочного характера, необходимо отметить, что коэффициент скорости разложения аскорбиновой кислоты в основной среде имеет более высокое значение, чем в кислотной.

В натуральных пищевых продуктах различные составные части могут оказать защитное или каталитическое воздействие на витамин С, но сущность процесса остается такой же. Согласно практическим наблюдениям наименьшее действие на витамин С кислород воздуха оказывает при значениях рН между 4 и 5.

Разложение витамина С в присутствии кислорода отличается от процесса расщепления, происходящего в отсутствие кислорода. В первом случае процесс идет быстрее, особенно при высоких температурах. По этим причинам в ходе операций перед стерилизацией или асептическим наполнением целесообразно удалять воздух (деаэрация).

Температура хранения также имеет существенное значение. Потери витамина С за время хранения продукта в течение года при температуре 0-10° С составляют по отношению к его исходному содержанию меньше 5%, при 18-20°С - от 10 до 25%, а при 40° С - от 35 до 80%. Отмечено, что разложение витамина С в начале хранения идет быстрее, а потом замедляется.

Антоцианы, представляющие собой красящие вещества большинства фруктов и фруктовых продуктов, обладающие в большинстве и фитонцидными свойствами, тоже могут разлагаться под действием тепла. Температурная зависимость процесса характеризуется значением Z=27°C_r т. е. немного меньше принятой для С_о величины (Z=33°C). Практически полное разложение красящих веществ антоцианов вишни, малины, земляники при температуре 80° С происходит в течение 600-800 мин. В случае применения мгновенной пастеризации разложение антоцианов сводится к минимуму.

Углеводы играют роль в образовании темно-коричневых меланоидиновых веществ, иногда называемых из-за их редуцирующих свойств редуктонами. Тепловая стерилизация вызывает гидролиз углеводов.

Гидролиз сложных сахаров (например, сахарозы) приводит к образованию простых сахаров. Скорость гидролиза в большой степени зависит от рН и температуры. При температуре около 100° С и обычном значении рН фруктовых продуктов (от 3 до 4) в течение 60-минутной обработки инвертируется около 20-30% содержащейся в них сахарозы. Инверсия не всегда является недостатком процесса, часто даже стремятся стимулировать ее. В случае мгновенной пастеризации изменения такого характера незначительны; при необходимости гидролитического расщепления Сахаров этот процесс следует провести в виде отдельной операции.

Гидролиз полисахаридов обусловливает также образование простых Сахаров. У крахмала при низких значениях рН и высокой температуре полный гидролиз практически происходит за несколько часов. В связи с асептической техникой эти изменения не играют большой роли.

Гидролиз пектина может иметь значение при асептическом хранении продуктов, в первую очередь фруктовых, содержащих твердую фазу. В ткани плодов теплопередача осуществляется благодаря теплопроводности, тепло распространяется довольно медленно и действует на пектиновые вещества продолжительное время. Это легко наблюдать по изменению консистенции плодов. Необходимо отметить, что пектины в стенках растительной клетки находятся в виде связанного, нерастворимого протопектина. В процессе созревания плодов под воздействием ферментов протопектин частично превращается в водорастворимый пектин. Такой процесс достигается и химическим способом, совместным воздействием температуры и кислот.

Водорастворимый пектин может быть дальше расщеплен прямо до галактуроновой кислоты. В ходе гидролиза пектина образуется не только галактуроновая кислота, но и метиловый спирт, а в некоторых случаях и уксусная кислота. При производстве отфильтрованных осветленных соков (например, яблочного) пектиновые вещества придают им мутность, поэтому задачей специальной технологической операции является разложение этих веществ, что обычно достигается обработкой соков пектолитическими ферментами при температуре 40-50° С в те­чение часа. Следовательно, при консервировании отфильтрованных осветленных соков асептическим методом гидролиз пектинов не имеет никакого значения.

Рассматривая влияние асептического консервирования на различные пищевые продукты, можно отметить следующее.

Превращения мяса и жиров почти не имеют значения. В жирах во время кратковременной тепловой обработки не происходит заметных изменений. Варка мяса, подготавливаемого к потреблению, требует большего воздействия тепла, чем его нужно для стерилизации при асептическом методе консервирования. Таким образом, с точки зрения химических и коллоидно-химических изменений определяющую роль играет не процесс стерилизации, а подготовительные операции. В некоторых случаях при разработке режима предварительной тепловой обработки можно учитывать и воздействие температуры в ходе последующей стерилизации.