1.2.2. Анабиоз

На принципе анабиоза основан ряд методов консервирования (в том числе холодильная обработка и хранение). Первым из них целесообразно описать тот, в котором этот принцип выражен в наиболее чистом виде. Таким методом является холодильное хранение сырья и пищевых продуктов. В этой группе методов холодильное хранение имеет наибольшее промышленное значение.

Холодильное хранение. В пищевой промышленности применяют искусственный холод в двух модификациях, соответствующих создаваемым температурам: 1) умеренным действием которых сырье и продукты его переработки охлаждаются до температуры не ниже криоскопической, т.е. той температуры, при которой сырье и пищевые продукты замерзают; 2) более низким температурам, под действием которых сырье и пищевые продукты замерзают.

В связи с этим различают хранение в охлажденном состоянии и хранение в замороженном состоянии.

Хранение в охлажденном состоянии. При пониженных температурах сильно замедляются биохимические процессы, протекающие в растительном сырье, а также резко снижается активность микроорганизмов.

Особенно сильно отражается температура хранения на таком важном биохимическом процессе, как дыхание. Чем выше температура хранения, тем больше интенсивность дыхания и тем меньше продолжительность жизни плода. С понижением температуры интенсивность дыхания сильно замедляется, а время хранения плодов возрастает.

Снижение биологической и биохимической активности плодов и микроорганизмов при понижении температуры объясняется, с одной стороны, известной зависимостью скорости химических реакций от температуры, с другой, - тем, что цитоплазма (носитель жизненных функций микробных и растительных клеток) наркотизируется под влиянием холода и ее проницаемость падает. Из-за этого замедляется обмен веществ, снижается поступление кислорода извне через сузившиеся поры цитоплазменной мембраны, уменьшается подача изнутри сахаристого сока в капиллярные каналы оболочки. В результате жизнь клетки замирает, не прекращаясь совсем, и она впадает в состояние анабиоза. Кроме того, снижается активность ферментов.

Хранение в охлажденном состоянии вызывает минимальные изменения натуральных свойств сырья и может продолжаться несколько недель, т.е. гораздо дольше, чем метод биоза.

Хранение в замороженном виде. При этом методе сырье или пищевой продукт замораживают до температуры, значительно более низкой, чем соответствующая температура замерзания, и затем хранят в замороженном виде.

Замороженные пищевые продукты и сырье можно хранить в течение многих месяцев. Это объясняется не только количественной разницей в низкотемпературном уровне процессов замораживания и холодильного хранения, но и тем, что в замороженных пищевых продуктах большая часть влаги находится в твердом состоянии. Поэтому микроорганизмы, которые питаются осмотическим путем (всасыванием жидких питательных сред), лишаются возможности использовать отвердевшие пищевые продукты, содержащие небольшую долю влаги в жидком состоянии.

Кроме того, из-за отсутствия жидкой фазы прекращается деятельность ферментов, в связи с чем приостанавливаются и биохимические процессы. Тот факт, что общепринятый температурный уровень, до которого доводят почти все замораживаемые пищевые продукты, составляет минус 18 °С, объясняется главным образом тем, что при этой температуре подавляющее количество влаги превращается в лед.

Важно понимать, что при использовании метода замораживания сырья и пищевых продуктов принцип анабиоза относится (да и то не в полной мере) только к микроорганизмам. Плоды и овощи, например, как живой организм, погибают.

Следует иметь в виду то, что однажды заморозив пищевые продукты до минус 18 ^С, необходимо поддерживать эту температуру до тех пор, пока продукт не попадет на стол к потребителю. Стоит лишь, пусть на короткое время, несколько повысить температуру замороженного пищевого продукта хотя бы до минус 10 °С, как микроорганизмы, «оправившись от шока», вызванного воздействием температурного уровня минус 18 °С, возвращаются к нормальной жизнедеятельности, которую уже не остановить повторным понижением температуры среды до минус 18 °С.

Поэтому при использовании замораживания требуется соблюдать принцип так называемой единой холодильной цепи.

Хранение в регулируемой атмосфере. Как уже было отмечено, при доступе воздуха жизнедеятельность плодов протекает нормально. Недозрелые плоды продолжают созревать.

В процессе кислородного дыхания сахара окисляются, превращаясь в углекислый газ и воду:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂→ 6 СО₂ + 6Н₂О,

при этом выделяется 2820 кДж теплоты.

Таким образом, на 1 моль поглощенного кислорода выделяется 1 моль диоксида углерода (углекислого газа), а так как 1 моль любого газа занимает один и тот же объем, то получается, что объем поглощаемого кислорода равен объему выделяемого диоксида углерода.

Если хранить плоды в газонепроницаемом помещении, то кислород из атмосферы, содержащей 79 % N₂ и 21 % О₂ будет расходоваться на дыхание, а взамен израсходованного кислорода в атмосферу выделится равный объем диоксида углерода. При этом, как видно из представленного, сумма объемов (О₂+ СО₂) есть величина постоянная, равная 21 %. Если, например, кислорода в атмосфере хранилища осталось 16 %, то, следовательно, диоксида углерода накопилось 5 %.

Ранее считали, что оптимальный состав модифицированной атмосферы может быть представлен газовой смесью, имеющей следующий состав: N₂ - 79 %, О₂ - 11 %, СО₂ - 10 %. При этом создание нужной концентрации диоксида углерода в хранилище достигалось не введением газа извне, а благодаря физиологической активности сырья, образующего СО₂ из запасных веществ клетки. Газовую среду такого состава иногда применяют и в настоящее время.

Для различных видов плодов, даже для разных помологических сортов одного и того же вида сырья, оптимальный состав модифицированной атмосферы меняется. При этом можно получать газовые смеси разного типа.

В так называемых нормальных газовых смесях суммарное содержание кислорода и диоксида углерода соответствует приведенному выше стехиометрическому расчету, т.е. 21 %. В пределах этих процентов количество кислорода составляло 11...16 %, диоксида углерода - от 10 до 5 %, азота оставалось неизменным - 79 %.

Позднее было установлено, что в ряде случаев оптимальными являются газовые смеси, в которых сумма СО₂ и О₂ меньше 21 %. Такие смеси называют субнормальными. Наиболее распространены субнормальные смеси, в которых содержится 3...5 % кислорода, 3...5 % углекислого газа и 90...94 % азота.

Субнормальные газовые смеси уже нельзя получить только за счет физиологической активности сырья и естественной вентиляции хранилища. Чтобы снизить содержание СО₂ в смеси, например, до 5 %, необходимо избыток СО₂ связать с каким-нибудь химическим поглотителем. Для этого составляют следующую схему: камера хранения - скруббер (поглотительный аппарат) - камера хранения. Воздух из камеры хранения, обедненный кислородом и обогащенный СО₂, прокачивают через скруббирующее устройство, где избыток СО₂ связывается каким-нибудь (чаще щелочным) химическим поглотителем, например, едким натром или поташом, откуда вновь подается в камеру хранения. При этом образуется бикарбонат натрия или бикарбонат калия.

Тогда в рассмотренном примере можно добиться получения газовой смеси следующего состава: О₂ - 5 %, СО₂ - 5 %, N₂ - 90 %, - или же любой смеси, в которой сумма О₂ и СО₂ меньше 21 %.

Субнормальные газовые смеси можно также создавать, подавая их в камеру хранения из каких-либо внешних источников, например, из специальных газогенераторов или баллонов.

Итак, хранение плодов и овощей в регулируемой атмосфере основано на анабиотическом состоянии, в которое впадают как микроорганизмы, так и растительное сырье под влиянием диоксида углерода и пониженного содержания кислорода в атмосфере.

Ультрафиолетовое облучение. Ультрафиолетовые излучения, охватывающие область электромагнитных колебаний с длинами волн в диапазоне 136...400 нм, обладают большой энергией и, следовательно, оказывают сильное химическое и биологическое действие. В зависимости от длины волны действие различных участков ультрафиолетового спектра различно. Область лучей с длиной волны от 330 до 400 нм является химически активной. Зона в пределах 200-330 нм биологически активна, способствует синтезу в организме витамина D и оказывает антирахитическое действие. Наибольшее воздействие на бактерии, подавляющее их жизнедеятельность и приводящее живые клетки к гибели, имеют лучи с длиной волны от 200 до 295 нм. В связи с этим данную область ультрафиолетовых лучей называют бактерицидной. Максимум бактерицидного действия располагается вблизи длины волны 260 нм.

Широкое использование бактерицидного эффекта ультрафиолетовых лучей для консервирования пищевых продуктов ограничивается их малой проникающей способностью (доли миллиметра). Не пропускают УФ-лучи стенки жестяной и стеклянной тары. Поэтому УФ-спектр пригоден в основном для стерилизации поверхностей.

Маринование, спиртование, квашение и спиртовое брожение. Большинство микроорганизмов, особенно гнилостных, вызывающих порчу плодов и овощей, не могут развиваться в кислой среде или в среде, содержащей спирт. При изготовлении маринадов подготовленные плоды или овощи заливают раствором уксусной кислоты, содержащим сахар и соль (бывают маринады на основе молочной кислоты). Основным консервирующим началом при этом является уксусная кислота, содержание которой в различных маринадах колеблется от 0,6 до 1,2 %. Эти небольшие концентрации уксусной кислоты не могут полностью воспрепятствовать развитию плесеней, уксуснокислых бактерий и других микроорганизмов, вызывающих порчу плодов и овощей, поэтому маринование само по себе не может надолго сохранить продукт. Для увеличения срока хранения маринованные продукты фасуют в герметически укупориваемую тару и пастеризуют (или хранят при пониженных температурах). При этом изменяется принцип консервирования, который в таком случае сводится уже не к анабиозу микробов, вызванному действием кислоты, а к уничтожению микробов с помощью высокой температуры.

Квашением принято называть такой процесс обработки овощей и плодов, при котором в результате действия молочнокислых бактерий, имеющийся в сырье сахар сбраживается в молочную кислоту. Накапливающаяся в процессе брожения молочная кислота предохраняет продукт от порчи.

Таким образом, в отличие от маринования при консервировании молочная кислота не вносится в пищевой продукт извне, а создается в самом сырье в результате молочнокислого брожения.

Термин «квашение» обычно используют применительно к капусте. В отношении огурцов и томатов пользуются термином «засол» («соление»), а квашеные яблоки называют «мочеными». Все эти продукты консервируются с помощью молочнокислого брожения.

Квашение капусты и засол огурцов осуществляются либо самопроизвольно, так сказать, на «своих» молочнокислых бактериях, которые всегда есть в эпифитной микрофлоре перерабатываемого продукта, либо благодаря введению чистой культуры молочнокислых бактерий.

Спиртование применяют как метод консервирования плодовых соков в безалкогольной и ликероводочной промышленности. Спирт не обладает сильным консервирующим действием, поэтому для предохранения пищевого продукта от порчи требуются довольно большие его концентрации. Так, дрожжи полностью прекращают свою жизнедеятельность при содержании спирта в среде не менее 16 %. Именно такое количество спирта добавляют в плодовые соки-полуфабрикаты, предназначенные для изготовления безалкогольных напитков.

Благодаря действию винных дрожжей, содержащихся в эпифитной микрофлоре плодово-ягодного сырья или внесенных в виде чистой культуры извне, при спиртовом брожении происходит разложение сахара с образованием спирта. Образующийся спирт предохраняет продукт от порчи.

Кроме того, сама цель такой обработки заключается фактически не в консервировании, а в получении нового продукта с определенными желаемыми свойствами. Например, столовое вино - не консервированный виноградный сок и его изготовляют не для того, чтобы сохранить впрок сок. Точно так же капусту квасят не для того, чтобы ее законсервировать, а для того, чтобы получить закусочный продукт или приправу ко второму обеденному блюду

Квашение и спиртовое брожение можно причислить к методам консервирования плодов и овощей лишь с известной условностью, так как в результате брожения происходит сильная денатурация исходного сырья и получается совсем новый продукт.