Термообработка

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 1624

В процессе произ­водства консервов для обеспечения стабильности продукта при хранении используют такие способы термообработки, как сте­рилизация, пастеризация, тиндализация.

Стерилизация - одна из основных операций технологиче­ского процесса производства консервов, которую проводят, на­гревая продукт до температуры выше 100 ⁰С, для подавления жизнедеятельности микроорганизмов либо для их полного уничтожения.

Основными источниками загрязнения консервов до стерили­зации являются мясное сырье, вспомогательные материалы и специи. В среднем общая бактериальная обсемененность содер­жимого консервов может достигать I ^.I0¹² клеток в 1 г (см³) при регламентируемом уровне от I0⁴ до 2 ^.10⁵ бактерий.

Цель стерилизации - уничтожение тех форм микроорганиз­мов, которые могут развиваться при обычных условиях хране­ния и вызывать при этом порчу консервов либо образовывать опасные для здоровья человека продукты своей жизнедеятель­ности(токсины). К этим видам микрофлорыотносят представителя токсигенных спорообразующих анаэробов Cl. botulinum и гнилостные анаэробы Cl. sporogenes, Cl. perfringens, С!, putrificum. Кроме анаэробов, в консервах находятся аэробы, тер­моустойчивые и термофильные микроорганизмы, большинство из которых после стерилизации в консервах не развиваются и в санитарном отношении являются безвредными.

Нагрев мяса при температуре 134 ⁰С в течение 5 мин унич­тожает практически все виды спор, включая и споры наиболее термоустойчивых микроорганизмов. Однако воздействие повы­шенных температур приводит к необратимым глубоким хими­ческим изменениям продукта, обусловливающим снижение его качества' и пищевой ценности. В связи с этим наиболее рас­пространенная и предельно допустимая температура стерилизации мясопродуктов ниже 135 ⁰С (в пределах 120 ⁰С). При этом подбирают такую продолжительность нагрева, которая обеспе­чивает достаточно эффективное обезвреживание споровых форм микробов и резкое снижение их жизнедеятельности.

Правильно выбранный и научно обоснованный режим сте­рилизации (температура и продолжительность ее воздействия) должен гарантировать высокое качество консервируемого про­дукта при наличии определенной степени стерильности (так называемой «промышленной стерильности»), при которой пол­ностью отсутствуют возбудители ботулизма и другие токсигенные и патогенные формы, а количество неопасных для здо­ровья человека микроорганизмов не превышает установленных норм.

Не исключается наличие в стерилизованных консервах еди­ничных спор мезофильных бацилл типа Вас. subtilis (сенная па­лочка). Вас. mesentericus (картофельная палочка) и Вас. сеreus. Однако для поддержания высокого санитарно-гигиениче­ского уровня консервного производства степень обсемененности сырья до стерилизации спорами этих микроорганизмов не должна превышать 10³ на 1 г, что обеспечивает содержание остаточной микрофлоры не более 1 споры на 10 г готового кон­сервированного продукта.

Таким образом, промышленной стерилизацией не всегда до­стигается абсолютная стерильность консервов, но обеспечивается их доброкачественность и стойкость к хранению.

Влияние нагрева н а микрофлору. Нагрев при температурах выше 100 ⁰С уничтожает в основном вегетатив­ные формы микроорганизмов и большую часть споровых, что обусловлено денатурацией белков протоплазмы живых клеток и разрушением ферментов. Одновременно под воздействием термообработки перерождаются сохранившиеся споры, их спо­собность к прорастанию резко снижается.Количество остаточ­ной микрофлоры зависит как от уровня температуры, так и от продолжительности термообработки.

Период, в течение которого при данной температуре стери­лизации погибают микроорганизмы, называют временем отми­рания. Понятие «время отмирания» является условным, так как, во-первых, мгновенно нагреть систему, содержащую мик­робы, до температуры собственно стерилизации практически невозможно и, во-вторых, даже после самых жестких условий стерилизации в объектах могут быть обнаружены живые мик­робные клетки, хотя и в очень малых концентрациях. Однако в реальных условиях стерилизации содержимое консервов про­гревается не одномоментно, а постепенно: теплопередача идет от периферии банки к центру. При этом центральная часть начинает стерилизоваться при заданной температуре значи­тельно позже, чем периферийные слои.

В связи с непрерывностью теплового воздействия на про­дукт при расчете времени отмирания ориентируются на мик­рофлору, находящуюся в центральной части банки, и отсчет времени ведут с момента достижения температуры собственно стерилизации в наиболее удаленном от периферии месте, находящимся вблизи геометрического центра банки.

В условиях стерилизации консервов значение вре­мени отмирания зависит не только от температуры собственно стерилизации, но и от характеристики микрофлоры, состава консервов, условий технологической обработки и ряда других факторов.

Условия отмирания для данного вида микроорганизмов всегда определяются соотношением «температура - время».

Для каждого вида микроорганизмов существует обратная зависимость между временем отмирания и температурой при одинаковом стерилизующем эффекте, т. е. с повышением тем­пературы стерилизации время отмирания снижается в геомет­рической прогрессии.

В полулогарифмических координатах эта зависимость вы­глядит в виде прямой (рис.1.10) и ее можно охарактеризовать математическим выражением

lg (y/ ) = x/z, (1.1)

где у- ордината любой точки на кривой времени отмирания: т - время отмирания, соответствующее какой-либо эталонной температуре; х - раз­ность между двумя сопоставляемыми температурами стерилизации; z - раз­ность температур за один логарифмический цикл, вызывающая уменьшение времени отмирания на один порядок, т.е. в 10 раз.

На основании рассмотренного выражения можно лишь тео­ретически определить время, соответствующее любой выбран­ной температуре стерилизации. Однако данное время отмира­ния справедливо лишь в идеальном (либо частном) случае, так как им не учитываются характеристики микробиологической составляющей (кроме вида), физические, физико-химические и теплофизические свойства продукта, тип тары, состояние консерва в момент стерилизации и т. д.

Каждый вид микрофлоры обладает своим собственным вре­менем отмирания в силу различной устойчивости к нагреву. Термоустойчивые итермофильные микроорганизмы могут при­спосабливаться к высоким температурам. При этом в присут­ствии термофильных мезофильные микроорганизмы часто так­же приобретают термоустойчивость. Как правило, споры ана­эробовотмирают медленнее, чем споры аэробов. Из анаэробов наиболее опасен Cl. botulinum, токсин которого даже в малых дозах смертелен для человека.

Споры палочки CL botulinum выдерживают кипячение в те­чение 3-6 ч, при 105 ⁰С они гибнут через 2 ч. Дробная стери­лизация не освобождает мясопродукты от спор. Устойчивость их к нагреванию зависит от состава среды. Токсин Cl. botulinum очень сильный, не разру­шается под влиянием пищева­рительных соков, но инактивируется через 30 мин при 80 ⁰С. Не только различные виды, но и различные штаммы одного и того же вида образуют споры с различной резистентностью к воздействию высоких темпера­тур. Например, период инак­тивации спор различных штаммов CI. botulinum при 110 ⁰С от 7 до 16 мин. Термо­устойчивость спор, выросших в стерилизованном мясе, в 3 раза выше, чем у спор, культивированных на сыром.

Рис. 1.10. Зависимость времени отмирания от температуры

в полулогарифмических координатах

Споры отмирают по стадиям: на первой (стадия быстрого отмирания) уничтожается более половины спор, находящихся н продукте; па второй число жизнеспособных спор уменьшает­ся по логарифмической кривой; в третьей скорость отмирания небольшого количества оставшихся спор уменьшается. Данное обстоятельство принимают во внимание при расчете условий стерилизации консервов графоаналитическими методами.

В производственных условиях определение степени бакте­риальной обсемененности консервов перед стерилизацией. про­изводят ежедневно: один раз в смену па каждой линии и по каждому виду вырабатываемой продукции. Максимально; до­пустимое количество микробных клеток в банках не должно превышать 2 ^.10⁵ бактерий в 1 г.

Дополнительным нормативным показателем, характеризую­щим санитарное состояние производства, может служить об­щее количество сапрофитных микробов на рабочих поверхно­стях технологического оборудования: при наличии свыше 1000 микробных клеток в 1 мл смыва санитарное состояние произ­водства считают неудовлетворительным.

в большинстве случаев устойчивость микроорганизмов к нагреву увеличивается с возрастом. Старые культуры имеют более высокую приспособляемость к изменяющимся внешним условиям и могут выдерживать значительно более жесткие ре­жимы стерилизации.

И з м е н е н и е в м я с е п р и с т е р и л и з а ц и и. Режим стерилизации является важнейшим фактором, определяющим качество консервов. По характеру воздействия на продукт стерилизация, представляющая собой процесс термообработки при температурах выше 100 ⁰С, сохра­няет особенности влажного нагрева. При этом в мясе происходят такие важные и характерные изменения, как тепловая денатурация растворимых белковых веществ, сваривание и гид­ротермический распад коллагена соединительной ткани, окис­ление и гидролиз жира, изменение витаминов,экстрактивных веществ, структуры и органолептических показателей. Однако по сравнению с нагревом при умеренных температурах стери­лизация в значительной степени катализирует скорость гидро­литических процессов основных компонентов мяса, глубина ко­торых возрастает с увеличением продолжительности стерилиза­ции и повышением температуры.

Гидролиз высокомолекулярных азотистых веществ. В ре­зультате воздействия стерилизации в мясе может происходить глубокая деструкция растворимых белковых веществ до полипептидов. При этом часть полипептидов гидролизуется до низ­комолекулярных азотистых оснований. Имеют место процессы дезаминирования и декарбоксилирования некоторых аминокис­лот, сопровождающиеся разрушением и потерей части из них, в том числе и незаменимых.

Повышение температуры и увеличение продолжительности нагрева вызывают усиление гидротермического распада колла­гена до глютина и гидролиз глютина до глютоз.

Изменения коллагена при стерилизации играют положи­тельную роль, так как сваренный коллаген лучше переварива­ется, образует бульоны, застудневающие при охлаждении до состояния желе. Образующиеся питательные бульоны хорошо связывают воду. Скорость и степень распада коллагена при тепловой обработке резко возрастают с увеличением степени измельчения соединительной ткани. Благодаря гидролизу кол­лагена в мышечной ткани продукт становится более «нежным». В связи с этим в консервном производстве широко используют мясо I и 2 сортов, содержащее значительное количество соеди­нительной ткани.

В целом температуры, характерные для процесса стерили­зации консервов, отрицательно сказываются на пищевой цен­ности белковых веществ, особенно растворимых. С повышени­ем температуры и длительности нагрева возрастает степень коагуляционных изменений, причем, чем выше степень агреги­рования, тем медленнее идет переваривание денатурированно­го белка пищеварительными ферментами: перевариваемость и усвояемость стерилизованного мяса ниже, чем у вареного.

Использование необоснованно жестких режимов стерилиза­ции приводит к значительному снижению уровня пищевой цен­ности продукта.

Высокое качество мясных консервов грубых структур мож­но сохранить при температуре до 120 ⁰С. Для большинства де­ликатесных консервов максимально допустимая температура стерилизации не должна превышать 110-114 ⁰С, для сосисок, ветчины, бекона - около 100 ⁰С (не ниже).

Изменения жиров. В условиях стерилизации существенно ускоряется гидролиз триглицеридов и насыщение двойных свя­зей радикалов жирных кислот гидроксильными группами. При­сутствие свободных жирных кислот интенсифицирует образова­ние оксисоединений. Свидетельством этих изменений являются рост кислотного числа и уменьшение йодного и роданового чи­сел. Воздействие повышенных температур может приводить также к термической полимеризации и окислению жиров. Об­разующиеся при этом карбонильные соединения с длинной цепью обладают токсическими свойствами.

Присутствие белковых веществ в мясе в некоторой степени тормозит ход окислительных и гидролитических процессов, что, очевидно, обусловлено антиокислительным действием некото­рых аминокислот.

Рассмотренные изменения жиров под воздействием стерили­зации дают основания полагать, что высокотемпературная об­работка приводит к снижению биологической ценности жира.

Изменения экстрактивных веществ. При стерилизации име­ют место два диаметрально противоположных процесса: накоп­ление экстрактивных веществ в результате распада высокомо­лекулярных соединений и уменьшение их количества вследст­вие распада под влиянием нагрева. Как следствие этого, состав летучих веществ и их концентрация в стерилизованном мясе отличаются от их состава в мясе вареном, что приводит к появлению у продукта специфического запаха — «аромата авто­клава».

В то время как в мясе, нагретом при температурах ниже 100 ⁰С, решающая роль в аромато - и вкусообразовании при­надлежит глютатиону, глютамину, глютаминовой и адениловой кислотам, развитие в консервированных мясопродуктах «при­вкусастерилизации» обусловлено в основном накоплением ко­нечных продуктов гидротермического распада белков - аммиа­ка, углекислого газа, сероводорода, меркаптанов. Аммиак об­разуется вследствие дезаминирования аминокислот. Углекислый газ выделяется при разрушении бикарбонатной и углеводной систем мяса, а также при декарбоксилировании аминокислот. Водород, сероводород и меркаптаны накапливаются при распа­де серосодержащих аминокислот и глютатиона. Количество об­разовавшегося сероводорода возрастает по мере увеличения температуры стерилизации и сдвига рН в щелочную сторону (выше 6,0).

Наличие газообразных продуктов распада белков не только ухудшает органолептику готовых консервов, но может вызы­вать бомбаж.

На процесс образования специфических запаха и вкуса у консервированного мяса существенно влияет также присутствие альдегидов, летучих жирных кислот и продуктов меланоиднообразования.Скорость реакции меланоидинообразования ин­тенсифицируется как высокими температурами стерилизации, так и увеличением количества свободных аминокислот и глю­козы. Воздействие повышенных температур катализирует гид­ролиз гликогена и полисахаридов: нагрев при 113 ⁰С в течение I ч приводит к снижению количества гликогена на 22-25 % при параллельном увеличении содержания глюкозы.

Изменение витаминов. Витамины весьма неустойчивы к на­греву, но так как они по своей структуре относятся к разным группам, то и разрушение отдельных витаминов при стерили­зации различно. Степень потерь витаминов в значительной сте­пени зависит от рН среды, присутствия кислорода, продолжи­тельности и температуры нагрева.

Наименьшей устойчивостью обладают витамины С, D, В, тиамин, никотиновая и пантотеновая кислоты. В зависимости от вида стерилизуемого продукта и выбранных режимов уровень их потерь достигает 40-90 % по отношению к содержанию в исходном мясе. В частности, потери витамина В₁ при производстве консерва «Свинина тушеная» составляют 56-86 %.

Наиболее термостойки витамины А, Е, К, В₂. При этом резистетнтность витамина А проявляется лишь в отсутствии кислорода.

Изменение структуры и прочностных свойств. При тепловой стерилизации, сопровождающейся денатурацией растворимых белковых веществ и гидротермическим распадом коллагена, происходит более выраженное по сравнению с варкой упроче­ние структуры мясных изделий и снижение водоудерживающей способности. Повышение жесткости мяса обусловлено сильной его усадкой (диаметр мышечных волокон после стерилизации уменьшается на 26-30 %. а длина соединительнотканных про­слоек - в 2-2,5 раза) и выпрессовыванием части слабосвя­занной влаги. Степень изменения этих показателей зависит не только от свойств используемого сырья, но и режима стерили­зации. Длительный нагрев при высоких температурах суще­ственно ухудшает структурно-механические свойства либо в результате повышения жесткости мяса (в случае высокого со­держания в консервах мышечной ткани), либо разволокнения мяса (при наличии больших количеств соединительной ткани). Таким образом, ухудшение качества консервированных мя­сопродуктов при стерилизации обусловлено уменьшением до­ли полноценного белка, интенсификацией окислительно-гидро­литических процессов в жире, потерями витаминов, нежелатель­ными изменениями экстрактивных веществ и структурно-механических свойств, причем последние оказывают существенное влия­ние на органолептические характеристики готового продукта.

Понятие о формуле стерилизации. Мгновенно нагреть консервируемый продукт до требуемой температуры с тем, чтобы выдержать определенное время отмирания микро­организмов, невозможно. Банки загружают в аппараты перио­дического или непрерывного действия, прогревают установку и банки до температуры стерилизации, проводят стерилизацию в течение периода отмирания микроорганизмов, после снижения температуры аппарата банки выгружают, и цикл повто­ряется. Условную запись теплового режима аппарата, в котором стерилизуются консервы, называют формулой стерилизации. Для аппаратов периодического действия эта запись имеет вид:

(A + B+С)/T, (1.2)

где А - продолжительность прогрева автоклаваот начальной температуры до температуры стерилизации, мин; В - продолжительность собственно сте­рилизации, мин; С - продолжительность снижения температурыдо уровня, позволяющего производить разгрузку аппарата, мин; Т - заданная темпе­ратура стерилизации, ⁰C.

Принимая во внимание, что мясопродукты обладают значи­тельно меньшей теплопроводностью, чем тара, при расчетах формулы стерилизации тепловое сопротивление банок (даже стеклянных) не учитывают.

Выводы, име­ющие существенное значение при определении необходимых условий стерилизации:

температура содержимого консервов в процессе нагрева изменяется во времени, причем консервы по объему прогрева­ются неравномерно;

при идентичных условиях нагрева жидкая часть консервов прогревается быстрее плотной;

наиболее трудно прогревается точка, расположенная не­скольковыше геометрического центра банки, так как теплопе­редача со стороны крышки тормозится (в невакуумированных консервах) наличием воздушного пузыря в незаполненном про­странстве консерва;

температура по времени в центральной зоне консерва из­меняется иначе, чем в самом аппарате (автоклаве).

Таким образом, значение величин А, В, С и Т в формуле стерилизации характеризует лишь режим работы аппарата и не отражает степени эффективности действия параметров тер­мообработки на консервируемый продукт.

Несмотря на различия в характере изменения температуры по времени в центре консерва и в автоклаве (греющейсреде), между ними существует зависимость при постоянных условиях (вид, размер, форма тары, состав и теплофизические свойства продукта): уровень температуры в центре банки является функцией температуры греющей среды. Эта зависимость лежит в основе методов графоаналитического расчета формул стерилизации, обеспечивающих установление таких параметров теплового режима греющей среды (температуры и продолжительности), которые бы создавали необходимый уро­вень термовоздействия для наиболее труднопрогреваемой (центральной) части банки.

Рассматривая величины, входящие в формулу стерилиза­ции, можно заметить, что величину Т выбирают как макси­мально допустимую температуру для данного вида консервов (т. е. вызывающая наименьшие изменения качественных пока­зателей продукта), а значения А и С зависят в основном от конструктивных особенностей автоклава. Величина А является функцией размеров аппарата и разности между заданной тем­пературой стерилизации и начальной температурой консерва. Чем выше начальная температура содержимого банки, тем меньше времени А требуется для ее прогрева до необходимого уровня Т.

Так как технические характеристики автоклавов различа­ются незначительно, а температура продукта регламентируется условиями фасования на относительно постоянном уровне, значение величины А будет зависеть лишь от объема и вида тары. В связи с этим при работе на вертикальных автоклавах пользуются постоянными заданными значениями А: для жестя­ных банок вместимостью до 1 кг - 20 мин, для банок большей вместимости - 30 мин, для стеклянных банок вместимостью 0,5 кг - 25 мин, вместимостью I кг - 30 мин.

Значение величины С обусловлено необходимостью выравни­вания давления в отстерилизованной банке с атмосферным пе­ред разгрузкой автоклава. Пренебрежение этапом снижения давления приводит к необратимой деформации жестяных банок или к срыву крышек со стеклянной тары.

Нагрев продукта в процессе стерилизации (этапы А и В) сопровождается увеличением внутреннего давления внутри банки, величина которого складывается из парциальных давле­ний водяных паров, воздуха и газов, выделяющихся из продук­та под действием термообработки, а также давления, вызы­ваемого тепловым расширением продукта. Величина избыточ­ного внутреннего давления в герметичном объеме банки зави­сит от содержания влаги в содержимом банки, степени вакуумирования консервов, степени расширения продукта в резуль­тате нагрева (1,04-1,07),а также от коэффициента заполнения банки и степени увеличения объема тары вследствие теплового расширения материала и вспучивания концов банок.

Необходимое для разгрузки автоклава снижение давления в аппарате до атмосферного по окончании стерилизации при­водит к увеличению перепада давлений в банке и автоклаве, так как консервы сохраняют высокую температуру. По этой причине давление выравнивают постепенно, подавая в авто­клав холодную воду под давлением, равным установившемуся в нем к концу стерилизации. В результате быстрого охлажде­ния консервов внутреннее давление падает, что позволяет осторожно понижать давление в самом автоклаве. Конечная температура охлаждения для жестяных банок перед их вы­грузкой из автоклава установлена в пределах 40-45 ⁰С.

Период времени, необходимый для снижения давления в аппарате (величина С), регламентируется технологическими инструкциями, зависит от вида, типа, размеров банки итем­пературы стерилизации и составляет в среднем 20-40 мин. Необоснованное сокращениепериода снижения температуры и давления в автоклаве приводит к образованию дефектов ба нок («птичек», «хлопуш»и г. д.).

Вопрос сокращения длительности цикла стерилизации частично может быть решен за счет использования стерилизато­ров непрерывного действия, например гидростатических, в которых отпадает необходимость предварительного прогрева ап­парата, две величины (А +В) образуют одну (В'), и формула стерилизации приобретает вид (В'+C)/T. Применительнок аппаратам периодического действия значение Т зависит от ви­да консервируемого продукта. Величины А и С являются постоянными для данного автоклава и типа консерва. Таким об­разом, основная задача при расчете формулы стерилизации заключается в определении величины В как функции перемен­ной температуры в центре банки в период отмирания микро­флоры.

Определение форму л ы с т е р и л и з а ци и по величинестерилизующего эффект а. Используя в качестве критерия эффективности стерилизации степень инакти­вации микроорганизмов, формулу стерилизации определяют практическим, аналитическим и графическим методами.

В соответствии с практическим методом (методом заражения) в консервируемое сырье вводят определенное ко­личество наиболее распространенного, термоустойчивого вида бактерий и при постоянных значениях А, С и Т, изменяя про­должительность В в широком диапазоне, определяют опытным путем (по степени инактивации микрофлоры) необходимый ре­жим стерилизации. Данный метод трудоемок, дает большую ошибку.

При использовании аналитического и графического мето­дов перед расчетом задаются следующими теоретическими предпосылками:

споры микроорганизмов начинают отмирать в консерве при достижении температуры (в центре банки) в 100 ⁰С, причем их инактивация происходит в течение всего периода воздействия повышенных температур;

скорость отмирания спор зависит от температуры нагрева;

общий эффект отмирания представляет собой сумму отдель­ных, достигаемых в каждой точке термограммы (при темпера­турах выше 100 ⁰С) стерилизующих эффектов;

Сущность аналитического метода заключается в установлении зависимости между температурами в автоклаве и в центре банки, на основе чего коррелируют режимы рабо­ты автоклава и условия отмирания микроорганизмов в консерве. Использование аналитического метода возможно лишь при условии прогрева консервов путем теплопередачи, когда зави­симость между логарифмом разности температур в автоклаве и временем нагрева выражается прямой линией. Практическое применение аналитического метода требует определения зна­чений некоторых величин, входящих в расчетную формулу, экс­периментальным путем.

Наиболее распространен и точен графический метод расчета формулы стерилизации, основанный на построении термограммы стерилизации консерва (по центральной зоне), определении полученного общего эффекта инактивации спор (F_ЭФФЕКТ) и сопоставлении последнего с нормативным расчет­ным эффектом (F₀). Понятие стерилизующего эффекта было введено в консервное производство для приведения равных ре­жимов к единому сравнимому показателю, представляющему интегральный эффект от действия температуры и продолжи­тельности стерилизации. Стерилизующий эффект (Fэффект) - это показатель надежности режима стерилизации консервов, выраженный в минутах, при определенной (условной) темпе­ратуре. В качестве условной принята температура 121,1 ⁰С (250 ⁰F).

Таким образом, под F_ЭФФЕКТ данного режима понимают продолжительность абстрактного равноценного режима стерилизации, проводимого при условии, что содержимое банки мгно­венно прогревается от исходной температуры до 121.1 ⁰Си выдерживается при этой температуре в течение данного времени, после чего температура немедленно снижается.

В соответствии с изложенными принципами расчет произ­водят следующим образом.

На первом этапе задаются постоянными значениями А, С и Т экспериментальной (предполагаемой) формулы стерилиза­ции, вместимостью и формой банки, видом продукта, типом преобладающей в сырье микрофлоры, ее начальной и конечной (допустимой для готового консерва) концентрацией. Величину В устанавливают произвольно. В центральную зону продукта вводят термопару и, осуществляя работу автоклава по исследуемой формуле стерилизации, через определенные интервалы времени (обычно 5 мин) регистрируют изменение температуры в консерве и строят термограмму. При этом каждому участку термограммы (лежащей выше 100 ⁰С), характеризуемому зна­чениями температуры и продолжительности, будет соответствовать определенный стерилизующий эффект.

Общий эффект стерилизации спор (Fэффект) для экспериментальной формулы стерилизации представляет собой сумму элементарных стерилизующих эффектов, достигаемых вкаждой точке кривой нагрева и охлаждения консервов.Графически величина F_ЭФФЕКТ на термограмме выражена площадью, в зо­нах температур выше 100 ⁰С и состоящей из элементарных площадей-трапеций. Рассчитав площадь каждой трапеции и, определив их сумму, можно найти величину F_ЭФФЕКТ. Допуская некоторую погрешность и используя формулу приближенного интегрирования по методу прямоугольников, находят значение эффекта стерилизации.

F_{ЭФФЕКТ =} К_F d = y₁K_F1 + y₂K_F2 +…y_nK_Fn y(K_F1 + K_F2 + K_Fn) (1.3)

где F_ЭФФЕКТ – эффект стерилизации, К_F — высота прямоугольников; d - основание прямоугольника, равное интервалу времени замера температуры (y=5 мин), у - продолжительностьдействия на микроорганизмы данной температуры, мин.

Определение величины площади F_ЭФФЕКТ. еще не дает воз­можности оценить степень стерилизующего действия каждого участка термограммы (различающихся по значениям температуры) и режима в целом, а нуждается в аналитическом пе­рерасчете реальных времени и температуры к времени дейст­вия эталонной температуры. В качестве эталонной температуры микробиологи всех стран мира принимают температуру 121,1 ⁰С, чтосоответствует 250 ⁰F. Следовательно, перерасчетзаключается в установлении F-отрезка121,1 градусноговремени, эк­вивалентному по действию на микроорганизмы отрезку време­ни при любой данной температуре. Перерасчет осуществляют с помощью коэффициента приведения Kf. Значение коэффици­ентаприведения фактического времени отмирания спор в каж­дой точке термограммы (при температурах обычной стерили­зации в интервале от 100 до 120-125 ⁰С) к времени стери­лизации при эталонной температуре (121,1 ⁰С) определяют пи формуле (1.6):

K_F = 1/10^{(121,1- t)/z}, (1.4)

где K_F – коэффициент приведения, t —температура в момент измерения, ⁰С; z — параметр, характеризующий устойчивость выбранной тест-культуры к нагреву, ⁰С.

Ранее при рассмотрении кинетики снижения микробиологической обсемененности пищевых продуктов под воздействием температур различного уровня было показано, что величину z находят по углунаклона кривых отмирания в «полулогариф­мических ординатах» температура - время отмирания. Экспе­риментально установлено, что величина z составляет для Cl. botulinum 10 ⁰C, Cl. sporogenes - 9,5 ⁰С, термофильных бак­терии - 10 ⁰С.

Принимая во внимание, чтов формуле расчета значении переводных коэффициентов Kf для данноговида микроорга­низмов величина z остается постоянной, при определениях К_F можно пользоваться справочными таблицами.

По приведенным коэффициентам Kf рассчитывают стерили­зующийэффект на термограмме

F_{ЭФФЕКТ =} y K_F , (1.5)

где F_ЭФФЕКТ - стерилизующий эффект, y – продолжительность действия на микроорганизмы данной температуры, мин, K_{F –} коэффициент приведенияфактического времени отмирания спор в каждой точке термограммы.

Обычно усоответствует величине интерваларегистрации температуры в центре банки (5 мин).

В процессе нагрева значение температуры на каждом от­дельном (пятиминутном) участке термограммы постоянно изменяется, поэтому для удобства проведения расчета условно принимают температуру каждого участка постоянной и рав­ной величине, среднеарифметической граничным точкам от­резка.

Определив величины переводных коэффициентов K_F для каждого участка термограммы abed, суммируют их значения и, умножив сумму на равновеликий отрезок времени, получают значение стерилизующего эффекта данного режима (в услов­ных минутах):

F_ЭФФЕКТ = y K_Fn , (1.6)

где F_ЭФФЕКТ - стерилизующий эффект данного режима, условные минуты, y – продолжительность действия на микроорганизмы данной температуры, мин, K_Fn – коэффициент приведения.

Рассчитанная величина F_ЭФФЕКТ показывает продолжитель­ность некоторого абстрактного стационарного режима тепловойобработки, при котором содержимое банки с самого нача­ла процесса нагревается до температуры 121,1 ⁰С и выдержи­вается при этой температуре в течение расчетного времени, после чего немедленно охлаждается. Для определения степени избыточности или недостаточности стерилизующего эффекта экспериментального режима (формулы стерилизации) необхо­димо сопоставить значение полученного F_ЭФФЕКТ с теоретически необходимым при этой же эталонной температуре.

В связи с этим на втором этапе расчета, пользуясь данными опыта, определяют величину требуемого нормативного стери­лизующего эффекта F_o. В основе расчета лежат следующие теоретические положения.

При постоянной температуре стерилизации скорость отми­рания спор какой-либо определенной культуры является функ­цией их концентраций и может быть описана выражением – (dB/d ) = KB, которое после интегрирования принимает вид:

lg (B/b) = K , (1.7)

где В - начальная концентрация спор и 1 г сырья, К - коэффициент ско­рости отмирания спор, зависящий от характеристики среды, степени неустой­чивости данной культуры к температурному фактору, выбранной температу­ры собственно стерилизации, мин-¹; b - конечная концентрация спор в 1 г продукта; — продолжительность воздействия температуры, мин.

Обозначив фактор скорости 1/K через коэффициентD мож­но записать уравнение как:

lg (B/b) = /D (1.8)

Установлено, что в полулогарифмических ординатах коэф­фициент D соответствует1/tg (где - угол наклона прямой выживаемости спор при данных температуре и условиях сре­ды) и является величиной постоянной для каждого вида мик­роорганизмов. Коэффициент соответствует интервалу времени, необходимого для снижения концентрацииспор в продукте на один порядок (т. е. в 10 раз)под воздействием какой-либо оп­ределенной температуры.

Экспериментально найдено, что величина D при эталонной температуре 121.1⁰С (250 ⁰F) составляет для:

CI. botulinum 0,24 мин

CI. sporogenes 1,0 - 1,7 мин (в говядине)

Cl. sporogones 1,83 мни (в свинине)

Термофилов 2,0 - 4,0 мин

При этом чем вышерН среды и температура стерилизации, тем большее абсолютное значение D.

Зная уровни начальной и конечной (требуемой) микробио­логической обсемененности продукта, а также значение D для выбранной тест-культуры при данной температуре, можно ус­тановить продолжительность термообработки, необходимую для снижения числа спор до желательного уровня, т. е. нор­мативный (расчетный) стерилизующий эффект, по формуле:

F₀ = D_121,1 lg(B/b), (1.9)

где F₀ – продолжительность процесса стерилизации, мин.

Величина F_o показывает необходимую продолжительностьпроцесса стерилизации продукта при постоянном воздей­ствии температуры 121,1 ⁰С. При этом остаточная концентра­ция микроорганизмов в консерве будет составлять заданный уровень b. Принимая во внимание возможность ошибки при определении исходной обсемененности b, а также колебании в значениях рН, содержании жира и других технологических факторах, и с целью обеспечения минимального уровня конеч­ной микрофлоры, в расчетной формуле предусматривается ве­роятность отклонении в начальной концентрации спор на два порядка (в 100 раз).

F₀ = D_121,1[lg (B/b) + 2], (1.10)

Как было установлено, для мясных консервов наиболее на­дежными режимами стерилизации считаются те, которые могут обеспечить стерилизующий эффект F _ЭФФЕКТ в пределах 12-15 условных минут (тропические консервы).

На третьем этапе расчета сопоставляют величины эффек­тивного (фактического) и нормативного (расчетного) стерили­зующих эффектов, приведенных к единой температуре 121,1 ⁰С, и корректируют экспериментальный режим стерилизации.

В случае F _ЭФФЕКТ > F₀ продолжительность стерилизации в изучаемой формуле чрезмерна и избыточный стерилизующий эффект составляет

F^,_X = F _ЭФФЕКТ - F₀, (1.11)

При условии. F _ЭФФЕКТ < F₀ время нагрева недостаточно для обеспечения необходимого уровня стерильности на величину

F^,,_X = F ₀ - F_ЭФФЕКТ, (1.12)

Избыточное (пли недостаточное) время собственно стери­лизации находят по формуле:

Y_X = F_X 10^{(121,1 – T)/Z}, (1.13)

где Y_X – время стерилизации, мин, F_X - избыточный (или недостаточный) по сравнению с нормативным стерилизующий эффект, мин, Т – температура собственно стерилизации ис­следуемого режима нагрева, ⁰С, z — параметр, характеризующий устойчи­вость тест-культуры к нагреву, ⁰С.

На заключительном этапе уточняютпродолжительность пе­риода собственно стерилизации в выбранной формуле. При этом в случае F _ЭФФЕКТ > F₀ формула стерилизациибудет, иметь вид:

[A + (B-y_X) + C]/T, (1.14)

а при F _О > F _ЭФФЕКТ уточненная формула стерилизации превра­тится в

[A + (B + y_X) + C]/T (1.15)

Таким образом, научно обоснованной формулой стерилиза­ции является такая, фактическая летальность которой равна или несколько выше требуемой.

Пользуясь понятием F _ЭФФЕКТ и соответствующими методами расчета, можно количественно судить об эффективностираз­личных режимов стерилизации консервов и оценить целесооб­разность использования ряда традиционно установленных фор­мул стерилизации, что создает предпосылки к повышению ка­чества консервированных мясопродуктов и снижению энерго­емкости производства. Знание величины F _ЭФФЕКТ позволяет прогнозировать степень стабильности готовой продукции при хранении.

Техника стерилизации.Противодавление искусственно соз­даютвнутри аппаратов во избежание нарушенияцелостности консервов в процессе стерилизации вследствие образования в банках избыточного давления. Величина избыточного давления зависит от вида консерва, содержания в нем воды, воздуха, газов, объемного расширения продукта в процессе нагрева.

Пристерилизации консервов в паровой среде посравнению со стерилизацией в воде обеспечивается болееравномерное пообъему распределениетемпературы внутри банки при одинако­вых формулах стерилизации.

С те р и л и з а ц и я в эл е к т р о м а г н и т н о м поле т о к а м и в ы с о к о й ч а с т о т ы (Т В Ч) и сверх в ы с о к и х частот (СВЧ).При нагревании продукта в поле ТВЧ(10³-10¹⁰ Гц) и СВЧ (433, 915, 2450 МГц) воздействие тепла на микроорганизмы происходит в результате образования теп­ла в самом содержимом клеток под действием переменного электромагнитногополя. Поэтому при нагревании продукта в поле ТВЧ и СВЧ микроорганизмы отмирают быстрее.В част­ности, стерильное мясо можно получить при нагревании до температуры 145 ⁰С в течение 3 мин, тогда как обычная стери­лизация производится в течение 40 минпри температуре 115-118 ⁰С.Одновременно ТВЧ и СВЧ-нагревыобеспечивают сохранность пищевой ценности продукта.

Следует отметить, что ТВЧ и СВЧ-обработка приемлема для продуктов, упакованных в стеклянную или полимерную тару.

Стерилизация ионизирующими излучениями К ионизирующим излучениям относят катодныелучи - поток быстрых электронов, рентгеновские лучи (частота 10¹⁸ -10¹⁹ Гц) и гамма-лучи (10²⁰ Гц). Ионизирующие излучения обладают высоким бактерицидным действием и способны, не вызывая нагрева продукта, обеспечить полную стерилизацию.

Из радиоактивных излучений практическое значение имеют гамма-лучи, имеющие большую проникающую способность. Продолжительность стерилизации ионизирующими облучения­ми - несколько десятков секунд. Герметическая упаковка консерва может быть любого вида. Однако высокая интенсивность облучения приводит к изменению составных частей мяса. Кро­ме того, учитывая то обстоятельство, что после ионизационной обработки продукт внутри банки остается сырым, необходимо вслед за стерилизацией довести его до состояния кулинарной готовности одним из обычных способов нагрева.

С т е р и л и з а ц и я горяч и м в о з д у х о м. Способ при­емлем для использования в горизонтальных конвейерных или коаксиальных стерилизаторах, в которых банки передвигаются цепным транспортером при одновременном вращении вокруг своей оси либо катятся по направляющим через все зоны аппа­рата (прогрев - стерилизация - охлаждение).Горячий воздух температурой 120 ⁰С циркулирует в стерилизаторе со скоростью 8-10м/с. Данный способ дает возможность повысить тепло­передачу от греющей среды консерву, снизить вероятность перегрева поверхностных слоев продукта. При этом перепад между температурами стенки и центра банки составляет 1-3 ⁰С.

Стерилизация в аппаратах перио д и ч е с к о г о действ и я. Наиболее распространенным типом аппаратов периодического действия для стерилизации консервов являются автоклавы СР, АВ и Б6-ИСА. Автоклавы подразделяются на вертикальные - для стерилизации консервов, выпускаемых в жестяной и стеклянной таре, паром или в воде и горизонталь­ные- для стерилизации консервов в жестяной таре паром. Тем­пературу и давление в автоклавах регулируют ручным методом или спомощью пневматических и электрических программных устройств - терморегуляторов.

В стерилизационном отделении автоклавы устанавливают группами и для создания поточности в работе, организации загрузки и выгрузки корзин над автоклавами монтируют тельферный путь, соединяющий цех фасовки, отделения автоклавное и сортировки.

В автоклавные корзины банки укладывают вручную, посред­ством загрузки транспортером «навалом» (в водяной ванне или без нее), гидравлическими и гидромагнитными укладчиками. Разгрузку производят, опрокидывая автоклавные корзины. При укладке банок в автоклавные корзины следует учитывать, чго консервы, содержащие желе, необходимо помещать крышками вниз и в таком виде стерилизовать, охлаждать и хранить.Жир, выплавленный из продукта при стерилизации, в таком случае собирается на донышках банок, что способствует улучшению органолептики готовой продукции.

Несмотря на постоянное совершенствование конструкций, периодически действующих автоклавов, механизацию и автома­тизацию некоторых операций, основными их недостатками являются большая неравномерность температурного поля, трудоемкость операции по его обслуживанию, низкий уровень эффек­тивности использования воды и пара, периодичность работы.

Однако в автоклавах в силу их высокой маневренности можно вырабатывать одновременно широкий ассортимент изделий и быстро переходить с одного вида продукции на другой.

В настоящее время наиболее рациональным считается стерилизация методом высокотемпературного кратковременногонагрева с применением вращения банок (в одну сторону, по­переменно в разные стороны, осевое вращение, вращение с до­нышка па крышку), что обеспечивает сокращение длительности процесса тепловой обработки и дает возможность сохранить ка­чество исходного продукта.

В стерилизаторах-полуавтоматах «Ротомат» и «Атмос» кон­сервы стерилизуют в специальных корзинах, вращающихся или качающихся вокруг горизонтальной оси.

С т е р и л и з а ц и я в аппаратах н е п р е р ы в н о г о д е й с т в и я. Стерилизаторы непрерывного действия подразде­ляют на роторные, горизонтальные конвейерные, гидростатиче­ские. Первые два типа редко используют.

В гидростатических стерилизаторахнепрерывного действия применен принцип уравновешивания давления в камерестери­лизации спомощью гидравлических шлюзов. Эти аппараты башенного типа, имеющие значительную высоту, но занимаю­щие относительно небольшую площадь производственногопомещения.

В гидростатических стерилизаторах длина участков конвей­ера в зонах подогрева и охлаждения одинакова, поэтому фор­мула стерилизации имеет симметричный вид А—В—А. Скорость движения конвейера изменяется в зависимости от времени соб­ственно стерилизации. Температура стерилизации поддерживается в результате регулирования положения уровня воды в ка­мере стерилизации.

Гидростатический стерилизатор работает следующим обра­зом. Банки загружают в банконоситель бесконечного цепного конвейера, который подает их в шахту гидростатического (водя­ного) затвора-шлюза. После прогрева банки поступают в ка­меру парового стерилизатора, нагреваются до 120 ⁰С и попадают в зону водяного охлаждения, где температура консервов падает до 75-80 ⁰С. Выйдя из гидростатического затвора, байки посту­пают в камеру дополнительного водяного охлаждения (40-50 ⁰С), после чего консервы выгружают из стерилизатора.

Особенностью пневмогидростатического стерилизатора «Хулистер» является наличие ванны предварительного охлаждения, обе секции которой заполнены водой. В нижней части этой ванны давление воды достигает 2,5-10⁵ Па, плавно уменьшаясь на выходе до 2,2-10⁵ Па. Температура и давление в ваннах стерилизатора регулируются индивидуально.

При использовании стерилизаторов непрерывного действии отпадает необходимость предварительного прогрева аппарата, полому две величины формулы стерилизации А и В образуют: одну В' и она приобретает вид (В'+С))/Т.

Пастеризация. Пастеризация является одной из разновидно­стей термообработки изолированного от внешней среды продук­та, при которой уничтожаются преимущественно вегетативные формы микроорганизмов. В связи с этим при выработке качест­венных пастеризованных консервов к сырью предъявляют ряд дополнительных жестких санитарно-гигиенических и технологи­ческих требований. Для таких консервов обычно используют свинину в шкуре; контролируют величину рН сырья (дли свинины рН должна быть 5,7-6,2, для говядины - 6,3-6,5). В про­цессе посола и созревания рекомендуется применение шприце­вания рассолов, массирования и тумблирования. Сырье фасуют в эллиптические или прямоугольные металлические банки вместимостью 470, 500 и 700 г с одновременным закладыванием желатина (1 %). После подпрессовки банки укупоривают на вакуум-закаточных машинах. На мясоперерабатывающих предприятиях пастеризацией пользуются еще и тогда, когда необходимо избежать денатурации белков (при консервировании гематогена) или инактивации действующего начала какого-либо препарата (при консервировании печеночного экстракта).

Пастеризацию производят в вертикальных либо ротацион­ных автоклавах. Режим пастеризации включает время прогрева банок при 100 ⁰С (15 мин), период снижения температуры в автоклаве до 80 ⁰С (15 мин), время собственно пастеризации при 80 ⁰С (80-110 мин) и охлаждения до 20 ⁰С (65-80 мин). В зависимости от вида и массы консерва общая продолжитель­ность процесса пастеризации составляет 165-210 мин; период прогрева нейтральной части продукта при 80 ⁰С -20-25 мин.

При пастеризации в продукте могут сохраняться термоустойчивые виды микроорганизмов, способные развиваться при температурах до 60 ⁰С, а также термофильные виды с оптимумом развития при 53-55 ⁰С. Для предотвращения повышения обсемененности микроорганизмами при изготовлении пастеризованных консервов необходимо как можно быстрее прогревать и охлаждать банки с тем, чтобы «пройти» температурный оптимуm развития микроорганизмов. Самой опасной считают температуру 48,9-68,3 ⁰С, при которой происходит быстрый рост некоторых видов термофильных бактерий. Если это время будет увеличено, то обсемененность микроорганизмами повышается и возможен бактериологический брак.

Тиндализация представляет собой процесс многократной пастеризации. При этом консервы подвергают термообработке 2-3 раза с интервалами между нагревом в 20- 28 ч. Отличие тиндализации от обычной стерилизации заключается в том, что каждого из этапов теплового воздействия недостаточно для достижения необходимой степени стерильности, однако суммар­ный эффект режима гарантирует определенную стабильность консервов при хранении. Сущность тиндализации - чередова­ние нагрева консервируемого продукта до температуры ниже 100 ⁰С с последующей выдержкой консерва при температуре 18-25 ⁰С.

При данном способе термообработки микробиологическая стабильность обеспечивается тем, что в процессе первого этапа нагрева, который недостаточен по уровню стерилизующего эффекта, погибает большинство вегетативных клеток бактерий. Часть из них вследствие изменившихся условий внешней среды успевает модифицироваться в споровую, более устойчивую фор­му. В течение промежуточной выдержки (термостатировании) споры прорастают, а последующий нагрев вызывает гибель об­разовавшихся вегетативных клеток.

Так как степень воздействия режимов пастеризации и тиндализации на составные части мясопродуктов менее выражена, чем при стерилизации, пастеризованные изделия имеют лучшие органолептические и физико-химические показатели. В отличие от стерилизованного пастеризованный продукт получается с малоизмененными первоначальными свойствами.

Пастеризованные (тиндализованные) консервы не являются «настоящими» консервами в полном понимании этого термина, так как содержат некоторые споры и термофильные бактерии. В связи с этим пастеризованные изделия относят к полуконсервам и ограничивают срок их хранения при температуре 0-5 ⁰С и относительной влажности воздуха не выше 75 % периодом 6 мес. Тиндализованные консервы («Говядина в желе», «Антре­кот», «Солонина деликатесная», «Телятина»), срок хранения которых при температуре не выше 15 ⁰С ограничен одним годом со дня выработки, относят к «3/4 консервам». Условная запись режима пастеризации имеет вид, аналогичный с формулой сте­рилизации. В нее входит несколько формул тепловых режимов с указанием периодов выдержки консервов между нагревами. Пастеризованные консервы являются деликатесным видом изде­лий и включают консервы из свинины («Ветчина любительская», «Ветчина особая», «Ветчина рубленая», «Шейка ветчинная») и из говядины («Говядина пастеризованная»).