СУЩЕСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПИЩЕВУЮ ЦЕННОСТЬ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

Бурак Л.Ч.

УДК 664.8.036.522 DOI 10.24412/2311-6447-2021-3-59-73

Существующие способы обработки пищевых продуктов и их влияние на пищевую ценность и химический состав

Existing food processing methods and their impact on nutritional value and chemical composition

Директор АЛ. Бурак (ORCID 0000-0002-6613-439X) (ООО «БЕДРОСАКВА» Республика Беларусь) Е- mail: leonidburakffijgmail.com

Direktor L. Ch. Burak (ORCID 0000-0002-6613-439X) (BELROSAKVA Limited Liability Company, Republic of Belarus) E- mail: leonidburakfelgmail.com

Реферат. В процессе хранения пищевых продуктов происходит их порча, процесс, в ходе которого они становятся непригодными для употребления по причине микробиологической обсемененности и биохимических реакций, которые меняют цвет и структуру продукта, вызывая неприятный запах и вкус. Консервирование продукта - это процесс уничтожения пли подавления роста микроорганизмов с целью сохранения качества и химического состава пищевых продуктов, а также увеличения срока годности. Охлаждение продукта, заморозка и сушка являются традиционным методом консервирования. Тепловая обработка, такая как пастеризация или стерилизация, распространенная классическая технология, которая широко применяется в пищевой промышленности. Распространенным способом сохранения пищевых продуктов является внесение в их состав в процессе производства консервантов, органических кислот и антимикробных препаратов. Перспективным и высокотехнологичным процессом консервирования в последние годы является использование термических и нетермических способов обработки, таких как, УФ-облучение, обработка под высоким давлением (НРР), импульсные электрические поля (PEF), микроволновый объемный нагрев (MVH) и другие технологии, которые предотвращают химическую и микробиологическую порчу продукта, сохраняя его пищевую ценность, аромат, цвет и вкус.

Summary. During the storage of food products, they spoil, a process during which they become unusable, due to microbiological contamination and biochemical reactions that change the color and structure of the product, causing an unpleasant smell and taste. Food preservation is the process of killing or suppressing the growth of microorganisms in order to preserve the quality and chemical composition of food products, as well as increase the shelf life and storage of food products. Product cooling, freezing and drying are the traditional preservation methods. Heat treatment such as pasteurization or sterilization is a common classical technique that is widely used in the food industry. A common way to preserve food is to add preservatives, organic acids and antimicrobials to their composition during the production process. A promising and high-tech canning process in recent years is the use of thermal and non-thermal processing methods, such as UV irradiation, high pressure treatment (HPP), pulsed electric fields (PEF), microwave volumetric heating (MVH) and other technologies, which prevent chemical and microbiological deterioration of the product, preserving its nutritional value, aroma, color and taste.

Ключевые слова: пастеризация, стерилизация, консервирование, продукты питания, термическая стерилизация, нетермическая стерилизация, УФ-облучение, обработка высоким давлением (НРР), импульсные электрические поля (PEF), микроволновый объемный нагрев (МВН), озон, микрофильтрация.

Keyiuords: pasteurization, sterilization, canning, food, thermal sterilization, non-thermal sterilization, UV irradiation, high pressure treatment (HPP), pulsed electric fields (PEF), microwave volumetric heating (MVH), ozone, microfiltration.

Пищевые продукты растительного и животного происхождения, содержащие в своем составе белки, углеводы, липиды и влагу, подвержены микробиологической порче, а также порче из-за воздействия химических и физических факторов. Это приводит к снижению питательной ценности, изменению цвета, вкуса, запаха, структуры продукта, что может представлять опасность для человека, в случае употребления таких продуктов [1]. С целью обеспечения качества продуктов питания,

их безопасности для потребителя п увеличения срока годности. Применяют процессы консервирования. В зависимости от срока годности пищевые продукты можно разделить на три категории: на особо скоропортящиеся, скоропортящиеся п товары для длительного хранения [2]. Особо скоропортящиеся и скоропортящиеся товары характеризуются высоким содержание воды, а следовательно, при несоблюдении правил хранения в этих продуктах создается благоприятная среда для различных химических, биохимических и микробиологических процессов. Длительное хранение их возможно только с применением каких-либо способов консервирования.

Особо скоропортящиеся продукты - это продукты, срок хранения которых составляет от нескольких дней до трех недель, например, молоко, молочные продукты, мясо, птица п яйца. Данные продукты без применения консервантов, могут испортиться за очень короткое время (менее суток). Скоропортящиеся продукты - овощи, фрукты, сыры, которые имеют срок хранения около шести месяцев. К продуктам длительного хранения относятся такие продукты питания, как сушеные бобы, орехи, мука, сахар, консервы, срок годности которых превышает несколько лет.

Микробиологические, химические и физические факторы влияют на порчу продуктов. Эти факторы не обязательно исключают друг друга.

Химические вещества являются основными факторами микробной порчи пищевых продуктов. Скоропортящиеся продукты часто заражены различными микроорганизмами, вызывающими порчу или болезнь. Рост этих микроорганизмов в пище можно предотвратить или подавить, регулируя температуру хранения, снижая активность воды, рН, применяя методы консервирования пищевых продуктов и надлежащую упаковку.

Основные факторы порчи продуктов питания связаны с размножением микроорганизмов (плесеней, дрожжей и бактерий), а также биохимической реакцией с внутренними свойствами продуктов питания, такими как эндогенные ферменты и питательные вещества, которые в продуктах питания являются субстратами как для роста микробов, так и для ферментативных реакций. Следующей причиной является микробное перекрестное заражение во время сбора урожая, убоя животных и обработки пищевых продуктов в сочетании с несоблюдением температурного режима хранения. Рост микробов и их метаболитов может вызывать изменение рН пищп и образование токсичных соединении, неприятных запахов, газов п слизи. Другие факторы порчи могут быть связаны с физическими факторами, такими как чувствительность пищевых продуктов к свету или кислороду. Кислород может вызывать порчу пищи, усиливая рост аэробных микроорганизмов, вызывающих порчу, активирует окисляющие ферменты, ускоряет химические реакции, вызывающие потемнение, и окисляет жирные кислоты, присутствующие в пище (гидролитическая прогорклость), что приводит к неприятному вкусу и запаху [3]. В качестве примера к ферментативным реакциям, вызывающим порчу пищи, относятся микробные ферменты протеолитика и пектиназы. Протеолитические ферменты расщепляют белок на короткие пептиды, и некоторые из этих образовавшихся пептидов имеют неприятный вкус, который может быть горьким или нежелательно сладким. Ферменты пектиназы вызывают гидролиз пектина, который смягчает структуру продуктов растительного происхождения. Пектены представляют собой сложные смеси полисахаридов, которые составляют почти треть клеточной стенки растений. Ионы металлов усиливают ферментативную активность пектиназы, вызывая изменение цвета фруктов, джемов, повидла и желе, поэтому их хранят в неметаллических контейнерах для подавления ферментативной активности пектиназы. Таким образом, порчу пищевых продуктов вызывают различные факторы. Целью частичного уничтожения микробов в продуктах питания или молоке является уничтожение патогенов пищевого происхождения, а также частичное уничтожение и подавление роста непатогенных микроорганизмов, вызывающих порчу продуктов или молока. Этот метод известен под названием пастеризация. Метод, который полностью убивает все патогенные и непатогенные микробные клетки, включая споро-образующие бактерии, присутствующие в пищевых продуктах или молоке, известен под названием стерилизация (рис. 1).

Рис. 1. Факторы, вызывающие порчу пищевых продуктов, и методы консервирования

Технологические процессы пастеризации и стерилизации пищевых продуктов - это методы консервирования, благодаря которым продукт сохраняет желаемое качество, свои первоначальные свойства и пищевую ценность. Эти методы консервирования включают контроль либо предотвращение роста микроорганизмов в продуктах и минимизацию снижения качества пищевых продуктов по причине микробиологической порчи, либо из-за нежелательных химических и ферментативных реакций, которые изменяют качество продукта. Данные методы консервирования предотвращают порчу без повреждения пищевых продуктов. Достижение данного результата возможно за счет оптимизации процесса, в зависимости от вида продукта, его состава, структуры и разновидности микроорганизмов, которые находятся в самом продукте. Преимущество этих методов консервирования не только в предотвращении порчи, но также в возможности сохранения качества и увеличении срока хранения пищевых продуктов, которые предназначены для употребления в межсезонье. За последнее время значительно возросло количество разработанных методов консервирования для сохранения пищевых продуктов.

Пастеризация - метод консервирования, в процессе которого происходит уничтожение вегетативных форм микроорганизмов, включая патогенные бактерии в жидких средах или пищевых продуктах, путем нагревания при определенной температуре в течение определенного периода времени. Пастеризованные продукты необходимо хранить в холодильнике с целью предотвращения роста выживших сапрофитных бактерий п прорастания спорообразующпх бактерий. Диапазон температур для процесса пастеризации обычно находится в пределах от 62 до 100 °С, а время может варьироваться от менее 1 с до 30 мин в зависимости от метода пастеризации. Температура и время пастеризации партии продукта составляет 63 °С в течение 30 мин. Для более высокой температуры пастеризации 72 °С применяется более короткое время - 15 с. Эта пастеризация НТЭТ процесс пастеризации ННЭТ ведут в течении 1 с прп температуре 89 °С (табл. 1).

Таблица 1

НТвТ пастеризация (чем выше температура, тем меньше время)

Температура пастеризации, °С Время обработки,с

72 15,0

89 1,00

90 0,50

94 0,10

96 0,05

100 0,01

Пастеризация убивает микроорганизмы, вызывающие порчу, которые не являются термостойкими, снижает количество сапрофитных непатогенных микробов в продуктах питания, чувствительных к воздействию температуры. Пастеризация применяется как для жидких, так и для твердых пищевых продуктов в упаковке и без упаковки. Этот способ обычно применяется для таких продуктов, как молоко, пиво, консервы, молочные продукты, яйца, фруктовые соки, орехи, суп, вода и т.д. Благодаря пастеризации значительно снижается риск пищевых отравлений, увеличивается срок хранения пищевых продуктов на несколько дней или недель, сохраняется структура, вкус и пищевая ценность продуктов, молока пли других напитков. В процессе пастеризации молока происходит увеличение концентрации витамина А, снижается уровень витамина В2, незначительно снижаются другие витамины. Кроме того, цвет молока до и после пастеризации одинаков, и единственное различие в цвете молока вызвано стадией гомогенизации перед пастеризацией. В случае пастеризации фруктовых соков процесс не оказывает существенного влияния на цвет, не приводит к потере ароматических соединений или снижению уровня витамина С пли бета-каротина. Бета-каротпн является предшественником витамина А. В процессе пастеризации овощей иногда может происходить размягчение тканей растений, снижение содержания одних питательных веществ и увеличение других [3].

Изначально метод пастеризации заключался в периодической тепловой обработке в емкостях путем нагревания молока или других жидких продуктов в большом резервуаре (чане) при 63 °С в течение не менее 30 мин. Этот метод в настоящее время используется в производстве сыров, йогуртов п пахты, а также для пастеризации молока перед добавлением в молоко заквасок.

На сегодняшний день наиболее распространенными методами пастеризации молока являются: высокотемпературная, кратковременная (НТ8Т), проводимая на пластинчатых теплообменниках, теплоносителем в которых является горячая вода, увеличение температуры молока до 72 °С не менее чем на 15 с с последующим быстрым охлаждением. Другой метод - более высокая температура и более короткое время (ННБТ), который похож на пастеризацию НТЭТ, но немного отличается. Метод ультрапастеризацпи (11Р) - это новая технология пастеризации. В процессе пастеризации иР молоко или другие жидкие продукты нагреваются до температуры 138 °С в течение 2 с с последующим быстрым охлаждением. Продукты,

пастеризованные методом иР, имеют более длительный срок хранения, но по-прежнему требуют охлаждения, как и при других методах пастеризации [4]. Широкое применение получил такой метод пастеризации, как асептическая обработка, известная пастеризация при сверхвысокой температуре (иТН). Данный метод заключается в нагревании молока на оборудовании при стерильных условиях с последующим заполнением пастеризованным молоком стерильных герметичных упаковок в асептических условиях. Молоко, обработанное методом иТН, стабильно при хранении и не требует охлаждения, пока упаковка не будет открыта. Данный процесс требует установления жесткого контроля времени и температуры в зависимости от используемого оборудования. Метод асептической обработки применяется в основном для жидких продуктов с низкой вязкостью, таких, как молоко, фруктово-овошные соки, сливки, вино, заправки для салатов и для продуктов с дискретными частицами, таких как детское питание.

Стерилизация - это процесс, используемый для полного уничтожения всех живых микроорганизмов, включая терморезистивные споры в молоке или других продуктах питания. Методы стерилизации делятся на термическую (стерилизация паром) и нетермическую обработку (облучение и другие новые технологии консервирования). Термическая обработка широко используется в пищевой промышленности, несмотря на некоторые недостатки, такие как снижение пишевой ценности или ухудшение качества пищевых продуктов. Нетермическая обработка считается наиболее эффективной и не вызывает потери пищевой ценности или ухудшения качества пищевых продуктов.

Паровая стерилизация - это основной метод термической стерилизации пищевых продуктов, при котором пишевой продукт подвергается прямому контакту с паром при требуемой температуре и давлении в течение определенного времени. Давление служит средством для достижения высокой температуры, необходимой для уничтожения вегетативных и спорообразующих микроорганизмов. Авто клав и-рование - основной принцип паровой стерилизации, когда продукт подвергается прямому контакту с паром при требуемой температуре и давлении в определенное время. Две распространенные температуры стерилизации паром: 120 и 130 °С. Эти две обшие температуры стерилизации, а иногда и более высокие, должны поддерживаться на минимальном уровне времени, достаточном для уничтожения спор микробов, что является индикатором полной стерилизации пишевых продуктов. При крупномасштабных операциях твердые пишевые продукты стерилизуют в промышленных масштабах после того, как они были помешены в контейнер и контейнер был герметично запечатан. Чтобы производить высококачественные и безопасные продукты, подвергнутые автоклавированию, их не следует переваривать или подвергать чрезмерной обработке, чтобы сохранить надлежащий вкус и привлекательность. Материалы упаковки при автоклавировании пищевых продуктов представляют собой жесткие емкости, такие как стекло, металл и пластик. Металлические и стеклянные банки широко используются в процессах автоклавирования пишевых продуктов из-за их механической прочности, термической стабильности, устойчивости к давлению и хороших барьерных свойств. Упаковочные материалы для пишевых продуктов в пакетах должны быть гибкими, а не жесткими по сравнению с металлическими или стеклянными банками и должны быть тонкопленочными пакетами, которые могут стерилизовать пишу за короткое время для сохранения цвета, вкуса и аромата пищи.

Высокая температура губительно действует на микроорганизмы и различные виды микробов. Для каждого вида микробов характерна своя термостойкость. Термический процесс зависит как от температуры воздействия на продукт, так и от времени, необходимого для разрушения (уничтожения) микроорганизмов при этой температуре. С целью получения требуемой микробной деструкции необходимо провести тепловые расчеты, при этом учитывать изначально, какие виды бактерий и микроорганизмов могут содержаться в продукте, их термостойкость, время,

\ ш^Щ.1 Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности ШЁШЁш АПК-продукты здорового питания, № 3, 2021

^ ПИТАНИЯ А /

требуемое для уничтожения с целью полного обеспложивания продукта. Кроме этого, следует учитывать допустимую микробную популяцию (непатогенные микробы), которые могут остаться после пастеризации.

Термическая кривая представляет собой логарифмический график для временного интервала температуры и процента погибшей микробной популяции. Например, для термического процесса должно быть хорошо известно время, необходимое для уничтожения одного логарифмического цикла или 90 % исходной микробной популяции, чтобы можно было рассчитать время, необходимое для уничтожения микробов из 12 логарифмических циклов в термическом процессе. Кроме того, если исходная микробная популяция в пище очень высока, это потребует более высокой температуры и времени для термической обработки для достижения целевого уничтожения микробов. Кроме того, важно подчеркнуть, что процесс нагрева для процесса пастеризации обычно основан на концепции 12 D. Концепция 12 D показывает время, которое необходимо для уменьшения наиболее термостойких спор Clostridium botulinum на 12 логарифмических циклов при температуре 121 °С. Концепция 12 D для пастеризации может использоваться для расчета времени, необходимого для уменьшения целевых микроорганизмов.

В тепловом расчете микробной деструкции есть два важных параметра: D-значение и Z-значение, оба определяются как уровень термической летальности.

- Значение D: измерение термостойкости микроорганизма. Это время в минутах при заданной температуре, необходимое для уничтожения одного логарифмического цикла (90 %) целевой микробной популяции в продукте. Значение D может определять кривая выживаемости микробов, когда логарифмическая популяция микроорганизмов наносится на график зависимости от времени (Т). Например, значение D при 72 °С в течение 1 мин означает, что каждую минуту при 72 °С микробная популяция в молоке или продуктах питания будет уменьшаться на 90 %. Как показано, значение D составляет 14 мин (40 мин - 26 мин) для процесса пастеризации при 72 °С (рис. 2).

- Z-значение: значение изменения температуры, которое требуется для изменения D-значения в 10 раз. Как показано на рис. 3, температура 100 °С потребовала более короткого времени в 3 минуты по сравнению с исходной температурой 90 °С, которая требовалась для более длительного времени 30 мин (рис. 3).

ГЦ Щ

О.

■и

о с;

U

S

3"

1,000,000

100,000

10,000

1,000

100

10

о

10

20 30

40

50 60

Время, минут

Рис. 2. Зависимость времени от температуры

ш

,шшшшлшносга АПК'-'' :;й?одуггы.здорового//

30

0.3

90 100 110

Температура, 'С

Рис. 3. D-значение составляет 14 минут (40 мин - 26 мин) для процесса пастеризации при 72 °С

Разработанные технологии за последние годы и применяемые в пищевой промышленности для пастеризации и стерилизации пищевых продуктов ориентированы на низкотемпературные системы, более короткий цикл, расширение возможностей процесса, снижение стоимости и экологическую безопасность. Современные термические и нетепловые технологии как для пастеризации, так и для стерилизации пищевых продуктов широко представлены на рынке для применения в пищевой промышленности.

Облучение пищевых продуктов - это нетермический процесс стерилизации, в котором обычно используются гамма-лучи кобальта (СобО) или цезия (Csl37) для проникновения в пишу и уничтожения как микроорганизмов, так и насекомых. Научно-исследовательские эксперименты показали, что облучение пищевых продуктов при правильном применении может быть эффективным для устранения или снижения микробного загрязнения и уничтожения насекомых-вредителей в пищевых продуктах вместе с патогенами пищевого происхождения, повышая безопасность многих пищевых продуктов, а также продлевая срок хранения. Воздействие облучения на продукты питания зависит от разных факторов. Этими факторами являются: тип облучения и его уровень энергии, температура облучения, состав пищи, физическое состояние пищи и атмосферная среда, в которой находится поглощающий материал. Механизм облучения заключается в создании энергичных электронов и свободных радикалов в обработанном пищевом продукте. Когда пища облучается, радиационная энергия разрушает ДНК микроорганизма, вызывая его гибель. Облучение замороженных пищевых продуктов требовало большей дозы облучения и времени, чтобы убить целевой микроорганизм в пище. Единица энергии излучения - Грей (Гр), определяемая как 1 Дж/кг. Типичные значения энергии излучения на пищу находятся в диапазоне от 50 Гр до 4 кГр. Облучение пищевых продуктов убивает микробные патогены и паразитов как в сыром мясе, так и в птице, а также повышает безопасность пищевых продуктов. Другие области применения облучения уменьшают прорастание картофеля на хранении, продлевают срок хранения фруктов, таких как клубника. При оптимально подобранных параметрах облучение не влияет на изменение цвета и химического состава пищевых продуктов, таких как липиды, углеводы, белки, минералы и большинство витаминов. Более высокая доза облучения может вызвать потерю некоторых питательных микроэлементов, таких как витамины А, В1, С и Е. В США большинство импортируемых специй, трав и сушеных овощей облучают в дозе 10 кГр для стерилизации и дезинфекции специй и трав от насекомых. В обязательном порядке облученные пищевые продукты, продаваемые потребителям, должны иметь этикетку «радиация», которая

является отличительным знаком «Рас1ига», принятым на международном уровне. Допускается не наносить знак на продукты общественного питания. Следует отметить, что продаваемые пищевые продукты в США и ЕС вызывают неоднозначную реакцию и не пользуются спросом у потребителей. Поэтому необходимо проводить разъяснительную работу, показывать покупателю, что облучение пищевых продуктов не делает их радиоактивными, и они безопасны в употреблении. В Республике Беларусь и странах СНГ такие продукты отсутствуют, а производители не используют данный вид обработки.

НРР - это нетермический метод пастеризации расфасованных пищевых продуктов в их окончательной упаковке. Герметичные пакеты с пищевыми продуктами помещают в емкость НРР и подвергают воздействию высокого изостатического давления выше 400 МПа при низкой температуре в диапазоне от 4 °С до 10 °С или в некоторых случаях при температуре окружающей среды. Обработка продуктов данным методом позволяет инактивировать вегетативные формы бактерий, плесени, дрожжей и вирусов, обеспечить увеличение срока годности пищевых продуктов и пищевую безопасность охлажденных продуктов. Из-за отсутствия термической обработки при переработке НРР пищевые продукты сохраняют свою пищевую ценность и вкус.

Наличие и активность спор бактерий в пищевых продуктах после обработки данным методом не исключается, если условия хранения не соблюдаются. Хранение при высоких температурах возможно при комплексном сочетании обработки с использованием антибактериальных добавок. Комбинация противомикробного агента и НРР инактивирует споры бактерий и увеличивает срок хранения пищевых продуктов с естественными сенсорными, качественными и питательными свойствами. В настоящее время компании по производству продуктов питания и напитков в США и других странах применяют технологию НРР для производства напитков.

РЕК - это технология нетермической обработки пищевых продуктов, используемая для пастеризации. Технология основана на использовании коротких высоковольтных импульсов для индуцирования пропорциональности в клетках микроорганизмов, растений или животных, вызывающих дезинтеграцию клеток и инактивацию микробов [5]. Процесс основан на подаче ряда электрических импульсов в диапазоне 10-80 кВ/см в пищевой продукт, который удерживается между двумя электродами с определенным зазором между ними. Зазор между двумя электродами известен под названием «рабочий зазор камеры». Эта технология консервирования пищевых продуктов предпочтительна для жидких пищевых продуктов, поскольку электрический ток течет в жидкости более эффективно, а электрические импульсы легко передаются от точки к точке из-за присутствия молекул жидкой пищи. Она применяется в пищевых продуктах, таких, как молоко, молочные продукты, напитки и соки. Следует отметить, что применение для пастеризации импульсного электрического поля (РЕЕ) имеет некоторые ограничения, т.к. продукт должен иметь более низкую электропроводность и не должен содержать пузырьков воздуха.

МУН - термический процесс, широко применяемый как для пастеризации, так и для стерилизации пищевых продуктов. Основной механизм действия МУН на микроорганизмы в пищевых продуктах обусловлен его тепловым действием. Помимо эффекта селективного нагрева, МУН вызывают электропорацию микробных клеток, разрыв клеточной мембраны и лизис микробных клеток из-за взаимодействия электромагнитной энергии. Этот микроволновый процесс известен под названием объемного микроволнового нагрева, потому что микроволны равномерно проникают в весь объем обрабатываемого пищевого продукта, равномерно передавая энергию пищевой массе. Данная технология консервирования пищевых продуктов имеет и другие применения, такие как бланширование, приготовление пищи и выпечка. МУН известен своей эксплуатационной безопасностью и способностью сохранить питательные вещества с минимальной потерей термолабильных питательных веществ, таких, как витамины В, витамин С, антиокспдантные фенолы

и каротиноиды. Использование более короткого времени и более равномерного объемного нагрева при обработке МУН дает большие преимущества перед традиционной стерилизацией и автоклавированием пищевых продуктов для производства высококачественных жидких, полутвердых и твердых пищевых продуктов длительного хранения. Например, пищевые продукты, такие, как филе лосося, макароны и сыр, картофельное пюре и говядина в соусе, были обработаны с помощью объемного микроволнового нагрева, сохранив качество продукта и безопасность в употреблении.

Ультрафиолетовая стерилизация (УФ) - это простой метод с высокой эффективностью и высокой скоростью. УФ может отражаться от различных поверхностей со слабой проникающей способностью в жидких материалах, таких как напитки и молоко. Эти жидкие продукты можно стерилизовать, пропуская через зону ультрафиолетового облучения тонким слоем. Кроме того, УФ-стерилизация может применяться для стерилизации поверхностей пищевых продуктов, упаковочных материалов для пищевых продуктов, производственного оборудования, бытовой техники, рабочих столов и сред пищевой промышленности. Эффективность УФ-стерилизации зависит от интенсивности облучения, времени, расстояния и температуры воздуха. Следует отметить, что эффективность УФ-стерилизации в основном зависит от расстояния облучения до пищи и времени, необходимого в зависимости от мощности ультрафиолетовой лампы. В случае упакованных пищевых продуктов эффективность УФ-стерилизации зависит от материала и условий поверхности упакованных пищевых продуктов [6]. Например, упаковочные материалы из алюминиевой фольги с гладкой поверхностью: ультрафиолетовые лучи могут убивать бактерии, дрожжевую плесень и вирусы с более высокой эффективностью, по сравнению с упаковочными материалами с негладкой поверхностью, которым требуется в три раза больше УФ-экспонирования для достижения той же скорости стерилизации при уничтожении микроорганизмов. Кроме того, выбор упаковочного материала для упаковки пищевых продуктов следует учитывать при применении ультрафиолетовой стерилизации, особенно для внутреннего слоя композитного материала, такого как ПВХ, ПВДХ, ПВД и других подобных материалов. Важно подчеркнуть, что оптимизация времени воздействия УФ-излучения очень важна, поскольку более длительное время УФ-излучения может снизить прочность термосваривания упаковки примерно на 50 %.

Обработка ультразвуком - это нетермическая технология, в которой звуковая волна с частотой более 18 кГц, применяемая в пищевой промьпнленности и для консервирования пищевых продуктов, является высокоэффективной, не влияя на пищевую ценность продуктов. Взаимодействие между ультразвуковой волной и средой, передающей звук, содержит огромную энергию, достаточную для уничтожения микроорганизмов за очень короткое время через механизм разрыва клеток. Давление и температура в ультразвуковом процессе разрушают клеточную стенку микроорганизмов и повреждают клеточную ДНК, вызывая разрушение целевых микроорганизмов в пище. Ультразвук - одна из быстрых, универсальных, новых и многообещающих нетермических технологий, используемых в пищевой промышленности для улучшения качества пищевых продуктов с продлением срока их хранения без ущерба для качества и органолептических свойств, а также обеспечения безопасности. Есть четыре типа обработки ультразвуком, которые можно применять.

1. Применение ультразвука при низкой температуре, которое может использоваться для чувствительных к температуре продуктов, связанных с потерей питательных веществ, таких как витамин С, денатурацией белка и инактивацией основных ферментов. Этот тип ультразвуковой обработки требует длительного воздействия ультразвуком для уничтожения микроорганизмов и/или инактивации нежелательных стабильных ферментов, требующих высокой энергии. Данный метод используется в США.

2. Термозвуковая обработка (TS), которая представляет собой комбинацию ультразвука и теплоты [7]. Пищевой продукт в этом процессе подвергается воздействию ультразвука в сочетании с умеренной температурой для улучшения уничтожения микроорганизмов и/или инактивации нежелательных ферментов. Эта комбинация сокращает время и температуру процесса TS, сохраняя цвет, вкус и пищевую ценность продукта.

3. Манозоникация (MS): комбинация ультразвука и давления, помогает в уничтожении микроорганизмов и /или инактивации нежелательных ферментов при умеренном давлении и низких температурах, при той же низкой температуре, которая применяется в методе ультразвуковой обработки в США.

4. Манотермозоникация (MTS) - это комбинация ультразвука, теплоты и давления [8]. Применение температуры и давления при обработке ультразвуком убивает термотолерантные микроорганизмы и инактивирует термостабильные ферменты, такие как лппоксигеназа, пероксидаза и полифенолоксидаза.

Ультразвуковые методы обладают множеством преимуществ в эффективности, которые трудно получить с помощью других физических методов обработки пищевых продуктов, применяемых для гомогенизации, эмульгирования, диспергирования, гидрирования, размягчения мяса, созревания плодов, окисления, растворения, кристаллизации и расщепления макромолекулярных веществ.

Технология химической стерилизации Оз. Механизм стерилизации озоном заключается в образовании озона и воды, эта форма Оз/НоО обладает сильным окислительным электродным потенциалом с деструктивным действием на мембрану микробной клетки за счет увеличения проницаемости клеточной мембраны для деактивации внутренних ферментов микробной клетки и разрушения генетического материала клетки (ДНК), вызывая разрушение и смерть микробов [9]. Преимущества обработки озоновой стерилизацией заключаются в ее высокой эффективности, безопасности для пищевых продуктов, недорогой и быстрой по времени. Его эффективность примерно в 300-1000 раз быстрее, чем у метода стерилизации хлором. Озон внесен в список FDA как общепризнанный безопасный (GRAS), обладающий такими свойствами, как мощный окислитель, губительно эффективный против вегетативных бактерий, дрожжей, плесени, вирусов и паразитов. Кроме того, озон разлагает остатки пестицидов в воде и на поверхностях фруктов и овощей [10]. Самым большим преимуществом озона по сравнению с хлором является расщепление его молекул в кислороде воздуха, в результате чего на обработанных пищевых продуктах или жидкости остается незначительное количество озона. В настоящее время озонированная вода используется для стерилизации асептических упаковок перед наполнением стерильными продуктами питания или напитками, а Оз/ШО применяется в качестве антимикробного агента для мытья сырого мяса п птицы [11]. Важно учитывать безопасное использование озона с концентрацией от 3 до 8 частей на миллион в воде. Озон также используется для стерилизации складов пищевых продуктов и предприятий пищевой промышленности, и важно использовать допустимые уровни воздействия 0,04 ррт газообразного озона, которые разрешены Управлением по охране труда и здоровья (OSHA). Этот газообразный озон с концентрацией 0,04 ррт эффективен для обеспечения противомикробных свойств пищевых хранилищ и объектов.

Перекись водорода (Н2О2) оказывает широкий спектр действия на микроорганизмы. Стерилизующая способность зависит от концентрации и температуры. Более высокая эффективность стерилизации перекисью водорода наблюдается при концентрации 25-30 %и температуре от 60 до 65 °С [12]. При нормальной температуре эффективность стерилизации перекисью водорода очень низкая. Перекись водорода обычно используется для стерилизации контейнеров для упаковки пищевых продуктов (асептическая упаковка перед розливом). Все упаковочные материалы можно обработать пропиткой пли опрыскиванием горячей перекисью водорода, а затем

нагреть, чтобы подвергнуть разложению оставшуюся перекись водорода на поверхности упаковки [13]. Кроме того, перекись водорода применяется для стерилизации полувязких и вязких пищевых продуктов, таких как молоко и молочные продукты, путем добавления водного раствора перекиси водорода в эти пищевые продукты в качестве антимикробного агента для уничтожения или подавления микробной активности. Преимущество перекиси водорода состоит в том, что соединение нетоксично при использовании в пищевых продуктах при минимальной эффективной концентрации, и любой избыток перекиси водорода, используемый при прямом контакте с пищевыми продуктами, в дальнейшем обычно разлагается на кислород и воду. Пероксид обладает способностью приобретать или терять электроны, его механизм действия на микроорганизмы обусловлен его окислительными свойствами, вызывая нарушения микробной структуры и увеличивая проницаемость микробной клеточной стенки и микробной цитоплазматической мембраны, вызывая рибосом-ные поражения и разрушение бактериальной ДНК. Этот механизм приводит к разрушению и гибели микробных клеток. Кроме того, перекись водорода широко используется пищевой промышленностью в США, Канаде, Австралии и Новой Зеландии в качестве отбеливающего агента пшеничной муки, пищевого масла, а также в качестве противомикробных агентов для пищевых продуктов, например, при переработке яичного белка.

Мембранная фильтрация основана на использовании полупроницаемых мембран, разделяющих жидкости на два потока. Различные типы мембран используются для стерилизации или разделения материалов с широким применением в промышленном производстве, таком как пищевая [14], биофармацевтическая и другие. Процесс мембранного разделения можно разделить на два типа в зависимости от движущей силы. Один тип - это мембранный процесс, который использует давление в качестве движущей силы, такой как ультрафильтрация [15], второй тип - это мембранный процесс, который управляется электричеством, также называемый ионным обменом, например, электродиализом [16]. В процессе фильтрации используется давление, разделяющее процесс мембранной фильтрации на микрофильтрацию, ультрафильтрацию и обратный осмос [17] в зависимости от размера пор и удерживающей способности мембраны. Обычно размер пор мембраны находится в диапазоне от 0,0001 до 10,0 микрон, в то время как желаемый микробный размер находится в диапазоне от 0,5 до 2,0 микрон. Мембраны с размером пор меньше, чем размер микробов, используются для отделения микробов от жидких пищевых продуктов с помощью процесса мембранной фильтрации. Применение мембранной фильтрации в стерилизации пищевых продуктов имеет такие преимущества, как низкое потребление энергии, работа при нормальной температуре, возможность применения для термочувствительных материалов и высокая технологическая адаптируемость. Пищевые процессы мембранной фильтрации используются для фильтрации (удаления частиц), стерилизации (удаления микроорганизмов) и отбеливания (удаления цвета) жидких пищевых продуктов, молочных продуктов и соков.

В настоящее время ферментация пищевых продуктов является передовой технологией и применяется в таких продуктах, как молочные сыры, квашеная капуста, с использованием отдельных промышленных микробов (бактерий, плесени и дрожжей). Сегодня микробная ферментация - это сложная технология для производства пищевых биоингредиентов, органических кислот, антибиотиков, лечебных белков и других.

Термическая обработка пищевых продуктов включает в себя контроль или предотвращение роста микробов для минимизации порчи пищевых продуктов и инактивации нежелательных ферментативных или химических реакций, которые со временем изменяют качество пищевых продуктов. Многие новые термические и нетермические технологии консервирования были разработаны и уже получили применение в производстве конкретных пищевых продуктов, в то время как другие сложные методы консервирования остаются пока теоретическими.

Производители пищевых продуктов сами выбирают способы обработки между пастеризацией или стерилизацией пищевых продуктов. Этот выбор зависит от типа продукта, желаемого срока годности и температуры хранения (при комнатной температуре или в холодильнике). Умеренная термическая пастеризация позволяет уничтожить патогенные бактерии и большое количество вызывающих порчу микроорганизмов, присутствующих в вегетативных формах пищевых продуктов, которые могут изменить органолептические характеристики пищевых продуктов и срок их хранения. Температура, применяемая в процессе пастеризации, обычно ниже 100 0 С при кратковременном воздействии теплоты с последующим быстрым охлаждением. При этой температуре ниже 100 °С за короткое время не инактивируются спо-рообразующие бактерии, присутствующие в пище илп молоке. Продаваемые пастеризованные пищевые или молочные продукты, полученные в процессе пастеризации, должны храниться при температуре охлаждения > 4 °С, чтобы предотвратить порчу пищевых продуктов за счет ограничения роста микроорганизмов, которые все еще присутствуют в пищевых или молочных продуктах после пастеризации. Некоторыми примерами пастеризованных пищевых продуктов являются готовые блюда в лотках, овощи в лотках, в вакуумной упаковке запеченное мясо, соусы в пакетиках и овощи пли супы в банках.

Пастеризация молока широко применяется в нашей стране и за рубежом и требует температуры около 63 °С в течение 30 мин с последующим быстрым охлаждением молока до 4 °С. Двумя другими альтернативными методами пастеризации являются, кратковременная высокотемпературная (НТвТ) п сверхвысокая температура (инт).

Стерилизация предназначена для уничтожения всех микроорганизмов, присутствующих в продуктах питания или молоке, включая споры. Температура в процессе стерилизации выше 100 °С. Этот процесс стерилизации позволяет постоянно хранить пищевые продукты при комнатной температуре и получать длительный срок хранения, который варьируется от нескольких месяцев до нескольких лет в зависимости от метода стерилизации и пищевого продукта.

В последнее время методы стерилизации пищевых продуктов делятся на две категории: стерилизация с помощью теплоты (термический процесс) и стерилизация без нагрева (нетермическпй процесс). Процесс термической стерилизации широко практикуется во всем мире, несмотря на некоторые недостатки, такие как потеря пищевой ценности продуктов и ухудшение качества из-за высокотемпературной обработки. Стерилизация паром (влажным теплом) осуществляется с использованием насыщенного пара под давлением и является наиболее широко используемым процессом. Этот процесс паровой стерилизации нетоксичен, недорог, быстро разрушает микроорганизмы, пнактивирует споры, а теплота быстро проникает в пищевой продукт.

Появляются новые тепловые процессы, такие как микроволны. Процесс микроволнового объемного тепла (МУН) определяется как часть электромагнитных волн. СВЧ-нагрев имеет значительные преимущества перед обычными методами нагрева, особенно по энергоэффективности, также теплота проникает через пишу за короткое время, чем при стерилизации паром. При паровой стерилизации теплота проникает в пищу снаружи внутрь в течение длительного времени, в то время как в МУН быстрое нагревание за короткое время сводит к минимуму разницу температур между поверхностью и внутренним пространством пищевого продукта, сохраняя в пище хороший вкус, незначительно отличающийся от свежего, пищевые вещества и обеспечивает длительный срок хранения. Другими преимуществами МУН являются более точный процесс управления, эффективное использование энергии и более высокий уровень санитарного состояния производства на предприятиях пищевой промышленности. Кроме того, микроволновая технология имеет широкий диапазон обработки пищевых продуктов, такой, как сушка, стерилизация, бланширование, приготовление и выпечка.

Нетермические процессы, такие, как облучение, обработка под высоким давлением (НРР), импульсные электрические поля (PEF) и ультрафиолет (УФ). Механизм действия инактивации микроорганизмов для этих методов различен. Метод облучения повреждает генетический материал (ДНК) микроорганизмов. Это повреждение предотвращает рост микробов и прекращает большинство ферментативных реакций микробов в облученной пище. Метод обработки под высоким давлением (НРР) вызывает депротонирование заряженных групп и химической структуры в микробных клетках, а также вызывает разрушение солевых мостиков и гидрофобных связей в структуре микробных клеток. Эти изменения в морфологии клеток вызывают коллапс микробных межклеточных газовых вакуолей, аномальное удлинение клеток и прекращение движения микроорганизмов, что приводит к их разрушению. Метод электрических полей пуле (PEF) увеличивает трансмембранную проницаемость микробных клеток за счет накопления соединений противоположных изменений в окружении мембраны микробных клеток, вызывая образование пор в мембране микробных клеток, что приводит к утечке и гибели микробных клеток. Другими методами, используемыми для стерилизации пищевых продуктов и продления срока хранения, являются химические (озон или перекись водорода) и физические процессы (физическое разделение или методы мембранной фильтрации).

Существующие на сегодняшний день прогрессивные технологии процессов пастеризации и стерилизации открывают перед пищевой промышленностью большие возможности для разработки новых пищевых продуктов с высокой питательной ценностью, которые раньше невозможно было производить из-за ограничения сильного нагрева, используя традиционные методы тепловой обработки. Пищевая и биотехнологическая промышленность во всех странах, используя передовые технологии обработки продуктов, интенсивно развивается в направлении улучшения качества пищевых продуктов, сохранения их пищевой ценности в течение длительного срока годности и хранения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Jose М Lorenzo., et al. "Main Groups of Microorganisms of Relevance for Food Safety and Stability". Innovative Technologies for Food Preservation (2018): 53-107.

2. Sadat Kamal Amit., et al. "A review on mechanisms and commercial aspects of food preservation and processing". Agriculture and Food Security 6 (2017): 51.

3. Peng J., et al. "Thermal pasteurization of ready-to-eat foods and vegetables: Critical factors for process design and effects on quality". Critical Reviews in Food Science and Nutrition 57.10 (2017): 2970-2995.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. AP Lee., et al. "The influence of ultra-pasteurization by indirect heating versus direct steam injection on skim and 2% fat milks". Journal of Dairy Science 100 (2017): 1688-1701.

5. Roman Buckow., et al. "Pulsed Electric Field Processing of Orange Juice: A Review on Microbial, Enzymatic, Nutritional, and Sensory Quality and Stability". Comprehensive Reviews in Food in Food Science and Food Safety 12.5 (2013): 455-467.

6. Seongyoung Kwon., et al. "A Short Review of Light Barrier Materials for Food and Beverage Packaging". Korean Journal of Packaging Science and Technology 24.3 (2018) 141-148.

7. Abdullah N and Chin NL. "Application of thermo-sonication treatment in processing and production of high quality and safe-to-drink fruit juices". Agriculture and Agricultural Science Procedia 2 (2014): 320-327.

8. Ercan SS and Soysal C. "Use of ultrasound in food preservation". Natural Science 5 (2013): 5-13.

9. Anna Baggio., et al. "Antimicrobial effect of oxidative technologies in food processing: an overview". European Food Research and Technology 246 (2020): 669-692.

10. A Natha., et al. "A Review on Application of Ozone in the Food Processing and Packaging". Journal of Food Product Developments and Packaging 1 (2014): 7-21

11. Muhlisin Muhlisin., et al. "Effects of Gaseous Ozone Exposure on Bacterial Counts and Oxidative Properties in Chicken and Duck Breast Meat". Korean Journal for Food Science of Animal Resources 36.3 (2016): 405-411.

12. Franco Van de Velde., et al. "Optimization of Strawberry Disinfection by Fogging of a Mixture of Peracetic Acid and Hydrogen Peroxide Based on Microbial Reduction, Color and Phytochemicals Retention Food Sci Technol Int 22.6 (2016): 485-495.

13. Md Irfan Ahmad Ansari and Pramod Rai. "Optimization of Operating Conditions for Sterilization of Aseptic Food Packaging Material". International Journal of Agriculture, Environment and Biotechnology 10.4 (2017): 423-428.

14. Dhinesh kumar V and Ramaswamy D. "Review on membrane technology applications in food and dairy processing". Journal Applied Biotechnology and Bioengineering 3.5 (2017): 399-407.

15. Abdul Wahab Mohammad., et al. "Ultrafiltration in Food Processing Industry: Review on Application, Membrane Fouling, and Fouling Control". Food and Bioprocess Technology 5 (2012): 1143-1156.

16. Konstantinos V Kotsanopoulos and Ioannis S Arvanitoyannis. "Membrane Processing Technology in the Food Industry: Food Processing, Wastewater Treatment, and Effects on Physical, Microbiological, Organoleptic, and Nutritional Properties of Foods Journal Critical Reviews in Food". Science and Nutrition 55.9 (2015): 1147-1175.

17. Pravin Ganorkar., et al. "Reverse Osmosis for Fruit Juice Concentration- a review". Journal of Food Science and Technology 1.1 (2012).

REFERENCES

1. Jose M Lorenzo., et al. "Main Groups of Microorganisms of Relevance for Food Safety and Stability". Innovative Technologies for Food Preservation (2018): 53-107.

2. Sadat Kamal Amit., et al. "A review on mechanisms and commercial aspects of food preservation and processing". Agriculture and Food Security 6 (2017): 51.

3. Peng J., et al. "Thermal pasteurization of ready-to-eat foods and vegetables: Critical factors for process design and effects on quality. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 57.10 (2017): 2970-2995.