Переваги та недоліки фізичних і фізико-хімічних методів

Група фізичних методів включає як традиційні, так і нові методи, які поступово набувають поширення. До традиційних відносяться температурні методи, в основу яких покладена консервуюча дія температур знижених до
0 ^оС і нижче та підвищених до 100 ^оС і більше температур. Високотемпературні методи ґрунтуються на пригніченні або повному знищенні вегетативних і спорових форм мікроорганізмів та інактивації ферментів. До них відносяться пастеризація і стерилізація. Низькотемпературні методи засновані на уповільнені біохімічних та пригніченні мікробіологічних процесів і складаються з різновидів охолодження та заморожування.

Пастеризація – це метод обробки продукції при температурі від 65 до 95-98 ^оС. В залежності від тривалості нагрівання розрізняють методи – тривалого нагрівання (нагрівання до 62-65 ^оС і витримка при цій температурі 30 хв), короткотермінова (нагрівання до 72-76 ^оС і витримка 15-20 сек), швидка (нагрівання 82-85 ^оС і витримка 3-5 сек) та миттєва (95-98 ^оС без витримки).
В окремих випадках тривала і короткотермінова пастеризація може бути двократною. Після витримки при заданій температурі, продукція швидко охолоджується, зберігається 12-24 год, а потім піддається повторній пастеризації. Такі режими дозволяють досягти більшої стійкості продукту при незначній руйнації біологічно активних речовин. Пастеризація використовується переважно для продукції короткотермінового зберігання – молоко, вершки, соки, пиво, напої, солоні, квашені, мариновані продукти.

Стерилізація – метод обробки продукції при температурі понад 100 ^оС., тобто температура може коливатися від 100 до 150 ^оС, а тривалість від десятків секунд, до двох годин, в залежності від формули стерилізації. Різновидами стерилізації є асептична стерилізація і мікрохвильова. Асептична стерилізація полягає у короткотерміновій обробці продукту при підвищених температурах (130-150 ^оС) з наступним швидким охолодженням і фасуванням у стерильну тару в асептичних умовах. Використовується для рідких та напіврідких продуктів. Мікрохвильова стерилізація здійснюється за допомогою струму надвисоких та ультрависоких частот. У електромагнітному полі продукт швидко розігрівається по всьому об’єму. Цей метод застосовується для стерилізації продукції, яка попередньо розфасована у герметичну тару. Тривалість такої обробки складає від 30 до 200 сек, при цьому температура досягає 120-130 ^оС.

Ці методи значно інтенсифікують процес стерилізації і дають можливість зменшити руйнацію поживних та біологічно активних речовин.

Переваги високотемпературних методів консервування:

– простота, доступність і ефективність обробки;

– інактивація ферментів сировини і ферментів мікрофлори;

–тривалий строк зберігання внаслідок загибелі вегетативної і спорової мікрофлори;

– краще засвоюється продукт внаслідок денатурації та гідротермічної деструкції білків, крохмалю, пектинів тощо;

– кулінарна готовність продукту.

Недоліки цих методів:

– часткова або значна руйнація поживних та біологічно активних речовин – вітамінів, амінокислот, полі фенолів, ароматичних речовин;

– зниження харчової цінності продукту за рахунок утворення меланоїдинів, каромелей та інших полімерних сполук, які погано засвоюються;

– необхідність враховувати впливу багатьох факторів при розрахунку режимів стерилізації для кожного виду продукції;

– необхідність поєднання цих методів з герметичним пакуванням для довготермінового зберігання.

Методи низькотемпературного консервування не інактивують ферменти та не знищують мікрофлору, а тільки створюють для них несприятливі умови. Руйнівний вплив цих методів на склад і властивості продукції незначний і тим менший, чим м’якше режими обробки. Тому така продукція майже не втрачає своїх вихідних властивостей, а відновлює їх після підвищення температури. Однак, поряд з позитивним, ця обставина має і негативний бік – консервуючи дія низьких температур зберігається тільки при збереженні низькотемпературного режиму.

Охолодження – полягає в зниженні температури продукту до 0-4 ^оС та подальшому зберіганні в цьому температурному діапазоні. При температурах близьких до 0 ^оС, біохімічні процеси в клітинах сировини і фізіологічні процеси в клітинах мікробів значно уповільнюються і втрата маси та якості об’єктів консервування мінімальні. В залежності від режиму та швидкості охолодження, розрізняють повільне, прискорене та підвищене охолодження. Охолодження є найбільш ефективним короткотерміновим методом консервування. Воно максимально зберігає харчову і біологічну цінність, поживні та технологічні властивості, сприяє дозріванню та іншим процесам життєдіяльності. Недоліком цього методу є відносно короткі терміни зберігання та відчутні втрати маси за рахунок випаровування вологи і дихання.

Для усунення цих недоліків при консервуванні певних видів сировини і харчової продукції використовуються переохолодження або підморожування, які зводяться до зниження температури продукції до близько кріоскопічних значень. При температурі на межі заморожування вода не кристалізується, а тому руйнації оболонки клітин не відбувається. Проте їх випаровування та активність біохімічних і мікробіологічних процесів різко знижується. Переохолодження можливе для об’єктів, які містять підвищені концентрації цукрів, солі та інших осмотично активних речовин, внаслідок чого температура замерзання клітинного соку на декілька градусів (від 2 до 5 ^оС) нижче нуля. До таких об’єктів відносяться високоцукристі плоди та овочі, насіннєві та кісточкові плоди зимових сортів, цибуля, часник, а також солоні або сухі продукти – квашені овочі, солона риба, ковбаси копчені та напівкопчені та ін.

Свіже м'ясо, птицю та рибу можна консервувати підморожуванням. Для цього об’єкт охолоджують до температури 1-2 ^оС в глибинних шарах. На поверхні такі об’єкти утворюють тонкий шар (1-2 см) підмороженого продукту. Тривалість зберігання у підмороженому стані подовжується в 2-2,5 рази, а втрати маси зменшуються в 3-4 рази. Поверхня таких об’єктів стає жорсткою, що дозволяє їх штабелювати як заморожені продукти. За рахунок цього покращуються показники використання тари, транспортних засобів, сховищ. Але методи переохолодження і підморожування потребують ретельного контролювання та регулювання режимів обробки, зберігання та транспортування, тому що при незначному зниженні температури, продукт повністю промерзає, а при підвищенні – відбувається конденсація вологи і швидке псування продукту.

Заморожування – є одним з найпоширеніших методів консервування. Сутність його полягає в тому, що при низьких від’ємних температурах більша частина вільної вологи продукту перетворюється на кригу, яка руйнує оболонки клітин. В результаті цього осмотичний тиск клітинного соку різко збільшується, а активність води і ферментів – знижується. Всі ці фактори призводять до загибелі вегетативної форми мікрофлори, однак спорові форми залишаються життєдіяльними. Біохімічні і фізико-хімічні процеси знижуються до такого рівня, коли вони протягом тривалого часу не впливають на зміни маси і якості. Консервуюча та руйнівна дія заморожування на продукт значною мірою залежить від режиму обробки – температури та швидкості її зниження. Розрізняють повільне двохфазне, інтенсивне і швидке однофазне заморожування.

Двохфазне заморожування – продукт спочатку охолоджують до температури 2-4 ^оС, а потім піддають заморожуванню до (-8 ^оС) і нижче в товщі продукту. Повільне заморожування супроводжується утворенням крупних кристалів льоду, які деформують, а потім розривають клітинні оболонки. Після розморожування такі продукти втрачають свою форму, пружність і масу за рахунок витікання клітинного соку. Повільне утворення льоду відбувається при розсольному, льодосоляному та природному заморожуванні.

Для швидкого заморожування використовується штучний холод у швидкоморозильних апаратах або камерах, що дає можливість інтенсифікувати процес заморожування. Для дрібної та подрібненої продукції використовують заморожування у «киплячому» шарі, за рахунок продування через сировину під тиском холодного повітря, для крупної сировини – заморожування при підвищеній циркуляції повітря в спеціальних камерах, в яких активно циркулює повітря з температурою від (-30 ^оС) і нижче.

До групи фізико-хімічних методів консервування відносяться методи, що базуються на консервуючій дії зневоднення продукту та підвищеного осмотичного тиску.

До методу зневоднення відносяться різноманітні методи сушіння та концентрування. Внаслідок зменшення вмісту вологи в клітинному соку відбувається концентрування сухих речовин і утворюється підвищений осмотичний тиск. В умовах підвищеного осмотичного тиску і нестачі вільної води, спочатку уповільнюються, а потім припиняються біохімічні та фізіологічні процеси, інактивуються ферменти або суттєво знижується їх активність, відбувається відмирання мікробних клітин та утворення спорових форм. Завдяки простоті, доступності і низькій вартості, фізико-хімічні методи набули поширення і використовуються для консервування більшості видів продовольчої сировини, як рослинного, так і тваринного походження.

Методи сушіння існують у різному виді. В залежності від виду сировини і способу сушіння, остаточний вміст вологи у кінцевому продукті може складати від 3 до 25 %, але для більшості видів продуктів вологість складає 12-14 %. Ці методи використовують для підвищення термінів зберігання зерна, насіння, плодів, ягід, грибів, горіхів, прянощів, молока, яєць, м’яса, риби, концентратів, бульйонів, напоїв тощо. До переваг методів сушіння відноситься – зменшення маси і об’єму, що здешевлює його транспортування, пакування та зберігання; підвищується стійкість готового продукту; підвищення харчової цінності за рахунок видалення вологи і концентрування поживних речовин; попередження втрат маси при зберіганні. До недоліків слід віднести – незворотна зміна вихідних властивостей сировини; значна руйнація біологічно активних речовин; необхідність додаткової обробки перед вживанням; утворення меланоїдинів, колоїдів, денатурація білків, окислення жирів та ін.; необхідність герметичного пакування.

В харчових виробництвах найбільш поширені методи штучного сушіння. В залежності від способу підведення тепла існують такі різновиди штучного сушіння – конвективні методи, коли тепло передається через повітря, контактні методи – коли продукт контактує з нагрітою поверхнею, мікрохвильові – коли тепло індуктується електричними полями, радіаційні – тепло передається інфрачервоним випромінюванням та ін. Всі методи штучного висушування, на відміну від природних, мають високу продуктивність, керованість і стабільність режимів.

Для збереження біологічно цінних речовин використовують вакуумне сушіння при знижених температурах – не більше 50 ^оС в умовах вакууму. Найбільше збереження біологічно активних речовин відбувається при сублімаційному сушінні, коли сировину спочатку заморожують, а потім сушать заморожену сировину (лід відразу переходить в пару, минуючи рідкий стан).

Найбільш поширеним методом сушіння є розппорошувальне сушіння, коли рідина під тиском через форсунку подається у сушарку, розпорошується і висушується током гарячого повітря, який подається назустріч.

Для часткового зневоднення або концентрування, рідкої сировини застосовують метод згущення – випаровування. Процес можна проводити нагріванням або виморожуванням. Згущення проводять при 100 ^оС. якщо дозволяє склад сировини, або під вакуумом – при температурі 40-60 ^оС. При концентруванні шляхом виморожування, процес концентруванняпроводять при температурі (-10 ^оС)-(-15 ^оС). Вода, яка міститься в продукті перетворюється в ліл, який потім видаляється за допомогою центрифуги.

Другу підгрупу фізико-хімічних методів складають методи, які ґрунтуються на створені високого осмотичного тиску шляхом додавання до сировини речовин. які активно зв’язують вологу – цукру або солі.

Зацукрювання або концентрування цукром виконується двома способами – гарячим або холодним. При гарячому способі сировину уварюють в цукровому сиропі. Під час уварювання вода з сировини частково переходить в сироп, а потім випаровується з сиропу. Цукор переходить у сировину, насичує її і створює підвищений осмотичний тиск. При холодному способі протерта сировина змішується з сухим цукром у співвідношенні 1:2. Цукор частково розчиняється у соку сировини і дифундує в клітини, створюючи необхідний для консервування рівень осмотичного тиску.

Метод зацукрювання широко використовується при виробництві фруктово-ягідних консервів. Перевагами методу є висока харчова та енергетична цінність, відносна стійкість консерві при зберіганні, простота методу і технологічного обладнання, кулінарна готовність продукту. Недоліками гарячого способу є часткове руйнування біологічно активних речовин, зміна початкових органолептичних властивостей – форми, кольору, смаку, аромату та необхідність герметичного пакування продукції для попередження мікробіологічного псування. При холодному способі ферменти не інактивуються, а мікрофлора не гине. Тому така продукція потребує охолодження або інших способів консервування. Проте при холодному способі краще зберігаються вихідні властивості і склад сировини.

Соління, як і зацукрювання, є універсальним методом консервування харчових продуктів. Цим методом консервують м'ясо і рибу. Сіль вилучає воду із сировини, а сама у вигляді розчину проникає у тканини і клітини, де й створює підвищений осмотичний тиск, як є несприятливим для ферментів та мікроорганізмів. В залежності від техніки виконання, розрізняють сухий, мокрий та змішаний спосіб соління.

При сухому – сировина перемішується з сухою сіллю, при мокрому – заливається розсіл або тузлук, при змішаному – спочатку додається суха сіль, тобто продукт пересипається сухою сіллю, а потім заливається розсіл. М’ясна та рибна сировина під час просолювання суттєво змінюється. В ній відбувається складний комплекс фізичних, хімічних, біохімічних та мікробіологічних процесів, внаслідок чого з’являється новий смак, аромат, колір.

На перебіг процесів впливає склад, тобто співвідношення водо:жир, температура, концентрація солі та ін. фактори. Чим вище вміст жиру, тим повільніше просолюється сировина. Щоб запобігти псуванню жирної сировини її солять холодним способом при низьких температурах – від 0 ^оС до (-10 ^оС). Інші види сировини солять охолодженим, при температурі від 0 ^оС до 5 ^оС, та
теплим, при температурі від 10 ^оС до 15 ^оС, посолом. Якщо просолювання відбувається до вирівнювання концентрації солі в розсолі і продукті, посол називають закінченим, а якщо переривають раніше – перерваним. Таким чином отримують слабкосолену продукцію.