В Юкало - Методів консервування продуктів - страница 1

Страницы:
1  2 

Юкало В.Г. Аналіз методів консервування продуктів/ Юкало В.Г., Гащук O.I. II Вісник ТДТУ. 2010. — Том 15. — № 1. — С. 210-218. — (хімія. хімічна, біологічна та харчова технології)

УДК 664.8.03

В. Юкало, докт. біол. наук; О. Гащук, канд. техн. наук

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя АНАЛІЗ МЕТОДІВ КОНСЕРВУВАННЯ ПРОДУКТІВ

Резюме. Консервувати харчові продукти можна за допомогою фізико-хімічних методів, які ізолюють продукт від навколишнього середовища, сприяючи знищенню у ньому бактерій і спор, запобігаючи розвитку мікроорганізмів через зниження активності метаболічних процесів або руйнуючи їхні мембрани. При цьому консервований продукт слід захищати від дії високих температур і сонячних променів. Крім того, консервуючі речовини зупиняють процеси розкладання, що протікають у неживих клітинах, а також знижують активність метаболічних процесів у живих клітинах.

Ключові слова: консервант, методи консервування, клітина, біологічні системи, мікроорганізми, спори.

V. Yukalo, A. Haschuk ANALYSIS METHODS OF CANNING PRODUCTS

The summary. Canning food products can be carried out by means physical and chemical methods, which secure a product isolation from environment, assisting to elimination in him of bacteria and spores, preventing a development of microorganisms by humiliation of activity of metabolic processes or destroying their membranes. The thus canned product must be protected from action of high temperatures and sunbeams. The in addition canning matters stop decomposition processes that flow in the unloving cages, and also lower activity of metabolic processes in the living cages.

Key words: canning, methods canning, cage, biology systems, microorganisms, spores.

Сировина рослинного і тваринного походження та виготовлені з неї харчові продукти піддаються короткочасному чи тривалому зберіганню. При цьому вони неоднаково псуються унаслідок біохімічних процесів, що спричинені у них або під впливом власних ферментів (ферментативне псування), або викликаються ферментами мікроорганізмів (мікробіологічне псування) [1]. Багато мікроорганізмів у процесі розвитку продукують токсини, які можуть накопичуватися у продуктах, зумовлюючи отруєння, іноді з летальним наслідком для тих, хто споживав їх. Високий уміст живих мікроорганізмів може спричинити розвиток інфекційного процесу. Тому для зберігання поживної цінності харчового продукту використовують різні методи консервування.

Консервувати харчові продукти можна за допомогою фізико-хімічних методів, які ізолюють продукт від навколишнього середовища, сприяючи знищенню в ньому бактерій і спор, запобігаючи розвитку мікроорганізмів через зниження активності метаболічних процесів або руйнуючи їхні мембрани. При цьому консервований продукт слід захищати від дії високих температур і сонячних променів. Крім того, консервуючі речовини зупиняють процеси розкладання, що протікають у неживих клітинах, а також знижують активність метаболічних процесів у живих клітинах [2].

Усі консерванти можна поділити на дві групи: біогенні й абіогенні. До групи біогенних консервантів належать сполуки, які синтезуються у біологічних системах, беруть участь у метаболічних процесах і їх утилізують ферментні системи організму. Вміст цих сполук визначається їхньою природою й функціональною дією у живих організмах.

До абіогенних консервантів належать ті сполуки, які в біологічних системах не синтезуються. Їх метаболізм у живих організмах можливий, але продукти, що утворяться, можуть бути токсичні. Деякі з абіогенних сполук здатні накопичуватися в організмі, спричиняючи інтоксикацію. Використовувати ці сполуки для консервування біогенних систем необхідно з великою обережністю.

Варто охарактеризувати деякі властивості консервантів. Зокрема, у консерванта має бути відносно низька токсичність. Найбільш перспективними консервантами є речовини біогенної природи, які легко утилізуються у метаболічних процесах у клітинах живих організмів. При цьому консервант можна використати як додатковий харчовий субстрат (харчова добавка), підвищуючи харчову цінність консервованих продуктів [3]. Крім того, бажано, щоб консервант легко розчинявся у воді, що зумовить його швидку десорбцію з поверхні продукту. При цьому можна буде легко нейтралізувати його дію у водному середовищі.

В основі дії консервантів слід використати їхню здатність затримувати розвиток мікрофлори, впливаючи переважно тільки на токсиноутворюючі форми. При цьому консервант має легко проникати в продукт, що консервується, і по можливості тривало перебувати в ньому, не впливати на органолептичні властивості продукту. Крім того, бути простим у застосуванні, недорогим за вартістю, мати дозвіл на застосування у харчових продуктах, використовуватися в очищеному стані, а також відповідати за якістю міжнародним нормам і вимогам.

Перед використанням консерванти слід перевірити на генотоксичність, тобто здатність впливати на спадковість, спричиняти небажані мутації. Останні проявляються унаслідок дії генотоксинів, які, зв'язуючись із ДНК, порушують структуру й функціонування генного апарату. Одночасно проводять дослідження з виявлення репродуктивної токсичності консервантів. Зокрема, вивчають вплив консерванту на плідність і загальну здатність до продовження роду, на утробний і післяутробний розвиток.

Особливо ретельно перевіряють консервант на концерогенність, тобто здатність сполук спричиняти розвиток різних пухлин. Ініціатори цих процесів переважно речовини, наділені генотоксичною дією, здатні модифікувати ДНК. До цієї групи речовин належать формальдегід, фенол, нітрати й ін.

Пильну увагу варто приділяти дослідженню харчових добавок на концерогенність, для виявлення доз, що спричиняють небажану дію. При цьому дослідження проводять на кількох поколіннях піддослідних тварин, вивчаючи виникнення мутацій у соматичних клітинах, виявляючи дефекти при розподілі клітин.

Деякі консерванти, такі як саліцилова кислота, бензойна кислота, п-оксибензойна кислота і її ефіри, можуть спричиняти алергічні реакції. До алергенів належать сульфіти й парабени. Тому Об'єднаний комітет експертів ФАО/ВООЗ (JECFA) і Наукова комісія з харчових добавок Європейського співтовариства (SCF) встановлюють на основі токсикологічних досліджень величину допустимого добового надходження (ДДН) консервантів в організм людини [4].

Токсичність консервантів може зростати при їхньому спільному використанні й проявлятися в синергічному ефекті. Так, поєднане використання бензойної кислоти й сульфіту призводить до підвищення токсичності, що перевищує дію цих речовин окремо.

Консерванти переважно діють на клітинні оболонки й мембрани, порушуючи їхню цілісність [5,6]. При консервуванні краще використовувати одразу кілька консервантів або поєднувати дію консервантів з фізичними методами (нагріванням, охолодженням, опроміненням, тиском, сушінням й ін.).

Використання як консервантів летких органічних сполук, переважно з низькою температурою кипіння, дозволило б швидко заповнити ними увесь корисний об'єм, а також легко позбутися від консерванту, провітрюючи продукт на повітрі (табл.1).

Для консервування можна використовувати й багатокомпонентні суміші, у складі яких два і більше консерванти. Комбінуючи й підбираючи сполуки у певних пропорціях, можна створювати компоненти, здатні забезпечити пролонговану дію консервуючої суміші. Так, спільне використання сполук із низькою і високою температурами кипіння, останні з яких, зазвичай, є в'язкими рідинами, які легко адсорбуються на поверхні нерозчинного у воді носія.

Таблиця 1 - Властивості деяких консервантів [7-9]

Консерванти

Молекулярна маса , г/моль

Концентрація, моль/л

Густина при 20°С, г/см3

Температура плавлення, °С

Температура кипіння, °С

Розчинність у воді,

г/100мл

ДДН

г/м

Ацетальдегід

44,0

31,64

0,783

-121,0

20,8

л.р.

5,0

Гліцерин

91,1

13,84

1,261

+18,2

290

оо

-

Діетиловий ефір

74,1

9,64

0,714

-117,5

34,6

6,9520

300,0

Метанол

32,0

24,75

0,792

-94,9

64,65

оо

5,0

Молочна кислота

90,1

13,86

1,249

28-33

122,0

оо

-

Мурашина кислота

46,0

26,52

1,220

+8,4

101,0

оо

То

Пропіонова кислота

74,1

13,40

0,993

-21,0

141,0

оо

-

Оцтова кислота

60,0

17,48

1,049

+16,6

118,1

оо

5,0

Формальдегід

44,0

18,64

0,820

-92,0

-21,0

л.р.

0,5

Етанол

46,0

17,15

0,789

-114,5

75,3

оо

1000,0

Етил ацетат

88,1

10,23

0,901

-83,6

77,2

7,920

200.0

Як консерванти можна використати сполуки, здатні виконувати роль додаткового харчового субстрату. Однак використовувати їх слід дуже обережно. У деяких випадках для консервування беруть органічні кислоти (оцтову, пропіонову, молочну, лимонну й ін.), однак уміст цих кислот в організмі тварин і людини дуже незначний, тоді як для консервування використовують високі концентрації цих сполук. При цьому збільшення умісту кислот в організмі вкрай небажане, бо вони можуть різко підвищувати кислотність біогенного середовища, зумовлюючи протікання процесів кислотної денатурації функціональних білків, зокрема ферментів, порушуючи цілісність структури біологічних мембран.

Використання сполук із низькими температурами кипіння (формальдегід, ацетальдегід, етилацетат й ін.) хоча й дуже зручне, але можливе тільки при герметично закритій тарі, а це додаткові витрати, що підвищують собівартість консервованої продукції.

Умовно методи консервації можна поділити на хімічні, фізичні й біологічні (рис. 1).

Методи консервування

Фізичні

Сушіння Желювання Копчення В'ялення

Вакуумне упакування

Герметизація

Пастеризація

Стерилізація

Кріоконсервування

Радіаційна стерилізація

Хімічні

Неорганічні солі

Органічні солі

Моносахариди

Дисахариди

Полісахариди

Спирти

Органічні сполуки

Біологічні

Анабіоз Гіпобіоз

Рисунок 1 - Класифікація методів консервування

Хімічні методи консервування. В основі хімічних методів - використання різних неорганічних та органічних сполук (табл. 2). Щоб оцінити дії консервантів вводять показники токсичності сполук (табл. 3). Як бачимо з таблиці 4, як консерванти в основному використовують сполуки 4-го або 5-го класу токсичності. Тобто до цих класів належать сполуки, які для прояву токсичної дії можуть у значних концентраціях (від 500 до 3-104 мг/кг) накопичуватися в організмі. Зокрема, використовуючи високі концентрації солей (NaCl, CaCl2 й ін.), які унаслідок створення надлишкового осмотичного тиску зневоднюють клітини, руйнуючи клітинні мембрани [2].

Для консервування продуктів використовують насичений розчин солі. При цьому спостерігають осмотичне зневоднення продукту й зниження активності води, що пропорційне концентрації солі. Крім того, хлорид натрію знижує розчинність кисню у воді, що перешкоджає активному росту мікроорганізмів. Низькі концентрації солі можуть підсилювати дію інших консервантів [2].

У консервуванні продуктів застосовують органічні кислоти (мурашину, оцтову, молочну, пропіонову, лимонну та інші), які підвищують кислотність середовища, перешкоджаючи розвитку цвілі [5].

Високі концентрації вуглеводів (в основному використовують моно- і дисахариди: глюкозу, галактозу, фруктозу, сахарозу та ін.) здатні унаслідок надлишкового осмотичного тиску руйнувати поверхневі мембрани бактерій, запобігаючи їхньму розвитку [2].

Як кріопротектор активно використовують гліцерин, його широко застосовують для кріоконсервування еритроцитів. Гліцерин здатний легко проникати в еритроцити, впливаючи на процеси як внутрішньоклітинної, так і позаклітинної кристалізації, віддаляючи й сповільнюючи її настання зі зниженням температури. Крім того, гліцерин впливає на внутрішньоклітинну воду, структуруючи її [10].

При консервуванні використовують антибіотики, а також антиоксиданти (аскорбінова кислота, дигідрокверцетин, кверцетин, токофероли), які інгібують протікання вільнорадикальних реакцій [1,11].

Фізичні методи консервування. Це консервування продуктів за допомогою фізичних факторів (низької й високої температур, вакууму, інертних газів, у-випромінювання й ін.). Так, сушіння використовують як метод консервування, оскільки висока температура й обдування продукту сприяє видаленню поверхневої вологи, позбавляючи природного середовища життєдіяльності мікроорганізмів. Сушіння продуктів може відбуватися як на відкритому повітрі, так за допомогою вакууму. Останній спосіб належить до сублімаційного сушіння [1,12].

Таблиця 2 - Список консервантів, дозволених у Європейському Союзі для застосування у харчових продуктах [4]

Індекс

Назва

Індекс

Назва

Е200

Сорбінова кислота

Е231

о-Фенілфенол

Е202

Сорбат калію

Е232

о-Фенілфенолят натрію

Е203

Сорбат кальцію

Е233

Тіабендазол

Е210

Бензойна кислота

Е234

Нізин

Е211

Бензоат натрію

Е235

Натаміцин (пімарицин)

Е212

Бензоат калію

Е239

Гексаметилентетрамін

Е213

Бензоат кальцію

Е242

Диметилдикарбонат

Е214

Етил-п-гідроксибензоат

Е249

Нітрит калію

Е215

Натрієва сіль етил-

Е250

Нітрит натрію

 

п-гідроксибензоату

Е251

Нітрат натрію

Е216

Пропіл-п-гідроксибензоат

Е252

Нітрат калію

Е217

Натрієва сіль пропіл-

Е260

Оцтова кислота

 

п-гідроксибензоату

Е261

Ацетат калію

Е218

Метил-п-гідроксибензоат

Е262

Ацетат натрію

Е219

Натрієва сіль метил-

Е263

Ацетат кальцію

 

п-гідроксибензоату

Е270

Молочна кислота

Е220

Діоксид сірки

Е280

Пропіонова кислота

Е221

Сульфіт натрію

Е281

Пропіонат натрію

Е222

Гідросульфіт натрію

Е282

Пропіонат кальцію

Е223

Піросульфіт натрію

Е283

Пропіонат калію

Е224

Піросульфіт калію

Е284

Борна кислота

Е226

Сульфіт кальцію

Е285

Тетраборат натрію (бура)

Е227

Гідросульфіт кальцію

Е290

Діоксид вуглецю

Е228

Бісульфіт калію

Е941

Азот

Е230

Дифеніл (біфеніл)

Е1105

Лізоцим

Таблиця 3 - Показники токсичності сполук [1]

Середня летальна доза, мг/кг

 

Клас токсичності

 

менше 5

 

1

 

5-49

 

2

 

50-499

 

3

 

500-4999

 

4

 

Більше 5000

 

5

Воду із продукту можна видалити, використовуючи метод желювання. Вихідними речовинами для желювання служать желатин, альгінати, пектин і крохмаль. Продукт у складі жельованої маси непроникний для більшості бактерій і цвілі [13].

Желатином є білкова желююча речовина, похідна колагену, фібрилярний білок сполучної тканини тварин.

До складу альгінатів входять солі альгінової кислоти, зокрема альгінат натрію, альгінат калію й альгінат кальцію. Альгінова кислота належить до полісахаридів, її витягують із бурих водоростей. У складі полімерного ланцюга є два залишки моносахаридів (D-маннурової й L-гулуронової кислот) [14].

Таблиця 4 - Середня летальна доза речовин з консервуючою дією [1]

 

Середня

Клас

Допустиме

Консервант

летальна доза,

токсичності

добове

 

мг/кг

 

надходження,

 

 

 

мг/кг

Мурашина кислота

1200

4

3,0

Бензойна кислота

3000

4

5,0

Дегідроцетова кислота

1000

4

-

Дифеніл

3000

4

-

Етанол

9500

5

-

Ефіри-п-оксибензойної кислоти

8000

5

10,0

Хлорид натрію

3750

4

-

Нітрати

6000

5

5,0

Нітрити

200

2

0,2

о-Фенилфенол

3000

4

0,2

Пімарицин

1500

4

-

Пропіонова кислота

4000

4

-

Сахароза

30000

5

-

Саліцилова кислота

1100

4

-

Діоксид сірки

2000

4

-

Сорбінова кислота

10000

5

25,0

Пектинові речовини теж належать до полісахаридів, у їхньому складі - залишки галактуринової кислоти. Вони містяться у всіх рослинах та деяких водоростях. Основна функція пектинових речовин - підтримувати тургор у тканинах. Крім того, пектини підвищують посухостійкість рослин, сприяють тривалому зберіганню овочів і плодів

[15,16].

До полісахаридів належать крохмаль, у складі якого залишки a-D-глюкози. З водою полісахарид утворює колоїдний розчин. Високий уміст крохмалю міститься у картоплі, зернових [17].

Найпоширенішими продуктами у жельованому стані є мармелад і пат.

Поєднання дії фізичних і хімічних факторів використовують при коптінні різних продуктів (м'яса, риби й ін.). Унаслідок копчення частково зневоднюють продукт, що піддається хімічному впливу речовин, які містяться у димі. У процесі копчення відбувається підсушування продукту й просочування його димом. Останній - це дисперсна система, тверді частки розміром від 100 до 10 нм.

Для запобігання проникнення у продукт мікроорганізмів з повітря використовують спосіб герметизації, в основі якого - видалення повітря з упакування. При цьому створюються анаеробні умови, що сприяють загибелі анаеробних бактерій

[1].

Концентрація бактерій знижується при дії на консервуючий продукт високих температур (60-70°С). Такий спосіб називають пастеризацією, він дозволяє вбивати різні бактерії, але при цьому можуть виживати їхні спори. Розвиток спор сповільнюється при зберіганні продукції за низької температури (0...-10°С). Крім того, для знищення спор можна використати спосіб повторної пастеризації, після нетривалого витримування продукту при кімнатній температурі.

Так, молоко пастеризують для зниження умісту активних бактерій, під впливом високої температури у бактеріях частково руйнується структура функціональних білків і нуклеїнових кислот. Перед початком і наприкінці пастеризації необхідно відбирати проби молока - для визначення умісту молочнокислих бактерій. У пастеризованому молоці має міститися від 5 • 104 до 105 бактерій в 1 мл і не повинно бути патогеннихбактерій. Тривала пастеризація - час нагрівання молока 3 0 хв при 63-65°С. Короткочасна пастеризація - нагрівання молока 15-20 сек при 72-75°С. Миттєва пастеризація - нагрівання молока до 85-98°С, з наступним швидким охолодженням

[18].

Стерилізація повністю знищує термостійкі спори бактерій, адже продукт нагрівають до температури вищої 100°С і за підвищеного тиску.

Уповільнюють процеси розмноження мікроорганізмів, витримуючи продукт при температурі нижчій 0°С.

Використовують радіаційну стерилізацію, коли продукт опромінюють рентгеном або у-випромінюванням. При цьому повністю знищують бактерії та цвіль.

Для підвищення ефективності дії консервантів, як правило, поєднують їхній вплив на продукт. Наприклад, при виробництві згущеного стерилізованого молока, під дією високих температур, стерилізують продукт і повністю знищують бактерії, а високі концентрації сахарози запобігають розвитку їхніх спор. Тоді як герметизація продукту дозволяє обмежити доступ кисню й мікрофлори. Малі концентрації кисню не здатні активно окислювати ліпіди, антиоксиданти, що є в згущеному молоці, інгібірують протікання вільно радикальних реакцій. Велике значення для молочного продукту мають умови його зберігання. Зокрема, дотримання температурного режиму приміщень і вологості повітря, відсутність дії прямих променів сонця, дотримання санітарно-гігієнічних норм.

Біологічні методи консервування. Особливу увагу варто звернути на біологічні методи консервування, в основі яких реалізація механізмів спокою, зумовлених дією факторів навколишнього середовища. Основними біологічними процесами, що реалізують дію механізмів спокою, є анабіоз і гіпобіоз. Вивчення цих механізмів забезпечить зберігання біогенних систем, використовуючи природні процеси, що знижують розпад пластичних й енергетичних речовин у біогенних системах у період прояву впливу несприятливих факторів. При цьому повністю зберігається життєздатність живих організмів. Зокрема, у несприятливих умовах середовища бактерії здатні зберігати життєздатність через зниження рівня метаболізму й прояв високої резистентності. У такому стані бактерії називають спорами. Формується спора усередині материнської клітини, яку називають ендоспорою. Утворюють спори переважно паличкоподібні грампозитивні бактерії [6].

Процес утворення спор протікає через певні етапи. На першому етапі змінюється метаболізм клітини, завершується процес реплікації ДНК. При цьому в клітині може бути два й більше нуклеотиди. Ініціюється процес синтезу дипіколінової кислоти.

На наступному етапі виростає подвійна мембрана з боку цитоплазматичної мембрани, завершується процес утворенням протоспори, оточеної вже двома мембранами.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

В Юкало - Методів консервування продуктів