Конспект лекций для студентов направления подготовки 15. 04. 02 Технологические машины и оборудование
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
Вопросы для самоконтроля по теме 10: 1. С какой целью применяется метод пульсирующих электрических полей? 2. Как методом ударных волн можно увеличит срок хранения продуктов? 3. Какие акустические методы обработки продуктов Вам известны? 4. Как используют ультразвук для интенсификации технологических процессов? 5. Применение импульсных и пульсационных методов для обработки и консервирования продуктов питания. 6. Что называют импульсным подводом энергии? 7. Как происходит аккумулирование энергии во времени? 8. Какие системы используют в качестве импульсных нагрузок? 9. Что такое магнитоимпульсные системы, в чем их отличие от электроимпульсных? 10. Что называют генератором импульсов? 11. Какие элементы используются для созданиях электрических импульсов? 12. Что называют магнитоимпульсным индуктором? 13. В чем заключается и на чем основан электроимпульсный метод? 14. Перечислите ряд эффектов, возникающих при импульсном разряде, в жидкости. 15. Сколько гидравлических ударов как минимум возникает при одном импульсном разряде? 16. Опишите устройство и компоновку простейшего электроимпульсного аппарата. 17. Назовите основные требования, предъявляемые к электроимпульсным аппаратам. 18. Назовите наиболее сложный узел в электроимпульсной аппаратуре. 19. Какие схемы расположения электродов в импульсных аппаратах вы знаете? 20. Интенсификацию, каких процессов обеспечивают пульсационные методы при минимальных затратах электричества? 21. Назовите известные Вам типы пульсаторов. 22. Назовите способ повышения влагоудержания в колбасном фарше с низким значением (рН). 23. Что способствует диспергированию частиц, и в результате чего повышается степень дисперсности и усиливается диффузия? 24. Какую влагу называют осмотическисвязанной? 25. Приведите схему простейшей пульсационной пневматической установки. 26. Какие типы пульсационных пневматических установок вы знаете? 27. В чѐм основной недостаток пульсационных установок? Рекомендованная литература: [2, 3, 4, 5, 11, 12]. 84 11 ОБРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ РАДИАЦИОННЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ Известно много типов радиационных (ионизирующих) излучений, но большинство из них нельзя применять для обработки пищевых продуктов. Для этой цели используют только рентгеновское и -излучение и поток ускоренных электронов. Рентгеновские и -излучения имеют электромагнитную волновую природу. Они, свободно проникая через многие вещества (дерево, металлические пластинки, живую ткань и т.п.), вызывают ионизацию, т.е. процесс, при котором из нейтральных молекул и атомов вещества образуются ионы (положительно и отрицательно заряженные частицы). -излучение наиболее широко применяется в практике лучевой обработки самых различных пищевых продуктов. Это объясняется тем, что источники - излучения сравнительно дешевы. В качестве источников -излучения чаще всего используют препараты Со 60 . Большая проникающая способность -излу- чения позволяет обрабатывать продукты большого размера и в крупной упаковке. Энергия -излучения от Со 60 находится в пределах, при которых не возникает наведенной радиоактивности в облученных продуктах, т.е. продукт не становится радиоактивным. Применение ионизирующих излучений открывает совершенно новые возможности сохранения пищевых продуктов, так как при этом не происходит сколько-нибудь существенного повышения температуры. Это положение дает возможность решить по-новому вопросы упаковки, используя для мясных продуктов полимерные материалы. Однако проблемой при использовании ионизирующих излучений является предохранение самого продукта от влияния тех доз радиации, которые нужны для уничтожения микроорганизмов. На жиры, сушеные продукты ионизирующие излучения оказывают прямое действие, которое и является основной причиной всех изменений. На мясо и другие продукты, содержащие большое количество воды, ионизирующие излучения оказывают в основном косвенное действие. Это связано с тем, что под действием ионизирующей радиации изменениям подвергается в первую очередь вода. Происходит радиолиз воды - образование свободных радикалов ОН', Н0' 2 , Н'. Свободные радикалы обладают большой реакционной способностью. Они могут соединяться не только один с другим, но и легко реагировать с растворенными в воде веществами, образуя различные соединения. При использовании ионизирующих излучений для обработки каких-либо объектов решающее значение имеет точное определение количества ионизирующего излучения, которое поглощается веществом, т.е. поглощенной дозы. Одним из отличий лучевой стерилизации от термической является то, что между облучением продуктов дозами, абсолютно смертельными для микроорганизмов, и гибелью последних проходит промежуток времени, в 85 течение которого еще продолжаются процессы обмена веществ в микробных клетках. Отмирание микроорганизмов после облучения абсолютно смертельными дозами может продолжаться в течение нескольких десятков часов. В связи со специфичностью действия ионизирующих излучений на микрофлору группой специалистов Международного агентства по использованию атомной энергии разработана специальная терминология. Промышленное консервирование с помощью ионизирующих излучений предложено называть радиационной аппертизацией (по имени Аппера, предложившего тепловую стерилизацию), или сокращенно рааппертизацией. Обработку, достаточную лишь для увеличения длительности хранения, предложено называть радуризацией (radiare - излучать и durare - продлевать) вместо терминов «лучевая пастеризация», «облучение нестерилизующими дозами». Кроме того, предложен термин радисидация (radiare - излучать и ocsidere - убивать), предназначенный для обозначения обработки ионизирующими излучениями, обеспечивающими подавление определенных нежелательных микроорганизмов или простейших организмов, например, сальмонелл, трихинелл. Влияние на микроорганизмы. В результате воздействия ионизирующих излучений в живых клетках возникают многообразные патологические изменения, приводящие к нарушению нормальных биохимических, физиологических и других процессов. Действие ионизирующих излучений на микроорганизмы зависит от парциального давления кислорода, содержания воды в продукте, наличия в среде «защитных» веществ, таких как некоторые аминокислоты, органические кислоты, альдегиды, спирты и др. Имеет также значение физиологическое состояние микроорганизмов в момент облучения. Микроорганизмы, находящиеся в буферном растворе, как правило, менее устойчивы к облучению, чем в средах, содержащих в своем составе глюкозу, аминокислоты и другие соединения, обладающие защитными свойствами. Биологическое действие излучения зависит не только от величины, но и от мощности дозы. Одним из наиболее повреждаемых звеньев обмена веществ микроорганизмов при их облучении является нуклеиновый обмен. Восприимчивость различных видов микроорганизмов и различных клеток сложного организма к воздействию ионизирующих излучений колеблется в широких пределах: чем крупнее и сложнее клетка или организм, тем восприимчивее они к повреждению ионизирующими излучениями. Характерной особенностью действия ионизирующего излучения является большая разница в дозах, требующихся для прекращения жизнедеятельности 50 и 100 % микроорганизмов. Если в первом случае требуется несколько сотен Дж/кг, то во втором - необходимая доза составляет (1,5-4,5)·10 4 Дж/кг. Споры бактерий весьма устойчивы к облучению, поэтому для снижения дозы облучения желательно понизить их радиоустойчивость. Это достигается комбинированным воздействием нагревания или антибиотиков и ионизирующего облучения. Предварительная тепловая обработка более эффективна, чем тепловая обработка, применяемая после облучения. 86 Под действием ионизирующих излучений структурные элементы клеток изменяются, главным образом ядро, что приводит к снижению их физиологической активности и нарушению функций размножения. Влияние на мясо. Под действием ионизирующих излучений изменяется цвет мяса, появляются специфические, не свойственные ему, запах и привкус, иногда изменяется консистенция. В мясе, облученном в мороженом состоянии, окраска изменяется в меньшей степени, чем в охлажденном, но иногда появляется коричневый оттенок, иногда зеленоватый. Образование зеленого пигмента зависит от рН и связано с присутствием таких соединений, как сероводород и цистеин. При обработке ионизирующими излучениями вареного мяса нормальный серо- коричневый пигмент (гематин) превращается в нехарактерный красный (гемохромоген). Совместное применение нитрита с аскорбинатом натрия может способствовать улучшению цвета облученного соленого мяса. Кроме того, в сохранении цвета мясных продуктов играет роль применение вакуумной упаковки и снижение дозы облучения. В мясе, подвергнутом облучению, обнаружены изменения его составных частей: белков, жиров и др. Многие исследователи считают, что источником образования соединений с неприятным запахом могут являться серосодержащие аминокислоты, в частности соединения типа глютатиона. При облучении говядины -лучами в дозах (l,3-l,5)10 4 Дж/кг наблюдали значительное понижение содержания глютатиона в результате распада его восстановленной формы. В больших количествах в облученных мясопродуктах образуются карбонильные соединения. Это дает основание полагать, что они являются основными компонентами запаха облученного мяса. Карбонильные соединения образуются не только в жировой, но и в мышечной ткани мяса, хотя и в разных количествах. Такие соединения, как акролеин и кротоиовый альдегид, которые образуются из жировой ткани облученного мяса, по-видимому, способствуют образованию специфического запаха облучения. Образцы мяса, облученные дозами 2,33 10 3 и 3,77 10 3 Дж/кг, содержали в 10-20 раз больше летучих аминов, чем необлученные образцы мяса. Очевидно, амины так же могут участвовать в образовании запаха облученного мяса. Действие ионизирующей радиации на жиры напоминает окисление. Гидроперекиси, полученные при облучении -лучами метилолеата, не отличаются по своему строению от гидроперекисей, получаемых при термическом окислении. При облучении дозой 3 10 3 Дж/кг жиров и жирных кислот образуются различные продукты. Мясные продукты имеют различную чувствительность к изменению органолептических свойств под воздействием ионизирующего облучения. Так, меньше неприятного запаха и вкуса развивается в свинине, чем в говядине, телятине и баранине. Вкус тощей говядины при облучении изменяется сильнее, чем мяса нормальной упитанности. 87 Наименьшие изменения вкуса и запаха претерпевают под влиянием облучения вареные мясные продукты, некоторые кулинарные изделия из говядины, свинина, мясо кур и кроликов, печень и почки говяжьи. Для многих продуктов установлены пороговые дозы, выше которых облучение изменяет органолептические свойства продуктов. Так, работами, проведенными в ФРГ, пороговые дозы для говядины установлены 0,9 10 4 Дж/кг, куриного мяса - 1,8 10 4 Дж/кг и свинины - 3,8 10 4 Дж/кг. По данным, полученным в США, пороговые дозы для говядины составляют 0,7 10 4 Дж/кг, свинины - 1,7 10 4 Дж/кг, бекона - 2,1 10 4 Дж/кг, ветчины - 1,2 I0 4 Дж/кг, куриного мяса - 1,7 10 4 Дж/кг. В английских работах указаны дозы для говядины - 0,4 10 4 Дж/кг, куриного мяса - 0,75 10 4 Дж/кг. Для инактивации ферментов требуются очень высокие дозы облучения. Так, при облучении говядины дозой 1,6 10 5 Дж/кг активность протеолиза уменьшается только на 50 процентов. В процессе хранения сырого мяса, стерилизованного облучением, в результате протеолиза наблюдается образование кристаллов тирозина. Высокая температура хранения способствует развитию автолитических процессов в облученном мясе (доза 2 10 4 Дж/кг), которые протекают особенно интенсивно в первый период хранения. Низкая температура хранения задерживает автолиз. В последние годы уделяется большое внимание выработке режимов облучения пищевых продуктов, при которых органолептические изменения не происходили или были минимальными. Из таких способов наиболее перспективными являются облучение под вакуумом, в инертных газах, при низких температурах, в присутствии акцепторов свободных радикалов, образующихся при облучении. Добавление антиокислителя к облученному дозой 3 10 3 Дж/кг свиному фаршу, содержавшему 50 % жира и находившемуся в неблагоприятных для хранения условиях (температура 18-20 °С), тормозит окислительные процессы. Улучшение качества облученного мяса достигается удалением кислорода, замораживанием до очень низкой температуры (-70 С) перед облучением и облучением при этой температуре. Полученный продукт даже при дозах 4,5 10 3 Дж/кг не обнаруживает характерного запаха облучения. Низкие температуры хранения и вакуумная упаковка более эффективны в сохранении облученного соленого бекона, чем любые другие виды обработки. Из способов, позволяющих снизить активность ферментов облученных продуктов, наиболее эффективными являются слабая тепловая обработка (60-80 °С), предубойное облучение скота небольшими сублетальными дозами, в результате чего в мышцах образуется адреналин. Адреналин снижает накопление молочной кислоты, что замедляет сдвиг рН в кислую сторону, а это в свою очередь способствует инактивации ферментов, под влиянием которых во время хранения мяса происходит расщепление белков на аминокислоты. Уменьшению образования привкуса способствует прерывистое облучение, когда необходимая доза дается в несколько приемов. Это приводит 88 не только к уменьшению привкуса, но и к снижению количества выживших микроорганизмов и к уменьшению окисления жира. Витамины пищевых продуктов менее чувствительны к воздействию ионизирующих излучений, чем чистые растворы этих веществ. В результате облучения сырого говяжьего фарша дозой 3 10 4 Дж/кг разрушается пиридоксин примерно на 25 %, рибофлавин на 10 %, а содержание инозита и ниацина изменяется незначительно. Вопросы для самоконтроля по теме 11: 1. Как влияет ионизирующее излучение на микроорганизмы? 2. Как влияет ионизирующее излучение на пищевые продукты? 3. Какие типы радиационных излучений Вы знаете? 4. Назовите тип радиационного излучения, наиболее широко применяющийся в медицине. 5. Какие возможности открывает ионизирующие излучения для сохранения пищевых продуктов? 6. Назовите главную проблему, возникающую при использовании ионизирующих излучений для самого продукта. 7. Что является причиной всех изменений, происходящих в продукте, при ионизирующем излучении? 8. Какие дозы ионизирующего радиационного излучения применимы к пищевым продуктам? 9. Что называют радиационной аппертизацией? 10. Что называют радуризацией? 11. От чего зависит величина воздействия ионизирующих излучений на микроорганизмы? 12. Где, как правило, находятся микроорганизмы наименее устойчивые к облучению? 13. На сколько споры бактерий устойчивы к облучению? Что необходимо сделать для понижения их радиоустойчивости? 14. Эффективно ли предварительная тепловая обработка перед облучением или после облучения? 15. Как влияет на мясо ионизирующее облучение в замороженном и размороженном мясе? 16. Что образуется в больших количествах в облучѐнных мясопродуктах? 17. В чем заключается действия ионизирующей радиации на жиры? 18. С чем связано установление пороговых дог радиации для большинства продуктов? 19. Что способствует развитию автолитических процессов в облучаемом мясе? 20. Что представляет собой процесс автолиза? 21. К чему приводит добавление антиокислителя к облученному свиному фаршу? Рекомендованная литература: [3, 4, 5, 6, 7, 11]. 89 12 ОБРАБОТКА ПРОДУКТОВ ДАВЛЕНИЕМ 12.1 НЕТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Интерес к нетермическим методам обработки пищевых продуктов вызван тем, что сетевые операторы требуют от производителей увеличения срока хранения, а потребители останавливают выбор на продуктах с наименьшим количеством добавок, в том числе и консервантов. При этом продукты должны иметь отличные органолептические качества, присущие свежим или домашним изделиям. Именно потому в настоящее время пользуются интересом производителей продуктов питания нетермические методы обработки, применяющиеся и для стерилизации, и для создания оптимальной структуры. Из множества имеющихся возможностей наиболее популярны в производстве мясных продуктов три следующие метода: · Высокое гидростатическое давление; · Пульсирующие электрические поля; · Ударные волны. Метод высокого гидростатического давления, которое распределяется на весь объем продукта в рабочей зоне, в настоящее время применяются около семидесяти немецких производителей пищевых продуктов. Преимущества метода по сравнению с термообработкой состоят в том, что он щадящий по отношению к содержащимся в продукте летучим ароматическим веществам и к витаминам. Таким образом, после обработки сохраняются все характерные свойства продукта – в частности, органолептическое ощущение свежести – что позволяет производителям применять иную стратегию маркетинга. При этом степень его воздействия на бактерии, грибки, плесень и вирусы выше, чем от традиционной термообработки. Метод можно применять и с точки зрения синтеза процессов, например для преобразования определенных веществ, создания структуры продукта или для придания ему определенных функциональных свойств. В первую очередь, высокое давление оказывает влияние на протеины, но при определенных условиях – и на макроструктуру углеводородов. Таким условием является, например, определенная температура среды. Совместное действие высокого давления и температуры важно также для деактивации микроорганизмов, вирусов и ферментов. Исследователям известно о влиянии определенного соотношения этих факторов на структуру продукта. Метод пульсирующих электрических полей (PEF). Пульсирующие электрические поля оказывают влияние на проницаемость мембран клеток растительного, животного или микробиологического происхождения. Количество необходимой энергии зависит от температуры среды и силы электрического поля, потому что клеточные мембраны имеют пороговые значения проницаемости. Известно, к примеру, что при применении этого метода для разделения твердой и жидкой субстанций (при производстве яблочного сока) под воздействием специфических порций энергии мощностью 90 до 2 кВт на ткани растительного происхождения улучшается выход готового продукта. На мышечную ткань мяса, рассматриваемую как матрицу из объемного материала с высокой плотностью клеток, метод оказывает электропоративный эффект (электропорация – возникновение пор в бислойной липидной мембране под действием электрического поля). Явление электропорации используется для внедрения макромолекул компонентов рецептуры продукта внутрь клетки, что бывает необходимо для самых различных техноголических процессов. В частности, это позволяет обеспечить равномерность распределения нитритно- посолочной смеси при изготовлении вареных окороков и ветчин. При посоле сыровяленых окороков и других сыровяленых продуктов также улучшается, с одной стороны, транспортировка соли внутрь изделий, а, с другой, отделение воды из толщи изделия. Пульсирующие электрические поля применяются для подготовки сырья и ускоряют процессы диффузии жидкости и сушки сыровяленых изделий. В настоящее время разрабатываются новые методы для воздействия пульсирующих полей на мясопродукты без использования жидкости в качестве среды. При этом под действием электрических колебаний происходит инактивация патогенных или нежелательных для продукта микроорганизмов. Электрические импульсы изменяют структуру и функциональные свойства белков. При обеззараживании богатых протеинами продуктов (например, яичный меланж, пищевая кровь после убоя) этот метод также может оказаться особо интересным. Например, исследования показали, что при обеззараживании свиной крови эффективность по сравнению с термическими методами была выше в среднем на 30 %, но при этом не происходило ни фазового расслоения, ни образования гелевых структур, а вязкость мясного фарша повышалась только в незначительной степени. Подобные исследования проводились под руководством д-ра |