Принцип анабиоза плодов и овощей

На этом принципе основан ряд методов консервирования: охлаждение и замораживание, создание высоких концентраций осмотически деятельных веществ, сушка, хранение в регулируемой атмосфере, маринование, спиртование, квашение и др.

Умеренный холод (способ называют холодным хранением или хранением в охлажденном состоянии) — охлаждение сырья и продуктов переработки до такой температуры, которая, будучи на 10—15 °С ниже комнатной температуры, не опускалась бы ниже минус 1—3°С, т. е. ниже той температуры, при которой сырье и пищевые продукты замерзают. Использование умеренного холода способствует значительному замедлению биохимических процессов, протекающих в растительном сырье, а также снижению активности микроорганизмов, большинство из которых лучше всего развивается при 37 °С.

Особенно резко отражается температура хранения на таком важном биохимическом процессе, как дыхание. Чем выше температура хранения, тем больше скорость дыхания и тем меньше продолжительность жизни плода. С понижением температуры скорость дыхания сильно замедляется, а время хранения плодов возрастает.

На рисунке приведены данные Ф. В. Церевитинова об интенсивности дыхания груш при разных температурах хранения. Подъем кривой интенсивности дыхания означает начало старения плода (начало так называемого климактерического периода), а расстояние по горизонтали между начальной и конечной точками кривой указывает продолжительность жизни плода. Как видно из рисунка, при температуре 21 °С (кривая 1) климактерический подъем достигает своего максимума в течение 10—12 дней. С понижением температуры хранения интенсивность дыхания постепенно уменьшается и при температурах холодного хранения (около 0°С) продолжительность жизни плода достигает 5—6 мес при небольшом максимуме подъема интенсивности дыхания.

Снижение биологической и биохимической активности плодов и микроорганизмов при понижении температуры объясняется, с одной стороны, известной зависимостью скорости химических реакций от температуры, а с другой — тем, что цитоплазма — носитель жизненных функций микробных и растительных клеток — наркотизируется под влиянием холода и проницаемость ее падает. Это происходит потому, что, стремясь уловить остатки тепла из окружающей среды при охлаждении ее, цитоплазма самопроизвольно увеличивает площадь своей поверхности. А так как G = f(Sδ) = const, толщина цитоплазменной мембраны уменьшается, оболочка растягивается, поры затягиваются и клеточная проницаемость уменьшается. Из-за этого падает интенсивность обмена веществ, снижается поступление кислорода извне через сузившиеся поры цитоплазменной мембраны, уменьшается подача сахаристого сока в капиллярные каналы оболочки, дыхание замедляется, жизнь клетки замирает, не прекращаясь совсем, и клетка впадает в состояние анабиоза.

На рисунке показано изменение клеточной проницаемости К_п ткани яблок при понижении температуры. Из рисунка видно, что с понижением температуры падает и проницаемость (кривые 1 и 3). При обратном процессе — отогревании — клеточная проницаемость снова возрастает (кривая 2), достигая первоначального значения, что свидетельствует о полной обратимости происшедших в клетке изменений. Иная картина наблюдается при оттаивании сырья после замораживания: клеточная проницаемость резко возрастает (кривая 4) и достигает значений, характерных для убитой ткани.

Метод холодного хранения дает возможность сохранить сырье при минимальном изменении его натуральных свойств в течение нескольких недель, т. е. гораздо дольше, чем метод биоза.

Замораживание продукта предусматривает его охлаждение до температуры, значительно более низкой (порядка минус 3°С), чем соответствующая температура замерзания. Замороженные пищевые продукты и сырье можно сохранять в течение многих месяцев, т. е. значительно дольше, чем при использовании умеренных пониженных температур. Это объясняется не только чисто количественной разницей в низкотемпературном уровне процессов замораживания и холодного хранения, но и тем, что в замороженных пищевых продуктах большая часть влаги превращена в твердое состояние. Поэтому микроорганизмы, питание которых происходит осмотическим путем — всасыванием жидких питательных сред, лишаются возможности использовать отвердевшие пищевые продукты, содержащие весьма небольшую долю влаги в жидком состоянии.

Температурный уровень, до которого доводят почти все замораживаемые пищевые продукты, составляет минус 18°С, так как при этой температуре подавляющее количество влаги превращается в лед.

Для определения количества вымороженной влаги при разных температурах в специальных руководствах приводятся более или менее сложные формулы. Однако существует довольно простое правило, пользуясь которым можно рассчитать количество вымороженной влаги с точностью не слишком большой, но дающей достаточное представление о порядке получаемых значений.

Установлено, что после того как достигнута точка замерзания, дальнейшее понижение температуры вдвое приводит к вымерзанию половинного количества оставшейся влаги. Так, например, если криоскопическая температура для данного продукта составляет минус 2°С, то при понижении температуры до минус 4 °С вымерзнет половинное количество имеющейся влаги, т. е. 50%. При дальнейшем понижении температуры вдвое, т. е. до минус 8°С, вымерзнет половинное количество оставшихся 50% влаги, т. е. 25%, а всего к этому моменту 75% воды превратится в лед. Произведя аналогичные вычисления, получим, что при минус 16 °С количество вымерзшей воды составит 87,5%, при минус 32 °С — 93,8% и т. д.

Если проанализировать приведенный пример, получается, что подавляющее количество влаги превратилось в лед уже при минус 16 °С, и вряд ли есть смысл доводить температуру замораживания до минус 32 °С, поскольку получаемые при этом дополнительно 6% льда не могут существенно отразиться на жизнедеятельности микроорганизмов.

Так как температура замерзания многих видов сырья и пищевых продуктов бывает ниже минус 2°С, очевидно, и было решено, что при минус 18 °С подавляющее количество влаги должно вымерзать в любых пищевых продуктах. И действительно, по данным Ф. В. Церевитинова, при температуре минус 18 °С из овощей вымерзает 84—91% воды, из плодов — 71— 80%.

Необходимо иметь в виду, что при использовании метода замораживания сырья и пищевых продуктов принцип анабиоза относится (да и то не в полной мере) только к микроорганизмам, а плоды и овощи, как живой организм, погибают. Причин гибели растительной клетки при замораживании может быть несколько: непосредственное действие низкой температуры; обезвоживание цитоплазмы в процессе льдообразования; ядовитое действие повышенных концентраций ионов; механическое давление льда на обезвоженную цитоплазму. Хотя каждая из этих причин имеет определенное значение, однако основной причиной гибели клетки является последняя: в результате обезвоживания и сближения коллоидных мицелл создаются благоприятные условия коагуляции при любом раздражении и, прежде всего, вызываемом механическим давлением льда, который разрушает ткань цитоплазменной мембраны, вызывая коагуляцию составляющих ее коллоидов, необратимое увеличение клеточной проницаемости и смерть клетки.

Живые объекты, которые содержат мало воды, выдерживают, не погибая, очень низкие температуры. Например, сухие семена растений переносят температуру, близкую к абсолютному нулю (—271 °С), а яйца некоторых насекомых выживают при минус 190 °С. Многие вегетативные формы микроорганизмов погибают при низких температурах, споры же, содержащие гораздо меньше свободной влаги, выживают, впадая лишь в анабиотическое состояние: низкая температура, отсутствие капельно-жидкой влаги мешают осуществлению осмотического питания микроорганизмов и замедляют биохимические реакции в клетке. Поэтому пищевые продукты могут сохраняться в замороженном виде долго, примерно 6—12 мес.

В замороженных плодах и овощах происходят некоторые химические изменения: инвертируется сахароза, несколько увеличивается кислотность, снижается количество дубильных веществ. Однако эти изменения не приводят к сколько-нибудь заметному ухудшению качества продукта. Напротив, в ряде случаев достигается более гармоничное сочетание пищевых веществ, чем было в сырье до замораживания, уменьшается терпкость, лучше проявляется естественный аромат плодов.

Гораздо больше снижается качество замороженных плодов и овощей из-за гистологических изменений, происходящих при замораживании. Дело в том, что образующийся при замораживании лед повреждает не только цитоплазменную мембрану, но и разрывает клеточные оболочки, обусловливающие форму клетки. Пока сырье находится в замерзшем, твердом состоянии, этого не видно. Но после оттаивания, особенно нежных видов растительного сырья: ягод, плодов вишни, абрикоса, персика и т. п., видно, что они потеряли форму, размягчились, приобрели дряблую консистенцию, из них самопроизвольно вытекает большое количество сока.

Особенно резкие изменения в структуре растительной ткани происходят при медленном замораживании, когда температура окружающей сырье среды не намного превышает конечную температуру замораживаемых плодов (например, если сырье помещают в холодильные камеры с температурой воздуха минус 20 °С и замораживают плоды до достижения ими температуры минус 18°С). В этом случае по мере отвода теплоты температура растительной ткани постепенно понижается, пока не достигнет криоскопической точки; при этом первый кристаллик льда образуется не внутри клетки, а в межклеточном пространстве. Внутри клетки находится сок, содержащий сахара и другие вещества, создающие температурную депрессию. Межклеточное же пространство смочено чистой влагой, замерзающей при 0°С. В том месте, где образовался кристаллик льда, получается «сухая» точка, в которой меньше жидкой влаги, чем в окружающей среде. Поэтому благодаря разности концентраций влаги между окружающей средой и местом, где находится кристаллик, начинается диффузионное перемещение ее к последнему. А так как отвод теплоты в этом случае происходит медленно, образовавшийся кристаллик медленно «отсасывает» диффузионным путем на себя замерзшую влагу, постепенно увеличиваясь в размере. В том месте, куда не доходит сила диффузионного отсасывания влаги, создаются условия для возникновения нового кристалла льда, который тоже принимается «отсасывать» влагу и постепенно увеличивается в размерах. Таким образом, при медленном замораживании в ткани образуется относительно небольшое количество крупных кристаллов льда, которые своими острыми гранями повреждают клеточную оболочку.

При быстром же замораживании (когда, например, плоды обдуваются в скороморозильном аппарате воздухом, охлажденным до минус 30—35 °С) образовавшийся кристаллик льда еще только начинает отсасывать на себя влагу, как из-за быстрого отвода теплоты тотчас же создаются условия для образования рядом с первым второго кристаллика, затем третьего и т. д. Таким образом, при быстром замораживании образуется множество очень мелких кристаллов. Эти кристаллы также прорезают клеточную оболочку и, добираясь до цитоплазменной мембраны, повреждают ее, убивая клетку. Однако клеточная оболочка мелкими кристаллами повреждается в значительно меньшей мере, чем крупными, поэтому при быстром замораживании форма плодов сохраняется лучше, чем при медленном.

Что касается микроорганизмов, то при медленном замораживании количество выживших клеток больше, чем при быстром понижении температуры, однако многие из выживших микроорганизмов оказываются поврежденными и впоследствии отмирают. Так, в опытах с Escherichia coli установлено, что если эти микроорганизмы замораживать при минус 79 °С, то количество оставшихся в дальнейшем живыми меньше, чем при замораживании до минус 26 °С. Однако в пробе, замороженной при минус 79 °С, оставшиеся в живых микроорганизмы после окончания процесса продолжали быть живыми, в то время как в пробе, замороженной при минус 26 °С, оставшиеся в живых микроорганизмы постепенно умирали во время хранения замороженной суспензии. Подобный эффект наблюдался и в опытах с Pseudomonas fluorescens. В опытах промышленного замораживания и хранения при различных температурах (минус 12,2; 17,8 и 23,3 °С) стручковой фасоли, кукурузы и зеленого горошка установлено, что чем выше температура хранения, тем меньше живых микроорганизмов.

На степень сохранения жизненных функций микроорганизмов влияние оказывают вид самого микроорганизма, среда, в которой он находится в момент замораживания, скорость замораживания, температура замораживания и хранения и скорость размораживания. При большей скорости размораживания остается больше живых микробов. Повторное замораживание и размораживание приводят к уменьшению количества оставшихся в живых микроорганизмов.

Температура выживаемости зависит от вида микроорганизмов. Vibria consticolus через 12 недель лучше всего сохранил свою жизнедеятельность при минус 25 °С. Подобный результат показали Esherichia coli и Serratia marcescens. Для Pseudomonas chlororaphis наиболее подходящая температура для сохранения жизнедеятельности была минус 70 °С, а для Lactobaccillus fermenti — от минус 50 до минус 70 °С.

Для того чтобы консистенция нежных видов растительного сырья меньше повреждалась, их замораживают иногда в крепком сахарном сиропе (30—60%). Как известно, с повышением содержания в растворе сухих веществ температура замерзания понижается, а следовательно, при одной и той же конечной температуре замораживания в плодах, находящихся в сиропе, будет образовываться гораздо меньше льда, чем в плодах, замороженных в натуральном виде. Однако и этот способ имеет свои недостатки. Плоды, находящиеся в сиропе, несколько сморщиваются из-за осмотического отсасывания из них влаги, приобретают излишнюю сладость.

Таким образом, метод замораживания позволяет сохранять сырье и пищевые продукты значительно более длительное время, чем метод хранения в охлажденном состоянии, однако качество замороженного сырья в ряде случаев снижается.

Следует иметь в виду еще одну особенность метода замораживания, которая осложняет и сдерживает его широкое применение. Дело в том, что однажды заморозив пищевые продукты до минус 18 °С, следует поддерживать эту температуру до тех пор, пока продукт не попадет на стол к потребителю. Стоит лишь, пусть на короткое время, несколько отеплить замороженный пищевой продукт, хотя бы до минус 10 °С, как микроорганизмы возвращаются к нормальной жизнедеятельности, которую уже не остановить повторным понижением температуры до минус 18 °С.

Вот почему использование метода замораживания требует соблюдения принципа так называемой сединой холодильной цепи». Это означает, что на протяжении всего пути, который проходит пищевой продукт от цеха заморозки до потребителя, должна пролегать нигде не прерываемая «ледяная дорожка» с постоянным температурным уровнем в минус 18 °С. В этой холодильной цепи имеется несколько звеньев.

Первым звеном является цех заморозки. Это звено наиболее короткое, ибо время замораживания сырья, как правило, не превышает нескольких часов.

Вторым звеном единой холодильной цепи являются холодильные камеры, примыкающие к цеху заморозки, где замороженная продукция должна храниться до отгрузки ее с завода. Это звено довольно длинное, ибо здесь температуру минус 18 °С приходится поддерживать иногда в течение нескольких недель — до тех пор, пока не возникнет надобность отгрузить замороженную продукцию по назначению. В течение всего этого длительного времени хранения холодильные установки должны непрерывно работать, генерируя холод, чтобы температура находилась на уровне минус 18 °С.

Для отгрузки замороженной продукции по месту назначения необходим специальный транспорт: железнодорожные вагоны или автомашины, снабженные холодильными установками, позволяющими поддерживать температуру минус 18 °С. Так, если на заводе имеется железнодорожная ветка, то к рампе холодильных камер подгоняют специальный железнодорожный вагон и быстро перегружают в него продукцию из холодильных камер. Если же железнодорожной ветки на заводе нет, пользуются специальным автотранспортом.

Следующим звеном холодильной цепи являются распределительные холодильники в том городе, куда прибыла замороженная продукция. Назначение их — снабжать по мере надобности торгующие организации. Здесь также поддерживается стабильная температура минус 18 °С.

Следующими звеньями единой холодильной цепи являются склады магазинов и охлаждаемые прилавки в самих магазинах.

И, наконец, индивидуальный потребитель, если у него нет надобности использовать приобретенную в магазине замороженную продукцию в день покупки, тоже должен иметь домашний холодильник, в котором можно некоторое время хранить такую продукцию пусть не при минус 18 °С, но во всяком случае при пониженных температурах.

Таким образом, применение холода — эффективный метод консервирования пищевых продуктов, но довольно сложный и дорогой.

Высокие концентрации осмотически деятельных веществ способствуют плазмолизу растительных и, что особенно важно, микробных клеток, в результате чего микроорганизмы впадают в анабиотическое состояние и теряют способность портить пищевые продукты.

В качестве осмотически деятельных веществ для консервирования пищевых продуктов применяют сахар и соль. Для того чтобы надежно сохранить этим способом пищевые продукты, следует вызвать стойкий плазмолиз микробных клеток, а для этого необходимы довольно высокие концентрации этих веществ: не меньше 60—70% сахара или 10—12% соли (по отношению их молекулярных масс 6:1).

Консервирующее действие сахара используется при изготовлении таких продуктов, как варенье, джем, повидло. Эти продукты получаются путем уваривания подготовленных плодов с сахарным сиропом или с сахаром. В процессе варки в результате действия высокой температуры растительное сырье как живой организм погибает. Погибают и те микроорганизмы, которые находились до варки в сырье и сахаре. Принцип же анабиоза относится к тем микроорганизмам, которые могут попасть в готовую продукцию при хранении ее и не могут там развиваться из-за высокого осмотического давления в окружающей среде. Полной гарантии долгосрочного хранения пищевых продуктов этот метод не дает. Поэтому консервирующее действие сахара приходится иногда дополнять обработкой фасованных в герметичную тару продуктов пастеризацией.

Консервирующее действие концентрированных растворов соли используется для посолов рыбных и мясных продуктов. Овощи действием одной лишь поваренной соли не консервируют, однако в некоторых случаях при фасовке, например, томатной пасты, содержащей 30% сухих веществ, в негерметичную тару (бочки) в нее добавляют с целью консервирования 10% соли.

Сушка также приводит к анабиозу микроорганизмов. Объясняется это тем, что их питание происходит осмотическим путем, всасыванием питательных веществ, поэтому все микробы для своего развития требуют определенного содержания воды в окружающей среде. Минимум влажности, при котором возможно развитие бактерий, составляет 25—30%, плесневых грибов — 10—15%. Попадая в сухую среду, микробные клетки отдают осмотическим путем свою влагу, в результате чего происходит их плазмолиз, и прекращают свою жизнедеятельность.

При высушивании влажность овощей и плодов доводят до 8—25%, т. е. до уровня, который препятствует развитию микроорганизмов.

Плоды и овощи при подготовке к сушке и в процессе самой тепловой сушки проходят такую обработку, при которой они как живой организм погибают. Погибают при нагревании и микроорганизмы. Когда говорят о принципе анабиоза применительно к сушке, имеют в виду плазмолиз микроорганизмов, которые попали на поверхность сушеных продуктов в процессе хранения. Эти микробы сохраняются длительное время в состоянии анабиоза. Если высушенный продукт увлажнить, микробы вновь оживают, начинают размножаться и вызывают порчу продукта.

Сушка как метод консервирования пищевых продуктов имеет много достоинств: технология и применяемая аппаратура достаточно просты; масса и объем сырья в процессе сушки уменьшаются в несколько раз, чем достигается большая экономия тары, площадей для хранения и транспортных средств; сушеные продукты не слишком прихотливы к условиям хранения, не нуждаются в герметичной упаковке, не требуют особых хранилищ. Однако качество сушеной продукции, особенно плодов и овощей, как правило, не очень высоко. Основной недостаток заключается в плохой восстанавливаемости их естественных свойств при вторичном оводнении перед употреблением в пищу. Многие виды сушеных плодов и овощей плохо набухают при варке, остаются морщинистыми и жесткими.

В настоящее время известны новые, высокоэффективные методы сушки, позволяющие интенсифицировать процесс и получить сушеную продукцию высокого качества. Одним из таких методов является сублимационная сушка, при которой сырье самозамораживается в атмосфере глубокого вакуума, в результате чего влага возгоняется, переходит из твердого агрегатного состояния в парообразное, минуя жидкую фазу. При таком методе сушки молекулярная структура материала мало изменяется, высушенный материал отличается высокой пористостью, первоначальные свойства сырья быстро восстанавливаются при оводнении. Высушенные сублимационным методом пищевые продукты сохраняют первоначальный объем, цвет, запах, вкус и биологическую ценность.

В то же время сублимационные установки весьма сложны и энергозатраты в них велики. Герметичная тара для хранения высушенных сублимационным способом пищевых продуктов обязательна.

Хранение сырья в регулируемой атмосфере также позволяет реализовать принцип анабиоза. Как уже было указано, при доступе воздуха жизнедеятельность плодов протекает нормально. Недозрелые плоды продолжают созревать. В процессе кислородного дыхания сахара окисляются, превращаясь в CO₂ и воду, и выделяется 674 ккал теплоты.

На 1 гмоль поглощенного кислорода выделяется 1 гмоль CO₂, а так как граммолекулы всех газов занимают один и тот же объем, то объем поглощаемого кислорода равен объему выделяемого диоксида углерода.

Если хранить плоды в газонепроницаемом помещении, то кислород из атмосферы, содержащей 79% N₂ и 21% O₂, будет расходоваться на дыхание, а взамен израсходованного кислорода в атмосферу будет выделяться равный объем диоксида углерода. Сумма объемов O₂ и CO₂ есть величина постоянная, равная 21%. Если, например, кислорода в атмосфере хранилища осталось 16%, значит диоксида углерода накопилось 5%. Когда весь кислород будет израсходован, состав атмосферы хранилища будет такой: азота — 79%, диоксида углерода — 21%. При этом начнется бескислородное дыхание, сопровождаемое дальнейшим накоплением углекислоты и образованием спирта, чего допускать нельзя, ибо полное прекращение нормального дыхания приводит растительную клетку к гибели.

Давно было замечено, что если в атмосферу хранилища ввести диоксид углерода в таких количествах, при которых интрамолекулярные явления еще не наступают (до 10%), то дыхание плодов не прекращается совсем, а только замедляется. Благодаря этому замедляется расходование питательных веществ клетки, и срок хранения сырья в такой видоизмененной, или, как говорят, модифицированной, атмосфере удлиняется.

Точно так же влияют повышенные количества углекислоты в воздухе и на микроорганизмы.

Отсюда и возник метод консервирования, заключающийся в хранении растительного сырья в атмосфере с пониженной концентрацией кислорода, содержащей диоксид углерода. Этот метод, впервые разработанный в СССР школой проф. Никитинского, первоначально получил название газового хранения.

Раньше считали, что оптимальный состав модифицированной атмосферы может быть представлен газовой смесью следующего состава (в %): N₂ — 79, O₂ — 11, CO₂ — 10. При этом создание нужной концентрации диоксида углерода в хранилище достигалось не введением газа извне, а за счет физиологической активности сырья, синтезирующего CO₂ из запасных веществ клетки. Такой состав газовой среды иногда применяется и в настоящее время.

Дальнейшие исследования ученых в нашей стране (Л. В. Метлицкий, А. А. Колесник и др.) и за рубежом показали, что в разных случаях для разных видов плодов, даже для разных помологических сортов одного и того же вида сырья оптимальный состав модифицированной атмосферы меняется. При этом можно получать газовые смеси разного типа.

С одной стороны, можно получать так называемые нормальные газовые смеси, в которых суммарное содержание кислорода и диоксида углерода соответствует приведенному выше стехиометрическому расчету, т. е. 21%. В пределах этой суммы кислород варьируется в интервале 11—16%, CO₂ — от 5 до 11%, количество азота остается неизменным — 79%.

Позднее было установлено, что в ряде случаев оптимальными являются газовые смеси, в которых сумма O₂ и CO₂ меньше 21%. Такие смеси называют субнормальными. Наибольшее распространение имеют субнормальные смеси, в которых содержится 3—5% кислорода, 3—5% диоксида углерода и 90—94% азота.

Субнормальные газовые смеси уже нельзя получать только за счет физиологической активности сырья и естественной вентиляции хранилища. Если, например, необходимо снизить содержание кислорода до 5%, значит, количество диоксида углерода должно возрасти за счет процесса дыхания до 16%. Следовательно, при необходимости снизить также и содержание CO₂ в смеси, например до 5%, необходимо избыток CO₂ связать с каким-нибудь химическим поглотителем. Для этого составляют схему: камера хранения — скруббер (поглотительный аппарат) — камера хранения. Воздух из камеры хранения, обедненный кислородом и обогащенный CO₂, прокачивают через скруббирующее устройство, где избыток CO₂ связывается с химическим поглотителем, например гидроксидом натрия или поташем, откуда воздух снова подается в камеру хранения. При этом образуется бикарбонат натрия (NaOH + CO₂ → NaHCO₃) или бикарбонат калия (К₂CO₃ + CO₂ + H₂O→ 2КНCO₃). В рассмотренном примере можно добиться получения газовой смеси следующего состава (в %): O₂ — 5, CO₂ — 5, N₂ — 90, или же любой другой, в которой сумма O₂ и CO₂ меньше 21%.

Субнормальные газовые смеси можно также создавать путем подачи их в камеру хранения из каких-либо внешних источников, например из специальных газогенераторов или баллонов.

В нормальных газовых смесях основным консервирующим фактором является накопление в атмосфере довольно значительных количеств CO₂. Снижение же концентрации кислорода, которое не очень значительно (до 11%), практически не влияет на процесс дыхания.

В субнормальных же смесях тормозящее действие на процесс дыхания оказывает не только накопление в атмосфере хранилища определенного количества CO₂, которого раньше в воздухе не было, но и резкое снижение — до 3—5% — количества кислорода, в результате чего замедляется процесс созревания плодов и, следовательно, стабилизируется на невысоком энергетическом уровне жизнедеятельность сырья.

В настоящее время термин «газовое хранение» для этого метода консервирования не применяют. Чаще всего этот метод именуется хранением в регулируемой атмосфере, в регулируемой газовой среде, в контролируемой или модифицированной атмосфере.

Обычно применение субнормальных газовых смесей сочетают с использованием пониженных температур порядка 0—5 °С.

Бывают также субнормальные газовые смеси, в которых вовсе нет CO₂, а имеется всего 3—5% кислорода, остальная масса приходится на азот.

Необходимо отметить, что хотя хранение плодов в регулируемой атмосфере позволяет довести срок хранения плодов до 6—8 мес, однако широкое распространение в промышленности осложняется крайней «капризностью» сырья в отношении оптимального состава газовых смесей. Здесь имеет значение не только вид сырья, помологический сорт его, но и весьма нестабильные от сезона к сезону местные условия выращивания. В результате, по данным Л. В. Метлицкого, для одного и того же сорта яблок Голден Делишес в разных странах установлен неодинаковый оптимальный состав газовой среды.

Для яблок различных сортов Международная организация по стандартизации (ИСО) рекомендовала различные оптимальные по составу газовые среды и режимы хранения.

Следует иметь в виду, что регулирование газовой среды за счет дыхания, хотя и является относительно дешевым и простым процессом, требует продолжительного времени для потребления лишнего кислорода и выведения камеры на надлежащий режим. Так, для яблок необходимые параметры достигаются через 10 дней, для груш — через 5 дней.

Существует еще один вариант применения регулируемой атмосферы — это хранение растительного сырья в селективно-проницаемых пленках. Способ заключается в том, что плоды упаковываются в полиэтиленовые пакеты вместимостью 1—3 кг, ящики с полиэтиленовыми вкладышами вместимостью 25—30 кг или в полиэтиленовые контейнеры — мешки с диффузионными вставками из другого синтетического материала, являющегося селективно-проницаемым для газов, вместимостью 300—1000 кг. Поскольку полиэтиленовые пленки неодинаково (селективно) проницаемы для различных газов — как правило, для диоксида углерода больше, чем для кислорода, — образующийся при дыхании CO₂ выходит из пакета или контейнера в большем количестве, чем кислород, вследствие чего в емкостях создается вакуум. При этом пакет сжимается, а парциальное давление азота увеличивается. А так как пленка полиэтилена для азота проницаема, то он выходит из пакета, вакуум в котором настолько возрастает, что давлением наружного воздуха пленка пакета прижимается к плоду. В результате в таких емкостях создается модифицированная микроатмосфера, которую в известной мере можно регулировать, подбирая пленки с различной селективной проницаемостью для газов, сорта и количество плодов, а также температуру в хранилищах.

Итак, хранение плодов и овощей в регулируемой атмосфере основано на анабиотическом состоянии, в которое впадают как микроорганизмы, так и растительное сырье под влиянием диоксида углерода и пониженного содержания кислорода в атмосфере.

Модификация атмосферы используется также для консервирования сырья животного происхождения и продуктов переработки сырья. Так, срок хранения мяса и мясопродуктов можно существенно продлить при сохранении качества повышением концентрации CO₂. Эффект обусловливается подавляющим действием CO₂ на жизненные функции микроорганизмов и процессы окисления, в том числе и прогоркание.

Если говядина сохраняется при температуре от —1 до —1,5°С и поддерживается концентрация CO₂ 10—20%, срок хранения составляет 70 дней вместо 45 дней в обычной атмосфере воздуха. При хранении свинины рекомендуется концентрация CO₂ 25—50%, более высокие концентрации вызывают изменение цвета, появление коричневых оттенков. Если сохранять бекон при 5°С и 100% CO₂, срок хранения увеличивается вдвое. Очень хороший эффект получается при хранении сосисок, если концентрация CO₂ равна 50%. Если говяжье и свиное мясо хранить при 3—7 °С в течение 5—8 дней, рекомендуются следующие условия: азотная атмосфера, содержащая меньше 0,5% кислорода; 70% CO₂ и 30% обыкновенного воздуха; 90% азота и 10% CO₂.

Мясо птиц хорошо хранится в атмосфере с 25% CO₂, но при этом изменяется его цвет и появляется посторонний запах. Чтобы избежать этих отрицательных явлений, необходимо концентрацию CO₂ уменьшить до 15%.

Если содержание CO₂ в атмосфере составляет 50—100%, а температура близка к 0°С, срок хранения рыбы удваивается, так как в этих условиях сильно задерживается рост бактерий, которые являются возбудителями порчи свежей рыбы.

Яйца рекомендуется хранить в атмосфере с 0,5% CO₂. Можно также покрывать яйца слоем минерального масла, что более выгодно при одном и том же результате.

Маринование, спиртование, квашение и спиртовое брожение — методы консервирования, основанные на невозможности большинства микроорганизмов, особенно гнилостных, вызывающих порчу плодов и овощей, развиваться в кислой среде или в среде, содержащей спирт.

При изготовлении маринадов подготовленные плоды и овощи заливают раствором уксусной кислоты, содержащим сахар и соль (бывают маринады на основе молочной кислоты). Основным консервирующим началом при этом является уксусная кислота, содержание которой в различных маринадах колеблется от 0,6 до 1,2%. Эти небольшие концентрации уксусной кислоты не могут полностью воспрепятствовать развитию плесеней, уксуснокислых бактерий и других микроорганизмов, вызывающих порчу плодов и овощей, поэтому маринование само по себе не может сохранить продукт надолго. Для увеличения срока хранения маринованные продукты фасуют в герметично укупориваемую тару и пастеризуют (или хранят при пониженных температурах). При этом изменяется самый принцип консервирования, который в таком случае сводится уже не к анабиозу микробов, вызванному действием кислоты, а к уничтожению микробов с помощью высокой температуры.

Квашением принято называть такой процесс обработки овощей и плодов, при котором в результате действия молочнокислых бактерий имеющийся в сырье сахар сбраживается в молочную кислоту по схеме C₆H₁₂O₆ → 2СН₃СНОНСООН. Накапливающаяся в процессе брожения молочная кислота и предохраняет продукт от порчи.

Таким образом, в отличие от маринования, консервирующее начало не вносится в пищевой продукт извне, а создается из «недр» самого сырья путем молочнокислого брожения.

Термин «квашение» обычно используют применительно к капусте. В отношении огурцов и томатов пользуются термином «соление», а квашеные яблоки называют «мочеными». Все это — продукты, консервированные с помощью молочнокислого брожения.

Квашение капусты и соление огурцов производится либо самопроизвольно — на «своих» молочнокислых бактериях, которые всегда имеются в эпифитной микрофлоре перерабатываемого продукта, либо путем введения чистой культуры молочнокислых бактерий.

При квашении необходимо создать такие условия, при которых молочнокислые бактерии получили бы свободный доступ к сахаристому соку, находящемуся в клетках растительного сырья. Поэтому к подлежащим квашению овощам добавляют поваренную соль в сухом виде (при квашении капусты) или в виде 7—8%-ного раствора (при квашении огурцов), чтобы вызвать плазмолиз клеток и осмотическое отсасывание из них сока. При этом овощи покрываются соком, в котором начинают быстро размножаться и сбраживать сахар молочнокислые бактерии. Соль нужна и как вкусовое средство. Она оказывает также некоторое консервирующее действие.

Почти все виды овощей могут бродить под действием молочнокислых бактерий. Овощи содержат сахар и являются очень хорошими субстратами для роста и развития молочнокислых бактерий, а также других микроорганизмов, находящихся на поверхности плодов и овощей.

Молочнокислое брожение овощей вызывается бактериями видов Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, Pediococcus cerevisiae и Lactobacillus plantarum. Направление процесса брожения регулируется условиями среды, количеством и видом микроорганизмов, санитарными условиями, концентрацией соли, температурой, хорошим покрытием поверхности бродящего продукта.

При резке овощей разрезанная поверхность покрывается клеточным соком и тем самым создаются хорошие условия для развития, например, Leuconostoc mesenteroides. Эти формы продуцируют CO₂, молочную кислоту, уксусную кислоту и этиловый спирт, которые быстро понижают pH, чем ингибируются нежелательные микроорганизмы и активность ферментов, которые размягчали бы овощи. CO₂ вытесняет воздух и создает анаэробные условия, которые стабилизируют аскорбиновую кислоту и естественный цвет овощей. Эти микроорганизмы превращают лишние сахара в манитол и декстран — соединения, которые не могут сбраживаться другими микроорганизмами, за исключением молочнокислых бактерий. У маннтола и декстрана отсутствуют свободные альдегидные и кетогруппы, которые реагировали бы с аминокислотами и вызывали бы потемнение продукта.

Сложные изменения, происходящие в овощах во время их брожения, обусловлены развитием различных видов молочнокислых бактерий. Их начальное развитие зависит от наличной микрофлоры на овощах, концентрации сахаров и соли, а также от температуры. Роль Leuconostoc mesenteroides бесспорна, но роль других молочнокислых бактерий тоже велика. Lactobacillus plantarum — вид, который продуцирует высокие концентрации молочной кислоты и вместе с Pediococcus cerevisiae играет основную роль в процессе брожения и особенно самого рассола. Lactobacillus brevis специфичен и обладает способностью сбраживать и пентозы.

Как отмечалось, выделение газов в начале процесса брожения обусловлено деятельностью Leuconostoc mesenteroides. Не исключено и выделение внутритканевых газов. Позже Lactobacillus brevis может продуцировать газ.

Кислотности порядка 1—1,2%, вычисленной по уравнению образования молочной кислоты, можно достичь при сухом посоле и брожении овощей в результате деятельности Leuconostoc mesenteroides. Меньшие количества кислоты (0,4—0,6%) получаются, если используется солевой раствор, так как в этом случае буферная мощность среды меньше. Lactobacillus brevis, иногда и Pediococcus cerevisiae, а все время Lactobacillus plantarum будут развиваться спонтанно после начального этапа брожения, если температура является подходящей. Кислотность порядка 2—2,5% достигается при сухом посоле овощей, если налицо достаточное количество сахара.

Следует иметь в виду, что если содержание соли в овощах при работе с рассолом растет быстро, ее ингибирующее действие может приостановить продуцирование кислоты при более низких концентрациях самой соли. При работе с рассолом продуцированная кислота и выделенный CO₂ создают неблагоприятные условия для развития нежелательных аэробных микроорганизмов.

Виды Leuconostoc mesenteroides способствуют развитию типичного вкуса этих продуктов, образуя кислоты, спирт и другие вещества. Кроме того, они создают условия для развития других молочнокислых бактерий типа Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis часто Pediococcus cerevisiae и Lactobacillus plantarum. Иногда на более поздних стадиях присутствуют штаммы Streptococcus faecalis. Характерный аромат, вкус и консистенция продукта зависят от вида и сорта сырья, от изменений, происходящих под влиянием микробных ферментов и ферментов самого сырья, а также от взаимодействия, которое происходит между компонентами во время брожения.

Спиртование применяется как метод консервирования плодовых соков. Спирт, однако, не обладает сильным консервирующим действием и для того чтобы предохранить пищевой продукт от порчи, требуются довольно большие концентрации его. Так, дрожжи полностью прекращают свою жизнедеятельность при содержании спирта в среде не меньше 16%.

При спиртовом брожении благодаря деятельности винных дрожжей, имевшихся в эпифитной микрофлоре сырья или внесенных в виде чистой культуры извне, происходит разложение сахара с образованием спирта по схеме C6H12O6 → 2CO₂ + 2С₂Н₅ОН. Образующийся спирт предохраняет продукт от порчи. Таким образом, в отличие от спиртования, консервирующее начало не вносится извне, а образуется из «недр» пищевого продукта с помощью биохимического процесса — спиртового брожения.

Следует иметь в виду, что квашение и спиртовое брожение можно причислить к методам консервирования плодов и овощей лишь с известной условностью, так как в результате процессов брожения происходит сильная денатурация исходного сырья и получение совсем нового продукта. Кроме того, самая цель такой обработки заключается фактически не в консервировании, а в получении нового продукта с определенными желаемыми свойствами: столовое вино — это не консервированный виноградный сок и изготовляется оно не для того, чтобы сохранить впрок этот сок, точно так же как капусту квасят не для того, чтобы ее законсервировать, а для того, чтобы получить закусочный продукт или приправу ко второму обеденному блюду. Однако, будучи изготовленными, эти продукты действительно сохраняются благодаря анабиотическому подавлению микробов с помощью кислоты или спирта.

Источник: Б.Л. Флауменбаум, С.С. Танчев, М.А. Гришин. Основы консервирования пищевых продуктов. Агропромиздат. Москва. 1986