Производство пищевых продуктов часто можно рассматривать в виде целенаправленного комбинирования свойств сырьевых материалов и параметров технологического процесса. В качестве альтернативы термообработке для инактивирования микроорганизмов, а также изменения структуры продукта и создания новых вариантов изделий можно использовать электрическое и магнитное поля или давление. В Германском институте пищевых технологий DIL такие процессы разработаны и внедрены в промышленную практику.

Обработка под высоким давлением

Инактивация патогенных и ведущих к порче продуктов микроорганизмов, ферментов и вирусов достигается за счет повышения давления при температуре окружающей среды. Обработка под давлением 600 мПа с выдержкой в течение нескольких минут обеспечивает до нескольких лог-циклов инактивации (лог-цикл – это время и температура, необходимые для снижения количества определенных микроорганизмов на 90 %), что позволяет увеличить срок хранения. В противоположность термической обработке такие ценные вещества и функциональные составляющие продукта, как витамины, минералы, ароматические вещества, а также свежесть продукта сохраняются. Применяемая более чем 70 компаниями по всему миру обработка под высоким давлением доказала свою экономическую жизнеспособность. Около 30 % обрабатываемых с ее помощью изделий составляют мясные продукты, но она также широко применяется и для обработки большого ассортимента фруктовой, овощной и молочной продукции. К главным преимуществам этого типа обработки относятся высокая энергетическая эффективность и возможность предотвращать повторное заражение за счет обработки уже в окончательной упаковке. Уровень инактивирования микробов зависит от характеристик изделия (содержание соли, водная активность и pH), а также уровня давления и температуры. Обычно наблюдается инактивирование от 5 до 7 лог-циклов. Хотя обработка некоторых продуктов производится при низкой температуре (например, от 4 до 20 °C) с целью предотвращения коагуляции белков или изменений цвета, можно также использовать и синергетический эффект от комбинирования температур и давлений. Обработка под давлением при повышенных температурах в пределах 80–100 °C позволяет инактивировать споры и стерилизовать мясные, фруктовые и овощные продукты. Используя характерные графики «температура-давление», можно описать кинетику желательных и нежелательных реакций (рис. 1).



Ведущиеся в настоящее время исследования направлены на изучение влияния высокого давления на структуру пищевых продуктов путем дена- турирования их белковой составляющей и желатинации крахмала. У пше- ничного крахмала, например, набухание гранул наблюдается при давлении на уровне 300 MПа при температуре окружающей среды. При этом у него наблюдаются иные реологические свойства, чем у термически желатинированного крахмала, и повышается способность удерживать воду. Таким образом, обработка крахмала под давлением позволяет получить искомые структурные свойства продукта за счет изменения физических условий. Воздействие давлением может использоваться также как технологический этап обработки белковых продуктов, например, с целью замены этапа варки мясных изделий или способствования такой обработке. После обработки давлением колбасного фарша наблюдается такое же затвердевание, как и при термической обработке. В отличие от производимых традиционным образом продуктов при их обработке под давлением увара не наблюдается, поэтому выход готовой продукции бывает выше.

В сотрудничестве с германскими производителями продуктов из мяса птицы DIL сейчас изучает возможности продления срока хранения изделий из маринованного мяса птицы. Для маринования используются составы с низким уровнем pH, действующие как барьер для микробио- логического фактора. При использовании высокого давления для инак- тивирования микроорганизмов параметры и состав маринада (pH, содер- жание соли, нитрита или фосфата) можно подобрать в расчете на получение оптимальных параметров про- дукта. Например, увеличение уровня pH может обеспечить снижение потерь при тепловой обработке. Для изделий из маринованного мяса птицы срок хранения после обработки давлением может быть продлен с 10 дней до 4 недель, что значительно снижает расходы на дистрибуцию.

Обработка ударными волнами

В отличие от обработки при гидростатическом давлении применение ударных волн (давление до 1 ГПa) не имеет целью воздействовать на микрофлору, а оказывает только механическое воздействие на продукт, в частности таким образом можно размягчать мышечную ткань. Механизм воздействия в данном случае связан с рассеиванием энергии и механической нагрузкой на граничные зоны материалов, имеющих разную скорость распространения звука и акустический импеданс. Такие ударные волны можно образовывать путем подрыва взрывчатых веществ под водой, а также созданием электрического разряда в подводной среде. В институте DIL была создана электрогидравлическая установка, которая позволяет производить ударные волны без использования опасных взрывчатых веществ.



Упакованное мясо погружается в сосуд и подвергается воздействию ударных волн. Механическая нагрузка, а также вторичные биохимические реакции вызывают усиленное созревание мяса и снижают время приготовления с 14 до 7 дней. После варки размягченного мяса было обнаружено снижение усилия резания. Общий расход энергии составляет всего несколько КДж на килограмм продукта, что соответствует увеличению температуры всего лишь менее чем на 1 °C. Одним из других возможных видов применения этой технологии является обработка устриц ударными волнами. Сырые устрицы погружаются в воду и подвергаются воздейс- твию ударной волны. Сжимающий створки устрицы мускул расслабляется, и устрица открывается. Сейчас образцы такого оборудования для обработки отдельных партий уже применяются на практике, при этом планируется разработать установку непрерывного действия.

Применение нетермических методов обработки открывает новые возможности для целевой модификации структуры и функциональных свойств пищевых продуктов. В основе механизмов воздействия большинства процессов обработки лежит взаимодействие биологических, (био)химических и физических факторов. Предлагаемая методика предназначена для более широкого промышленного использования, она масштабируется, в инсти- туте DIL уже имеется готовое промышленное оборудование для экспериментальных исследований, опытного и совместного производства. Разработка таких инновационных технологий расширяет инструментарий пищевой промышленности за счет введения новых способов обработки в круг проверенных обычных технологий.