Стерилизация продуктов высоким давлением. История создания новой технологии

В 1895 году Роер [1] впервые сообщил о пагубном влиянии высокого давления на бактерии, однако наиболее важной и пионерской работой по инактивации микроорганизмов высоким давлением считается работа Хайта [2] 1899 год. Он показал, что срок хранения молока увеличивается до 4 суток после обработки давлением 600 МПа в течение часа при комнатной температуре, и этот срок снижается до 24 часов при понижении давления до 200 МПа. Также он в 1914 году сообщил [3] о непосредственном влияния высокого давления на микроорганизмы в различных продуктах и в частности в фруктах и овощах. Дальнейшие исследования Хлопина и Таммана [4] подтвердили выводы Хайта о влиянии высокого давления на микроорганизмы, а в 1912 году Бриджман [5, 6] связал поведение объемных фрагментов макромолекул в жидких средах под давлением с изменением парциального молярного объема. Первая попытка проявить влияние высокого давления на скорость реакции, которая завершилась успехом, была сделана Рентгеном [7]. В тесной связи с вопросом о скорости реакции стоят измерения, проведенные Конандом и Бриджманом [8]. Они установили, что яичный белок и протеины мяса денатурируют под воздействием давления порядка 600 МПа при комнатной температуре и даже ниже. Природа этих процессов в то время была непонятна, так как исследования продвигались преимущественно в направлении накопления новых фактов.

В 1918 году Ларсен с сотрудниками [9] подтвердили, что высокое давление может сдерживать рост количества микробов. Основные разновидности бактериальных колоний на овощных культурах уничтожались давлением 600 МПа в течение 14 часов, однако бактериальные споры оказались стойкими к такому давлению и погибали лишь при 1200 МПа.

В 1928 году Дэвис [10] изучил интересное с практической точки зрения биологическое явление. Было установлено, что обработка семян белого клевера и люцерны гидростатическим давлением до 200 МПа увеличивает прорастания с 20% до 90%. В более поздние годы Тимпсон и Шорт в своей работе [11] отмечали, что при обработке молока давлением до 1035 МПа при 35°С на протяжении 90 минут выживает около 0,08% общего количества бактерий, которые были в нем.

В 1974 году Вильсон опубликовал [12] результаты совместного использования давления и температуры как метода консервирования пищевых продуктов. Был показан синергетический эффект при варьировании условий в координатах давление-температура. Если стерилизация питательных сред с грамположительными спороформами бактерий при давлении 0,35 МПа и 100°С достигается за 280 мин, то при 138 МПа и 100 ° С - всего за 2,2 мин. При низких давлениях и температуре 60-70°С был достигнут эффект стерилизации низко-кислотных продуктов питания в герметичных контейнерах.

К 1980 году информация по инактивационной кинетики важных пищевых бактерий под воздействием высокого давления практически отсутствует, однако в последние годы в результате растущего интереса пищевой промышленности в нетермических процессах стерилизации появилось большое количество публикаций на эту тему [13, 19-22].

Кроме промышленного использования, высокое давление активно применяется в биофизике для изучения процессов денатурации и ренатурации белков [14], открывая новые перспективы в исследовании процессов метаболизма в живых организмах. Исходя из литературных данных, в Украине первые попытки изучения действия высокого давления на продукты питания принадлежат исследователям Донецкого государственного университета экономики и торговли им. М. Туган-Барановского [15, 16] и Донецкого национального университета [17-18].

Преимущества технологии обработки высоким давлением

В последние годы в области производства и переработки продуктов питания развивается качественно новый способ получения и сохранения пищевых продуктов, который заключается в использовании высокого давления [19-20]. Стерилизованные высоким давлением основные продукты питания, такие как сыр, мясо, рыба, а также различные полуфабрикаты сохраняют цвет, запах и консистенцию; овощи и фрукты полностью сохраняют свою структуру; супы, соусы, тушеные продукты не имеют специфического привкуса и нарушений в структуре, как это наблюдается в продуктах, прошедших тепловую обработку или замораживание. Кроме того, при подобной обработке возникают функциональные изменения в характеристиках протеинов и сложных углеводов, что может приводить к увеличению пищевой ценности продуктов [19]. Высокое давление используется также в процессах быстрого замораживания и размораживания продуктов, поскольку кристаллы льда, которые возникают при этом, имеют относительно небольшие размеры и не повреждают клеточные структуры биомассы. В некоторых странах внедрение новой технологии консервации продуктов на основе использования высокого давления получило государственную поддержку, результатом которой является создание новых пищевых отраслей [21, 22].

Таблица 1.1 - Влияние давления на сохранение пищевых продуктов

(по: Нite В.Н. [3])