Проблемы, сдерживающие развитие новой технологии

Новая технология обработки продуктов питания высоким давлением успешно применяется для достижения стерилизации продуктов с сохранением текстуры и пищевых свойств. При этом результаты существенно превосходят те, что дают традиционные методы консервации. Однако существует ряд проблем, сдерживающих развитие технологии обработки высоким давлением [48].

Первая проблема - это неопределенность в выборе физических параметров воздействия, поскольку различные сочетания давления, температуры и времени выдержки могут давать одинаковый конечный результат. Например, есть множество данных [49] из комбинаций влияния температуры и давления на E.coli [50, 51] и Listeria monocytogenes [52], кинетика и механизм инактивации которых достаточно хорошо изучены многими исследователями (широкое описание данных у разных авторов связаны со сложностью объектов и плохой воспроизводимостью экспериментов [53]).

Сейчас считается, что высокое гидростатическое давление приводит к инактивации микроорганизмов из-за изменений в морфологии клеток, нарушению клеточных мембран и биохимических реакций. К морфологическим изменениям, которые наблюдаются при увеличении давления, можно отнести сжатия газовых вакуолей, изменение размеров клетки, отделения клеточной мембраны от стенки клетки, сжатие клеточной мембраны, модификация ядер и внутриклеточных органелл, выход внутриклеточного материала во внеклеточное пространство [54]. Однако, в работах [44, 55] показано, что в некоторых случаях клетки инактивированных бактерий механически не повреждаются воздействием давления. Таким образом, механизм инактивации до конца не понятный. Критическими факторами при инактивации микроорганизмов высоким давлением является их тип и стадия развития, уровень давления, время обработки, время сжатия и декомпрессии, температура обработки, начальная температура продукта и рН продукта. Однако, как уже отмечалось, различные комбинации этих факторов могут привести к одним и тем же конечных результатов. Такая неоднозначность делает невозможным использование набора этих параметров для планирования и оптимизации процесса обработки продуктов высоким давлением.

Другая проблема - до сих пор отсутствуют общепринятые критерии, определяющие качество обработки давлением того или иного объекта. При традиционной термообработке обычно используют параметры D и Z, характеризующие устойчивость того или иного штамма при термоинактивации. Определению D и Z-значений при обработке продуктов высоким давлением посвящено множество работ [56-58], однако база данных D и Z-значений для обработки высоким давлением различных микроорганизмов пока отсутствует. Кроме того, сами по себе эти параметры разработаны для оценки совместного действия температуры и времени без учета давления. Нужен новый набор параметров, характеризующих объект обработки. Например, в [59] предлагается использовать распределение Ферми для моделирования летального действия давления

(1.1)

где S(Р) - доля микроорганизмов, выживших в зависимости от давления обработки Р; Р_с - критический уровень давления, при котором доля выживших составляет 0,5; к - константа, определяющая крутизну кривой выживания вблизи Р_с. Эта формула удачно интерполирует экспериментальные данные, хотя и не имеет под собой никаких физических оснований[60].

Вопросы для самоконтроля

1. Когда появилась технология обработки пищевых продуктов высоким давлением?

2. О чем говорилось в первых работах по изучению действия высокого давления на биообъекты?

3. Какие преимущества имеет технология обработки пищевых продуктов высоким давлением?

4. В 1928 году было выявлено действие давления на семена белого клевера и люцерны. В чем она проявлялась?

5. Как высокое давление применяется при быстром замораживании и размораживании продуктов?

6. Какие микроорганизмы наиболее устойчивые к высокому давлению?

7. Какие факторы влияют на устойчивость бактерий к высокому давлению?

8. В каких фазах развития микроорганизмы являются наиболее устойчивыми к воздействию давления?

9. Влияют ли на устойчивость бактерий к высокому давлению условия их роста и возраста?

10. Как изменяется чувствительность микроорганизмов к давлению при понижении рН?

11. Как меняется рН пищевых продуктов под действием давления?

12. Как влияет содержание белков, жиров и углеводов в пищевых продуктах на бароустойчивость бактерий, которые в них находятся?

13. При каких условиях температура среды в рабочей камере возрастает при повышении давления без дополнительного нагрева?

14. Какие морфологические изменения наблюдаются в клетке при увеличении давления?

15. Какие технические параметры обычно используют при традиционной термообработке пищевых продуктов?

16. Возможно ли использовать параметры термообработки для характеристики устойчивости штаммов при бароинактивации?

17. Какие проблемы сдерживают развитие технологии обработки пищевых продуктов высоким давлением?

Задачи и примеры

1. В результате многочисленных исследований влияния высокого давления на бактерии и их споры в пищевых продуктах, когда продолжительность обработки была постоянной, а менялись только давление и температура, были обнаружены закономерности, которые представлены в табл. А. 1 (см. Приложение А). Пользуясь данным табл. А.1, определить:

1. Какую минимальную начальную температуру следует задать для достижения полной стерильности при обработке продуктов давлением 500, 650, 900, 1100МПа?

2. Каким минимальным давлением следует обрабатывать продукты для достижения полной стерильности при начальной температуре 50, 60, 70, 90°С?

3. Будет ли достигнута полная стерилизации при давлении 650 МПа и начальной температуре 60°С?

2. Руководствуясь принципом минимизации энергетических затрат, выбрать из табл. А.1 оптимальные параметры обработки пищевых продуктов.