Способ комплексной оценки эффективности режимов стерилизации консервов с низкой кислотностью из гидробионтов

 

Изобретение относится к области пищевой промышленности и может быть использовано при разработке и научном обосновании, проверке режимов стерилизации консервов, оптимизации процесса высокотемпературной тепловой обработки сырья животного происхождения. Способ предусматривает наряду со стандартным определением промышленной стерильности консервов дополнительный контроль потерь термолабильных белковых веществ продукта путем определения гидролитического эффекта режима стерилизации. Уровень гидролитического эффекта контролируют через скорость гидролиза белкового азота продукта с учетом особенностей процесса теплопередачи в различных условиях стерилизации. Изобретение позволяет минимизировать потери биологической ценности консервов из гидробионтов в процессе стерилизации. 3 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области пищевой промышленности и может быть использовано при разработке и научном обосновании, а также при проверке режимов стерилизации консервов с уровнем активной кислотности не ниже 4,2 из гидробионтов по микробиологическим и биохимическим показателям.

Известен способ, позволяющий производить оценку влияния режимов стерилизации на качество стерилизованных ягодных соков путем аналитического определения антоцианового числа - продолжительности теплового воздействия на антоцианы при постоянной условной температуре 80^oС/мин, которая по своему эффекту их разрушения эквивалентна продолжительности влияния переменного температурного поля оцениваемого режима стерилизации с помощью определенной кинетической константы термоустойчивости антоцианов вишни, малины, клубники и винограда - z=27^oC: где А_ап - антоциановое число, усл. мин; τ - продолжительность стерилизации, мин; τ_p- равновеликие отрезки времени, через которые проводятся замеры температуры продукта во время стерилизации; k_aп - переводные коэффициенты, рассчитываемые по формуле: здесь Т_э= 80^oС; z = 27^oC; Т_д - температура продукта в момент замера, ^oС [1].

Недостатком данного способа является невозможность его использования для характеристики эффективности режимов стерилизации консервов из водного сырья, т. к. соединения класса антоцианов не входят в химический состав гидробионтов.

Известен также способ комплексной оценки режима стерилизации консервов путем расчета трех коэффициентов, характеризующих его эффективность, согласно которому производят расчеты степени снижения пищевой ценности (С) через определение константы термоустойчивости витаминов и красителей z_c, степени стерильности (F) через константы летальности тест-микроорганизма (С. botulinum) z_L и степени разрушения ферментов (Е) через определение константы их инактивации z_E:



где τ₁- время начала процесса стерилизации, мин;
τ₂- время окончания процесса стерилизации, мин;
Т - температура продукта в момент замера, ^oС;
константы термоустойчивости: витаминов - z_с= 23^oС, красителей - z_c= 40^oС, тест-культуры - z_L= 10^oС; ферментов - z_E - не указаны [2].

Недостатком данного способа является определение степени снижения пищевой ценности стерилизованного продукта через разрушение витаминов и красителей, которые в сырье водного происхождения находятся в малых или даже следовых количествах, а красители не являются в продукции из гидробионтов биологически ценными веществами; кроме того, при использовании режимов, обеспечивающих промышленную стерильность консервов из гидробионтов, степень разрушения ферментов достигает 100%.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является стандартный способ разработки и научного обоснования режимов стерилизации консервов из гидробионтов по микробиологическим показателям, предусматривающий выбор тест-микроорганизма; определение графически опытным путем кинетических констант термоустойчивости его спор: D - количественной характеристики скорости процесса отмирания микроорганизмов при постоянной температуре, выраженной через время в минутах, необходимое для снижения количества микроорганизмов в 10 раз, Z - количественной характеристики устойчивости спор микроорганизмов в зависимости от температуры, выраженной в градусах Цельсия, вызывающей изменение значений D в 10 раз; аналитическое определение эффективности режима стерилизации в отношении гибели спор тест-микроорганизма путем расчета требуемой (F_T ^Z) и фактической (L_T ^Z) летальности согласно формулам:

где D - время десятикратного снижения количества спор при эталонной температуре Т_э= 121,1^oС;
N₀ - начальное количество спор тест-микроорганизма в 1 г продукта перед стерилизацией;
N_K - конечное число выживших после стерилизации спор;

где τ₁- время начала процесса стерилизации, мин;
τ₂- время окончания процесса стерилизации, мин;
Т_д - фактическая температура продукта в процессе стерилизации, ^oС;
Z - константа термоустойчивости спор в зависимости от температуры, ^oС;
τ_p- равновеликие отрезки времени, через которые регистрируется температура продукта в процессе стерилизации, мин;
К_F - коэффициент эквивалентного перевода летального времени действия на микроорганизмы любой температуры продукта (Т_д) в летальное действие эталонной температуры (Т_э) [3].

Недостатком данного способа является отсутствие контроля за уровнем потерь питательных биологически ценных термолабильных нутриентов сырья, который является одним из главных показателей качества стерилизованного продукта в технологии теплового консервирования и зависит от температурно-временных параметров режима высокотемпературной обработки.

Изобретением решается задача минимизации потери биологической ценности консервов из гидробионтов в процессе стерилизации применительно к особенностям теплопередачи в различных видах консервов, видах и типоразмерах тары, при условии обеспечения требуемой степени их промышленной (коммерческой) стерильности.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе комплексной оценки эффективности режимов стерилизации, предусматривающем стандартный способ научного обоснования режима стерилизации консервов по микробиологическому показателю (промышленная стерильность), путем выбора и подготовки микробиологической тест-культуры, установления кинетических констант термоустойчивости ее спор D и Z, расчета требуемой и фактической летальности режима стерилизации, дополнительно осуществляют контроль потерь биологически ценных термолабильных нутриентов продукта. Отличительный признак предлагаемого способа заключается в том, что дополнительно осуществляют контроль потерь биологически ценных термолабильных нутриентов продукта путем определения гидролитического эффекта режима стерилизации. Гидролитический эффект определяют по скорости реакции гидролиза вещества-индикатора жесткости режима стерилизации консервов.В качестве вещества-индикатора жесткости принимают белок продукта, уровень потерь которого позволяет охарактеризовать степень изменения его биологической ценности в прцессе стерилации.Графическим путем устанавливают константы термоустойчивости белка продукта: D - количественной характеристики степени гидролиза белка при постоянной температуре Т, выраженной через время в минутах, необходимое для гидролиза определенного количества белка, Z - кинетической константы термоустойчивости белка в зависимости от температуры, выраженной в градусах Цельсия, соответствующей изменению значений D в 10 раз. Аналитическим путем рассчитывают значения нормативного (H_T ^Z) и фактического (Q_T ^Z) показателей гидролитического эффекта режима стерилизации, корреллирующих степень гидролиза белка с жесткостью режима тепловой обработки через условные минуты нагревания:

где D_T - время гидролиза определенного количества белка азота при эталонной температуре Т_э= 121,1^oС;
C_τ- конечное содержание белкового азота в продукте, %;
С₀ - начальное содержание белкового азота, %;

где Т_д - фактическая температура продукта в процессе стерилизации, ^oС;
τ₁- время начала процесса стерилизации, мин;
τ₂- время окончания процесса стерилизации, мин;
равновеликие отрезки времени, через которые регистрируется температура продукта в процессе стерилизации, мин;
К_h - переводной коэффициент для сравнительной оценки степени повреждения вещества-индикатора белка при любой температуре по отношению к эталонной; комплексной оценки эффективности режима стерилизации по микробиологическим критериям и показателю степени снижения биологической ценности консервированного белкового продукта.

Аналитический метод контроля основного показателя пищевой ценности стерилизованного продукта - сохранности белка - основан на использовании общих закономерностей процесса повреждения микробных и сырьевых клеток, в т.ч. биологически ценных нутриентов, при тепловом консервировании пищевых продуктов, а также соответствующей математической модели оценки эффективности данного процесса, основанной на экспоненциальной зависимости в полулогарифмической системе координат кинетических констант термоустойчивости живой клетки или пищевого вещества [4, 5, 6]. Этим обосновывается правомерность применения аналитического метода для определения кинетических констант термоповреждения вещества-индикатора и оценки эффективности процесса тепловой стерилизации рыбных консервов в отношении степени сохранности показателей их пищевой ценности.

Способ осуществляется следующим образом.

Сырье водного происхождения (мышечную ткань или пробу продукта, подготовленного для стерилизации) измельчают до гомогенного состояния и фасуют в пробит-тару, герметически укупоривают, прогревают в глицериновом ультратермостате в течение различных промежутков времени при постоянной температуре, при этом ультратермостат предварительно нагревают до температуры опыта, температуру продукта в центре ампулы измеряют с помощью термопары, по окончании прогрева ампулы быстро охлаждают до комнатной температуры в три этапа, затем пробы исследуют методом Къельдаля на количественное содержание общего азота, методом Лазаревского - на содержание небелкового азота, по арифметической разности определяют белковый азот. Полученные экспериментальные данные, характеризующие процесс гидролиза белка, подвергают статистической обработке методом наименьших квадратов для выявления их функциональной зависимости, выраженной математически линейным уравнением типа у=а+bх.

В результате статистической обработки получают теоретические значения чисел, характеризующих степень повреждения белка, которые подчиняются прямолинейной зависимости. По полученным данным строят график зависимости скорости гидролиза белка от времени воздействия постоянной заданной температуры. Для этого на натуральной оси абсцисс откладывают значения продолжительности нагревания, а на натуральной оси ординат - остаточное количество белкового азота, процент к начальному. Отрезок прямой линии на полученном графике, соответствующий времени разрушения определенного количества белка, определяет значение константы его термоустойчивости в минутах при постоянной температуре нагревания (фиг.1).

Получают значения D при различных температурах (не менее 3), обрабатывают экспериментальные данные статистическим методом, строят график зависимости термоустойчивости белка продукта от температуры. Для этого на натуральной оси абсцисс откладывают значения различных температур нагрева, а на логарифмической оси ординат - соответствующие значения константы D. На полученном графике графически определяют значение кинетической температурной константы термоустойчивости белка Z, ^oС как разность температур за один логарифмический цикл прогрева (фиг.2).

Количественную оценку допустимой степени снижения содержания биологически ценного термолабильного компонента химического состава продукта (белка) в процессе тепловой стерилизации определяют по нормативному показателю гидролитического эффекта режима стерилизации консервов - H_T ^Z, который рассчитывают с помощью экспериментально определенных кинетических констант процесса его гидротермического разрушения по формуле:

Пороговые значения допустимой степени снижения белкового азота в процессе тепловой стерилизации (H_T ^Z) рассчитывают с учетом обеспечения требуемой микробиологической эффективности режима стерилизации консервов, гарантирующего их промышленную стерильность согласно действующей нормативной документации [3].

Уровень фактического термического повреждения термолабильного белка продукта в процессе тепловой стерилизации консервов определяют путем расчета предлагаемого показателя - гидролитического эффекта режима:

Полученное значение фактического гидролитического эффекта данного режима стерилизации Q_T ^Z оценивают в сравнении с величиной допустимой степени гидролиза белковых веществ H_T ^Z согласно условию:

Нарушение условий этого неравенства свидетельствует об излишней жесткости исследуемого режима стерилизации по отношению к сохранности вещества-индикатора (белка) и требует снижения значения фактической величины стерилизующего эффекта L_T ^Z до уровня не ниже допустимого (нормативного) его значения F_T ^Z, либо изменения температурно-временных параметров режима стерилизации, перехода к другому типоразмеру и виду тары, изменения характера греющей среды, технологических регламентов подъема температуры и охлаждения в процессе стерилизации и др.

Пример
Оценивают режим стерилизации консервов "Треска филе натуральная" в жестебанке 1, стерилизованных по формуле
в вертикальном автоклаве типа АВ в паровой среде, охлаждение водой с воздушным противодавлением.

Теоретические значения чисел, характеризующих степень снижения в продукте после нагревания содержания белкового азота и подчиняющихся экспоненциальной зависимости, определяют по линейному уравнению y_T= а+bх, которое решают с помощью системы уравнений:

где y_ф - фактическое содержание белкового азота, %;
a, b - эмпирические коэффициенты;
n - число опытов;
х - продолжительность прогрева в мин.

Предварительно измельченную мышечную ткань рыбы, в данном примере - трески, фасуют в пробит-тару и прогревают при температуре 110^oС в течение различных промежутков времени, затем среднюю пробу каждой партии анализируют на содержание общего и небелкового азота, по разнице определяют остаточное количество белкового азота, %.

Полученные значения у_ф подставляют в систему уравнений и вычисляют коэффициенты а и b. Вычислив эмпирические коэффициенты, рассчитывают величины lg у_т и у_т.

Далее строят график для определения константы D при данной температуре. На натуральной оси абсцисс откладывают значения продолжительности прогрева (х) в мин, на натуральной оси ординат - теоретические значения сохранившегося белкового азота (у_т) в процентах от начального. Строят прямую линию, теоретически выражающую зависимость степени гидролиза белка трески от времени воздействия постоянной температуры, в данном случае - 110^oС. Для графического определения значения константы D проводят прямую линию из точки, соответствующей максимальному разрушению белкового азота, 15%, до пересечения с построенной прямой. Точку пересечения проецируют на ось абсцисс. Отрезок времени, заключенный между началом оси и проекцией точки на оси абсцисс, составляет величину D (фиг.1). В нашем случае D₁₁₀=112,5 мин.

Аналогично получают значения константы D для двух других температур, в данном примере D₁₂₀=5l,5 мин, D₁₂₅=35 мин.

По полученным значениям D при трех разных температурах определяют графически величину Z. При построении графика на натуральной оси абсцисс откладывают значения температуры в ^oС, на логарифмической оси ординат - соответствующие значения D в мин. Индекс наклона кривой термоустойчивости белка в одном логарифмическом цикле определяет величину константы Z (фиг.2); в нашем случае Z=29,0^oC.

Далее проводят стерилизацию консервов по оцениваемому режиму, контролируя температуру в автоклаве и в банке с продуктом согласно стандартному способу [3].

Данные об изменении температуры продукта и греющей среды в процессе стерилизации консервов, значения соответствующих переводных коэффициентов, а также данные фактического стерилизующего (L_T ^Z) и гидролитического (Q_T ^Z) эффектов заносят в таблицу (табл.1).

Здесь К_F - переводной коэффициент сравнительной оценки скорости отмирания спор микроорганизма С. sporogenes - 25. Коэффициент К_h - переводной коэффициент сравнительной оценки скорости гидролиза белковых веществ трески - рассчитан, например, для температуры Т_д= 92,0^oС следующим образом:
При расчетах фактического стерилизующего и фактического гидролитического эффектов учитываются температуры, имеющие гидролитический эффект (от 90^oС и выше).

Для определения величины допустимого уровня гидролитического эффекта аналогично определению требуемой летальности режима стерилизации в отношении тест-микроорганизма проводят прогревы в пробит-таре измельченной мышечной ткани рыбы (трески). Предварительно в мышечной ткани сырца определяют содержание общего, небелкового и белкового азота; принимаем С₀=21,42%. Температура прогрева должна быть равна температуре стерилизации, т.е. в нашем случае 120^oС, продолжительность прогрева - достаточная для обеспечения равенства L_T ^Z=F_T ^Z, где F_T ^Z - нормативное значение стерилизующего эффекта для анализируемых консервов, в данном примере F_T ^Z= 4,7 мин [3]. По окончанию прогрева в средней пробе образца определяют аналогичные показатели: содержание общего, белкового и небелкового азота; принимаем C_τ = 11,10% ; D_Т≈D₁₂₀; определяют величину допустимой степени гидролиза белка:

Проверяют неравенство:
(17,6 - 14,7)/14,7=0,19<2
T ^Z>F_T ^Z), а также с позиции сохранности в стерилизованном продукте термолабильного белка трески.

Источники информации
1. Флауменбаум Б. Л. , Танчев С. Математическая оценка влияния режимов стерилизации на антоцианы плодов и ягод // Консервная и овощесушильная промышленность. - 1974, 6. - С.24-26.

2. Schlensener H., Sielaff H. Energiebecarf und Qualitatsparameter beim Sterilisationsprozess // Lebensmittelindustrie. - 1983, 4. - P.165-169.

3. Инструкция по разработке режимов стерилизации консервов из рыбы и морепродуктов / Гипрорыбфлот. - С.-П., 1996. - 42 с.

4. Бражников А. М. Теория термической обработки мясопродуктов. - М., 1987. - 270 с.

5. Гельфанд С.Ю. Научные основы регулирования качества и контроля консервированных продуктов: Автореферат дисс.... д-ра техн. наук. - М., 1994. - 70 с.

6. Флауменбаум Б. Л. Основы консервирования пищевых продуктов. - М., 1982. - 268 с.

Формула изобретения

1. Способ комплексной оценки эффективности режимов тепловой стерилизации консервов с низкой кислотностью из гидробионтов, предусматривающий выбор и подготовку микробиологической тесткультуры, установление кинетических констант ее термоустойчивости, расчет требуемой и фактической летальности режима стерилизации, отличающийся тем, что дополнительно осуществляется контроль потерь биологически ценных термолабильных нутриентов продукта путем определения гидролитического эффекта режима по скорости гидролиза вещества-индикатора жесткости режима стерилизации консервов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вещества-индикатора жесткости режима стерилизации консервов принимают белок продукта.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что достигают значения допустимой нормальной величины гидролитического эффекта при обеспечении требуемого уровня стерилизующего эффекта.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что достигают снижения уровня белкового азота в стерилизованном продукте не более 20%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3