Теоретические основы термообработки. В процессе произ­водства консервов для обеспечения стабильности продукта при хранении используют такие способы термообработки, как сте­рилизация, пастеризация, тиндализация.

Стерилизация — одна из основных операций технологиче­ского процесса производства консервов, которую проводят, на­гревая продукт до температуры выше 100°С, для подавления жизнедеятельности микроорганизмов либо для их полного уничтожения.

Основными источниками загрязнения консервов до стерили­зации являются мясное сырье, вспомогательные материалы и специи. В среднем общая бактериальная обсемененность содер­жимого консервов может достигать 10² клеток в 1 г (см²) при регламентируемом уровне от 10 до 2-10⁵ бактерий.

Цель стерилизации — уничтожение тех форм микроорганиз­мов, которые могут развиваться при обычных условиях хране­ния и вызывать при этом порчу консервов либо образовывать опасные для здоровья человека продукты своей жизнедеятель­ности (токсины). К этим видам микрофлоры относят представителя токепгенных спорообразующнх анаэробов Cl. botulinur и гнилостные анаэробы Cl. sporogenes, Cl. perfringens, Cl. putrificuni. Кроме анаэробов, в консервах находятся аэробы, тер­моустойчивые и термофильные микроорганизмы, большинство из которых после стерилизации в консервах не развиваются и в санитарном отношении являются безвредными.

Нагрев мяса при температуре 134°С в течение 5 мин уничтожает практически все виды спор, включая и споры наиболее термоустойчивых микроорганизмов. Однако воздействие повы­шенных температур приводит к необратимым глубоким хими­ческим изменениям продукта, обусловливающим снижение его качества и пищевой ценности. В связи с этим наиболее рас­пространенная и предельно допустимая температура стерилизации мясопродуктов ниже 135 °С (в пределах 120 °С). При этом подбирают такую продолжительность нагрева, которая обеспе­чивает достаточно эффективное обезвреживание споровых форм микробов и резкое снижение их жизнедеятельности.

Правильно выбранный и научно обоснованный режим сте­рилизации (температура и продолжительность ее воздействия) должен гарантировать высокое качество консервируемого про­дукта при наличии определенной степени стерильности (так называемой «промышленной стерильности»), при которой пол­ностью отсутствуют возбудители ботулизма и другие токсигенные и патогенные формы, а количество неопасных для здо­ровья человека микроорганизмов не превышает установленных норм.

Не исключается наличие в стерилизованных консервах еди­ничных спор мезофильных бацилл типа Вас. subtil is (сенная па­лочка). Вас. mesentericus (картофельная палочка) и Вас сеreus. Однако для поддержания высокого санитарно-гигиениче­ского уровня консервного производства степень обсемененности сырья до стерилизации спорами этих микроорганизмов не должна превышать 10³ на 1 г, что обеспечивает содержание остаточной микрофлоры не более 1 споры на 10 г готового кон­сервированного продукта.

Таким образом, промышленной стерилизацией не всегда до­стигается абсолютная стерильность консервов, но обеспечива­ется их доброкачественность и стойкость к хранению.

Влияние нагрева па микрофлору. Нагрев при температурах выше 100°С уничтожает в основном вегетатив­ные формы микроорганизмов и большую часть споровых, что обусловлено денатурацией белков протоплазмы живых клеток и разрушением ферментов. Одновременно под воздействием термообработки перерождаются сохранившиеся споры, их спо­собность к прорастанию резко снижается. Количество остаточ­ной микрофлоры зависит как от уровня температуры, так и от продолжительности термообработки.

Период, в течение которого при данной температуре стери­лизации погибают микроорганизмы, называют временем отми­рания. Понятие «время отмирания» является условным, так как, во-первых, мгновенно нагреть систему, содержащую мик­робы, до температуры собственно стерилизации практически невозможно и, во-вторых, даже после самых жестких условий стерилизации в объектах могут быть обнаружены живые мик­робные клетки, хотя и в очень малых концентрациях. Однако в реальных условиях стерилизации содержимое консервов про­гревается не одномоментно, а постепенно: теплопередача идет от периферии банки к центру. При этом центральная часть начинает стерилизоваться при заданной температуре значи­тельно позже, чем периферийные слои.

В связи с непрерывностью теплового воздействия на про­дукт при расчете времени отмирания ориентируются на мик­рофлору, находящуюся в центральной части банки, и отсчет времени ведут с момента достижения температуры собственно стерилизации в наиболее удаленном от периферии месте, на­ходящемся вблизи геометрического центра банки. Микрофлора начинает погибать уже при температурах, значительно ниже заданной температуры стерилизации, поэтому при определении летального эффекта это обстоятельство также необходимо при­нимать во внимание.

В реальных условиях стерилизации консервов значение вре­мени отмирания зависит не только от температуры собственно стерилизации, но и от характеристики микрофлоры, состава консервов, условий технологической обработки и ряда других факторов.

Условия отмирания для данного вида микроорганизмов всегда определяются соотношением «температура —время».

Для каждого вида микроорганизмов существует обратная зависимость между временем отмирания и температурой при одинаковом стерилизующем эффекте, т. е. с повышением тем­пературы стерилизации время отмирания снижается в геомет­рической прогрессии.

Каждый вид микрофлоры обладает своим собственным вре­менем отмирания в силу различной устойчивости к нагреву. Термоустойчивые и термофильные микроорганизмы могут при­спосабливаться к высоким температурам. При этом в присут­ствии термофильных мезофильные микроорганизмы часто так­же приобретают термоустойчивость. Как правило, споры ана­эробов отмирают медленнее, чем споры аэробов. Из анаэробов наиболее опасен Cl. botulinum, токсин которого даже в малых дозах смертелен для человека.

Споры палочки Сl, botulinum выдерживают кипячение в те­чение 3—б ч, при 105 °С они гибнут через 2 ч. Дробная стери­лизация не освобождает мясопродукты от спор. Устойчивость их к нагреванию зависит от состава среды. Токсин Cl. botuli­num очень сильный, не разру­шается под влиянием пищева­рительных соков, но инактиви­руется через 30 мин при 80 °С. Не только различные виды, но и различные штаммы одного и того же вида образуют споры с различной резистентностью к воздействию высоких темпера­тур. Например, период инак­тивации спор различных штаммов Cl. botulinum при 110°С от 7 до 16 мин. Термо­устойчивость спор, выросших в стерилизованном мясе, в 3 раза выше, чем у спор, культивированных на сыром.

Увеличение количества микрофлоры в единице объе­ма стерилизуемого продукта требует удлинения времени от­мирания. Основываясь на положении, что с физико-химической точки зрения процессы, вызы­вающие гибель микробной клетки под влиянием повышенных температур, представляют собой мономолекулярную реакцию белков протоплазмы, считают, что скорость уничтожения мик­робов может быть описана математическим выражением перво­го порядка.

Споры отмирают по стадиям: на первой (стадия быстрого отмирания) уничтожается более половины спор, находящихся в продукте; на второй число жизнеспособных спор уменьшает­ся по логарифмической кривой; в третьей скорость отмирания небольшого количества оставшихся спор уменьшается. Данное обстоятельство принимают во внимание при расчете условий стерилизации консервов графоаналитическими методами.

В производственных условиях определение степени бакте­риальной обсемененности консервов перед стерилизацией про­изводят ежедневно: один раз в смену на каждой линии и по каждому виду вырабатываемой продукции. Максимально до­пустимое количество микробных клеток в банках не должно превышать 2-10⁵ бактерий в 1 г.

Дополнительным нормативным показателем, характеризую­щим санитарное состояние производства, может служить об­щее количество сапрофитных микробов на рабочих поверхно­стях технологического оборудования: при наличии свыше 1000 микробных клеток в 1 мл смыва санитарное состояние произ­водства считают неудовлетворительным.

В большинстве случаев устойчивость микроорганизмов к нагреву увеличивается с возрастом. Старые культуры имеют более высокую приспособляемость к изменяющимся внешним условиям и могут выдерживать значительно более жесткие ре­жимы стерилизации.

Влияние физико-химических и теплофизи­ческих свойств продукта на выбор режима стерилизации. Уровень времени отмирания для микроорга­низмов зависит от вида консервируемого продукта, его химиче­ского состава, физико-химических свойств.

Чем больше жира в консервах, тем более жестким должен быть режим стерилизации, в связи с тем что жир, обволакивая споры, образует так называемую «жировую капсулу». Наличие плотной гидрофобной капсулы вокруг бактериальной клетки препятствует подходу к ней влаги и тем самым затрудняет гидратационную коагуляцию белков. В таких условиях термо­обработка микробной клетки приобретает характер «сухого» нагрева, к которому микрофлора более устойчива. Споры сен­ной палочки погибали в бульоне при 106°С через 10 мин, в то время как в жире их инактивация происходила через 60 мин при 150—160 °С.

При оценке устойчивости микроорганизмов к нагреву суще­ственное значение имеет реакция среды. В кислой среде мик­роорганизмы ие только плохо развиваются, но и плохо пере­носят действие высоких температур, быстро погибая при нагре-1 ванни. В частности, максимальная термоустойчивость наибо-. лее опасного для здоровья человека Cl. botulinum отмечается- при pH 6,3—6,9, а у спор Вас. subtilis — при pH 6,8—7,7. В связи с этим мясо-растительиые консервы, имеющие pH 4,5— 5,0, стерилизуют при более мягких режимах по сравнению с ре­жимами, принятыми для мясных консервов (pH 5,8 и выше).. Имеет значение и природа среды, создающей определенный, уровень pH. Наиболее сильным ингибирующим действием на микроорганизмы при адекватных значениях pH имеет молоч­ная кислота. Значительно слабее эффект в присутствии уксус­ной и лимонной кислот.

Фитонциды, содержащиеся в некоторых видах растительного сырья (лук, чеснок, гвоздика, коренья) и обладающие бакте­рицидным действием, снижают способность спор к прораста­нию.

Небольшие количества поваренной соли в продукте (1,5— 3,0%) повышают устойчивость микроорганизмов к нагреву, а количества соли в пределах 8—10% понижают ее. Присутст­вие повышенных количеств (свыше 8%) поваренной соли спо­собствует проявлению его высаливающего действия, в резуль­тате чего склонность белков протоплазмы микробных клеток к коагуляции возрастает и время отмирания уменьшается. Со­держание сахара в низких концентрациях также оказывает за­щитное действие на споры.

Присутствие воздуха в консервах стимулирует устойчивость и последующее развитие остаточной микрофлоры, а также ход окислительных процессов в продукте.

Углекислый газ и аммиак, образующиеся как при гидроли­зе белковых веществ, так и в результате жизнедеятельности микрофлоры, угнетают споры, задерживают их развитие.

Повышение содержания влаги в продукте, с одной стороны, способствует увеличению коэффициента теплопроводности со­держимого, с другой стороны, параллельное увеличение пока­зателя а_w приводит к росту резистентности микрофлоры к на­греву.

Степень эффективности проводимой стерилизации во мно­гом зависит от теплофизических свойств консервов. В целом коэффициент теплопроводности пищевых продуктов невелик, поэтому они прогреваются относительно медленно. При этом продукты более жидкой консистенции прогреваются при прочих равных условиях быстрее, так как тепло при стерилизации не редается в основном за счет конвекции. В густых и плотных но консистенции продуктах теплопередача осуществляется пре­имущественно кондуктивным путем.

Скорость проникновения тепла в глубь продукта, предопре­деляющая величину стерилизующего эффекта, зависит от фи­зических свойств продукта и материала тары, геометрических размеров и толщины банки, начальной и конечной температур Продукта, его состояния в процессе термообработки (покой или перемешивание), температуры нагрева.

Свинина прогревается быстрее говядины, жировая ткань — медленней мышечной. Коэффициент теплопроводности стеклян­ной тары почти в 30 раз меньше, чем жести.

Чем больше размер банки, меньше ее удельная поверхность И больше радиус, тем более длительное время необходимо для стерилизации. Продолжительность прогрева банок одинаковой формы, но разных размеров приблизительно пропорциональна квадрату радиуса банки. В консервных банках небольшого объема получают продукт с лучшими органолептическими свой­ствами и прозрачным бульоном, что обусловлено менее продол­жительным периодом собственно стерилизации, равномер­ностью прогрева и охлаждения продукта. Чем выше началь­ная температура содержимого банки, тем меньше времени тре­буется для ее стерилизации. Скорость прогрева консерва про­порциональна перепаду температур автоклава и продукта в банке.

Процесс стерилизации консервов можно ускорить, вращая банки при термообработке. В зависимости от конструктивных особенностей аппаратов байки вращаются при стерилизации либо вдоль своей продольной оси, либо с донышка на крышку. Последний способ наиболее эффективен. Интенсификация теп­лообмена в ротационных стерилизаторах происходит вследствие перемешивания продукта и возникновения вынужденной конвекции. Ротационная стерилизация способствует улучшению качества получаемых консервов вследствие снижения степени перегрева периферийных слоев продукта, понижения термо­устойчивости бактерий под воздействием принудительного ко­лебания (или вращения) среды их обитания. Ротационная сте­рилизация перспективна применительно к кусковым консервам типа «Мясо тушеное», «Гуляш» и т. и., но не приемлема для использования при производстве продукции с густой конси­стенцией (паштеты).

Изменение в мясе при высокотемператур­ном нагреве. Режим стерилизации является важнейшим фактором, определяющим качество консервов. По характеру воздействия на продукт стерилизация, представляющая собой процесс термообработки при температурах выше 100°С, сохра­няет особенности влажного нагрева. При этом в мясе происходят такие важные и характерные изменения, как тепловая денатурация растворимых белковых веществ, сваривание и гид­ротермический распад коллагена соединительной ткани, окис­ление и гидролиз жира, изменение витаминов, экстрактивных веществ, структуры и органолептических показателей. Однако по сравнению с нагревом при умеренных температурах стерилизация в значительной степени катализирует скорость гйдро'; литических процессов основных компонентов мяса, глубина ко­торых возрастает с увеличением продолжительности стерилиза­ции и повышением температуры.

Гидролиз высокомолекулярных азотистых веществ. В, ре­зультате воздействия стерилизации в мясе может происходить глубокая деструкция растворимых белковых веществ дополипептидов. При этом часть полипептидов гидролизуется до низ' комолекулярных азотистых оснований. Имеют место процессы дезаминирования и декарбоксилирования некоторых аминокис­лот, сопровождающиеся разрушением и потерей части из них. в том числе и незаменимых.

При стерилизации говядины, например, уровень распада не­заменимых аминокислот составляет около 11%,. Наиболее чув­ствительны к нагреву триптофан, лизин, гистидин, цистин (по­тери свыше 20%), у лейцина, метионина, аргинина, треонина — потери 1—4%. Для мяса характерно, что его нагрев при температуре 120—135°С в течение 1 ч 50 мин сопровождается снижением содержания двухоснов­ных аминокислот в 2—2,5 раза, аргинина — в 3,5 раза. В при­сутствии кислорода воздуха скорость разложения большинства аминокислот, особенно серосодержащих, возрастает. На сте­пень потерь отдельных аминокислот влияет не только режим нагрева, но и реакция среды. При 105 °С в течение 48 ч при кислотном гидролизе триптофан разрушается полностью, силь­но уменьшается количество серина и треонина. В сывороточ­ном альбумине нагрев при 100 °С в течение 1 ч при pH 7,5 приводит к деструкции около 5% аминокислот.

Повышение температуры и увеличение продолжительности нагрева вызывают усиление гидротермического распада колла­гена до глютина и гидролиз глютина до глютоз.

Изменения коллагена при стерилизации играют положи­тельную роль, так как сваренный коллаген лучше переварива­ется, образует бульоны, застудневающие при охлаждении до состояния желе. Образующиеся питательные бульоны хорошо связывают воду. Скорость и степень распада коллагена при тепловой обработке резко возрастают с увеличением степени измельчения соединительной ткани. Благодаря гидролизу кол­лагена в мышечной ткани продукт становится более «нежным». В связи с этим в консервном производстве широко используют мясо I и II сортов, содержащее значительное количество соеди­нительной ткани.

В сырье, подвергнутом предварительной варке, бланшировке или обжариванию, степень дезагрегации коллагена после стерилизации может достигать 40—60%. Однако чрезмерно жесткие режимы стерилизации вызывают глубокий гидролиз глютина с образованием низкомолекулярных соединений, сни­жающих способность бульонов к студнеобразованию. Одновре­менно связи между пучками мышечных волокон нарушаются, мясо разволокняется, становится сухим, крошливым.

В целом температуры, характерные для процесса стерили­зации консервов; отрицательно сказываются на пищевой цен­ности, белковых веществ, особенно растворимых. С повышени­ем, температуры и длительности нагрева возрастает степень коагуляционных изменений, причем чем выше степень агреги­рования, тем медленнее идет переваривание денатурированно­го белка пищеварительными ферментами: переварпваемость и усвояемость стерилизованного мяса ниже, чем у вареного.

Использование необоснованно жестких режимов стерилиза­ций приводит к значительному снижению уровня пищевой цен­ности продукта.

Высокое качество мясных консервов грубых структур мож­но сохранить при температуре до 120°С. Для большинства де­ликатесных консервов максимально допустимая температура стерилизаций не должна превышать 100—104°С, для сосисок, ветчины, бекона — около 100°С (не ниже).

Изменения жиров. В условиях стерилизации существенно ускоряется гидролиз триглицеридов и насыщение двойных свя­зей радикалов жирных кислот гидроксильными группами. При­сутствие свободных жирных кислот интенсифицирует образова­ние оксиеоединений. Свидетельством этих изменений являются рост кислотного числа и уменьшение йодного и роданового чи­сел. Воздействие повышенных температур может приводить также к термической полимеризации и окислению жиров. Об­разующиеся при этом карбонильные соединения с длинной цепью обладают токсическими свойствами.

Присутствие белковых веществ в мясе в некоторой степени тормозит ход окислительных и гидролитических процессов, что, очевидно, обусловлено антиокислительным действием некото­рых аминокислот.

Рассмотренные изменения жиров под воздействием стерили­зации дают основания полагать, что высокотемпературная об­работка приводит к снижению биологической ценности жира.

Изменения экстрактивных веществ. При стерилизации име­ют место два диаметрально противоположных процесса: накоп­ление экстрактивных веществ в результате распада высокомо­лекулярных соединений и уменьшение их количества вследст­вие распада под влиянием нагрева. Как следствие этого, состав летучих веществ и их концентрация в стерилизованном мясе отличаются от их состава в мясе вареном, что приводит к появлению у продукта специфического запаха — «аромата авто­клава» .

В то время как в мясе, нагретом при температурах ниже 100 °С, решающая роль в аромато- и вкусообразованин при­надлежит глютатнону, глютамипу, глютаминовой и адениловой кислотам, развитие в консервированных мясопродуктах «при­вкуса стерилизации» обусловлено в основном накоплепнём"ко- нечных продуктов гидротермического распада белков—г/ммиа-' ка, углекислого газа, сероводорода, меркаптанов. Аммиак -об­разуется вследствие дезамнннрования аминокислот. УглеКйсЛый* газ выделяется при разрушении бикарбоиатиой "н углеводной- систем мяса, а также при декарбоксплировании аминокислот. Водород, сероводород и меркаптаны накапливаются при распад де-серосодержащих аминокислот и глютатпона. Количество 'Об­разовавшегося сероводорода возрастает по мере увеличения' температуры стерилизации и сдвига pH в щелочную сторону, (выше 6.0).      

На процесс образования специфических запаха и вкуса у консервированного мяса существенно влияет также присутствие альдегидов, летучих жирных кислот и продуктов меланоидинообразования. Скорость реакции меланоидинообразования пн тенсифпцпруется как высокими температурами стерилизации, так и увеличением количества свободных аминокислот и глю­козы. Воздействие повышенных температур катализирует гид­ролиз гликогена и полисахаридов: нагрев при 10З°С в течение 1 ч приводит к снижению количества гликогена на  22—25% при параллельном увеличении содержания глюкозы.

При стерилизации распадаются фосфорсодержащие белки и липиды, что сопровождается уменьшением доли органиче­ских нерастворимых фосфорных соединений. Инозиновая кис­лота, образующаяся в результате распада адениловой кисло­ты, также распадается с образованием рибозы и гипоксантина.

Наличие рассмотренных процессов существенно влияет на формирование органолептических показателей консервирован­ных мясопродуктов. Сущность и значимость их необходимо учитывать при выборе режимов стерилизации.

Изменение витаминов. Витамины весьма неустойчивы к на­греву, но так как они по своей структуре относятся к разным группам, то и разрушение отдельных витаминов при стерили­зации различно. Степень потерь витаминов в значительной сте­пени зависит от pH среды, присутствия кислорода, продолжи­тельности и температуры нагрева.

Технологические пути улучшения качества консервов вклю­чают не только выбор оптимальных режимов стерилизации, но и разработку рецептур новых видов продукции с увеличенным содержанием сбалансированного по наличию незаменимых аминокислот белкового компонента, ограниченным количеством жира, обогащение изделий витаминами, макро- и микроэлемен­тами.

Понятие о формуле стерилизации. Мгновенно нагреть консервируемый продукт до требуемой температуры с тем, чтобы выдержать определенное время отмирания микро­организмов, невозможно. Банки загружают в аппараты перио­дического или непрерывного действия, прогревают установку и банки до температуры стерилизации, проводят стерилизацию в течение периода отмирания микроорганизмов, после снижения температуры аппарата банки выгружают, и цикл повто­ряется. Условную запись теплового режима аппарата, в котором стерилизуются консервы, называют формулой стерлизации. 

Анализируя термограмму, можно прийти к выводам, име­ющим существенное значение при определении необходимых условий стерилизации:

температура содержимого консервов в процессе нагрева изменяется во времени, причем консервы по объему прогрева­ются неравномерно;

при идентичных условиях нагрева жидкая часть консервов прогревается быстрее плотной;

наиболее трудно прогревается точка, расположенная не­сколько выше геометрического центра банки, так как теплопе­редача со стороны крышки тормозится (в невакуумированных консервах) наличием воздушного пузыря в незаполненном про­странстве консерва;

температура по времени в центральной зоне консерва из­меняется иначе, чем в самом аппарате (автоклаве).

Таким образом, значение величин А, В, С и Т в формуле стерилизации характеризует лишь режим работы аппарата и не отражает степени эффективности действия параметров тер­мообработки на консервируемый продукт.

Несмотря на различия в характере изменения температуры по времени в центре консерва к в автоклаве (греющей среде), между ними существует зависимость при постоянных условиях (вид, размер, форма тары, состав и теплофнзические свойства продукта): уровень температуры в центре банки является функцией температуры греющей среды. Эта зависимость лежит в основе методов , графоаналитиче­ского расчета формул, стерилиза­ций, обеспечивающих установление таких параметров теплового режи­ма преющей среды (температуры и продолжительности), которые бы создавали необходимый уро­вень термовоздействия для наиболее труднопрогреваемой  части банки.

Так как технические характеристики автоклавов различа­ются незначительно, а температура продукта регламентируется условиями фасования на относительно постоянном уровне, значение величины А будет зависеть лишь от объема и вида тары. В связи с этим при работе на вертикальных автоклавах пользуются постоянными заданными значениями. А для жестя­ных банок, вместимостью до 1 кг — 20 мин, для банок большей вместимости — 30 мин, для стеклянных банок вместимостью 0,5 кг — 25 мин, вместимостью 1 кг —3 0 мин.

Значение величины С обусловлено необходимостью выравни­вания давления в отстерилизозанной банке с атмосферным пе­ред разгрузкой автоклава. Пренебрежение этапом  снижения давления приводит к необратимой деформации жестяных банок или к срыву крышек со стеклянной тары.

Нагрев продукта в процессе стерилизации (этапы А и В) сопровождается увеличением внутреннего давления внутри банки, величина которого складывается из парциальных давле­ний водяных паров, воздуха и газов, выделяющихся из продук­та под действием термообработки, а также давления, вызы­ваемого тепловым расширением продукта. Величина избыточ­ного внутреннего давления в герметичном объеме банки зави­сит от содержания влаги в содержимом банки, степени ваку­умирования .чоисервов, степени расширения продукта в резуль­тате нагрева (1,04—1,07), а также от коэффициента заполнения банки и степени увеличения объема тары вследствие теп­лового расширения материала и вспучивания концов банок.

Степень теплового расширения материала тары (особенно у стекла) всегда ниже степени теплового расширения мясопродуктов, поэтому для компенсации объема свободного простран­ства устанавливают регламентируемые значения коэффициен­тов заполнения банок: для жестяных банок — 0,85—0,95, для стеклянных — меньше. Вместимость объема банки в процессе нагрева изменяется в основном в результате прогрева (вспучи­вания) концов, что позволяет увеличить объем свободного про­странства на 15% (банка № 1) и 10% (банка № 14) и таким образом снизить уровень внутреннего давления.

Избыточное давление в банке по сравнению с давлением в автоклаве обусловлено в основном давлением присутствующе­го воздуха. При этом между величиной давления в банке и температурой стерилизации существует линейная зависимость. Вакуумирование банок, а также прогрев содержимого консер­вов перед укупоркой позволяют снизить величину внутреннего давления. Однако в любом случае его величина выше давления в автоклаве. Уровень перепада давлений в банке и в стерили­зующем аппарате не должен выходить за определенные преде­лы, обусловленные прочностными свойствами материала тары и закаточных швов. Величины критического (допустимого) пе­репада давлений для жестяных банок установлены в зависи­мости от размера тары: с увеличением Диаметра банки снижа­ется величина критического перепада давлений. При диа­метре банки 72,8 мм значение Р_г составляет 138 кН/м*, диа­метре 153,1 мм соответственно 39 кН/м². Во избежание дефор­мации и разгерметизации жестяных банок больших типоразме­ров и стеклянных банок, имеющих незначительный прогиб кры­шек, перепад давлений для них должен быть близким к нулю..

Для создания этих условий в автоклав при стерилизации . подают сжатый воздух или воду. Противодавление лучше со­здавать водой, имеющей высокий коэффициент теплопроводности и одновременно служащей греющей средой.

Необходимое для разгрузки автоклава снижение давления в аппарате до атмосферного по окончании стерилизации при­водит к увеличению перепада давлений в банке и автоклаве, так как консервы сохраняют высокую температуру. По этой причине давление выравнивают постепенно, подавая в авто­клав холодную воду под давлением, равным установившемуся в нем к концу стерилизации. В результате быстрого охлажде­ния консервов внутреннее давление падает, что позволяет осторожно понижать давление в самом автоклаве. Конечная температура охлаждения для жестяных банок перед их вы­грузкой из автоклава установлена в пределах 40—45°С.

Период времени, необходимый для снижения давления в аппарате (величина С), регламентируется технологическими инструкциями, зависит от вида, типа, размеров банки и тем­пературы стерилизации и составляет в среднем 20—40 мин.

Необоснованное сокращение периода снижения температуры и давления в автоклаве приводит к образованию дефектов ба­нок («птичек», «хлопуш» и т. д.).

Принципы расчета режимов стерилизации консервов. Символика формулы стерилизации не дает представления о эффективности уничтожения микрофлоры в продукте. Кроме того, используемые для разных видов консер­вов режимы стерилизации даже при адекватных значениях -1 и С отличаются продолжительностью В и температурой Т, что затрудняет сопоставление их стерилизующего действия.

Знание микробиологических, биохимических и теплофизиче­ских основ тепловой стерилизации позволяет оценить влияние отдельных факторов и условий среды на степень выживаемости микроорганизмов, но не дает возможности точно установить значение В и эффективность того пли иного режима стерилиза­ции. В практической же деятельности такая необходимость возникает при установлении формул стерилизации для консер­вов новых видов и при корректировке (оптимизации) тради­ционно установленных режимов обработки.

Существует несколько методов установления режимов сте­рилизации по степени инактивации микрофлоры и изменения пищевой ценности продукта.

При использовании каждого из них значения А и С прини­мают как величины постоянные (для данного типа автоклава и вида консервов), а величину В устанавливают произвольно, подвергая ее в последующем обоснованному уточнению.

С целью гарантирования микробиологической стабильности консервов при хранении при установлении формулы стерили­зации ориентируются па создание условий отмирания дли микрофлоры в наиболее труднопрогреваемой части консерва— в центральной зоне банки.

Определение формулы стерилизации по ве­личине стерилизующего эффекта. Используя в качестве критерия эффективности стерилизации степень инакти­вации микроорганизмов, формулу стерилизации определяют практическим, аналитическим и графическим методами.

В соответствии с практическим методом (методом заражения) в консервируемое сырье вводят определенное ко­личество наиболее распространенного, термоустойчивого вида бактерий и при постоянных значениях А, С и Т, изменяя про­должительность В в широком диапазоне, определяют опытным путем (по степени инактивации микрофлоры) необходимый ре­жим стерилизации. Данный метод трудоемок, дает большую ошибку.

При использовании аналитического и графического мето­дов перед расчетом задаются следующими теоретическими предпосылками:

споры микроорганизмоз начинают отмирать в консерве при достижении температуры (в центре банки) в 100°С, причем их инактивация происходит в течение всего периода воздействия повышенных температур;

скорость отмирания спор зависит от температуры нагрева;

общий эффект отмирания представляет собой сумму отдель­ных, достигаемых в каждой точке термограммы (при темпера­турах выше 100°С) стерилизующих эффектов;

Сущность аналитического метода заключается в установлении зависимости между температурами в автоклаве и в центре банки, на основе чего коррелируют режимы рабо­ты автоклава и условия отмирания микроорганизмов в консер­ве. Использование аналитического метода возможно лишь при условии прогрева консервов путем теплопередачи, когда зави­симость между логарифмом разности температур в автоклаве и временем нагрева выражается прямой линией. Практическое применение аналитического метода требует определения зна­чений некоторых величин, входящих в расчетную формулу, экс­периментальным путем.

Наиболее распространен и точен графический метод расчета формулы стерилизации, основанный на построении термограммы стерилизации консерва, определении полученного общего эффекта инактивации спор  и сопоставлении последнего с нормативным расчет­ным эффектом (F). Понятие стерилизующего эффекта было введено в консервное производство для приведения разных ре­жимов к единому сравнимому показателю, представляющему интегральный эффект от действия температуры и продолжи­тельности стерилизации. Стерилизующий эффект — это показатель надежности режима стерилизации консервов, выраженный в минутах, при определенной (условной) темпе­ратуре. В качестве условной принята температура 121.1 °С (250°F).

В соответствии с изложенными принципами расчет произ­водят следующим образом.

На первом этапе задаются постоянными значениями А, С и Т экспериментальной (предполагаемой) формулы стерилиза­ции, вместимостью и формой банки, видом продукта, типом преобладающей в сырье микрофлоры, ее начальной и конечной (допустимой для готового консерва) концентрацией. Величину В устанавливают произвольно. В центральную зону продукта вводят термопару и. осуществляя работу автоклава по иссле­дуемой формуле стерилизации, через определенные интервалы времени (обычно 5 мин) регистрируют изменение температуры в консерве и строят термограмму. При этом каждому участку термограммы (лежащей выше 100°С), характеризуемому зна­чениями температуры и продолжительности, будет соответство­вать определенный стерилизующий эффект.

Способы расчета изменения пищевой цен­ности продукта прн стерилизации. В основе на­учного обоснования режимов стерилизации лежит принцип максимального сохранения пищевой ценности содержимого при одновременном обеспечении возможности длительного хране­ния консервов. В связи с этим эффективность выбранной фор­мулы стерилизации необходимо оценивать параллел!>ным рас­четом стерилизующего эффекта и уровнем потерь пищевых ве­ществ с последующим установлением оптимальных те.мпера- турно-временных параметров, удовлетворяющих обоим критериям.

Экспериментально установлено, что степень интенсивности термообработки, вызывающей снижение пищевой ценности кон­сервируемого продукта, количественно можно охарактеризо­вать данными химического анализа с использованием так на­зываемых химических индексов. Химические индексы дакл представление о потерях наиболее ценных в биологическом отношении пищевых веществ: уровне гидролиза мышечного белка и снижении количества общего азота, изменении кон­центрации тиамина, степени потерь гистидина и других чувст­вительных к нагреву веществ-индикаторов.

Находят уровни сохранения (и потерь) веществ-индикато­ров (по сравнению с первоначальным содержанием) при стери­лизации расчетным и экспериментальным путем прн различ­ных режимах процесса и устанавливают формулу стерилиза­ции, обеспечивающую по показателю химического индекса наименьшие изменения пищевой ценности. В частности, рас­полагая графиком зависимости степени распада белка от ус­ловий нагрева  можно методом графического интег­рирования подсчитать изменения общего азота (или степень распада белков) при различных режимах стерилизации.

Подсчитав степень снижения количества общего азота для различных формул стерилизации, выбирают ту формулу, для которой абсолютное значение показателя оказалось меньшим.

Стерилизация ионизирующими облучения­ми. К ионизирующим излучениям относят катодные лучи — по­ток быстрых электронов, рентгеновские лучи  и гамма-лучи ( 10²⁰ Гц) Ионизирующие излучения обладают высоким бактерицидным действием и способны, не вызывая нагрева продукта, обеспечить полную стерилизацию.

Из радиоактивных излучений практическое значение имеют гамма-лучи, имеющие большую проникающую способность. Продолжительность стерилизации ионизирующими облучения­ми—несколько десятков секунд. Герметическая упаковка кон- серва может быть любого вида. Однако высокая интенсивность облучения приводит к изменению составных частей мяса. Кро­ме того, учитывая то обстоятельство, что после ионизационной обработки продукт внутри банки остается сырым, необходимо вслед за стерилизацией довести его до состояния кулинарной готовности одним из обычных способов нагрева.

Стерилизация горячим воздухом. Способ при­емлем для использования в горизонтальных конвейерных или коаксиальных стерилизаторах, в которых банки передвигаются цепным транспортером при одновременном вращении вокруг своей оси либо катятся по направляющим через все зоны аппа­рата (прогрев—стерилизация — охлаждение). Горячий воздух температурой 120°С циркулирует в стерилизаторе со скоростью 8 -10 м/с. Данный способ дает возможность повысить тепло­передачу от греющей среды конеерву, снизить вероятность перегрева поверхностных слоев продукта. При этом перепад между температурами стенки и центра банки составляет 1- 3°С.

Стерилизация в аппаратах периодического действия. Наиболее распространенным типом аппаратов периодического действия для стерилизации консервов являются автоклавы CP, АВ и Б6-ИСА. Автоклавы подразделяются на вертикальные — для стерилизации консервов, выпускаемых в жестяной и стеклянной таре, паром или в воде и горизонталь­ные- для стерилизации консервов в жестяной таре паром. Тем­пературу и давление в автоклавах регулируют ручным методом или с помощью пневматических и электрических программных устройств — терморегуляторов.

В стерилизационном отделении автоклавы устанавливают группами и для создания поточности* в работе, организации загрузки и выгрузки корзин над автоклавами монтируют тель- ферный путь, соединяющий цех фасовки, отделения автоклавное и сортировки.

В автоклавные корзины банки укладывают вручную, посред­ством загрузки транспортером «навалом» (в водяной ванне или без нее), гидравлическими и гидромагнитными укладчиками. Разгрузку производят, опрокидывая автоклавные корзины. При укладке банок в автоклавные корзины следует учитывать, что консервы, содержащие желе, необходимо помещать крышками вниз и в таком виде стерилизовать, охлаждать и хранить. Жир, выплавленный из продукта при стерилизации, в таком случае собирается на донышках банок, что способствует улучшению органолептики готовой продукции.

Несмотря на постоянное совершенствование конструкций периодически действующих автоклавов, механизацию и автома­тизацию некоторых операций, основными их недостатками яв­ляются большая неравномерность температурного поля, трудо­емкость операции по его обслуживанию, низкий уровень эффек­тивности использования воды и пара, периодичность работы.

Однако в автоклавах в силу их высокой маневренности можно вырабатывать одновременно широкий ассортимент изде­лий и быстро переходить с одного вида продукции на другой.

Один из путей совершенствования конструкции вертикаль­ного стерилизатора и организации процесса термообработки и охлаждения предложен фирмой «Оденберг» (Ирландия). Осо­бенностями конструктивного исполнения этих автоклавов явля­ется наличие съемного нижнего дна, через которое выгружают банки по окончании стерилизации, и оснащение их системами подвода воды, пара и воздуха (рис. 118).

На первом этапе банки с консервами направляются по транс­портеру к загрузочной горловине автоклава, предварительно заполненного водой, создающей «водяную подушку» и предот­вращающей деформацию банок. По мере заполнения автокла­ва излишек воды сливается. По окончании загрузки автоклав герметизируют, после чего для вытеснения оставшейся воды по­дают пар (второй этап). При последующей продувке (третий этап) удаляется воздух; пар и конденсат выпускают через па­трубок, расположенный в дне автоклава. Закрыв дренажный патрубок, давление и температуру в автоклаве поднимают до необходимого уровня и ведут собственно процесс стерилизации (четвертый этап). Закончив термообработку, перекрывают по­дачу пара (пятый этап) и вводят в автоклав под давлением воздух, который создает противодавление во время охлажде­ния. Холодную воду нагнетают через дно автоклава.

По окончании охлаждения в автоклаве устанавливают нор­мальное давление (шестой этап), открывают нижнюю крышку и выгружают банки. Кроме донной крышки, все остальные кла­паны и люки остаются закрытыми, поэтому в аппарате возни­кает вакуумный эффект, при котором вода остается внутри автоклава.

После выгрузки нижнюю дверь закрывают, открывают верх­ний загрузочный люк и рабочий цикл повторяется. Стерилизо­ванные консервы транспортируют на конвейере в зоны допол­нительного охлаждения, установки в вертикальное положение, этикетировки и упаковки.

Линия «Оденберг» может включать в себя несколько авто­клавов в модульном исполнении, что обеспечивает производи­тельность от 50 до 1200 банок в минуту. Система оснащена автоматическими считывающими устройствами, ЭВМ, управле­ние производит оператор.

В стерилизаторах-полуавтоматах «Ротомат» и «Атмос» кон­сервы стерилизуют в специальных корзинах, вращающихся или качающихся вокруг горизонтальной оси.

В полуавтомате-стерилизаторе «Атмос» ротационного типа  над стерилизациопной камерой размещается тепло­изолированный бойлер для предварительного нагрева воды пе­ред стерилизацией. В стерилизациопной камере находится пер­форированный цилиндр с рельсами для перемещения сеток с консервами и прижимной плитой для удерживания консервов в сетках.

При стерилизации консервов подают пар и воду в бойлер, устанавливая необходимые значения температуры и давления, и одновременно задают па пульте управления длительность этапов стерилизации и охлаждения, режим вращения перфори­рованного барабана (л = 45—50 мин ). Сетки с консервами загружают вручную, фиксиру­ют банки прижимной плитой и герметизируют камеру. Сте­рилизация начинается после открытия клапана, соединяю­щего бойлер со стерилизаци­онной камерой, когда в нее начинает поступать горячая вода. По окончании этапа собственно стерилизации (при одновременном вращении ба­нок) клапан, соединяющий бойлер с камерой стерилиза­ции, вновь открывается и го­рячая вода протекает в бой­лер под давлением холодной воды, подаваемой в камеру вы охлаждаются также при вращении банок по заданному ре­жиму. Одновременно с охлаждением консервов в бойлере на­гревается вода для стерилизации следующей партии.

Стерилизация в аппаратах непрерывного действия. Стерилизаторы непрерывного действия подразде­ляют на роторные, горизонтальные конвейерные, гидростатиче­ские. Первые два типа редко используют.

В гидростатических стерилизаторах непрерывного действия применен принцип уравновешивания давления в камере стери­лизации с помощью гидравлических шлюзов. Эти аппараты — башенного типа, имеющие значительную высоту, но занимаю­щие относительно небольшую площадь производственного по­мещения.

Используют несколько швов гидростатических стерилизато­ров: «Сторк» с противодавлением, пневмогидростатический «Хуинстер» (Венгрия). А9-ФСА (рис. 120) и др.

В гидростатических стерилизаторах длина участков конвей­ера в зонах подогрева и охлаждения одинакова, поэтому фор­мула стерилизации имеет симметричный вид А—В—А. Скорости движения конвейера изменяется в зависимости от времени соб­ственно стерилизации. Температура стерилизации поддержива ется в результате регулирования положения уровня воды в ка мере стерилизации.

Гидростатический стерилизатор работает следующим обра­зом. Банки загружают в банконосители бесконечного цепного конвейера, который подает их в шахту гидростатического (водя­ного) затвора-шлюза. После прогрева банки поступают в ка­меру парового стерилизатора, нагреваются до 120°С и попадают в зону водяного охлаждения, где температура консервов падает до 75—80°С. Выйдя из гидростатического затвора, банки посту­пают в камеру дополнительного водяного охлаждения (40— 50°С), после чего консервы выгружают из стерилизатора.

Гидростатические стерилизаторы оснащены автоматикой. В них предусмотрена схема очистки и охлаждения рециркуля­ционной воды. Гидростатические стерилизаторы имеют высокую производительность (до 254 банок в минуту), занимают отно­сительно малую площадь (25—40 м²) при высоте 25 м.

Особенностью ппевмогндростатического стерилизатора «Хуинстеру является наличие ванны предварительного охлаждения, обе секции которой заполнены водой. В нижней части этой ванны давление воды достигает 2,5-10⁵ Па, плавно уменьшаясь па выходе до 2,2- 10⁵ Па. Температура и давление в ваннах стерилизатора регулируются индивидуально.

Пастеризация. Пастеризация является одной из разновидно­стей термообработки изолированного от внешней среды продук­та, при которой уничтожаются преимущественно вегетативные формы микроорганизмов. В связи с этим при выработке качест­венных пастеризованных консервов к сырью предъявляют ряд дополнительных жестких санитарно-гигиенических и технологи­ческих требований. Для таких консервов обычно используют свинину в шкуре; контролируют величину pH сырья (для свч- шшы pH должна быть 5,7—6,2, для говядины —6,3—6,5). В про­цессе посола и созревания рекомендуется применение шприце­вания рассолов, массирования и тумблироваиия. Сырье фасуют в эллиптические или прямоугольные металлические банки вместимостью 470, 500 и 700 г с одновременным закладыванием желатина (1%). После подпрессовки банки укупоривают на вакуум-закаточных машинах.

Пастеризацию производят в вертикальных либо ротацион­ных автоклавах. Режим пастеризации включает время прогрева банок при 100°С (15 мин), период снижения температуры в автоклаве до 80°С (15 мии), время собственно пастеризации при 80°С (80—110 мин) и охлаждения до 20°С (65—80 мин). В зависимости от вида и массы консерва общая продолжитель­ность процесса пастеризации составляет 165—210 мин; период прогрева центральной части продукта при 80°С —20—25 мин.

При пастеризации в продукте могут сохраняться термоус­тойчивые виды микроорганизмов, способные развиваться при температурах до 60 °С, а также термофильные виды с оптиму­мом развития при 53— 55°С. Для предотвращения повышения обсеменености микроорганизмами при изготовлении пастери­зованных консервов необходимо как можно быстрее прогревать и охлаждать банки с тем, чтобы «пройти» температурный ОПТИМУМ развития микроорганизмов. Самой опасной считают тем­пературу. 48.9—68.3 С. при которой происходит быстрый рост, некоторых видов термофильных бактерий. Если это время будет увеличено, то обсемененпость микроорганизмами повышается и возможен бактериологический брак.

Использование режимов пастеризации, состоящих из крат­ковременной термообработки продукта при температурах около 100°С (для интенсификации процесса прогрева консервов) и последующей выдержки при умеренных температурах (для до­ведения продукта до состояния кулинарной готовности и унич­тожения микрофлоры), способствует не только сокращению общей продолжительности термообработки, но и обеспечивает большую сохранность питательных веществ. Быстрое повыше­ние температуры наружных слоев в период прогревания приво­дит к уплотнению поверхностного слоя продукта в результате денатурации белков, что, в свою очередь, препятствует выделению бульона, т. е. продукт получается более сочным и нежным.

Количество желе в пастеризованных изделиях увеличивается (от 8.2 до 23,8%) с повышением температуры термообработки (от 66 до 94°С). Однако длительный нагрев ухудшает качество не только самого продукта, но и свойства желе (крепость, спо­собность к застудневанию). Использование .температур свыше 100°С при термообработке пастеризованных консервов (в пе­риод прогрева) сопровождается ухудшением сочности продукта, рыхлостью, ухудшением консистенции.

Тнидализания представляет собой процесс многократной пастеризации. При этом консервы подвергают термообработке 2—3 раза с интервалами между нагревом в 20- 28 ч. Отличие тиндализации от обычной стерилизации заключается в том, что каждого из этапов теплового воздействия недостаточно для достижения необходимой степени стерильности, однако суммар­ный эффект режима гарантирует определенную стабильность консервов при хранении. Сущность тиндализации—чередова­ние нагрева консервируемого продукта до температуры ниже 100°С с последующей выдержкой консерва при температуре 18—25°С.

При данном способе термообработки микробиологическая стабильность обеспечивается тем, что в процессе первого этапа нагрева, который недостаточен по уровню стерилизующего эф­фекта, погибает большинство вегетативных клеток бактерий. Часть из них вследствие изменившихся условий внешней среды успевает модифицироваться в споровую, более устойчивую фор му. В течение промежуточной выдержки (термостатировании) споры прорастают, а последующий нагрев вызывает гибель об­разовавшихся вегетативных клеток.

Так как степень воздействия режимов пастеризации и тин- дализации на составные части мясопродуктов менее выражена, чем при стерилизации, пастеризованные изделия имеют лучшие органолептические и физико-химические показатели. В отличие от стерилизованного пастеризованный продукт получается с малоизмененными первоначальными свойствами.

Пастеризованные (тиндализованные) консервы не являются «настоящими» консервами в полном понимании этого термина, так как содержат некоторые споры и термофильные бактерии. В связи с этим пастеризованные изделия относят к полуконсер- вам и ограничивают срок их хранения при температуре О—5°С и относительной влажности воздуха не выше 75% периодом б мес. Тиндализованные консервы («Говядина в желе», «Антре­кот», «Солонина деликатесная», «Телятина»), срок хранения которых при температуре не выше 15°С ограничен одним годом со дня выработки, относят к «7 консервам». Условная запись режима пастеризации имеет вид, аналогичный с формулой сте­рилизации. В нее входит несколько формул тепловых режимов с указанием периодов выдержки консервов между нагревами. Пастеризованные консервы являются деликатесным видом изде­лий и включают консервы из свинины («Ветчина любительская», «Ветчина особая», «Ветчина рубленая», «Шейка ветчинная») к из говядины («Говядина пастеризованная»).