В пищевой промышленности пастеризация ( также пастеризация ) — это процесс консервации пищевых продуктов , при котором упакованные и неупакованные [ требуется уточнение ] пищевые продукты (например, молоко и фруктовые соки ) обрабатываются слабым теплом, обычно до температуры ниже 100 °C (212 °F), для устранения патогенов и продления срока годности . Пастеризация либо уничтожает, либо дезактивирует микроорганизмы и ферменты , которые способствуют порче пищевых продуктов или риску заболевания, включая вегетативные бактерии , но большинство бактериальных спор выживают в процессе. [1] [2]
Пастеризация названа в честь французского микробиолога Луи Пастера , чьи исследования в 1860-х годах продемонстрировали, что термическая обработка дезактивирует нежелательные микроорганизмы в вине . [2] [3] Ферменты порчи также дезактивируются во время пастеризации. Сегодня пастеризация широко используется в молочной промышленности и других отраслях пищевой промышленности для сохранения и безопасности пищевых продуктов . [3]
К 1999 году большинство жидких продуктов подвергались термической обработке в непрерывной системе, где тепло подается с использованием теплообменника или прямого или косвенного использования горячей воды и пара. Из-за умеренного нагрева наблюдаются незначительные изменения в питательных качествах и сенсорных характеристиках обработанных продуктов. [4] Паскализация или обработка под высоким давлением (HPP) и импульсное электрическое поле (PEF) являются нетермическими процессами, которые также используются для пастеризации продуктов. [1]
Нагревание вина для сохранения известно в Китае с 1117 года нашей эры и было задокументировано в Японии в дневнике Тамонин-никки, написанном несколькими монахами между 1478 и 1618 годами. [5]
В 1768 году исследования, проведенные итальянским священником и ученым Ладзаро Спалланцани, доказали, что продукт можно сделать «стерильным» после термической обработки. Спалланцани кипятил мясной бульон в течение часа, сразу после закипания закупоривал емкость и заметил, что бульон не портился и не содержал микроорганизмов. [2] [6] В 1795 году парижский повар и кондитер Николя Аппер начал экспериментировать со способами сохранения продуктов питания, преуспев в супах, овощах, соках, молочных продуктах, желе, джемах и сиропах. Он поместил еду в стеклянные банки, закупорил их пробкой и сургучом и поместил в кипящую воду. [7] В том же году французские военные предложили денежную премию в размере 12 000 франков за новый метод сохранения продуктов. После 14 или 15 лет экспериментов Аппер представил свое изобретение и выиграл премию в январе 1810 года. [8] Позже в том же году Аппер опубликовал L'Art de conserver les substances animales et végétales (« Искусство сохранения животных и растительных веществ »). Это была первая кулинарная книга о современных методах сохранения продуктов питания. [9] [10]
La Maison Appert ' The House of Appert ' , в городе Масси , недалеко от Парижа, стал первым в мире заводом по розливу пищевых продуктов, [7] сохраняя разнообразные продукты в запечатанных бутылках. Аппер наполнял толстые, широкогорлые стеклянные бутылки продуктами самого разного рода, от говядины и птицы до яиц, молока и готовых блюд. Он оставлял воздушное пространство в верхней части бутылки, а затем пробку плотно запечатывал в банке с помощью тисков . Затем бутылку оборачивали холстом, чтобы защитить, пока ее окунали в кипящую воду, а затем кипятили столько времени, сколько Аппер считал необходимым для тщательного приготовления содержимого. Аппер запатентовал свой метод, иногда называемый в его честь апертизацией . [11]
Метод Апперта был настолько прост и работоспособен, что быстро стал широко распространенным. В 1810 году британский изобретатель и торговец Питер Дюран , также французского происхождения, запатентовал свой собственный метод, но на этот раз в жестяной банке , создав таким образом современный процесс консервирования продуктов. В 1812 году англичане Брайан Донкин и Джон Холл приобрели оба патента и начали производить консервы . Всего десятилетие спустя метод консервирования Апперта попал в Америку. [12] Производство жестяных банок не было распространено до начала 20-го века, отчасти потому, что для открытия банок требовались молоток и зубило, пока Роберт Йейтс не изобрел консервный нож в 1855 году. [7]
Менее агрессивный метод был разработан французским химиком Луи Пастером во время летних каникул 1864 года в Арбуа . [13] Чтобы устранить частую кислотность местных выдержанных вин , он экспериментально обнаружил, что достаточно нагреть молодое вино всего лишь до 50–60 °C (122–140 °F) на короткое время, чтобы убить микробы, и что вино впоследствии можно выдерживать без ущерба для конечного качества. [13] В честь Пастера этот процесс известен как пастеризация. [2] [14] Пастеризация изначально использовалась как способ предотвращения скисания вина и пива , [15] и прошло много лет, прежде чем молоко стали пастеризовать. [16] В Соединенных Штатах в 1870-х годах, до того, как молоко было регламентировано, было обычным делом содержать в молоке вещества, предназначенные для маскировки порчи. [17]
Молоко является прекрасной средой для роста микробов [18], и когда оно хранится при температуре окружающей среды, бактерии и другие патогены вскоре размножаются. [19] Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) утверждают, что неправильное обращение с сырым молоком является причиной почти в три раза большего числа госпитализаций, чем любой другой источник пищевых заболеваний, что делает его одним из самых опасных пищевых продуктов в мире. [20] [21] Болезни, которые можно предотвратить с помощью пастеризации, включают туберкулез , бруцеллез , дифтерию , скарлатину и лихорадку Ку ; она также убивает вредные бактерии Salmonella , Listeria , Yersinia , Campylobacter , Staphylococcus aureus и Escherichia coli O157:H7 [ 22] [23] и другие.
До индустриализации молочные коровы содержались в городских районах, чтобы ограничить время между производством молока и его потреблением, поэтому риск передачи заболеваний через сырое молоко был снижен. [24] По мере увеличения плотности городского населения и удлинения цепочек поставок из деревни в город сырое молоко (часто дневной давности) стало признаваться источником заболеваний. Например, между 1912 и 1937 годами около 65 000 человек умерли от туберкулеза, заразившись от потребления молока только в Англии и Уэльсе. [25] Поскольку туберкулез имеет длительный инкубационный период у людей, было трудно связать потребление непастеризованного молока с заболеванием. [26] В 1892 году химик Эрнст Ледерле экспериментально привил молоко от больных туберкулезом коров морским свинкам, что вызвало у них развитие заболевания. [27] В 1910 году Ледерле, тогда занимавший должность комиссара здравоохранения, ввел обязательную пастеризацию молока в Нью-Йорке . [27]
Развитые страны приняли пастеризацию молока для предотвращения таких заболеваний и гибели людей, и в результате молоко теперь считается более безопасной пищей. [28] Традиционная форма пастеризации путем ошпаривания и процеживания сливок для повышения сохраняемости масла практиковалась в Великобритании в 18 веке и была введена в Бостоне в британских колониях к 1773 году, [29] хотя она не была широко распространена в Соединенных Штатах в течение следующих 20 лет. Пастеризация молока была предложена Францем фон Сокслетом в 1886 году. [30] В начале 20 века Милтон Джозеф Розенау установил стандарты — то есть низкотемпературное, медленное нагревание при 60 °C (140 °F) в течение 20 минут — для пастеризации молока [31] [32], работая в Морской госпитальной службе Соединенных Штатов, в частности, в своей публикации «Молочный вопрос» (1912). [33] Вскоре в США начали приниматься законы об обязательной пастеризации молочных продуктов, первый из которых был принят в 1947 году, а в 1973 году федеральное правительство США потребовало пастеризации молока, используемого в любой межштатной торговле. [34]
Срок хранения охлажденного пастеризованного молока больше, чем у сырого молока . Например, высокотемпературное, кратковременное ( HTST ) пастеризованное молоко обычно имеет срок хранения в холодильнике от двух до трех недель, тогда как ультрапастеризованное молоко может храниться гораздо дольше, иногда от двух до трех месяцев. Когда ультрапастеризованное молоко сочетается со стерильной обработкой и технологией контейнеров (например, асептической упаковкой ), его можно хранить даже без охлаждения до 9 месяцев. [35]
По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний , в период с 1998 по 2011 год 79% вспышек заболеваний, связанных с молочными продуктами, в Соединенных Штатах были вызваны сырым молоком или сырными продуктами. [36] Они сообщают о 148 вспышках и 2384 заболеваниях (из которых 284 потребовали госпитализации), а также о двух случаях смерти из-за сырого молока или сырных продуктов за тот же период времени. [36]
Медицинское оборудование, особенно респираторное и анестезиологическое, часто дезинфицируется горячей водой в качестве альтернативы химической дезинфекции. Температура повышается до 70 °C (158 °F) на 30 минут. [37]
Пастеризация — это мягкая термическая обработка жидких пищевых продуктов (как упакованных, так и неупакованных), при которой продукты обычно нагреваются до температуры ниже 100 °C. Процесс термической обработки и охлаждения предназначен для предотвращения изменения фазы продукта. Кислотность пищи определяет параметры (время и температуру) термической обработки, а также продолжительность срока годности. Параметры также учитывают питательные и сенсорные качества, которые чувствительны к теплу.
В кислых продуктах ( pH <4,6), таких как фруктовый сок и пиво , тепловая обработка предназначена для инактивации ферментов (пектинметилэстераза и полигалактуроназа во фруктовых соках) и уничтожения микробов порчи (дрожжей и лактобактерий ). Из-за низкого pH кислых продуктов патогены не могут расти. Срок годности, таким образом, увеличивается на несколько недель. В менее кислых продуктах (pH >4,6), таких как молоко и жидкие яйца, тепловая обработка предназначена для уничтожения патогенов и организмов порчи (дрожжей и плесени). Не все организмы порчи уничтожаются при параметрах пастеризации, поэтому необходимо последующее охлаждение. [1]
Высокотемпературная кратковременная пастеризация (HTST), например, та, что используется для молока (71,5 °C (160,7 °F) в течение 15 секунд), обеспечивает безопасность молока и обеспечивает срок хранения в охлажденном виде около двух недель. При сверхвысокотемпературной пастеризации (UHT) молоко пастеризуется при 135 °C (275 °F) в течение 1–2 секунд, что обеспечивает тот же уровень безопасности, но вместе с упаковкой продлевает срок хранения до трех месяцев в охлажденном виде. [38]
Пищу можно пастеризовать как до, так и после упаковки в контейнеры. Для пастеризации продуктов в контейнерах обычно используется пар или горячая вода. Когда продукты упаковываются в стекло, используется горячая вода, чтобы избежать растрескивания стекла от теплового удара . При использовании пластиковой или металлической упаковки риск теплового удара невелик, поэтому используется пар или горячая вода. [1]
Большинство жидких продуктов пастеризуются с помощью непрерывного процесса, который пропускает продукты через зону нагрева, удерживающую трубку для поддержания температуры пастеризации в течение желаемого времени и зону охлаждения, после чего продукт заполняется в упаковку. Пластинчатые теплообменники часто используются для продуктов с низкой вязкостью , таких как молоко животных, ореховое молоко и соки. Пластинчатый теплообменник состоит из множества тонких вертикальных пластин из нержавеющей стали, которые отделяют жидкость от нагревающей или охлаждающей среды.
Кожухотрубчатые теплообменники часто используются для пастеризации пищевых продуктов, которые являются неньютоновскими жидкостями , такими как молочные продукты, томатный кетчуп и детское питание. Трубчатый теплообменник состоит из концентрических трубок из нержавеющей стали. Пища проходит через внутреннюю трубку или трубки, в то время как нагревающая/охлаждающая среда циркулирует через внешнюю трубку.
Скребковые теплообменники представляют собой тип кожухотрубчатых теплообменников, которые содержат внутренний вращающийся вал с подпружиненными лопастями, служащими для соскабливания любого высоковязкого материала, который скапливается на стенке трубки. [39]
Преимущества использования теплообменника для пастеризации продуктов перед упаковкой по сравнению с пастеризацией продуктов в контейнерах:
После нагрева в теплообменнике продукт проходит через удерживающую трубку в течение установленного периода времени для достижения требуемой обработки. Если температура или время пастеризации не достигаются, используется клапан перенаправления потока для перенаправления недообработанного продукта обратно в резервуар для сырого продукта. [40] Если продукт надлежащим образом обработан, он охлаждается в теплообменнике, затем заполняется.
Прямые микробиологические методы являются окончательным методом измерения уровня заражения патогенами, однако они требуют больших затрат средств и времени, а это означает, что к моменту проверки пастеризации срок годности продуктов сокращается.
В результате непригодности микробиологических методов эффективность пастеризации молока обычно контролируется проверкой наличия щелочной фосфатазы , которая денатурируется пастеризацией. Разрушение щелочной фосфатазы обеспечивает уничтожение распространенных молочных патогенов. Поэтому наличие щелочной фосфатазы является идеальным индикатором эффективности пастеризации. [41] [42] Для жидких яиц эффективность тепловой обработки измеряется остаточной активностью α-амилазы . [1]
В начале 20-го века не было надежных знаний о том, какие комбинации времени и температуры инактивируют патогенные бактерии в молоке, и поэтому использовался ряд различных стандартов пастеризации. К 1943 году как условия пастеризации HTST при 72 °C (162 °F) в течение 15 секунд, так и условия пастеризации партиями при 63 °C (145 °F) в течение 30 минут были подтверждены исследованиями полной тепловой смерти (насколько это было возможно измерить в то время) для ряда патогенных бактерий в молоке. [43] Позднее была продемонстрирована полная инактивация Coxiella burnetii (которая, как считалось в то время, вызывает лихорадку Ку при пероральном приеме инфицированного молока) [44] [45] , а также Mycobacterium tuberculosis (которая вызывает туберкулез ) [46] . Для всех практических целей эти условия были достаточны для уничтожения почти всех дрожжей , плесени и распространенных бактерий порчи , а также для обеспечения адекватного уничтожения распространенных патогенных, устойчивых к нагреванию организмов. Однако микробиологические методы, использовавшиеся до 1960-х годов, не позволяли подсчитать фактическое сокращение количества бактерий. Демонстрация степени инактивации патогенных бактерий путем пастеризации молока была получена в результате исследования выживших бактерий в молоке, которое было подвергнуто термической обработке после того, как в него намеренно добавили высокие уровни наиболее устойчивых к нагреванию штаммов наиболее значимых патогенов, передающихся через молоко. [47]
Средние значения log 10 снижения и температуры инактивации основных патогенов, передающихся через молоко, в течение 15-секундной обработки составляют:
(Уменьшение log 10 между 6 и 7 означает, что 1 бактерия из 1 миллиона (10 6 ) — 10 миллионов (10 7 ) бактерий выживает после лечения.)
В Кодексе гигиенической практики для молока Codex Alimentarius отмечается, что пастеризация молока предназначена для достижения по крайней мере 5 log 10 сокращения Coxiella burnetii . [48] В Кодексе также отмечается, что: «Минимальные условия пастеризации — это условия, имеющие бактерицидный эффект, эквивалентный нагреванию каждой частицы молока до 72 °C в течение 15 секунд (непрерывная поточная пастеризация) или 63 °C в течение 30 минут (партионная пастеризация)» и что «Чтобы гарантировать, что каждая частица достаточно нагрета, поток молока в теплообменниках должен быть турбулентным, т. е . число Рейнольдса должно быть достаточно высоким». Пункт о турбулентном потоке важен, поскольку упрощенные лабораторные исследования тепловой инактивации, которые используют пробирки без потока, будут иметь меньшую бактериальную инактивацию, чем более масштабные эксперименты, которые стремятся воспроизвести условия коммерческой пастеризации. [49]
В качестве меры предосторожности современные процессы пастеризации HTST должны быть спроектированы с ограничением скорости потока, а также с отводными клапанами, которые гарантируют, что молоко нагревается равномерно и что никакая часть молока не подвергается более короткому времени или более низкой температуре. Обычно температура превышает 72 °C на 1,5 °C или 2 °C. [49]
Пастеризация не является стерилизацией и не убивает споры. «Двойная» пастеризация, которая включает в себя вторичный процесс нагревания, может продлить срок годности, убивая проросшие споры. [50]
Принятие двойной пастеризации различается в зависимости от юрисдикции. В местах, где это разрешено, молоко изначально пастеризуется, когда его забирают с фермы, чтобы оно не испортилось до обработки. Во многих странах запрещается маркировать такое молоко как «пастеризованное», но разрешается маркировать его как «термизированное», что относится к процессу при более низкой температуре. [51]
Благодаря мягкой тепловой обработке пастеризация увеличивает срок годности на несколько дней или недель. [1] Однако эта мягкая тепловая обработка также означает, что в пищевых продуктах происходят лишь незначительные изменения термолабильных витаминов. [4]
Согласно систематическому обзору и метаанализу [52] , было обнаружено, что пастеризация, по-видимому, снижает концентрацию витаминов B12 и E , но также увеличивает концентрацию витамина A. Однако в обзоре было проведено лишь ограниченное исследование относительно того, насколько пастеризация влияет на уровни A, B12 и E. [52] Молоко не считается важным источником витаминов B12 или E в рационе питания североамериканцев, поэтому влияние пастеризации на ежедневное потребление этих витаминов взрослыми незначительно. [53] [54] Однако молоко считается важным источником витамина A, [55] и поскольку пастеризация, по-видимому, увеличивает концентрацию витамина A в молоке, влияние тепловой обработки молока на этот витамин не является серьезной проблемой общественного здравоохранения. [52] Результаты метаанализов показывают, что пастеризация молока приводит к значительному снижению витамина C и фолиевой кислоты , но молоко также не является важным источником этих витаминов. [55] [54] Значительное снижение концентрации витамина B2 было обнаружено после пастеризации. Витамин B2 обычно содержится в коровьем молоке в концентрации 1,83 мг/литр. Поскольку рекомендуемая суточная доза для взрослых составляет 1,1 мг/день, [53] потребление молока в значительной степени способствует рекомендуемой суточной норме потребления этого витамина. За исключением B2, пастеризация, по-видимому, не вызывает беспокойства в плане снижения пищевой ценности молока, поскольку молоко часто не является основным источником этих изученных витаминов в рационе питания североамериканцев.
Пастеризация также оказывает небольшое, но измеримое влияние на сенсорные свойства обрабатываемых пищевых продуктов. [1] Во фруктовых соках пастеризация может привести к потере летучих ароматических соединений. [4] Фруктовые соковые продукты проходят процесс деаэрации перед пастеризацией, что может быть причиной этой потери. Деаэрация также сводит к минимуму потерю питательных веществ, таких как витамин С и каротин . [1] Чтобы предотвратить снижение качества в результате потери летучих соединений, можно использовать рекуперацию летучих веществ, хотя это и затратно, для производства более качественных соковых продуктов. [4]
Что касается цвета, процесс пастеризации не оказывает большого влияния на пигменты, такие как хлорофиллы , антоцианы и каротиноиды в тканях растений и животных. Во фруктовых соках полифенолоксидаза (ПФО) является основным ферментом, ответственным за потемнение и изменение цвета. Однако этот фермент дезактивируется на этапе деаэрации перед пастеризацией с удалением кислорода. [4]
В молоке разница в цвете между пастеризованным и сырым молоком связана с этапом гомогенизации , который происходит перед пастеризацией. Перед пастеризацией молоко гомогенизируют для эмульгирования его жирных и водорастворимых компонентов, в результате чего пастеризованное молоко имеет более белый вид по сравнению с сырым молоком. [1] Для растительных продуктов деградация цвета зависит от температурных условий и продолжительности нагревания. [56]
Пастеризация может привести к некоторой потере текстуры в результате ферментативных и неферментативных преобразований в структуре пектина , если температура обработки в результате слишком высока. Однако при мягкой тепловой обработке пастеризацией размягчение тканей в овощах, вызывающее потерю текстуры, не вызывает беспокойства, пока температура не превысит 80 °C (176 °F). [56]
«Пастеризация» в широком смысле относится к любому методу, который уменьшает количество микробов на величину ( логарифмическое сокращение ), эквивалентную процессу Пастера. Были разработаны новые процессы, термические и нетермические, для пастеризации пищевых продуктов как способа снижения воздействия на питательные и сенсорные характеристики пищевых продуктов и предотвращения деградации термолабильных питательных веществ. Паскализация или обработка под высоким давлением (HPP), [1] [57] [58] импульсное электрическое поле (PEF), [1] [57] [58] ионизирующее излучение , гомогенизация под высоким давлением, УФ-деконтаминация, импульсный свет высокой интенсивности, лазер высокой интенсивности, импульсный белый свет, мощный ультразвук, осциллирующие магнитные поля, дуговой разряд высокого напряжения и стримерная плазма [57] [58] являются примерами этих нетермических методов пастеризации, которые в настоящее время используются в коммерческих целях.
Микроволновый объемный нагрев (MVH) — новейшая доступная технология пастеризации. Она использует микроволны для нагрева жидкостей, суспензий или полутвердых веществ в непрерывном потоке. Поскольку MVH равномерно и глубоко подает энергию во все тело текущего продукта, она обеспечивает более мягкий и короткий нагрев, так что почти все термочувствительные вещества в молоке сохраняются. [59]
[…] сакэ пастеризуется, и интересно отметить, что метод пастеризации впервые упоминается в 1568 г. в _Tamonin-nikki_, дневнике буддийского монаха, что указывает на то, что он практиковался в Японии примерно за 300 лет до Пастера. В Китае, первой стране в Восточной Азии, разработавшей форму пастеризации, самая ранняя запись о процессе, как говорят, датируется 1117 г.
Николя Аппер в 1810 году был, вероятно, первым человеком, […]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{citation}}
: |first=
имеет общее название ( помощь ){{citation}}
: |first=
имеет общее название ( помощь ){{cite book}}
: |website=
проигнорировано ( помощь ){{citation}}
: |first=
имеет общее название ( помощь )