В области пищевой промышленности пастеризация ( также пастеризация ) — это процесс консервирования пищевых продуктов, при котором упакованные и неупакованные продукты (например, молоко и фруктовые соки ) подвергаются умеренному нагреву, обычно при температуре ниже 100 °C (212 °F). , чтобы устранить болезнетворные микроорганизмы и продлить срок годности . Пастеризация либо уничтожает, либо дезактивирует микроорганизмы и ферменты , которые способствуют порче пищевых продуктов или риску заболеваний, включая вегетативные бактерии , но большинство бактериальных спор выживают в этом процессе. [1] [2]
Процесс пастеризации назван в честь французского микробиолога Луи Пастера , чьи исследования в 1860-х годах показали, что термическая обработка дезактивирует нежелательные микроорганизмы в вине . [2] [3] Ферменты порчи также инактивируются во время пастеризации. Сегодня пастеризация широко используется в молочной и других отраслях пищевой промышленности для обеспечения сохранности и безопасности пищевых продуктов . [3]
К 1999 году большинство жидких продуктов подвергалось термической обработке в системе непрерывного действия, где тепло можно было применять с помощью теплообменника или прямого или косвенного использования горячей воды и пара. Из-за умеренного тепла происходят незначительные изменения в питательных качествах и сенсорных характеристиках обработанных продуктов. [4] Паскализация или обработка высоким давлением (HPP) и импульсное электрическое поле (PEF) — это нетермические процессы, которые также используются для пастеризации пищевых продуктов. [1]
Процесс нагревания вина для консервации известен в Китае с 1117 года нашей эры и документирован в Японии в дневнике Тамонин-никки , написанном группой монахов между 1478 и 1618 годами .
Намного позже, в 1768 году, исследования итальянского священника и учёного Лаццаро Спалланцани доказали, что продукт можно сделать «стерильным» после термической обработки. Спалланцани варил мясной бульон в течение часа, закрывал емкость сразу после закипания и заметил, что бульон не испортился и не содержал микроорганизмов. [2] [6] В 1795 году парижский шеф-повар и кондитер по имени Николя Апперт 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 поставил в кипящую воду. [7] В том же году французские военные предложили денежную премию в размере 12 000 франков за новый метод сохранения продуктов питания. После примерно 14 или 15 лет экспериментов Апперт представил свое изобретение и получил премию в январе 1810 года . "). Это была первая в своем роде кулинарная книга, посвященная современным методам консервирования продуктов питания. [9] [10]
La Maison Appert (англ. The House of Appert ) в городе Масси, недалеко от Парижа, стала первой в мире фабрикой по розливу пищевых продуктов, [7] сохраняющей разнообразные продукты в запечатанных бутылках. Метод Апперта заключался в том, чтобы наполнять толстые стеклянные бутылки с большим горлышком продуктами любого вида: от говядины и птицы до яиц, молока и готовых блюд. Он оставлял воздушное пространство в верхней части бутылки, и затем пробка плотно закрывалась в банке с помощью тисков . Затем бутылку обернули брезентом, чтобы защитить ее, пока ее опускали в кипящую воду, а затем кипятили столько времени, сколько Апперт счел необходимым для тщательного приготовления содержимого. Апперт запатентовал свой метод, который в его честь иногда называют аппертизацией . [11]
Метод Апперта был настолько прост и работоспособен, что быстро получил широкое распространение. В 1810 году британский изобретатель и купец Питер Дюран , также французского происхождения, запатентовал свой собственный метод, но на этот раз в консервной банке , создав таким образом современный процесс консервирования пищевых продуктов. В 1812 году англичане Брайан Донкин и Джон Холл приобрели оба патента и начали производить консервы . Всего десять лет спустя метод консервирования Апперта добрался до Америки. [12] [ нужна полная цитата ] Производство консервных банок не было обычным явлением до начала 20-го века, отчасти потому, что для открытия банок требовались молоток и долото до изобретения консервного ножа Робертом Йейтсом в 1855 году. [7]
Менее агрессивный метод был разработан французским химиком Луи Пастером во время летних каникул 1864 года [13] в Арбуа . Чтобы исправить частую кислотность местных выдержанных вин , он экспериментально обнаружил, что достаточно на короткое время нагреть молодое вино примерно до 50–60 °C (122–140 °F), чтобы убить микробы, и что впоследствии вино можно было выдерживать без ущерба для конечного качества. [13] В честь Пастера этот процесс известен как «пастеризация». [2] [14] Первоначально пастеризация использовалась как способ предотвращения скисания вина и пива , [15] и прошло много лет, прежде чем молоко стало пастеризоваться. [ нужна цитата ] В Соединенных Штатах в 1870-х годах, до того, как молоко стало регулироваться, молоко обычно содержало вещества, предназначенные для маскировки порчи. [16]
Молоко является отличной средой для роста микробов [17] , и когда оно хранится при температуре окружающей среды, бактерии и другие патогены быстро размножаются. [18] Центры по контролю заболеваний США (CDC) утверждают, что неправильное обращение с сырым молоком является причиной почти в три раза большего количества госпитализаций, чем любой другой источник заболеваний пищевого происхождения, что делает его одним из самых опасных пищевых продуктов в мире. [19] [20] Заболевания, предотвращаемые пастеризацией, могут включать туберкулез , бруцеллез , дифтерию , скарлатину и Ку-лихорадку ; он также убивает вредные бактерии Salmonella , Listeria , Yersinia , Campylobacter , Staphylococcus aureus и Escherichia coli O157:H7 , [21] [22] среди других.
До индустриализации молочных коров держали в городских районах, чтобы ограничить время между производством и потреблением молока, следовательно, риск передачи заболеваний через сырое молоко был снижен. [23] Поскольку плотность городов увеличилась, а цепочки поставок удлинились на расстояние от страны к городу, сырое молоко (часто выдержанное несколько дней) стало признанным источником болезней. Например, в период с 1912 по 1937 год только в Англии и Уэльсе от туберкулеза, заразившегося в результате употребления молока, умерло около 65 000 человек. [24] Поскольку туберкулез имеет длительный инкубационный период у людей, было трудно связать потребление непастеризованного молока с заболеванием. [25] В 1892 году химик Эрнст Ледерле экспериментально привил молоко больных туберкулезом коров морским свинкам, что вызвало у них развитие заболевания. [26] В 1910 году Ледерле, тогда занимавший должность комиссара здравоохранения, ввёл обязательную пастеризацию молока в Нью-Йорке . [26]
Развитые страны приняли пастеризацию молока, чтобы предотвратить такие заболевания и гибель людей, и в результате молоко теперь считается более безопасной пищей. [27] Традиционная форма пастеризации путем ошпаривания и процеживания сливок для повышения сохраняемости сливочного масла практиковалась в Великобритании в 18 веке и была введена в Бостоне в британских колониях к 1773 году, [28] хотя она не получила широкого распространения. практиковался в США в течение следующих 20 лет. Пастеризация молока была предложена Францем фон Сокслетом в 1886 году . [29] В начале 20 века Милтон Джозеф Розенау установил стандарты – т.е. низкотемпературное медленное нагревание при 60 °C (140 °F) в течение 20 минут – для пастеризация молока [30] [31] в Службе морских больниц США, особенно в его публикации «Молочный вопрос» (1912). [32] Вскоре штаты США начали принимать 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 торговле между штатами. [33]
Срок хранения охлажденного пастеризованного молока больше, чем у сырого молока . Например, молоко, пастеризованное при высокой температуре и кратковременном хранении ( HTST ), 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 ультратермическая обработка ( UHT ) сочетается с технологией стерильного обращения и тары (например, асептической упаковки ), ее можно хранить даже без охлаждения до 9 месяцев. [34]
По данным Центров по контролю заболеваний , в период с 1998 по 2011 год 79% вспышек заболеваний, связанных с молочными продуктами, в США были вызваны сырым молоком или сырными продуктами. [35] Они сообщают о 148 вспышках и 2384 заболеваниях (284 из которых требуют госпитализации), а также о двух смертельных случаях из-за сырого молока или сырных продуктов за тот же период. [35]
Медицинское оборудование, особенно респираторное и наркозное оборудование, часто дезинфицируют горячей водой в качестве альтернативы химической дезинфекции. Температуру повышают до 70 °C (158 °F) на 30 минут. [36]
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 фазового перехода продукта. Кислотность пищевых продуктов определяет параметры (время и температуру) термической обработки, а также продолжительность срока хранения . Параметры также учитывают питательные и сенсорные качества, чувствительные к теплу.
В кислых продуктах ( рН <4,6), таких как фруктовые соки и пиво , термическая обработка предназначена для инактивации ферментов (пектинметилэстераза и полигалактуроназа во фруктовых соках) и уничтожения микробов, вызывающих порчу (дрожжей и лактобактерий ). Из-за низкого pH кислых продуктов болезнетворные микроорганизмы не могут расти. Таким образом срок годности продлевается на несколько недель. В менее кислых продуктах (pH > 4,6), таких как молоко и жидкие яйца, термическая обработка предназначена для уничтожения болезнетворных микроорганизмов и организмов, вызывающих порчу (дрожжей и плесени). Не все организмы, вызывающие порчу, уничтожаются при параметрах пастеризации, поэтому необходимо последующее охлаждение. [1]
Кратковременная высокотемпературная (HTST) пастеризация, например, используемая для молока (71,5 °C (160,7 °F) в течение 15 секунд), обеспечивает безопасность молока и обеспечивает срок хранения в холодильнике примерно две недели. При сверхвысокой температуре (УВТ) пастеризации молоко пастеризуют при температуре 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 при охлаждение. [37]
Пищевые продукты можно пастеризовать как до, так и после упаковки в контейнеры. Для пастеризации пищевых продуктов в контейнерах обычно используется пар или горячая вода. Когда продукты упаковываются в стекло, используется горячая вода, чтобы избежать растрескивания стекла от термического удара . При использовании пластиковой или металлической упаковки риск термического удара невелик, поэтому используется пар или горячая вода. [1]
Большинство жидких пищевых продуктов пастеризуются с помощью непрерывного процесса, в ходе которого продукты проходят через зону нагрева, трубку для поддержания температуры пастеризации в течение желаемого времени и зону охлаждения, после чего продукт расфасовывают 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 нагревательной или охлаждающей среды.
Кожухотрубные теплообменники часто используются для пастеризации пищевых продуктов, являющихся неньютоновскими жидкостями , таких как молочные продукты, томатный кетчуп и детское питание. Трубчатый теплообменник состоит из концентрических трубок из нержавеющей стали. Пища проходит через внутреннюю трубку или трубки, а нагревающая/охлаждающая среда циркулирует через внешнюю трубку.
Скребковые теплообменники представляют собой тип кожухотрубных теплообменников, которые содержат внутренний вращающийся вал с подпружиненными лопастями, которые служат для соскабливания любого высоковязкого материала, скапливающегося на стенках трубки. [38]
Преимущества использования теплообменника для пастеризации пищевых продуктов перед упаковкой по сравнению с пастеризацией пищевых продуктов в контейнерах:
После нагрева в теплообменнике продукт проходит через выдержку в течение заданного периода времени для достижения необходимой обработки. Если температура или время пастеризации не достигнуты, используется клапан отклонения потока для направления недообработанного продукта обратно в резервуар для сырого продукта. [39] Если продукт надлежащим образом обработан, его охлаждают в теплообменнике, а затем разливают.
Прямые микробиологические методы являются окончательным методом измерения загрязнения патогенами, но они являются дорогостоящими и отнимают много времени, а это означает, что к моменту подтверждения пастеризации срок годности продуктов сокращается.
Из-за непригодности микробиологических методов эффективность пастеризации молока обычно контролируют путем проверки наличия щелочной фосфатазы , которая денатурируется при пастеризации. Разрушение щелочной фосфатазы обеспечивает уничтожение распространенных молочных возбудителей. Следовательно, наличие щелочной фосфатазы является идеальным показателем эффективности пастеризации. [40] [41] Для жидких яиц эффективность термической 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, 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 периодической пастеризации при 63 °C (145 °F) в течение 30 минут были подтверждены исследованиями полной термической гибели (как лучшее, что можно было измерить в то время) для ряда патогенных бактерий в молоке. [42] Позже была продемонстрирована полная инактивация Coxiella burnetii (которая в то время считалась причиной лихорадки Ку при пероральном приеме зараженного молока) [43] [44] , а также микобактерии туберкулеза (вызывающей туберкулез ) [45] . Для всех практических целей эти условия были достаточны для уничтожения почти всех дрожжей , плесени и обычных бактерий, вызывающих порчу , а также для обеспечения адекватного уничтожения обычных патогенных, термостойких организмов. Однако микробиологические методы, использовавшиеся до 1960-х годов, не позволяли подсчитать фактическое сокращение количества бактерий. Степень инактивации патогенных бактерий при пастеризации молока была продемонстрирована в ходе исследования выживших бактерий в молоке, которое подверглось термической обработке после преднамеренного добавления высоких уровней наиболее термостойких штаммов наиболее значимых молочных патогенов. [46]
Среднее log 10- снижение и температура инактивации основных патогенов, передающихся с молоком, в течение 15-секундной обработки составляют:
(Уменьшение log 10 между 6 и 7 означает, что 1 бактерия из 1 миллиона (10 6 ) до 10 миллионов (10 7 ) бактерий выживает при лечении.)
В Кодексе гигиены молока Кодекса Алиментариус отмечается, что пастеризация молока предназначена для достижения снижения Coxiella burnetii как минимум на 5 log 10 . [47] В Кодексе также отмечается, что: «Минимальными условиями пастеризации являются те, которые обладают бактерицидным действием, эквивалентным нагреванию каждой частицы молока до 72 °C в течение 15 секунд (пастеризация в непрерывном потоке) или до 63 °C в течение 30 минут (периодическая пастеризация). и что «Чтобы обеспечить достаточный нагрев каждой частицы, поток молока в теплообменниках должен быть турбулентным , т.е. число Рейнольдса должно быть достаточно высоким». Вопрос о турбулентном потоке важен, потому что упрощенные лабораторные исследования тепловой инактивации, в которых используются пробирки без потока, будут иметь меньшую инактивацию бактерий, чем крупномасштабные эксперименты, которые стремятся воспроизвести условия коммерческой пастеризации. [48]
В качестве меры предосторожности современные процессы HTST-пастеризации должны быть спроектированы с ограничением скорости потока, а также с отводными клапанами, которые обеспечивают равномерный нагрев молока и отсутствие воздействия более короткого времени или более низкой температуры на какую-либо часть молока. Обычно температура превышает 72 °C на 1,5 или 2 °C. [48]
Пастеризация не является стерилизацией и не убивает споры. «Двойная» пастеризация, включающая процесс вторичного нагревания, может продлить срок хранения, убивая проросшие споры. [49]
Принятие двойной пастеризации зависит от юрисдикции. В тех местах, где это разрешено, молоко при сборе с фермы изначально пастеризуют, чтобы оно не испортилось перед переработкой. Многие страны запрещают маркировку такого молока как «пастеризованного», но разрешают маркировать его как «термизированное», что означает процесс при более низкой температуре. [50]
Благодаря мягкой термической обработке пастеризация увеличивает срок хранения на несколько дней или недель. [1] Однако такое мягкое тепло также означает лишь незначительные изменения в термолабильных витаминах в продуктах. [4]
Согласно систематическому обзору и метаанализу [51] было обнаружено, что пастеризация снижает концентрацию витаминов B12 и E , но также увеличивает концентрацию витамина A. Однако в обзоре было лишь ограниченное исследование того, насколько пастеризация влияет на уровни A, B12 и E. [51] Молоко не считается важным источником витаминов B12 или E в рационе Северной Америки, поэтому влияние пастеризации на ежедневное потребление этих витаминов взрослыми людьми незначительно. [52] [53] Однако молоко считается важным источником витамина А, [54] и поскольку пастеризация, по-видимому, увеличивает концентрацию витамина А в молоке, влияние термической обработки молока на этот витамин не является серьезной проблемой общественного здравоохранения. . [51] Результаты метаанализа показывают, что пастеризация молока приводит к значительному снижению содержания витамина С и фолиевой кислоты , но молоко также не является важным источником этих витаминов. [54] [53] После пастеризации было обнаружено значительное снижение концентрации витамина B2 . Витамин B2 обычно содержится в коровьем молоке в концентрации 1,83 мг/литр. Поскольку рекомендуемая суточная доза для взрослых составляет 1,1 мг/день, [52] потребление молока в значительной степени способствует рекомендуемой суточной дозе этого витамина. За исключением B2, пастеризация, по-видимому, не снижает пищевую ценность молока, поскольку молоко часто не является основным источником этих изученных витаминов в рационе Северной Америки.
Пастеризация также оказывает небольшое, но измеримое влияние на органолептические свойства обрабатываемых пищевых продуктов. [1] Пастеризация фруктовых соков может привести к потере летучих ароматических соединений. [4] Фруктовые соки перед пастеризацией подвергаются процессу деаэрации , что может быть причиной этих потерь. Деаэрация также сводит к минимуму потерю питательных веществ, таких как витамин С и каротин . [1] Чтобы предотвратить снижение качества в результате потери летучих соединений, восстановление летучих веществ, хотя и дорогостоящее, может быть использовано для производства соковой продукции более высокого качества. [4]
Что касается цвета, то процесс пастеризации не оказывает большого влияния на пигменты, такие как хлорофиллы , антоцианы и каротиноиды , в тканях растений и животных. Во фруктовых соках полифенолоксидаза (PPO) является основным ферментом, ответственным за потемнение и изменение цвета. Однако этот фермент деактивируется на этапе деаэрации перед пастеризацией с удалением кислорода. [4]
В молоке разница в цвете пастеризованного и сырого молока связана со стадией гомогенизации , которая происходит перед пастеризацией. Перед пастеризацией молоко гомогенизируют для эмульгирования его жировых и водорастворимых компонентов, в результате чего пастеризованное молоко становится более белым по сравнению с сырым молоком. [1] Ухудшение цвета растительных продуктов зависит от температурных условий и продолжительности нагревания. [55]
Пастеризация может привести к некоторой потере текстуры в результате ферментативных и неферментативных преобразований в структуре пектина , если в результате температура обработки окажется слишком высокой. Однако при мягкой пастеризации при термической обработке размягчение тканей овощей, вызывающее потерю текстуры, не вызывает беспокойства, пока температура не поднимается выше 80 °C (176 °F). [55]
«Пастеризация» в широком смысле относится к любому методу, который уменьшает количество микробов на величину ( логарифм снижения ), 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 разложения термолабильных питательных веществ. Паскализация или обработка высоким давлением (HPP), [1] [56] [57] импульсное электрическое поле (PEF), [1] [56] [57] ионизирующее излучение , гомогенизация под высоким давлением, УФ-обеззараживание, импульсный свет высокой интенсивности, высокая Интенсивный лазер, импульсный белый свет, мощный ультразвук, колеблющиеся магнитные поля, дуговой разряд высокого напряжения и стримерная плазма [56] [57] являются примерами этих методов нетермической пастеризации, которые в настоящее время используются в коммерческих целях.
Микроволновое объемное нагревание (MVH) — это новейшая технология пастеризации. Он использует микроволны для нагрева жидкостей, суспензий или полутвердых веществ в непрерывном потоке. Поскольку MVH доставляет энергию равномерно и глубоко во все тело текучего продукта, он обеспечивает более мягкий и короткий нагрев, благодаря чему почти все термочувствительные вещества в молоке сохраняются. [58]
[…] сакэ пастеризуется, и интересно отметить, что техника пастеризации впервые упоминается в 1568 году в «Тамонин-никки», дневнике буддийского монаха, что указывает на то, что она практиковалась в Японии примерно за 300 лет до Пастера. В Китае, первой стране в Восточной Азии, которая разработала форму пастеризации, самые ранние упоминания об этом процессе датируются 1117 годом.
Николя Апперт в 1810 году был, вероятно, первым человеком, […]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{citation}}
: |first=
имеет общее имя ( справка ){{citation}}
: |first=
имеет общее имя ( справка ){{cite book}}
: |website=
игнорируется ( помощь ){{citation}}
: |first=
имеет общее имя ( справка )