I. целесообразность термической обработки пищевых продуктов
Абдижаппарова Б.Т.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Учебник
Шымкент, 2015
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ЮЖНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.АУЭЗОВА
Абдижаппарова Б.Т.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
УЧЕБНИК
для магистрантов специальности
6M072800 - Технология перерабатывающих производств
Шымкент, 2015
УДК 664
ББК 36
Абдижаппарова Б.Т. Термическая обработка пищевых продуктов / Учебник– Шымкент: Южно-Казахстанский государственный университет им.М. Ауэзова, 2015. – 144 с.
Учебник предназначен для магистрантов специальности 6М072800 – Технология перерабатывающих производств.
Учебник «Термическая обработка пищевых продуктов» освещает основные теоретические и практические аспекты в сфере термической обработки. При его составлении использованы материалы передовой зарубежной литературы в области пищевой инженерии.
Рецензенты: Ержанов Н.А. – к.т.н., директор Южно-Казахстанского
филиала АО "Национальный центр научно-технической
информации";
Жидебаева А.Н. – к.т.н., доцент Казахстанского инженерно-
педагогического университета дружбы народов;
Волненко А.Ф., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Технологичес-
кие машины и оборудование» ЮКГУ им. М. Ауэзова.
Учебник рекомендован к изданию Учебно-методическим советом ЮКГУ им.М.Ауэзова, протокол №__ от «___»_______ 2015 г.
© Южно-Казахстанский
государственный университет
им.М.Ауэзова
Оглавление
Введение. 9
I. ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 10
1.1 Вопросы безопасности и качества. 10
1.2 Принципы термической обработки. 10
1.3 Виды термической обработки. 11
1.4 Теплофизические свойства пищевых продуктов. 14
1.5 Влияние времени термообработки. Десятично снижаемое время. Инактивация при постоянной температуре. 16
1.6 Влияние температуры на термоустойчивость: показатель Z. 19
1.7 Влияние давления на термоустойчивость. 21
1.8 Время термической летальности F. 22
1.9 Вероятность порчи продукта. 25
2. ПАСТЕРИЗАЦИЯ И СТЕРИЛИЗАЦИЯ.. 27
2.1 Микробиологические и термофизические основы пастеризации и стерилизации 27
2.1.1 Факторы, определяющие выбор температуры стерилизации. 27
2.1.2 Факторы, определяющие время стерилизации. 29
2.1.3 Факторы, влияющие на время проникновения теплоты в глубину продукта 30
2.2 Физические параметры процесса стерилизации. 34
2.2.1 Давление в консервной таре при стерилизации. 35
2.2.2 Меры, позволяющие уменьшить давление в консервной таре при стерилизации 38
2.3 Изменения, происходящие в продуктах при пастеризации. 39
2.5 Изменения, происходящие в продуктах при стерилизации. 40
2.6 Расчет продолжительности стерилизации. 41
2.6.1 Усовершенствованный общий метод. 42
2.6.2 Математический метод или метод формулы.. 44
2.6.3 Номограммный метод. 46
2.7 Тепловая устойчивость микроорганизмов. 47
2.7.1 Истинная тепловая устойчивость микроорганизмов. 47
2.7.2 Микроорганизмы с очень высокой термоустойчивостью.. 48
2.7.3 Микроорганизмы со средней термоустойчивостью.. 48
2.7.4 Микроорганизмы с низкой термоустойчивостью.. 49
2.7.5 Условия роста клеток и спор перед тепловой обработкой. 49
2.7.6 Условия роста клеток и спор во время тепловой обработки. 49
2.8 Термическая инактивация ферментов. 49
2.9 Оптимизация процессов термической обработки. 51
2.10 Оценка значений F0 51
2.11 Альтернативные способы консервирования. 52
2.12 Техническое оснащение. 53
2.12.1 Оборудование для пастеризации. 53
2.12.2 Оборудование для промышленной стерилизации. 56
III. БЛАНШИРОВАНИЕ И УЛЬТРАВЫСОКОТЕМПЕРАТУР-НАЯ ОБРАБОТКА 60
3.1 Бланширование. 60
3.2 Влияние бланширования на пищевые продукты.. 61
3.3 Оборудование для бланширования. 62
3.4 Ультравысокотемпературная обработка. 63
3.4.1 Нагрев жидкого продукта. 63
3.4.1.1 Впрыскивание пара. 64
3.4.1.2 Нагнетание пара. 65
3.4.2 Нагрев твердого продукта. 67
IV. СУШКА.. 69
4.1 Виды связи влаги в материале. 69
4.1.1 Химическая связь. 70
4.1.2 Физико-химическая связь. 71
4.1.3 Механическая связь. 72
4.2 Термодинамические свойства паровоздушных смесей и твердо-влажных материалов 73
4.2.1 Свойства воздуха как сушильного агента. 73
4.2.2 Активность воды.. 76
4.2.3 Равновесное влагосодержание и изотермы сорбции. 79
4.2.4 Моделирование изотерм сорбции. 83
4.3 Кривая сушки и ее анализ. 84
4.4 Факторы, влияющие на процесс сушки. 90
4.5 Изменение продуктов в процессе сушки. 92
4.6 Классификация способов сушки. 95
4.7 Конструкции сушилок. 97
4.7.1 Полочные или шкафные сушилки. 97
4.7.2 Туннельные сушилки. 98
2.7.3 Пеносушилки (сушилки со взрыванием) 99
2.7.4 Сушилки с «кипящим слоем». 99
4.7.5 Распылительные сушилки. 100
4.7.6 Сублимационные сушилки. 101
4.7.8 Вакуумно-атмосферные сушилки. 102
4.8 Тепло и массообмен процесса сушки. 104
4.9 Материальный и тепловой баланс процесса сушки. 104
V. БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОДУКТОВ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ. 107
5.1 Положительный эффект влияния термической обработки на пищевые продукты 107
5.2 Отрицательный эффект влияния термической обработки на пищевые продукты 107
5.2.1 Витамины.. 107
5.2.2 Белковые вещества. 111
VI. ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ. 113
6.1 Микроволновый нагрев пищевых продуктов 113
6.1.1 Генерация микроволн. 114
6.1.2 Энергия превращения и скорость нагрева. 115
6.1.3 Микроволновая обработка пищевых продуктов 117
6.1.3.1 Микроволновая выпечка. 117
6.1.3.2 Микроволновая сушка. 118
6.1.3.3 Микроволновое оттаивание и темперирование (закалка) 119
6.1.3.4 Микроволновая пастеризация и стерилизация. 120
6.1.3.5 Микроволновое обжаривание. 121
6.1.3.6 Микроволновое бланширование. 121
6.2 Радиочастотная обработка 122
6.2.1 Диэлектрический нагрев. 123
6.2.2 Механизм нагрева радиочастотами. 125
6.2.3 Свойства материалов. 126
6.2.4 Применение радиочастотного нагрева. 127
6.2.4.1 Термическая обработка пищевых продуктов. 127
6.2.4.2 Термическая обработка семян. 128
6.2.4.3 Дезинсекция продукта. 129
6.2.4.4 Радиочастотная сушка. 129
6.3 Омический нагрев 131
6.4 Ионизирующее облучение (радиационная обработка) пищевых продуктов 136
6.4.1 Действие ионизирующего облучения. 136
6.4.2 Источники ионизирующего облучения. 136
6.4.2 Радиационная дозиметрия. 137
6.4.3 Область применения ионизирующего облучения (радиации) 137
6.4.4 Влияние ионизирующего облучения (радиации) на микроорганизмы.. 138
6.4.5 Влияние ионизирующего облучения (радиации) на компоненты пищи. 141
Использованная литература. 143
Введение
Тепловая обработка играет важную роль в переработке пищевых продуктов. Пищевые продукты подвергаются термической обработке по ряду причин, главная из которых это инактивация патогенных микроорганизмов, ведущих к порче продукции. Продукты могут подвергаться термической обработке для инактивации ферментов, чтобы избежать побурения мякоти плодов, вызываемой полифенолоксидазой, а также уменьшить вкусовые изменения, происходящие за счет липазы и протеолитической активности. Процесс тепловой обработки пищи влечет за собой физические и химические изменения, такие как клейстеризация крахмала, денатурация белков, побурение, которые, в свою очередь, будут влиять положительно или отрицательно на органолептические характеристики, такие как цвет, вкус, текстура продукта. Нагревание также способствует изменению пищевой ценности продукта.
Термические процессы значительно варьируются в зависимости от их интенсивности, температуры – от таких «мягких» процессов, как термизация (выдержка при определенной температуре) и пастеризация до более «жесткого» процесса как стерилизации в таре. Жесткость или интенсивность процесса влияет на срок хранения и другие качественные характеристики пищевых продуктов. Поскольку пищевые продукты, подвергаемые термической обработке, могут быть жидкими или твердыми, передача теплоты может осуществляться кондуктивным или конвективным способом. При этом необходимо иметь в виду, что твердые пищевые продукты в отличие от жидких являются плохими проводниками.
Учебник «Термическая обработка пищевых продуктов» освещает основные положения данной тематики исследований. При его составлении использованы материалы передовой зарубежной литературы в области пищевой инженерии. Учебник предназначен для обучающихся магистратуры по образовательной программе «Пищевая инженерия и безопасность продовольственных продуктов» (специальность «Технология перерабатывающих производств»). Образовательная программа «Пищевая инженерия и безопасность продовольственных продуктов» разработана по Единой программе преобразований в области высшего и послевузовского образования Республики Казахстан в рамках ГПИИР-2 (Государственная программа индустриально-инновационного развития Республики Казахстан) на 2015-2017 годы, Данный учебник также полезен для студентов и магистрантов других специальностей пищевого профиля.
При написании разделов учебника 1-4 также были использованы материалы университета Гент (Бельгия) по модулю «Food processing» на 2009-2010 учебный год (департамент пищевой безопасности и качества, лаборатория пищевой технологии и инженерии).
I. ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Вопросы безопасности и качества
Безопасность и качество пищевых продуктов являются важными аспектами, связанными с их термической обработкой. Главной проблемой безопасности пищевых продуктов является инактивация патогенных микрооогранизмов, которые характеризуются большой стойкостью к тепловому воздействию. Некоторые из них, такие, как Campylobacter, Salmonella, Lysteria, Escherichia coli 0157, термолабильны и инактивируются при пастеризации. Другие, такие как Bacillus cereus, которые устойчивы к пастеризации и могут размножаться при низких температурах, имеют более высокую тепловую устойчивость. Споры патогенных бактерий Clostridium botulinum наиболее устойчивы к высоким температурам. Помимо вышеуказанных патогенов, необходимо инактивировать микроорганизмы, вызывающие пищевые отравления, такие как дрожжи, плесени, газо- и кислотообразующие бактерии, стойкость к воздействию температур у которых различная. Наиболее устойчивы к высоким температурам споры Bacillus stearothermophilus. Устойчивость к действию температур для всех микроорганизмов меняется в зависимости от внешних условий, например, рН, активности воды, изменения химического состава. Поэтому очень важно знать вид микрофлоры, населяемой продукты, подвергающиеся тепловой обработке. После тепловой обработки важно избегать загрязнения продуктов, для чего необходимо исключить контакт сырья и готовой продукции.
Проблемы безопасности пищевых продуктов могут быть связаны также с природными токсинами, пестицидами, гербицидами, антибиотиками и гормонами, загрязнителями из окружающей среды.
Проблемы качества пищевых продуктов связаны с минимизацией химического воздействия и потерь питательных веществ, а также с сохранением органолептических показателей, приемлемых для потребителей. Также могут рассматриваться проблемы качества пищевых продуктов, обусловленные действиями ферментов.
Следует отметить, что между проблемами качества и безопасности может возникнуть конфликт. Например, при более жестких температурных условиях обеспечивается инактивация ферментов и безопасность пищевых продуктов, однако при этом качество продукта значительно ухудшается [1].