При хранении продовольственных товаров происходят различные изменения в их составе и качестве. Их можно замедлить, сильно затормозить, но полностью избежать нельзя. По своему характеру эти изменения могут быть биохимическими, микробиологическими, химическими и физическими. Так, для плодов, овощей, зерна большое значение имеют биохимические процессы, главным образом дыхание; для сахара, крахмала и кондитерских изделий – физические и химические процессы и в малой степени биохимические; в консервированных товарах все процессы замедлены, а биохимические и микробиологические благодаря специальной обработке и герметической таре практически приостановлены.
Во всех случаях знание процессов, происходящих в товарах при хранении, позволит ими управлять и максимально использовать современные методы хранения.
2.1.1. Процессы при хранении продовольственных товаров
Все физические процессы протекают под действием факторов внешней среды. К основным физическим изменениям, протекающим в пищевых продуктах, относят увлажнение и высыхание. Эти процессы изменяют состояние и свойства продуктов, а также влияют на активность химических и биохимических процессов. Усыхание и увлажнение приводят к потемнению массы продукта. Замедлить эти изменения можно соблюдением соответствующих температурных режимов.
Вода в пищевых продуктах играет важную роль, так как обусловливает консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость продукта при хранении.
Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и микробиологическим изменениям в продукте. В обеспечении устойчивости при хранении пищевого продукта важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.
Свободная влага – это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.
Связанная влага – это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами (белками, липидами и углеводами) химическими и физическими связями. Она существует вблизи растворенного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную молекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от свойств общей массы воды в той же системе, и не замерзает при –4 °С. Действительное содержание связанной влаги изменяется в зависимости от вида продукта.
Большая часть воды в продукте может быть превращена в лед при –5 °С, а полное замерзание наступает при –50 °С и ниже. Однако определенная доля прочно связанной влаги не замерзает даже при температуре –60 °С.
Наиболее прочно связанной является так называемая органически связанная вода. Она представляет собой очень малую часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов. Другой весьма прочно связанной водой является близлежащая влага, представляющая собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента. Вода, ассоциированная таким образом с ионами и ионными группами, является наиболее прочно связанным типом близлежащей воды. К монослою примыкает мультислойная вода, образующая несколько слоев за близлежащей водой. Хотя мультислой – это менее прочно связанная влага, чем близлежащая влага, она все же еще достаточно тесно связана с неводным компонентом, поэтому ее свойства существенно отличаются от чистой воды.
В пищевых продуктах имеется также вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала могут физически удерживать большие количества воды.
Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии, но в технологических процессах обработки она ведет себя, почти как чистая вода. Ее, например, можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании. Таким образом, свойства этой воды как свободной несколько ограничены, но ее молекулы ведут себя подобно водным молекулам в разбавленных солевых растворах.
Именно эта вода составляет главную часть воды в клетках и гелях, и изменение ее количества существенно влияет на качество пищевых продуктов. Например, хранение гелей часто приводит к потере их качества из-за потери этой воды (так называемого синерезиса). Консервирование замораживанием тканей часто приводит к нежелательному уменьшению способности к удерживанию воды в процессе оттаивания.
Существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.
Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. В частности, было установлено, что при этом имеет значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами: вода, которая сильнее связана, в меньшей степени способна поддержать процессы, разрушающие (портящие) пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.
При одном и том же содержании влаги пищевые продукты могут по-разному храниться, это связано с показателем активность воды (аw).
Активность воды (aw) – это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при той же температуре:
aw = Pw/P0 = POB/100,
где Pw – давление водяного пара в системе пищевого продукта;
Ро – давление пара чистой воды; РОВ – относительная влажность в состоянии равновесия, при которой продукт не впитывает влагу и не теряет ее в атмосферу, %.
Активность воды может быть измерена и использована для оценки состояния воды в пищевых продуктах и ее причастности к химическим и биохимическим изменениям. По величине активности воды выделяют: продукты с высокой влажностью (aw составляет 1,0–0,9); продукты с промежуточной влажностью (aw составляет 0,9–0,6); продукты с низкой влажностью (aw составляет 0,6–0,0).
Стабильность пищевых продуктов и активность воды тесно связаны.
В продуктах с низкой влажностью могут происходить окисление жиров, неферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Активность микроорганизмов здесь подавлена. При хранении пищевых продуктов активность воды оказывает влияние на жизнеспособность микроорганизмов. Поэтому активность воды в продукте имеет значение для предотвращения его микробиологической порчи.
Для большинства химических реакций большая или максимальная скорость имеет место, как правило, в области aw, характерной для продуктов с промежуточной влажностью (0,7–0,9).
Ферментативные реакции могут протекать при более высоком содержании влаги, чем влага монослоя, т.е. тогда, когда есть свободная вода. Она необходима для переноса субстрата.
Продукты с содержанием aw в пределах 1,0–0,9 – это продукты с высокой влажностью, они доступны для жизнедеятельности всех групп микроорганизмов, не стойки при хранении, к ним относится большинство пищевых продуктов.
Для большинства бактерий предельное значение aw = 0,9, но, например, для золотистого стафилококка aw = 0,86. Дрожжи и плесени могут расти при более низких значениях активности воды.
В зависимости от активности воды продукты подразделяются на продукты с промежуточной (aw составляет 0,9–0,6) влажностью и низкой влажностью (aw составляет 0,6–0,0). В основном порчу продуктов с промежуточной влажностью вызывают дрожжи и плесени, в меньшей степени – бактерии. Дрожжи вызывают порчу сиропов, кондитерских изделий, джемов, паст, сгущенных продуктов; плесени – мяса, джемов, пирожных, печенья, сушеных фруктов.
Продукты с низкой влажностью, как правило, сухие, недоступны для микроорганизмов, но в них могут проходить реакции неферментативного потемнения. Снижают значение активности воды такие технологические операции, как сушка, замораживание, вяление. Добавление таких веществ, как соль, сахар и специальные увлажнители (крахмал, глицерин, молочная кислота), увеличивают влажность продукта, но при этом не изменяют активности воды.
Помимо влияния на химические реакции и рост микроорганизмов активность воды имеет значение и для текстуры продуктов. Например, максимальная активность воды, допустимая в сухих продуктах без потери желаемых свойств, может изменяться в пределах 0,35–0,5 в зависимости от вида продукта (сухое молоко, крекеры и т.п.).
Замораживание является наиболее распространенным способом консервирования (сохранения) многих пищевых продуктов. Необходимый эффект при этом достигается в большей степени от воздействия низкой температуры, чем от образования льда. Образование льда в клеточных структурах пищевых продуктов и гелях имеет два важных следствия:
