1 Белки – основа жизни, незаменимый компонент пищи, который используется организмом для построения структурных элементов клеток и тканей, а также для синтеза ферментов – биологических катализаторов и гормонов, регулирующих обменные процессы. Недостаток белка вызывает серьезные нарушения процессов кроветворения, деятельности нервной системы, желез внутренней секреции и др. важных функций организма. Полноценность белка определяется его аминокислотным составом. Из известных 22 основных аминокислот восемь являются незаменимыми, т.к. организм человека не способен их синтезировать и должен получать с пищей (лейцин, изолейцин, лизин, валин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин). Жиры – второй обязательный компонент пищи, источник тепловой энергии. Значение жиров в питании определяется их высокой энергетической ценностью (более чем в 2 раза выше, чем у белков и углеводов). Перерабатываясь в организме, жиры создают тепловую энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности человека. Жиры также полезны содержанием в них полиненасыщенных жирных кислот (линолевой, линоленовой, арахидоновой), играющих большую роль в синтезе веществ, регулирующих многие обменные процессы. Средняя суточная потребность взрослого человека в жирах составляет 80÷100 г, причем 25÷30% от этого количества должны составлять жиры растительного происхождения. Углеводы, как и жиры, являются источником энергии. Значение углеводов определяется их энергетической ценностью, участием в синтезе структурных элементов клеток. Они влияют на деятельность желудочно-кишечного тракта, способствуют снижению содержания вредных веществ в организме. Углеводы в значительном количестве входят в состав продуктов растительного происхождения (до 80%) и в небольшом количестве содержатся в продуктах животного происхождения (до 2%). Углеводы составляют основную часть рациона, суточная потребность взрослого человека в углеводах составляет 400÷500 г. Минеральные вещества содержатся в пищевых продуктах в виде органических и неорганических соединений. В зависимости от концентрации в продукте они делятся на макро- и микроэлементы. К макроэлементам относятся: кальций, калий, натрий, фосфор, хлор, сера, магний, кремний. Необходимые для жизнедеятельности человека микроэлементы: железо, йод, цинк, хром, никель, фтор, медь, молибден, кобальт и др. Минеральные вещества обеспечивают построение опорных тканей, участвуют в синтезе специфических белков, ферментов, гормонов, обеспечивают определенный ионный состав среды организма. Недостаток в пище человека отдельных компонентов приводит к нарушению обменных процессов, возникновению анемии, понижению жизненного тонуса организма пр.

Витамины – низкомолекулярные органические соединения. Они не являются источником энергии, но активно участвуют в процессах превращения белков, жиров и углеводов.

А – витамин роста, зрения. От его поступления в организм зависят устойчивость организма к инфекциям, эластичность рук, блеск и выпадение волос. Содержится в продуктах животного происхождения: сливочном масле, яичном желтке, молоке, печени, рыбьем жире.

В – оказывает влияние на состояние нервной системы, повышает выносливость организма, предохраняет от малокровия. Наиболее богатые источники витаминов группы В – ржаной хлеб, овсяная, ячневая, гречневая крупы, дрожжи, печень, яйца, капуста, салат.

С – способствует потреблению кислорода клетками организма, бодрости, сопротивляемости инфекциям, заживлению ран. Содержится в овощах и фруктах: смородине, лимоне, апельсине, шиповнике, сладком перце, зелёном луке, помидоре.

D – регулирует отложение солей фосфора и кальция в костях человека. Образованию витамина D в организме способствуют ультрафиолетовые лучи солнца. Содержится в рыбьем жире, печени, сливочном масле, яичном желтке, грибах, молоке.

РР (никотиновая кислота) – оказывает влияние на деятельность нервной системы, желудочно-кишечного тракта, недостаток приводит к заболеванию кожи и слизистых оболочек (пеллагра). Содержится в продуктах животного происхождения, дрожжах.

Вода (влага) входит в состав всех биологических материалов растительного и животного происхождения и является основным компонентом пищевых продуктов.

В холодильной технологии обычно придерживаются классификации Риделя, согласно которой вся влага в тканях продукта делится на две фракции: «свободную» и «связанную».

Свободной называют воду, молекулы которой образуют структуру, близкую к структуре обычной воды. Она находится в межклеточных пространствах в виде мельчайших капелек и играет роль растворителя для органических соединений и минеральных веществ, содержащихся в продуктах. Количество такой воды в продуктах доходит до 80÷90%.

Связанная вода характеризуется тем, что её молекулы своими электрическими зарядами прочно связаны с молекулами белка и другими составными частями продукта. Такая вода с трудом поддается высушиванию и кристаллизации.

2 Человек удовлетворяет свою потребность в основных питательных веществах, питаясь продуктами животного и растительного происхождения. По стойкости хранения продовольственные продукты делятся на две основные группы: более стойкие, способные длительное время сохраняться в обычных условиях, и менее стойкие – скоропортящиеся. Основные продукты питания человека – мясо, рыба, молоко, яйца, овощи, фрукты – относятся к скоропортящимся продуктам. Т.к. в этих продуктах высокое содержание влаги, то это создает условия для интенсивного развития микробиологических и биологических процессов, что и является основной причиной порчи пищевых продуктов. Ферменты присутствуют во всех живых клетках. По химической природе – это белки. Они играют роль катализаторов и регуляторов всех превращений веществ в организме. Каждый фермент ускоряет лишь одну или несколько однотипных реакций и наиболее активных, при определенной темп, влажности, кислотности и др. Благодаря этому, в живой клетке поддерживается строго упорядоченный обмен веществ, без которого невозможна жизнь. Микроорганизмы – это мельчайшие живые организмы, состоящие, в основном, только из одной клетки. Почти все микроорганизмы принадлежат к низшим растительным организмам. К ним относятся бактерии, грибы (плесени), дрожжи. Есть микроорганизмы, относящиеся к низшим животным (протисты или протозоа). Микроорганизмы широко распространены в природе благодаря их высокой выносливости, способности к быстрому размножению и легкой приспосабливаемости к теплу и холоду, недостатку влаги и пр. Однако активность их существенно зависит от изменяющихся физических, химических и биологических внешних факторов. К физическим факторам, влияющим на активность микроорганизмов и тканевых ферментов, относятся температура, различные формы лучистой энергии, осмотическое давление, влажность среды. Температура. Температура среды существенно влияет на активность, скорость роста и размножения, продолжительность жизни микроорганизмов. Микроорганизмы, составляющие микрофлору сырых пищевых продуктов, разделяют на три группы: психрофильные (психрофилы), мезофильные (мезофиллы) и термофильные (термофилы).

Е сли принять скорость роста микроорганизмов при оптимальной температуре роста за единицу, то можно представить изменение относительной скорости роста и размножения микроорганизмов в температурном диапазоне их жизнедеятельности графически (рисунок 1). 1 – для психрофильных микроорганизмов; 2 – для мезофильных микроорганизмов; 3 – для термофильных микроорганизмов Отклонение температуры от оптимальной снижает активность микроорганизмов. Однако понижение температуры влияет менее резко, чем ее повышение. Переход за пределы максимума вызывает интенсивное отмирание микроорганизмов, а снижение температуры ниже минимума обычно лишь замедляет или приостанавливает их жизнедеятельность. Действие низких температур менее эффективно для сохранения пищевых продуктов, чем действие высоких температур, способных уничтожить всю микрофлору. Однако резкое торможение и отмирание микроорганизмов при воздействии на них высоких температур наступает вследствие необратимых изменений в клетке, основными из которых является денатурация белков и разрушение ферментов, что сопровождается существенными изменениями качества продукта.

Облучение ультрафиолетовыми лучами и ионизирующие излучения УФ-лучи–невидимая часть световых лучей с длиной волны 60÷400 ммк (миллимикрон) – обладают губительным для многих микроорганизмов действием. Однако проникающая способность ультрафиолетовых лучей не превышает 0,1 мм. Следовательно, под действием УФ-лучей происходит отмирание микроорганизмов лишь в поверхностном слое продукта. УФ-лучи можно использовать для стерилизации рассола и воды в тонком слое, воздуха, т.к. эти среды проницаемы для УФ-лучей. УФ-лучи действуют накопительно: последняя доза усиливает предыдущую. Под влиянием УФ-облучения микроорганизмы, попадающие на облученную поверхность продуктов, развиваются и растут медленно, со значительным отклонением от нормы. С понижением температуры среды бактериостатический эффект продлевается. Ионизирующие излучения получают двумя способами: с помощью рентгеновских аппаратов и путем радиоактивного распада изотопов, образующих α,β,γ-лучи. Ионизирующие излучения обладают сильным бактерицидным действием, обеспечивающим при достаточной дозировке полную стерилизацию за несколько секунд. Смертельная доза ионизирующих излучений для бактерий не превышает 0,5 млн рад, для плесеней – 1 млн рад. Наиболее перспективным направлением в использовании ионизирующих излучений при обработке пищевых продуктов является применение доз, не ухудшающих вид, вкус, запах, питательные свойства продуктов в сочетании с низкими температурами. Умеренные дозы облучения (до 0,5 млн рад) дают эффект, аналогичный пастеризации. При этом более длительный срок хранения может быть достигнут за счет понижения температуры, что уменьшает скорость размножения выживших микроорганизмов. Чем ниже температура хранения пищевого продукта, тем медленнее происходит реактивация выживших микроорганизмов. Так, мясные полуфабрикаты в вакуумной упаковке, облученные при дозе 0,5 Мрад (мегарад), сохранялись при температуре 20^оС в течение недели, а при температуре минус 5^оС – в течение 8 недель.

Осмотическое давление. Осмос – это диффузия веществ в растворах через полупроницаемую перепонку {микроорганизмы не имеют специальных органов питания и дыхания. Обмен веществ у них происходит путем осмоса через поверхность их тела}. Осмос возникает под действием разности осмотических давлений в двух соседних слоях раствора по обе стороны полупроницаемой перепонки. {Осмотическое давление равно избыточному внешнему давлению, которое нужно приложить со стороны раствора, чтобы прекратить осмос.} Осмотическое давление зависит от концентрации среды. Поступившие в клетку питательные вещества усваиваются клеткой, и парциальное давление внутри клетки будет всегда ниже, чем во внешней среде. При увеличении концентрации поваренной соли в среде до 3% развитие многих микроорганизмов тормозится, а при увеличении концентрации до 20÷25% оно почти полностью прекращается!.

Влажность среды. В клетках большинства микроорганизмов содержится 75÷90% влаги. Микроорганизмы могут развиваться только при достаточной влажности. С понижением влажности среды развитие микроорганизмов замедляется или прекращается. Минимальная влажность для развития бактерий – 20÷30%, для плесневых грибов – 12÷15%. Т.о., сушкой можно полностью предотвратить порчу продуктов.

3 Химические факторы, влияющие на активность микроорганизмов и тканевых ферментов

Среди химических факторов особое влияние на активность микроорганизмов оказывают химический состав и реакция среды, окислительно-восстановительные условия среды. Состав среды. Рост, развитие и размножение микроорганизмов требуют большого расхода энергии. Потребность организма в энергии удовлетворяется в процессе дыхания. Большинство микроорганизмов в процессе дыхания используют кислород воздуха. Такие микроорганизмы называются аэробными (аэробы). Окислительные реакции сопровождаются выделением различного количества тепловой или другой энергии, которое частично используется микроорганизмами на их жизненные процессы. Конечными продуктами являются углекислый газ и вода. Например, уксуснокислые бактерии в процессе дыхания окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты или полностью до углекислого газа и воды С₂Н₅ОН + О₂ = СН₃СООН + Н₂О + 116 ккал; С₂Н₅ОН + 3О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О + 326 ккал. Другая группа микроорганизмов не нуждается в кислороде воздуха и получает энергию в результате безкислородного дыхания (брожения). Такие микроорганизмы называются анаэробные (анаэробы). Например, при спиртовом брожении сахар распадается на спирт и углекислый газ с выделением теплоты С₆Н₁₂О₆ = С₂(Н₅ОН)₂ + 2СО₂ + 27 ккал. Третья группа микроорганизмов может жить как в присутствии, так и при отсутствии кислорода. Они называется факультативные аэробы или анаэробы. Основные изменения, развивающиеся при хранении продуктов, в том числе и обезвоженных, и приводящие к ухудшению их свойств, также обусловлены действием кислорода воздуха, окисляющего многие составные части продуктов. Для предотвращения этого продукты помещают в герметичную тару, вакуумную упаковку. Вакуумная упаковка – помещение продуктов в газонепроницаемую упаковку и откачивание из нее воздуха. В этом случае окислительные процессы, протекающие обычно под действием воздуха и ухудшающие качество продукта, резко затормаживаются, поверхностный слой не подсыхает, сохраняется цвет и исходные пищевые свойства продукта. Кроме того, помещая продукты в вакуумную упаковку, можно подавить активность аэробной микрофлоры. Помимо вакуума, для подавления жизнедеятельности микроорганизмов используют также смесь воздуха с углекислым газом, азотом, сернистым газом и пр. Высокие концентрации СО₂ подавляют развитие не только аэробных, но и анаэробных бактерий. Однако содержание СО₂ в атмосфере хранения продуктов не должна превышать 25%. Более высокое содержание СО₂ в воздухе ухудшает качество и вид продуктов. Эффективность действия СО₂ на микроорганизмы возрастает с понижением температуры. Более чувствительны к СО₂ плесени, менее – бактерии. Углекислый газ обладает большой растворимостью в жирах, которая повышается с понижением температуры. СО₂ в жире находится в свободном состоянии и при перенесении продукта в обычную среду начинается его выделение (десорбция). Особенно целесообразно хранение продуктов растительного происхождения в среде с повышенным содержанием СО₂. При этом не только подавляется жизнедеятельность микроорганизмов, но и обеспечивается более медленное созревание плодов за счет снижения интенсивности их дыхания, что увеличивает срок хранения при температурах, близких к 0^оС, в 2÷3 раза. Аналогично влияют на микроорганизмы повышенные концентрации азота и сернистого газа. Так, озонирование камер хранения продуктов (ξ = 25÷40 мг/м³) обеспечивает очистку воздуха от микрофлоры за 48÷72 часа, а ежедневная подача с помощью озонаторов азота в течение 4÷5 часов значительно приостанавливает развитие плесеней и образование спор. Окуривание камер хранения плодово-ягодного сырья сернистым газом (SO₂) задерживает развитие плесеней и гнилостных бактерий. Т.к. поглощенный сернистый газ в процессе хранения улетучивается, то необходимую концентрацию периодически поддерживают готовым, полученным в заводских условиях SO₂ или сжиганием серы в камерах, либо постоянно, с применением таблеток бисульфита и метабисульфита калия и натрия, которые, разлагаясь, выделяют сернистый газ. Возможно и непосредственное воздействие на микроорганизмы антибиотиками и антисептиками, которые безвредны для продуктов, достаточно стойки к воздействию различных факторов внешней среды и обладают способностью инактивирования (разрушения) при технологической кулинарной обработке продуктов. Широкое распространение получило применение ауреомицина, стрептомицина, хлормицетина, террамицина. В процессе хранения жиросодержащих продуктов происходит ферментативная порча жира. Способствовать торможению процесса окисления жира можно применением антиокислителей, имеющих более легкую, по сравнению с жирами, окисляемость. Наиболее распространенные антиокислители – токоферол, сезамол, госсипол, а также синтетические вещества – бутилокситолуол, бутилоксианизол и др. Антиокислители могут вводить непосредственно в жировую ткань продукта либо добавлять в контактирующую с продуктом среду.Реакция среды. Изменение реакции среды влияет на электрический заряд поверхности клетки, в связи с чем изменяется ее проницаемость для отдельных ионов. Для большинства плесеней и дрожжей наиболее благоприятна слабокислая среда (рН=3,0÷6,0), для бактерий – нейтральная или слабощелочная (рН=6,5÷8,0). В зависимости от условий среды и физиологических особенностей самих микроорганизмов эти значения могут колебаться.

4 Биологические факторы, влияющие на активность микроорганизмов и тканевых ферментов. На жизнедеятельность микроорганизмов оказывают влияние другие организмы, живущие в тех же условиях, т.е. развитие микроорганизмов зависит от биологического состава среды. Взаимоотношения между микроорганизмами могут быть различными.

Симбиоз – сожительство, приносящее взаимную пользу. Например, дрожжи и молочнокислые бактерии стимулируют жизнедеятельность друг друга.

Метабиоз – жизнедеятельность одних микроорганизмов способствует развитию других. Н-р, одни микроорганизмы, расщепляя натуральные белки, создают условия для развития микроорганизмов, способных усваивать только продукты распада белка.

Антагонизм – неблагоприятное влияние одних микроорганизмов на другие. Например, молочнокислые бактерии тормозят развитие гнилостных бактерий.

Паразитизм – развитие одних микроорганизмов за счет других. Паразиты – возбудители различных болезней человека, растений, животных.

Т.е., деятельность микроорганизмов и тканевых ферментов проявляется лишь при благоприятных внешних условиях: физических, химических и биологических. Изменяя эти условия, можно ослабить или полностью прекратить деятельность микроорганизмов и тканевых ферментов и, следовательно, предотвратить порчу продуктов. В этом и заключается сущность консервирования.