Ухудшение качества и порча продуктов

Глубокие знания причин ухудшения качества и порчи являются обязательной предпосылкой к изучению способов сохранения продуктов, для предотвращения или замедления ухудшения качества и порчи независимо от способа хранения.

В самом начале следует признать, что существуют неодинаковые степени качества и все продукты проходят через разные стадии его ухудшения до того, как они станут непригодными для употребления. В большинстве случаев необходимо не только сохранить продукт годным для употребления, но и его внешний вид, запах, вкус и содержание витаминов, т. е. с оптимальным уровнем качества. За исключением некоторых обработанных продуктов, это означает сохранение продукта в свежем виде.
Любое ухудшение качества, которое приводит к заметному изменению внешнего вида, запаха или вкуса свежих продуктов, снижает их коммерческую ценность и приносит экономический ущерб. Пищевые качества таких продуктов, как вялые овощи или перезрелые фрукты, ухудшились незначительно, но нежелательное изменение их внешнего вида вынуждает продавать их по сниженным ценам. Кроме того, они уже начинали портиться, сохраняемость их значительно снизилась, и потому их необходимо незамедлительно обработать или использовать, иначе они испортятся окончательно.
По совершенно очевидным причинам сохранение содержания витаминов на возможно более высоком уровне всегда является важным фактором при обработке и хранении всех пищевых продуктов. В настоящее время, например, пекари и работники молочной промышленности добавляют витамины для возмещения тех, которые были утрачены при обработке. Если свежие овощи, фрукты и фруктовые соки не обрабатываются и не хранятся соответствующим образом, то они быстро теряют витамины. Потери витаминов не всегда заметны, но во многих свежих продуктах это обычно сопровождается заметным изменением внешнего вида, запаха или вкуса, например при увядании лиственных зеленных овощей.
В большинстве случаев ухудшение качества и последующая порча пищевых продуктов обусловлены рядом сложных химических изменений, происходящих в продукте после уборки урожая или забоя скота и птицы. Эти химические изменения вызываются внутренними и внешними возбудителями. Первые – это естественные ферменты, наличие которых присуще всем органическим веществам, а вторые – микроорганизмы, размножающиеся как внутри продукта, так и на его поверхности. Любой из этих возбудителей может вызвать полную порчу продукта, однако в большинстве случаев она происходит в результате их совместного действия. Если необходимо соответствующим образом сохранить продукт, то в любом случае надо исключить или эффективно контролировать активность возбудителей порчи.
Ферменты. Ферменты – это сложные белковые химические вещества. Роль ферментов еще не выяснена полностью, но можно утверждать, что они катализируют химические изменения в органических веществах. Существует много различных видов ферментов, и каждый из них характеризуется тем, что вызывает одну особую химическую реакцию. Например, фермент лактаза известен тем, что преобразует лактозу (молочный сахар) в молочную кислоту.
Ферменты активно участвуют во всех химических процессах, происходящих в живых организмах, и нормально присутствуют во всех органических веществах (в клеточной ткани всех растений и животных, живых и неживых). Они вырабатываются всеми живыми клетками и способствуют выполнению различных функций, например дыхания, пищеварения, роста, воспроизводства. Ферменты имеют важное значение для прорастания семян, роста растений и животных, созревания фруктов и течения пищеварительных процессов животных и человека. Однако существуют катаболические и анаболические ферменты, которые разрушают мертвую и поддерживают живую клеточную ткань. Ферменты в первую очередь ответственны за распад и разложение всех органических веществ, например гниение мяса и рыбы, порчу фруктов и овощей.
Независимо от катаболического или анаболического действия ферменты почти всегда разрушающе действуют на скоропортящиеся продукты. Поэтому, за исключением некоторых особых случаев, когда ферментация является частью обработки, ферментное действие должно быть полностью исключено или жестко ограничено. Ферменты очень чувствительны к состоянию окружающей среды, в особенности к температуре, кислотности или щелочности, что обеспечивает практические возможности контроля ферментной активности.
Ферменты разрушаются полностью под действием высокой температуры, изменяющей состав органического вещества, в котором они существуют. Большинство ферментов разрушается при температуре выше 71 °С, и поэтому при варке продуктов они инактивируются. Ферменты очень стойки к низким температурам, и они полностью не теряют активности даже при температуре ниже –20 °С. Хорошо известно, однако, что интенсивность химической реакции замедляется с понижением температуры. Следовательно, несмотря на то, что ферменты не разрушились, их активность значительно уменьшается при низкой температуре, в особенности при температурах ниже точки замерзания воды.
Ферментная деятельность максимальна в присутствии свободного кислорода (например, в воздухе) и уменьшается при снижении его притока.
Одни ферменты наиболее активны в кислотной среде, а другие предпочитают нейтральную или щелочную среду. Ферменты, которые активны в кислотной среде, разрушаются под действием щелочи, и наоборот, те, которые активны в щелочной среде, разрушаются под действием кислоты.
Органические вещества могут быть полностью разрушены или разложены своими собственными естественными ферментами. Это процесс автолиза (саморазрушения), который происходит редко. Более часто ферменты, выделяемые микроорганизмами, усиливают разрушительную активность естественных ферментов.
Микроорганизмы. К микроорганизмам относится большая группа мельчайших живых существ микроскопического и субмикроскопического размера, из которых следующие три представляют наибольший интерес при изучении вопросов сохранения пищевых продуктов: бактерии, дрожжи, микроскопические грибы (плесени). Микроорганизмы содержатся в воздухе, земле, воде, внутри и на поверхности растений и животных и в любом другом месте, где условия жизни пригодны для их выживания. Они одновременно полезны и вредны для человека. С одной стороны, их рост внутри и на поверхности скоропортящихся продуктов вызывает сложные химические превращения, следствием которых являются нежелательные изменения вкуса, запаха, внешнего вида. Кроме того, некоторые микроорганизмы выделяют ядовитые вещества (токсины), которые исключительно опасны для здоровья человека.
С другой стороны, микроорганизмы обладают многими полезными и необходимыми свойствами. Если бы не было микроорганизмов, то жизнь не была бы возможной. Разложение и распад всей мертвой животной ткани крайне важны для создания достаточного пространства для новой жизни и ее развития. Разлагающее действие микроорганизмов является составной частью цикла жизни. Из всех живых организмов только зеленые растения (содержащие хлорофилл) могут потреблять неорганический материал в качестве пищи для создания клеточной ткани. Зеленые растения потребляют лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза для соединения двуокиси углерода воздуха с водой и минеральными солями почвы, создавая органические соединения из неорганических веществ.
И, наоборот, для жизнедеятельности всех животных и растений, не содержащих хлорофилла (грибков), необходим органический материал. Следовательно, они должны питаться клеточной тканью других растений и животных и поэтому непосредственно или косвенно зависимы от зеленых растений как источника органического материала для своей жизни и развития.
Всем микроорганизмам необходим органический материал для жизнедеятельности, за исключением нескольких видов почвенных бактерий. В большинстве случаев они получают этот материал при разложении животных отходов и тканей мертвых животных и растений. Сложные органические соединения, составляющие ткань животных и растений, распадаются в процессе разложения и превращаются в простой неорганический материал, который возвращается в почву в качестве питания для зеленых растений.
Микроорганизмы, кроме роли, которую они играют в «пищевой цепи», поддерживая циркуляцию важнейших веществ, необходимы при обработке некоторых ферментных и других продуктов. Например, бактерии являются причиной молочнокислого брожения при обработке маринованных огурцов, олив, какао, кофе, квашеной капусты, силоса и некоторых молочных продуктов, например масла, сыра, сливок и йогурта, а также уксуснокислого брожения при производстве уксуса из различных спиртов. Бактериальное воздействие полезно также при обработке некоторых других изделий, например кожи, льна, конопли, табака и промышленных отходов органического происхождения.
Способность к спиртовому брожению делают дрожжи неоценимыми в пивоварении и виноделии, а также при производстве спиртов всех видов. Всем известна необходимость применения дрожжей в хлебобулочном производстве. В промышленном масштабе микроскопические грибы используют при выработке некоторых видов сыра и, что более важно, в производстве антибиотиков, например пенициллина и ауреомицина.
Несмотря на их полезное и необходимое действие, микроорганизмы оказывают разрушающее влияние на скоропортящиеся продукты. Следовательно, необходимо эффективно контролировать их деятельность, как и активность естественных ферментов, для предотвращения ухудшения качества и порчи пищевых продуктов.
Бактерии. Бактерия, состоящая из одной живой клетки, является очень простой формой растительной жизни. Размножение осуществляется делением клеток. При достижении стадии зрелости бактерия делится на две отдельные и равные клетки, каждая из которых растет до состояния зрелости и снова делится на две клетки. Бактерии растут и размножаются с огромной скоростью. В идеальных условиях бактерия растет до состояния зрелости и размножается менее чем за 20 – 30 мин. При такой скорости размножения одна бактерия в течение 24 ч может произвести 34 триллиона потомков. Однако жизненный цикл бактерий относительно короток и продолжается от нескольких минут до нескольких часов, и потому даже в идеальных условиях они не могут размножаться с такой скоростью.
Скорость роста и размножения бактерий и других микроорганизмов зависит от таких условий окружающей среды, как температура, свет и степень кислотности или щелочности, а также от наличия кислорода, влаги и соответствующего питания. Существует, однако, много видов бактерий, и они значительно отличаются друг от друга в выборе окружающей среды и в своем влиянии на нее. Стойкость бактерий к выживанию в тяжелых условиях окружающей среды различна. Не все виды бактерий одинаково развиваются в одних и тех же условиях окружающей среды. Одни виды предпочитают условия, которые совершенно детальны для других. Некоторые бактерии образуют споры. Спора возникает в клетке бактерии и защищена прочной оболочкой. В «горообразном состоянии, которая является фазой покоя или спячки, бактерия исключительно стойка к неблагоприятным условиям окружающей среды и может находиться в этом состоянии неопределенное время. Спора обычно начинает развиваться, когда условия становятся благоприятными для продолжения жизнедеятельности.
Большинство бактерий – сапрофиты, т. е. они «свободноживущие» и питаются только животными отходами и мертвой тканью животных и растений. Некоторые, однако, являются паразитами и развиваются только на живом организме. Большинство патогенных бактерий (вызывающих заражение и болезни) паразитического типа. В отсутствие живого организма такие бактерии могут развиваться как сапрофиты. Если же возникает необходимость, некоторые сапрофиты существуют как паразиты.
Отдельные бактерии не могут переваривать нерастворимые пищевые вещества и потребляют растворимую пищу. Большинство бактерий по этой причине выделяют ферменты, которые перерабатывают нерастворимые соединения в растворимое состояние, превращая их в пригодную для бактерий пищу. Разложение скоропортящихся продуктов с ростом бактерий является прямым результатом действия этих бактериальных ферментов.
Бактериям для продолжения жизнедеятельности, как и всем другим живым существам, нужна влага и пища. Как и во многом другом, бактерии характеризуются различной стойкостью к отсутствию влаги. Большинство видов гибнет в течение нескольких часов при сушке, но более стойкие выдерживают отсутствие влаги в течение нескольких суток. Бактериальные споры выдерживают отсутствие влаги длительное время, но в этот период они находятся в состоянии покоя.
По потребности в кислороде бактерии делятся на две группы: живущие в присутствии свободного кислорода (воздуха); живущие без свободного кислорода. Некоторые бактерии могут жить в присутствии или в отсутствие свободного кислорода. Бактерии, живущие в отсутствие свободного кислорода, получают его в результате химической реакции восстановления одного соединения при окислении другого. Разложение в присутствии свободного кислорода называется распадом, а разложение в отсутствие свободного кислорода – гниением. Одним из продуктов распада является сероводород, который представляет собой газ с неприятным запахом, возникающим при разложении туш животных.
Бактерии очень чувствительны к кислотности и щелочности и не выживают в высококислотной или высокощелочной среде. Большинство бактерий существуют в нейтральной или слегка щелочной окружающей среде, хотя некоторые виды предпочитают слегка кислотные условия. В связи с тем, что бактерии существуют в нейтральной или слегка щелочной среде, некислые овощи больше других подвержены бактериальной обсемененности.
Свет, в особенности прямое солнечное облучение, вреден для всех бактерий. Видимый свет только задерживает их рост, а при ультрафиолетовом облучении они гибнут. Лучи света, ультрафиолетовые и другие лучи не имеют проникающей силы и потому эффективны только для воздействия на бактерии, имеющиеся на поверхности. Ультрафиолетовое облучение (прямое солнечное облучение) в соединении с сушкой, однако, является отличным средством регулирования роста бактерий.
Для каждого вида бактерий существует оптимальная температура, при которой они растут с максимальной скоростью. Кроме того, существует максимальная и минимальная температуры, при которых происходит рост того или иного вида бактерий. Бактерии гибнут при температуре выше максимальной, а при температуре ниже минимальной переходят в состояние бездеятельности или спячки. Оптимальная температура для большинства сапрофитов обычно 24 – 30 °С, а для паразитов – около 37 или 38 °С. Оптимальный рост некоторых видов происходит при температуре вблизи точки кипения воды, а другие развиваются при температуре вблизи точки замерзания воды. Большинство видов, однако, гибнут или в значительной степени задерживаются в своем развитии при этих температурах. Скорость роста бактерий значительно снижается при понижении температуры.
Данные о влиянии температуры на скорость роста бактерий в молоке при различных температурах приведены в табл. 1.
 Таблица 1 – Рост числа бактерий в молоке