Технология хранения и транспортирования товаров

Химические процессы

Химические процессы протекают в пищевых продуктах без участия ферментов. Это, например, окислительные процессы, происходящие под действием кислорода воздуха и активизируемые теплом и светом, прогоркание жира в жиросодержащих продуктах, обесцвечивание и изменение окраски вин, химическое разрушение витаминов. К химическим изменениям можно отнести также образование меланоидинов и химический бомбаж консервов, возникающий при взаимодействии металла банки с кислотами продукта. При этом выделяется водород, который, накапливаясь, вздувает крышки банок.

Скорость химических процессов можно замедлить понижением температуры хранения, применением упаковки, изолирующей продукт от действия света и кислорода воздуха.

Одним из распространенных химических процессов является прогоркание жиров – окислительная порча под действием кислорода воздуха. Этот процесс характерен для пищевых жиров и жиросодержащих продуктов (растительного и коровьего масла, сала, маргарина, сыра, орехов и др.). Окислению подвергаются в первую очередь непредельные жирные кислоты, провитамины и витамины, при этом происходят сложные химические превращения, сопровождающиеся накоплением продуктов окисления, в том числе и токсичных. Они придают жиру своеобразный горький вкус, неприятный прогорклый запах, вызывают першение в горле. На скорость окисления влияют степень насыщенности входящих в их состав жирных кислот, температура хранения, присутствие катализаторов (металлов, света), наличие антиокислителей и др.

Другим видом химической порчи пищевых продуктов является неферментативное потемнение, которое может развиваться в результате карамелизации сахаров, а также реакции между аминокислотами и восстанавливающими сахарами (меланоидинообразования). Этот процесс протекает при хранении многих пищевых продуктов (сушеных овощей, картофеля, яичного порошка), а также при кулинарной обработке. Меланоидинообразование отрицательно влияет на пищевую ценность продуктов и их органолептические достоинства: изменяется цвет продукта, появляются посторонние вкус и запах. Этот процесс можно замедлить понижением температур хранения и переработки, а также блокированием реакционноспособных группировок главных компонентов реакции. Эффективным ингибитором этого процесса является сернистая кислота или сернистый ангидрид. Они реагируют с карбонильными группами сахароз, блокируют их и выводят из цепочки реакции.

Однако меланоидинообразование может играть и положительную роль. Меланоидины образуются при выпечке хлеба, жарке мяса и рыбы, приготовлении топленого молока, солода, пива и других продуктов. В этом случае они участвуют в создании специфических вкуса, аромата и цвета.

При хранении консервов в металлической таре происходит растворение металла и накопление его в продукте. Переход металла в продукт в результате разрушения поверхностного слоя и накопление солей олова и других металлов, содержащихся в виде примесей в жести, снижает сохраняемость консервированного продукта, так как катализирует в нем химические процессы, а также оказывает неблагоприятное воздействие на организм человека. Содержание солей олова не должно превышать 200 мг на 1 кг продукта. Образующийся в результате взаимодействия кислот продукта и жести углекислый газ увеличивает давление внутри банки, что приводит к физическому (водородному) бомбажу. Для защиты внутренней поверхности банок от коррозии применяют различные пищевые лаки и эмали.

Химическими процессами обусловлено обесцвечивание и помутнение ликеро-водочных изделий, выпадение нерастворимых осадков в виноградных и плодово-ягодных винах, образование в них сложных эфиров и ацеталей при выдержке, разрушение витаминов.

Все эти процессы, как правило, в конечном итоге приводят к ухудшению цвета, вкуса и запаха продукта.

2.1.2. Методы консервирования продовольственных товаров

Консервирование – это обработка пищевых продуктов для длительного сохранения их доброкачественности различными способами, которые обеспечивают подавление и прекращение биохимических процессов, происходящих в продуктах под действием ферментов. Консервирование позволяет устранить сезонность в потреблении скоропортящихся продуктов, расширить ассортимент товаров и повысить степень их готовности к употреблению. Кроме того, применение некоторых способов консервирования позволяет получать продукты с иными свойствами, т.е. по существу другие товары.

Различают физические, физико-химические, биохимические и химические методы консервирования.

К физическим методам относят консервирование с помощью низких и высоких температур, фильтрования, лучистой энергии, ультразвука, ионизирующей обработки.

Рассмотрим данные методы.

1. Низкие температуры применяют для охлаждения и замораживания продуктов.

Охлаждение – это понижение температуры продукта до минимальной (0-4 °С). При охлаждении не допускается замораживания влаги в продукте. Охлаждение вызывает замедление химических и биохимических процессов, жизнедеятельности микроорганизмов и способствует увеличению сроков хранения товаров. Охлажденные продукты имеют внутри температуру 0 °С или немного ниже. При этом продукты почти полностью сохраняют питательные вещества, вкус и аромат (молоко в охлажденном виде хранится до 24 часов, мясо – 15–20 суток и т.д.).

Температура, при которой начинается образование кристаллов льда в продукте, называется криоскопической. Криоскопическая температура для яиц равна –2,8 °С, для яблок – от 1,7 до –2,8 °С, для рыбы – от –0,6 до –2 °С, для картофеля – от –1,2 до –1,6 °С, для молока составляет –0,5 °С.

Продукты хранят не только в охлажденном, но и в переохлажденном состоянии, а также в замороженном виде.

Замораживание – это охлаждение продуктов до температуры от –12 до –18 °С и ниже, при этом большая часть воды переходит в лед. В результате этого в продукте создаются неблагоприятные условия для развития микроорганизмов, резко сокращается скорость биохимических процессов.

Качество замороженных продуктов сохраняется лучше при быстром замораживании, которое производят при температуре –24 °С и ниже. Однако качество замороженных продуктов по вкусовым и питательным свойствам уступает охлажденным.

При быстром замораживании в продукте образуются мелкие кристаллы льда, которые равномерно распределяются и не изменяют структуры продукта. При размораживании образовавшаяся влага полностью связывается продуктом. В охлажденных и замороженных продуктах значительно замедляются или приостанавливаются микробиологические и биохимические процессы, хорошо сохраняются витамины.

Процесс замораживания применяется также для достижения следующих целей:

1) отделения влаги при концентрировании жидких пищевых продуктов;

2) изменения физических свойств продуктов (твердость, хрупкость и др.) при подготовке их к дальнейшим технологическим операциям;

3) сублимационной сушки;

4) производства своеобразных пищевых продуктов и придания им специфических вкусовых и товарных качеств (мороженое, пельмени и другие быстрозамороженные продукты).

Эффект замораживания достигается при температуре в центре продукта –6 °С и ниже. Замороженные продукты хранят при температуре не выше –18 °С.

Замороженный продукт отличается от охлажденного рядом признаков и свойств:

1) твердостью – результат превращения воды в лед;

2) яркостью окраски – результат оптических эффектов, вызываемых кристаллизацией льда;

3) уменьшением удельного веса – следствие расширения воды при замораживании;

4) изменением термодинамических характеристик (теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность).

При замораживании в отличие от охлаждения происходит частичное перераспределение влаги, травмирование тканей продукта кристаллами льда, а также иногда частичная денатурация белка.

Во время замораживания продуктов происходит их усушка. Унесенная воздухом влага осаждается на поверхности воздухоохладителей в виде «снеговой шубы». Усушки почти не происходит, если продукт находится в герметичной таре или упаковке.

2. Высокие температуры применяют для пастеризации и стерилизации продуктов.

Пастеризация – это нагревание продукта до температуры ниже 100 °С. При пастеризации погибают только вегетативные клетки микробов. Поэтому пастеризация хотя и удлиняет сроки хранения, но не гарантирует их полной сохранности. Пищевая ценность пастеризованных продуктов практически не изменяется, только частично разрушается витамин С.

Стерилизация – это нагревание продукта при температуре свыше 100 °С. При стерилизации погибает большинство микроорганизмов и их споры, а также разрушаются ферменты. Поэтому стерилизованные продукты сохраняются длительное время. При стерилизации снижается их вкусовая и питательная ценность, разрушаются витамины.

Асептическим методом консервируют жидкие и пюреобразные продукты: продукты подвергаются кратковременной высокотемпературной стерилизации в крупных емкостях, а затем фасуют в стерильную тару и укупоривают в асептических условиях. При этом сокращается время термической обработки продукта, в результате лучше сохраняется его качество после стерилизации и при последующем хранении.

Продукты стерилизуют также электрическим током сверхвысокой частоты и ультразвуком. Бактерицидными свойствами обладают ультрафиолетовые лучи, которыми стерилизуют поверхности продуктов, воды, воздуха, тары и оборудования. Ультразвук разрушает микроорганизмы и их споры. Механическая стерилизация – фильтрование жидких продуктов (фруктовых соков) через специальные фильтры, задерживающие микроорганизмы. Облучение ионизирующей радиацией можно использовать для задержки прорастания картофеля, лука при хранении т.д. Этот метод находится в стадии разработки.

Физико-химические методы – это консервирование продуктов поваренной солью, сахаром и сушкой.

Консервирующими факторами являются повышение осмотического давления (т.е. давления, вызванного молекулами растворенного вещества) и снижение активности воды. Повышение осмотического давления достигается внесением в продукт поваренной соли или сахара либо концентрированием растворенных веществ самого продукта путем его высушивания. При высоком осмотическом давлении снижается активность воды, наступает плазмолиз (обезвоживание) клеток микробов, инактивируются ферменты. Консервирующее действие поваренной соли обусловлено также тем, что активные катионы натрия и анионы хлора присоединяются по месту пептидных связей белковых молекул, в результате чего белки продукта становятся недоступными для питания микроорганизмов.

1. При консервировании сушкой (обезвоживание) необходимую для жизни и деятельности микроорганизмов влагу из продуктов удаляют обычно тепловым способом. Наиболее распространена сушка продуктов воздухом, нагретым до 80–120 °С и выше. Для каждого вида продуктов разработаны оптимальные режимы сушки.

Существует естественная и искусственная сушка. Естественным способом сушат абрикосы, виноград и другие плоды. Искусственная сушка продуктов осуществляется в специальных сушильных камерах и аппаратах. Известно много способов сушки: нагретым до 80–120 °С воздухом (конвективная, распылительная), горячей поверхностью (вальцевая сушка), сублимационная, вакуумная, микроволновая и другие виды.

Вакуумная сушка характеризуется тем, что продукт высушивается без доступа воздуха при сравнительно низкой температуре (40–60 °С), благодаря чему хорошо сохраняются первоначальные свойства продукта.

Микроволновая сушка проводится с использованием энергии сверхвысокой частоты (СВЧ); процесс сушки при этом ускоряется, продукты приобретают пористую структуру, увеличиваются в объеме.

При сушке методом сублимации продукт обезвоживается в замороженном состоянии (при –5 °С и ниже) и при глубоком вакууме (1,5–2,0 гПА). В этих условиях влага продукта из твердого состояния (льда) переходит в парообразное, минуя жидкую фазу. Происходит возгонка, т.е. сублимация, замороженной влаги в пар. У высушенных продуктов быстро восстанавливаются исходные свойства при заливке их теплой водой. Методом сублимации консервируют мясо, фрукты, овощи, соки и другие продукты.

Консервирование сушкой имеет свои преимущества и недостатки. Преимущества состоят в том, что сушеные продукты хорошо сохраняются, удобны для транспортирования, обладают более высокой калорийностью.

К недостаткам сушки следует отнести изменение физического состояния продукта (внешнего вида, формы, объема, плотности), потери витаминов, ароматических и вкусовых веществ. Размеры потерь, а следовательно, и питательная ценность продуктов во многом зависят от вида применяемой сушки. Наиболее значительные потери наблюдаются в продуктах при солнечной сушке, сушке горячей поверхностью и нагретым воздухом.

2. Консервирование солью применяют для подавления или прекращения жизнедеятельности микроорганизмов в результате повышения осмотического давления в продукте при добавлении в него поваренной соли. Высокое осмотическое давление вызывает обезвоживание и плазмолиз микробной клетки. Консервирующий эффект зависит от концентрации клетки.

При солении происходит частичная потеря питательных веществ продукта, которые вместе с водой переходят в рассол, изменяются вкусовые свойства. Некоторые виды рыбы (сельди, лососевые) в результате выдержки при посоле приобретают особые вкусовые достоинства.

3. Консервирование сахаром также основано на повышении осмотического давления, обеспечивающего подавление развития микроорганизмов в продукте при добавлении в него сахара. Консервирующее действие сахара слабее, чем соли, поэтому консервацию сахаром часто сочетают с пастеризацией или стерилизацией продукта в герметической таре, а также варкой. Этим способам готовят варенье, джем, повидло, цукаты. Продукты, консервированные сахаром, имеют более высокую калорийность по сравнению с исходным сырьем, однако при нагревании возможны потери витаминов и ароматических веществ.

Биохимические методы консервирования. Эти методы основаны на подавлении действия микроорганизмов и ферментов путем добавления консервирующих веществ в продукты или образования их в результате биохимических (ферментативных) процессов. Типичным примером биохимического способа консервирования является квашение.

Квашение основано на консервирующем действии молочной кислоты, образующейся в результате молочнокислого брожения сахаров продукта. Накопившаяся молочная кислота, изменяя кислотность среды, подавляет деятельность гнилостных микроорганизмов, чем и объясняется хорошая сохраняемость квашеных продуктов в охлажденных помещениях. Одновременно с образованием молочной кислоты накапливается этиловый спирт, который также оказывает консервирующее действие.

Квашение применяют для консервирования овощей (квашеная капуста, соленые огурцы, томаты и др.), плодов, грибов. Квашение, соление и мочение – это различные названия одного и того же способа консервирования. Соль, добавляемая в продукты при квашении, выполняет роль вкусового компонента, способствует выделению клеточного сока, содержащего сахар, а также благоприятно влияет на развитие молочнокислых бактерий на первой стадии брожения.

Преимущество квашения состоит в том, что оно позволяет получать продукт с другими вкусовыми свойствами, а также сохранять значительное количество витамина С.

Химические методы. К химическим методам относят следующие методы:

1. Консервирование этиловым спиртом (основано на губительном действии спирта на микроорганизмы). В концентрациях 12– 16% этиловый спирт замедляет развитие микрофлоры, а при 18% полностью подавляет. Этиловый спирт используется в качестве консерванта при производстве полуфабрикатов плодово-ягодных соков, обуславливает длительное хранение вина и других алкогольных напитков.

2. Маринование (основано на подавлении жизнедеятельности микроорганизмов уксусной кислотой, которая так же, как и молочная, повышает активную кислотность среды). Уксусную кислоту в количестве от 0,6 до 1,2% добавляют при мариновании плодов, овощей, рыбы, грибов. Небольшая концентрация кислоты не может полностью гарантировать защиту продукта от порчи в процессе хранения. Поэтому плоды и овощи, маринованные небольшим количеством уксусной кислоты, подвергают пастеризации или стерилизации, маринование рыбы сочетают с солением. Более же высокая концентрация уксусной кислоты ухудшает вкус продукта и небезвредна для организма человека.

3. Кроме перечисленных кислот, с целью консервирования используют сорбиновую, лимонную, бензойную кислоты и их соли. Наиболее перспективной из них является сорбиновая кислота, которая обладает бактерицидным действием по отношению к дрожжам и плесневым грибам. В отличие от других химических консервантов сорбиновая кислота не оказывает вредного воздействия на организм человека и не придает продуктам какого-либо привкуса и запаха. Сорбиновую кислоту и ее соли применяют для консервирования фруктовых пюре, соков, томатопродуктов и др.

Известно много других химических веществ, которые находят применение для удлинения сроков хранения пищевых продуктов. К таким веществам относят метабисульфит калия, сернистый газ, уротропин, борную кислоту и т.д.

Разработчики биоконсервантов столкнулись с серьезной трудностью. В связи с повышением стоимости металлической тары в настоящее время стало возможным использование полимерной тары для консервирования пищевых продуктов. Но недостатком данного вида материала является снижение сроков годности продукта. Поэтому прибегают к различным консервантам, которые могут оказывать на организм человека неблагоприятное воздействие. Среди современных и достаточно безопасных консервантов следует выделить препараты естественного происхождения.[2]

К препаратам естественного происхождения относятся продукты с добавлением бифидум– и лактобактерий. Также используются лактококки, обладающие полезными для человека свойствами. Представителем данной группы является низин – антимикробное вещество природного происхождения. В этом его отличие от традиционных и совсем не безвредных уксусной, бензойной, сорбиновой кислот. Он является единственным антибиотиком, допущенным органами здравоохранения к широкому применению в пищевой промышленности.

Учитывая потребность в качественных консервах с высокими органолептическими показателями, пищевая промышленность, в особенности консервная отрасль, начинают внедрять биоконсерванты, которые имеют высокую потребительскую ценность.

Комбинированные способы консервирования. Находят широкое применение в производстве и хранении пищевых продуктов. К ним относят, например, копчение рыбы, мясных изделий. Консервирующими факторами при копчении являются химические вещества, переходящие в продукт из дыма или коптильной жидкости, частичное обезвоживание продукта, а также поваренная соль. Товары холодного копчения могут храниться при обычной температуре несколько месяцев. К комбинированным методам стоит также отнести вяление рыбы (соление сочетается с подсушиванием), получение молочных консервов (сгущение сочетается с сахаром или стерилизацией).

Комбинированные методы консервирования часто дают положительные результаты для сохранения пищевых достоинств продукта и повышения стойкости в хранении.

2.1.3. Процессы старения, протекающие при хранении промышленных товаров

Старение полимеров – необратимое изменение свойств полимеров под действием тепла, кислорода, солнечного света, озона, ионизирующих излучений.

Старение происходит при хранении и эксплуатации изделий из полимеров.

Причинами старения являются химические превращения макромолекул, приводящие к их деструкции и к образованию разветвленных или трехмерных структур (сшиванию).

Деструкция при термоокислительном старении связана с цепной реакцией окисления полимера, сопровождающейся образованием гидроперекисей и их распадом.

Последствиями старения являются:

1) ухудшение механических характеристик полимеров;

2) появление трещин на поверхности и их разрастание (иногда полное разрушение);

3) изменение окраски.

Стойкость полимеров к старению во многих случаях определяет сроки их хранения, а иногда и службы изделий.

Эффективный способ защиты полимеров от старения – применение стабилизаторов полимерных материалов.

Деструкция полимеров – разрушение макромолекул под действием тепла, кислорода, влаги, света, проникающей радиации, механических напряжений, биологических факторов (например, при воздействии микроорганизмов). В соответствии с фактором воздействия различают следующие виды деструкции: термическую, термоокислительную, фотохимическую, гидролитическую, радиационную и др. Обычно в полимере одновременно протекает несколько видов деструкционных процессов, например, при переработке полимера в изделие – термическая, термоокислительная и механическая.

В результате деструкции уменьшается молярная масса полимера, изменяются его строение, физические и химические свойства, т.е. происходит его старение, и он часто становится непригодным для практического использования. Однако не всегда деструкция – это отрицательное явление. Так, этот процесс используют при механосинтезе различных привитых сополимеров, при пластикации каучуков, для получения из природных полимеров ценных низкомолекулярных веществ (например, глюкозы).

Стабилизация полимеров – способ повышения стойкости полимеров к старению, основанный на применении веществ (стабилизаторов), способных тормозить развитие этого процесса. Выбор таких веществ, которые вводят в полимеры при их синтезе или переработке, определяется механизмом реакций, вызывающих старение. В результате стабилизации скорость старения полимеров уменьшается иногда в 10 и более раз.

2.2. Технология хранения продовольственных и промышленных товаров

2.2.1. Режим хранения. Понятие, составные элементы

Выход стандартной продукции зависит в большей степени от величины потерь. Эти два показателя находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга. Величина потерь, как известно из предыдущей главы книги, зависит в определенной степени от условий и сроков хранения.

Условия хранения представляют собой совокупность внешних воздействий окружающей среды, обусловленных режимом хранения и размещением товаров в хранилище.

Режим хранения – совокупность климатических и санитарно-гигиенических требований, обеспечивающих сохранность товаров. Можно выделить климатический и санитарно-гигиенический режимы хранения. Их классификация представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Режимы хранения

2.2.2. Требования к температурно-влажностным режимам хранения

Температура хранения. Под температурой хранения подразумевается температура воздуха в хранилище, на складе, в холодильной камере. Температура является важнейшим показателем, поскольку с повышением температуры выше нормы на 10 °С скорость химических и биологических процессов увеличивается в 2–3 раза. Наиболее предпочтительной температурой для хранения большинства товаров является интервал от 0 до +4 °С. При температуре ниже нуля вода, входящая в состав многих продуктов, замерзает и разрушает микроструктуру и упаковку. Такие продукты, как молоко, кисломолочные продукты, шампуни, гели, имеющие при положительной температуре гомогенизированную (однородную) структуру, при замерзании расслаиваются. В напитках, например в вине, при низкой температуре выпадает осадок. Резкие колебания температуры приводят к образованию конденсата.

Что касается замороженных продуктов, то их рекомендуется хранить в интервале температур от –8 до –40 °С. Такой интервал выбран потому, что при более низкой температуре происходит сильное обезвоживание продукта. При температуре выше –8 °С происходит резкое укрупнение (рост зерна) кристаллов льда. Качество продукта при размораживании ухудшается. Особенно это касается мяса, рыбы, жиров, масла. Важным фактором является скорость замораживания. Предпочтительнее мгновенная заморозка.

Приведем несколько примеров. Молочные продукты обычно хранятся при температуре от 0 до + 4 °С. Сливочное масло на складе рекомендуется хранить в морозильной камере при температуре –12…–18 °С, а в магазине – при –2…+2 °С в течение 5 дней. Сыры хранят в интервале от +2 до +8 °С и влажности 85–87%, при длительном хранении – в интервале от +1 до +5 °С. Оптимальная температура хранения алкогольных и безалкогольных напитков составляет от +2 до +12°С.

Большинство непродовольственных товаров, а также хлебобулочные изделия и бакалейные товары (мука, крупа, макароны, сахар) хранятся в так называемом широком диапазоне температур: от –30 до +30 °С.

Консервы, парфюмерно-косметические средства, джемы, растительные масла рекомендуется хранить при температуре от 0 до +15 °С. При этом влажность воздуха должна составлять 75%. Срок хранения консервов в жестяных банках обычно составляет 2–3 года.

Температурные интервалы хранения регламентируются санитарными правилами и нормами (СанПиН).

Для контроля за температурой используются термометры и термографы. Термографы используются в хранилищах, крупных складских помещениях и предназначены для регистрации изменения температуры с помощью самописца. Различают термографы суточные и недельные.

Относительная влажность воздуха (ОВВ) представляет собой степень насыщения воздуха водяными парами. При 100%-ной влажности выпадает конденсат. При недостатке водяных паров происходит испарение воды из более влажных продуктов, что приводит к потерям за счет усушки, усыхания или увядания. Сухие продукты, наоборот, поглощают водяные пары, происходит микробиологическая порча.

Относительная влажность связана с температурой обратной зависимостью. При избытке водяных паров образуется конденсат на таре, непосредственно на товаре, стенах и потолках хранилища. Ускоряется порча, происходит коррозия металлических поверхностей, частей тары.

Рассмотрим коррозию подробнее. Коррозия представляет собой процесс перехода металла из свободного состояния в хрупкое химическое соединение (ржавчину) в результате взаимодействия с внешней средой, сопровождающийся утратой физико-механических свойств. Коррозия является разновидностью разрушения изделия.

Общая схема процесса коррозии выглядит следующим образом:

Fe → Fe+ + H₂O → Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃ .