Спосіб пастеризації або стерилізації поверхні насіння олійних культур

Реферат: Винахід належить до способу пастеризації або стерилізації поверхні насіння олійних культур. Спосіб включає основну обробку, яка починається тільки після попереднього нагрівання продуктів харчування, при цьому температура продукту на декілька градусів нижче, ніж температура випаровування систем пастеризації або стерилізації, а температура попереднього нагрівання на декілька градусів нижче за температуру насичення пари при заздалегідь заданому тиску, при цьому обробку виконують у вологому середовищі без повітря, пастеризацію проводять при температурі в межах 55-99 °С при низькому тиску пастеризації, а стерилізацію - при температурі в діапазоні 100-140 °С при більш високому тиску стерилізації, теплову обробку виконують протягом від 1 до 30 хвилин, а внаслідок подальшого вакуумного висушування при ще більш зниженому тиску випаровується водоконденсат. UA 98150 C2 (12) UA 98150 C2 UA 98150 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до способів пастеризації, стерилізації поверхні продуктів харчування, зокрема, насіння олійних культур, таких як, мигдаль, фундук, горіх-пекан, волоський горіх, а також, арахіс, висівки, пластівці, кава, какао і подібні продукти. За природою, в сільськогосподарських і харчових продуктах містяться нешкідливі, проте потенційно патогенні мікроорганізми. В більшості випадків сільськогосподарські продукти обробляються свіжими, але якщо необхідно зберегти ці продукти свіжими протягом якогось часу, застосовуються різні, відповідно за призначенням, технологічні засоби. Так до промислових способів зберігання відносяться, серед іншого, термічні обробки, стерилізація або пастеризація, а також, опромінювання іонізуючим випромінюванням, або наповнення продуктів смертельно небезпечними газами. Зокрема залучення двох останніх способів повинно бути обмеженим, оскільки використовування таких методів суворо регулюється законом. За останній час було зареєстровано декілька випадків вмісту сальмонели в сирому мигдалі. В цілях безпеки влади США оголосили про те, що починаючи з осені 2007 року для всього урожаю мигдалю - пастеризація або теплова обробка обов'язкові. Проте мигдаль та інше насіння олійних культур вимагають особливих способів пастеризації. Не можна збільшувати вміст води в мигдалі до або під час обробки, оскільки і придатність для зберігання, і цілісність мигдалю у такому разі порушується. Крім того, у сирого мигдалю звичайно спостерігається облущення шкірки навкруги сімені, що також в серйозній мірі сприяє погіршенню якості. Саме з цієї причини тут представлений спосіб теплової обробки, що забезпечує істотне зниження мікробного зараження поверхні мигдалю, насіння олійних культур та інших продуктів харчування з середнім або низьким вмістом води, але який при цьому не змінює якісні властивості продуктів (вміст води, зовнішній вигляд, запах і смак, склад). Згідно законоположенням, прийнятими владами США, у випадку з сірим мигдалем, про пастеризацію можна говорити, якщо активність мікрофлори знижена на 5 логарифмічних одиниць. Ефективна теплова дезактивація мікроорганізмів забезпечується в атмосфері із зменшеною активністю води. На відміну від цього, при сухому нагріванні мікроорганізми скорочуються в незначному ступені. Тому краще всього методам теплової пастеризації і стерилізації, які застосовуються в промисловості, піддаються продукти з високим вмістом води. Наприклад, зокрема, сюди відносяться стерилізація і пастеризація, вживана для консервації продуктів харчування і напоїв, або для збереження якості молока і молочних продуктів. Крім того, пастеризація або стерилізація утруднені для продуктів, що мають маленьку активність води, менш ніж 0,8 і які, при тепловій обробці, не можуть бути забезпечені великим вмістом води. Це відноситься зокрема до мигдалю, горіхів та іншого насіння олійних культур, а також спецій та інших продуктів харчування. Обробка сирого, небланшованого мигдалю є особливо складним процесом, оскільки з одного боку, при тепловій обробці у вологому середовищі, запах і колір міняються дуже швидко, а з другого боку, через використовування води може відбутися облущення шкірки навколо сімені, що не можна допускати у жодному випадку. При цьому сирий мигдаль є продуктом, який обов'язково повинен пройти обробку пастеризацією. Наприклад, відомі способи теплової дезактивації сухих спецій, коли спеції поміщають в барокамеру і заряджають їх насиченою або наднасиченою парою протягом короткого періоду часу, при цьому тиск поступово знижують (Гизель, 1990). Різке скидання тиску призводить до того, що Мікроорганізми відділяються від поверхні, а бактерійні клітки розриваються. Одночасну дію вологого тепла і механічно відлагодженого скидання тиску забезпечують направлену і швидку дезактивацію мікроорганізмів. Проте способи, що базуються на цьому принципі, не підходять для пастеризації поверхні мигдалю та іншого насіння олійних культур. З одного боку, відбувається багатократне збільшення вмісту води через використовування насиченої і наднасиченої пари при тиску >1 бару (температура вище 100 °C) через виникаючу конденсацію. При рясному споживанні води, що неминуче при такій обробці, подальше висушування стає просто необхідним, а це веде до погіршення якості і зменшення терміну придатності продуктів. З другого боку, порушується цілісність продуктів, зокрема це відбувається через те, що на поверхні накопичується велика кількість води, а також під впливом механічних сил, які виникають при скиданні тиску. У випадку з сирим мигдалем або іншим небланшованим насінням, зокрема, насінням олійних культур, шкірка облущується, що згубне для якості. Система пастеризації СіФПі, розроблена компанією Вентілекс Кампані (Вест-Честер, Огайо), призначена спеціально для пастеризації мигдалю і детально описана на сайті www.nutpasteurization.net. Вживаний спосіб полягає в тому, що мигдаль поміщають в камеру з рідиною, що постійно переміщується в ній, і обробляють надмірним тиском з сильно нагрітою парою. Для просушування горіхи далі переміщають в подібну рухому камеру, де нагрівання 1 UA 98150 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 здійснюється за допомогою теплого повітря, а потім горіхи охолоджують. Через виникнення величезної конденсації при обробці, по методу компанії Вентілекс, слід підвищувати вміст води мигдалю на досить високий рівень, приблизно від 5 % до 10 %, що достатньо сильно погіршує якість пастеризованого мигдалю і веде до відшаровування частинок шкірки під час подальшої сушки гарячим повітрям. Більш того, обробка високими температурами веде до небажаних змін кольору і запаху мигдалю. Також відома система пастеризації поверхні мигдалю ДжіСіПі-Ай Джет Стрим@, розроблена фірмою ФМСі Технолоджіс (Сандаскі, Огайо), коли мигдаль нагрівають до заздалегідь заданої температури за допомогою пари; потім мигдаль пастеризують у вологому повітрі. Ще один відомий спосіб - це пастеризація в камері безперервної дії у вологому повітрі, при цьому точка роси повітря повинна бути значно вищою, ніж температура мигдалю. (Гунавардена і Венг, 2006). Вологе повітря конденсує на поверхні мигдалю, що разом з ефектом від тепла, приводить до бажаної дезактивації мікроорганізмів. Цей спосіб також приводить до високої конденсації води, так що по завершенню пастеризації, знову необхідна сушка гарячим повітрям. В результаті, якість мигдалю погіршується через вбирання величезної кількості води при нагріванні парою і пастеризації у вологому повітрі, а також при подальшому висушуванні. Пізніше Кларк (2007) описав модифікації способів парової обробки. Проте метод Сафестеріл, розроблений компанією ЕТІА, Ф-Компіене (Антоніні, 1993), все ще є актуальним способом обробки парою горіхоподібних і пудроподібних продуктів. Він полягає в тому, що, не відкриваючи камеру, продукт поступає всередину за допомогою нагрітого шнека, а потім в камері відбувається обробка парою. Оскільки така обробка відбувається при нормальному тиску, конденсація пари не відбувається поки температура матеріалу не доходить до 100 °C. Меток> нагрівання продукту за допомогою шнека є запобігання надмірної конденсації пари на продукті, проте, врешті-решт, нагрітий шнек виконує функцію подачі теплової енергії. Але через механічну дію при обертанні шнека, а в основному через використовування води, за допомогою цього способу не можна здійснювати теплову обробку сирого мигдалю або насіння олійних культур. У розглянутих далі відомих методах застосовується насичена пара при зниженому тиску. Коземпел і ін. (2003) описує метод вакуумно-парової пастеризації поверхні продуктів. В процесі обробки продукт по черзі поміщають у вакуум і насищають паром. Завдяки чергуванню вакууму і пари, конденсат осідає в порах і нерівностях на поверхні. Спосіб, розроблений Стім Лаб Сістемс (СХ-Боттмінген) (Блаха, 2003), ґрунтується на принципах цього методу. Він полягає в тому, що спочатку також необхідно провести описаний цикл обробки вакуумом і парою. Проте після обробки вакуумом виконується обробка парами води до тих пір, поки не досягнутий атмосферний тиск. Через зміну тиску водяна пара конденсуватиме, поки не встановиться нормальний рівень тиску, що знову-таки приводить до значного вбирання води. Більш того, температурні умови, наприклад, переважаюча температура поверхні в ході процесу, недостатньо точно визначені, що негативно впливає на безпеку процесу. Таким чином, всім відомим і згаданим тут методам і способам пастеризації мигдалю і інших продуктів подібного розміру властиві наступні загальні риси: - те, що обробка виконується у вологому середовищі при нормальному або надмірному тиску, а для вакуумних способів, відповідно, поки не досягнутий нормальний тиск; отже, можна говорити про те, що за умови повної рівноваги температура на поверхні рівна 100 °С або більша; у такому разі реакції, що негативно впливають на якість продукту, протікають дуже швидко; - те, що основний принцип всіх способів - це подача теплової енергії, і відповідно, унаслідок конденсації відбувається істотне зменшення вмісту води на більш ніж 2 %; (тимчасове) зниження вмісту води у вказаній кількості негативно впливає на якість пастеризованого продукту, оскільки запах випаровується, а структура поверхні спотворюється, наприклад, шкірка мигдалю облущується частинами і псується; - те, що через рясне вбирання води, виникає необхідність у висушуванні гарячим повітрям; у свою чергу сушка гарячим повітрям веде до змін, що завдають шкоди, наприклад, реакції потемніння, через які спостерігається відносне погіршення якості і значне порушення оригінальності продукту; - те, що умови пастеризації дотримуються в недостатньому ступені, це відбувається через те, що температура поверхні залишається постійною тільки після того, як досягнута температурна рівновага (100 °C за нормальних умов); відсутність постійного тиску веде до того, що визначаються неправильні умови пастеризації на поверхні продукту. 2 UA 98150 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Таким чином, задача винаходу полягає в тому, щоб створити метод/спосіб подібний тим, про які згадується вище, при цьому звести до мінімуму вбирання води і якісні зміни в продуктах харчування, а також оптимізувати умови пастеризації або стерилізації. Згідно винаходу ця задача здійснюється за рахунок того, що основна обробка починається тільки після попереднього нагрівання продуктів харчування, при цьому температура продукту залишається на декілька градусів нижче, ніж температура випаровування систем пастеризації або стерилізації, також температура попереднього нагрівання повинна бути нижче за температуру насичення, переважно на декілька градусів нижче за температуру насиченім пари при заздалегідь заданому тиску, при цьому обробка здійснюється у вологому середовищі бет повітря, пастеризація проводиться при температурі в межах від 55 до 99 °C при низькому тиску пастеризації, а стерилізація - при температурі в діапазоні від 100 °C до 140 °C при більш високому тиску стерилізації, при цьому теплова обробка виконується в протяг від 1 до 30 хвилин, і водоконденсат випаровується унаслідок подальшого вакуумного висушування при ще більш пониженому тиску. Новий спосіб включає три кроки: 1) попереднє нагрівання продуктів, 2) пастеризація або стерилізація в абсолютно безпримісній парі, при цьому температура поверхні відповідає температурі випаровування при тиску, заданому в системі, 3) висушування водоконденсату на поверхні за допомогою вакууму. Для оптимальної пастеризації або стерилізації всіх частин таких продуктів харчування, як горіхи, насіння олійних культур, крупи, спеції і подібні продукти повинні бути дотримані наступні основні правила: 1. Щоб не постраждала якість, необхідно вибрати і задати оптимальну температуру для пастеризації або стерилізації поверхні. Підбираючи тиск в системі, можна задати температуру випаровування, і точно таким же чином, температуру конденсації. Тиск в системі повинен підтримуватися на постійному рівні і залишатися в межах від 0,15 до 4,0 бар, за допомогою чого можна досягти температуру пастеризації від 55 до 99 °C і температуру стерилізації від 100 °C де 140 °C. 2. Оскільки вбирання води і подальше висушування, безумовно, позначаються на якості продуктів, необхідно відмовитися від непотрібного або надмірного вбирання води. Це можливо, якщо продукти харчування заздалегідь нагрівати в межах від 0 до 8 °C нижче за температуру випаровування. Таким чином, можна обмежити вбирання води, необхідне для нагрівання на менш ніж 0,5 %, і, отже, відпадає необхідність в подальшому висушуванні гарячим повітрям. 3. Невелику кількість води, що залишається на поверхні, можна швидко прибрати за допомогою зменшення тиску. Крім того, продукти харчування миттєво охолоджуються через випаровування води на поверхні, і таким чином дія тепла швидко припиняється. Основні правила ґрунтуються на властивостях, описаних в пунктах формули, які написані за спостереженнями, зробленими при виконанні наступних трьох операцій. 1. Попереднє нагрівання Попереднє нагрівання продуктів харчування здійснюється, переважно, в апараті, в якому продукти швидко нагрівають до необхідної температури з метою запобігання передчасного обезводнення. Наприклад, попереднє нагрівання може здійснюватися в барабані з інфрачервоним нагрівом за допомогою гарячого повітря або мікрохвиль. Проте, цей метод не виключає попереднє нагрівання іншими можливими засобами передачі енергії. Призначення попереднього нагрівання - це збереження продуктів в свіжому стані, крім того, нагрівання в незначному ступені сприяє дезактивації мікроорганізмів на поверхні. Температура попереднього нагрівання повинна бути такою, щоб при подальшій обробці парою, температура випаровування була на 0-8 °C вище, ніж температура при попередньому нагріванні. В результаті цього не виникає надмірна конденсація водяної пари на поверхні продукту і відповідно не відбувається надмірне вбирання води продуктами харчування під час подальшої обробки парою. Таким чином, температура попереднього нагрівання може варіювати в межах від 50 до 144 °C. Для пастеризації переважно вибирати температуру між 55 і 99 °C, а для стерилізації - між 100 до 140 °C. Пастеризацію мигдалю переважно проводити при температурі між 70 °C і 90 °C. 2. Пастеризація парою Теплова обробка (пастеризація або стерилізація) здійснюється при температурі від 50 до 140 °C. Як правило, пастеризацію проводять при температурі нижче 100 °C, а стерилізацію до 144 °C (повна дезактивація навіть теплостійких ендоспор). В нашому випадку температура обробки визначається за допомогою тиску пари, переважаючого або встановленого в системі. Якщо обробка здійснюється при температурі, нижче 100 °C, тиск в системі стає меншим, а при температурі більше 100 °C - стає більшим ніж атмосферний тиск. 3 UA 98150 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Щоб тиск в системі був менше атмосферного, слід за допомогою вакуумного насоса знизити тиск в камері, де проводиться обробка. Як тільки тиск в системі опускається нижче за заданий рівень, клапан, що подає пару, відкривається і починається подача пари. Подача пари здійснюється по розподільнику, який призначений для підтримки системного тиску на постійному рівні в камері, де проводиться обробка. Наприклад, обробка мигдалю здійснюється при абсолютному тиску від 0,1 до 0,95 бар, переважно від 0,2 до 0,8 бар. Після того, як продукт поміщений в камеру, його температура залишається в межах 0 до 8 °C нижче за температуру випаровування в системі. Але через конденсацію невеликої кількості води температура продукту швидко доходить до рівня температури випаровування. Коли вода вже більше не конденсує на поверхні продукту, в системі досягається рівновага. Що стосується температури насичення пари, то час (від 1 до 30 хвилин) подачі тепла повинен бути вибраний так, щоб дезактивувати мікроорганізми достатньою мірою. 3. Усунення води з поверхні Після обробки клапан, що подає пару, необхідно закрити, проте вакуумний насос повинен продовжувати працювати. Завдяки подальшому зниженню тиску в системі до рівня від 0,15 до 0,01 бар (абсолютний тиск), кількість води, яка зібралася унаслідок вирівнювання температури, може бути знову висушена протягом короткого періоду часу від 2-х до 20-ти хвилин, так щоб в пастеризованих і стерилізованих продуктах харчування не збільшувався вміст води. Далі винахід описується більш детально за допомогою прикладів здійснення, показаних на: Фіг.1, де зображений апарат для пастеризації поверхні шматочків продуктів, виконаний у відповідності з методом визначення ККТ і винаходом, і Фіг.2, де показані крива виживання і крива логарифмічного скорочення стрептокока групи D на мигдалі, що пройшов пастеризацію по методу ККТ (критична контрольна точка) при 81,4 °C (тиск в системі 0,5 бар). Спосіб, описаний тут, як приклад, застосований на апараті, зображеному на Фиг.1. Продукт харчування, який був заздалегідь нагрітий до заданої наперед температури належним способом, знаходиться в контейнері для попередньої обробки 1. Відкриваючи кришку 4, продукт поступає в барокамеру 2. Барокамера 2 забезпечена подвійним корпусом і за допомогою пари корпус підтримує наперед встановлену температуру, яка відповідає вибраним умовам. Після того, як контейнер герметично закривають, тиск знижують за допомогою вакуумного насоса 7. Як тільки тиск досягає рівня, який був заздалегідь вибраний, відкривають клапан 6, що подає пару. Надходження пари регулюється за допомогою розподільника так, щоб тиск в камері залишався постійним і відповідав заздалегідь заданим умовам. Залежно від вибраного тиску або, відповідно, вибраної температури, а також від функції продукту, пастеризація/стерилізація може продовжуватися від 1 до 30 хвилин. Щоб зупинити процес пастеризації/стерилізації, необхідно закрити клапан 6, що подає пару, а тиск в контейнері знизити до меж від 0,15 до 0,01 бар. Через 2-20 хвилин подальше вакуумне висушування закінчується. Тиск в контейнері знову доводиться до рівня атмосферного тиску за допомогою клапана регулювання тиску. Випускний клапан 5 відкривають і витягують продукти харчування. При бажанні продукти можна витягнути і за допомогою спіралі для змішування 3. Середні технологічні параметри для мигдалю, горіхів і насіння олійних культур представлені в таблиці 1. За відповідних умов, завдяки цьому способу, вбирання води на поверхні може бути мінімальним і складати менше ніж 0,5 %, залежно від вибраних умов пастеризації/стерилізації. Проте в процесі обробки навкруги продукту все ж таки утворюється вологе середовище. І це призводить до того, що обробка гарантовано, протікає в достатньо вологому середовищі, яке наближене до активності води в 1,0, і таким чином, забезпечена достатня дезактивація рослинних мікроорганізмів і ендоспор на поверхні продукту за відповідних умов (Фіг.2). Якість продуктів харчування залишається незмінною, осо5ливо, при пастеризації. Ні запах, ні колір не міняються, також при оптимальних параметрах не спостерігається ніякого облущування шкірки мигдалю (див. таблицю 1). Спосіб пастеризації і стерилізації, описаний тут, можна застосовувати для термальної обробки і іншого насіння олійних культур, таких як фундук, горіх-пекан, волоський горіх, а також, арахіс, висівки, пластівці, кава, какао і подібні продукти. Цей спосіб підходить і для обробки порошкоподібних продуктів, оскільки невелика вага і незначне вбирання води не сприятимуть утворенню грудок порошкових частинок. 4 UA 98150 C2 Таблиця 1 Технологічні параметри для пастеризації поверхні сирого мигдалю з інокулірованим 7 стрептококом групи D NRRL-B2354. Первинне зараження Е було 2*10 КОЄ/г. температура попереднього нагрівання °С 80 80 80 90 70 5 10 абс. тиск при пастеризації бар 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 температура вакуумне випаровування/ час реакції висушування конденсату °С хвилини хвилини 81,5 2 5 81,5 5 5 81,5 10 5 81,5 2 5 81,5 10 5 одержане логарифмічне скорочення 5,5 7,4 6,6 5,3 7,9 Джерела інформації: 1. Р. Антоніні, О. Лепез, П. Саджет, Д. ЛаПлейс, 1993, "Спосіб і апарат для зменшення або знищення мікрофлори подрібнених і твердих сільськогосподарських продуктів", FR 2680637. 2. Й. Блейн, 2003, "Спосіб стерилізації продуктів", WO 03/037109 А1, 05/08/2003. 3. Й.-П. Кларк, 2007, "Термальна обробка продуктів харчування", Харчова технологія 61 (04), 79-82. 4. P.M. Гунавардена, З. Венг, 2006, "Метод і апарат для пастеризації сухих продуктів харчування", US 2006 040029. 5. М.М. Гизель, 1990, "Стерилізація сухих овочевих продуктів насиченою парою", дисертація ЕТН №9203, Технічний Університет Швейцарії ЕТН, Цюріх. 6. М. Коземпел, Н. Голдберг і Й.С. Крейг, 2003 "Обробка вакуумом/паром/вакуумом", Харчова технологія 57 (12), 30-33. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 1. Спосіб пастеризації або стерилізації поверхні насіння олійних культур, таких як, мигдаль, фундук, горіх-пекан, волоський горіх, а також, арахіс, висівки, пластівці, кава, какао і подібні продукти включає основну обробку, яка починається тільки після попереднього нагрівання продуктів харчування, при цьому температура продукту на декілька градусів нижче, ніж температура випаровування систем пастеризації або стерилізації, а температура попереднього нагрівання продуктів харчування нижче за температуру насичення, переважно на декілька градусів нижче за температуру насичення пари при заздалегідь заданому тиску, при цьому обробку здійснюють у вологому середовищі без повітря, пастеризацію проводять при температурі в межах 55-99 °С при низькому тиску пастеризації, а стерилізацію - при температурі в діапазоні 100-140 °С при більш високому тиску стерилізації, при цьому теплову обробку виконують протягом від 1 до 30 хвилин, і водоконденсат випаровується внаслідок подальшого вакуумного висушування при ще більш зниженому тиску. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що температуру продукту задають в межах від 0 до 8 °С нижче за температуру випаровування при пастеризації або стерилізації. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що різницю між температурою попереднього нагрівання продуктів харчування і температурою насичення пари при заданому тиску, переважно, задають в межах від 0 до 8 °С. 5 UA 98150 C2 6 UA 98150 C2 Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7