paskalizacja

Paskalizacja , bridgmanizacja , obróbka wysokociśnieniowa ( HPP ) lub obróbka wysokociśnieniowa ( HHP ) to metoda utrwalania i sterylizacji żywności, w której produkt jest przetwarzany pod bardzo wysokim ciśnieniem , prowadzącym do inaktywacji niektórych mikroorganizmów i enzymów w jedzeniu. HPP ma ograniczony wpływ na wiązania kowalencyjne w produkcie spożywczym, zachowując w ten sposób zarówno sensoryczne, jak i odżywcze aspekty produktu. Technika została nazwana na cześć Blaise'a Pascala , francuskiego naukowca z XVII wieku, którego praca obejmowała wyszczególnienie wpływu ciśnienia na płyny. Podczas paskalizacji przez około piętnaście minut można zastosować ponad 50 000 funtów na cal kwadratowy (340 MPa, 3,4 kbar), co prowadzi do inaktywacji drożdży , pleśni i bakterii . Paskalizacja jest również znana jako bridgmanizacja, nazwana na cześć fizyka Percy'ego Williamsa Bridgmana .

Używa

HPP może dezaktywować mikroorganizmy powodujące psucie i niektóre enzymy, co może wydłużyć okres przydatności do spożycia przy jednoczesnym zachowaniu właściwości sensorycznych i odżywczych produktu. Mikroorganizmy chorobotwórcze, takie jak Listeria , E. coli , Salmonella i Vibrio są również wrażliwe na ciśnienie 400–1000 MPa stosowane podczas HPP. W ten sposób HPP może pasteryzować produkty spożywcze przy krótszym czasie przetwarzania, zmniejszonym zużyciu energii i mniejszej ilości odpadów.

Obróbka odbywa się w niskich temperaturach i nie obejmuje stosowania dodatków do żywności . Od 1990 roku niektóre soki, galaretki i dżemy były konserwowane w Japonii za pomocą paskalizacji. Technika ta jest obecnie stosowana tam również do konserwowania ryb i mięs, sosów sałatkowych , ciastek ryżowych i jogurtów . Ponadto konserwuje owoce, koktajle warzywne i inne produkty, takie jak mięso na sprzedaż w Wielkiej Brytanii.

Wczesne zastosowanie paskalizacji w Stanach Zjednoczonych polegało na leczeniu guacamole . Nie zmieniło to smaku, tekstury ani koloru sosu, ale okres przydatności do spożycia produktu wydłużył się do trzydziestu dni w porównaniu z trzema dniami poprzedzającymi traktowanie. Jednak niektóre poddane obróbce pokarmy nadal wymagają przechowywania w chłodni, ponieważ paskalizacja nie może zniszczyć wszystkich białek , niektóre z nich wykazują aktywność enzymatyczną, która wpływa na okres przydatności do spożycia.

W ostatnich latach HPP znalazł również zastosowanie w przetwarzaniu surowej karmy dla zwierząt domowych . Większość komercyjnych mrożonych i liofilizowanych surowych diet przechodzi obecnie obróbkę HPP po pakowaniu w celu zniszczenia potencjalnych zanieczyszczeń bakteryjnych i wirusowych, przy czym salmonella jest jednym z głównych problemów.

Historia

Koniec XIX wieku

Eksperymenty dotyczące wpływu nacisku na mikroorganizmy odnotowano już w 1884 r., A udane eksperymenty od 1897 r. W 1899 r. BH Hite jako pierwszy ostatecznie wykazał inaktywację mikroorganizmów pod wpływem ciśnienia. Po tym, jak opisał wpływ wysokiego ciśnienia na mikroorganizmy, szybko pojawiły się doniesienia o wpływie ciśnienia na żywność. Hite próbował zapobiegać psuciu się mleka, a jego praca wykazała, że ​​mikroorganizmy można dezaktywować, poddając je działaniu wysokiego ciśnienia. Wspomniał również o zaletach żywności poddanej obróbce ciśnieniowej, takiej jak brak środków antyseptycznych i brak zmiany smaku.

Hite powiedział, że od 1897 roku chemik z Rolniczej Stacji Doświadczalnej w Wirginii Zachodniej badał związek między ciśnieniem a konserwacją mięsa, soków i mleka. Wczesne eksperymenty obejmowały włożenie dużej śruby do cylindra i trzymanie jej tam przez kilka dni, ale nie miało to żadnego wpływu na powstrzymanie psucia się mleka. Później mocniejszy aparat był w stanie poddać mleko wyższemu ciśnieniu, a poddane obróbce mleko pozostawało słodsze przez 24–60 godzin dłużej niż mleko nie poddane obróbce. Kiedy do próbek mleka przykładano ciśnienie 90 ton amerykańskich (82 t) przez godzinę, pozostawały one słodkie przez tydzień. Urządzenie używane do wywoływania ciśnienia zostało później uszkodzone, gdy naukowcy próbowali przetestować jego wpływ na inne produkty.

Eksperymentowano również z wąglikiem , durem brzusznym i gruźlicą , co stanowiło potencjalne zagrożenie dla zdrowia naukowców. Zanim proces został udoskonalony, jeden z pracowników Zakładu Doświadczalnego zachorował na dur brzuszny.

Proces, o którym poinformował Hite, nie był możliwy do powszechnego użytku i nie zawsze całkowicie sterylizował mleko. Chociaż przeprowadzono bardziej szczegółowe badania, pierwotne badanie mleka zostało w dużej mierze przerwane ze względu na obawy co do jego skuteczności. Hite wspomniał o „pewnych powolnych zmianach w mleku” związanych z „enzymami, których ciśnienie nie mogło zniszczyć”.

początek XX wieku

Hite i in. opublikował bardziej szczegółowy raport na temat sterylizacji ciśnieniowej w 1914 roku, który zawierał liczbę mikroorganizmów, które pozostały w produkcie po obróbce. Eksperymenty przeprowadzono na różnych innych produktach spożywczych, w tym owocach, sokach owocowych i niektórych warzywach. Spotkały się one z mieszanym sukcesem, podobnym do wyników uzyskanych we wcześniejszych testach na mleku. Podczas gdy niektóre pokarmy zostały zakonserwowane, inne nie, prawdopodobnie z powodu zarodników bakterii, które nie zostały zabite.

Badanie Hite'a z 1914 r. Doprowadziło do innych badań nad wpływem presji na mikroorganizmy. W 1918 roku badanie opublikowane przez WP Larsona i in. miał pomóc w rozwoju szczepionek . Ten raport wykazał, że zarodniki bakterii nie zawsze były inaktywowane przez ciśnienie, podczas gdy bakterie wegetatywne były zwykle zabijane. Badanie Larsona i wsp. skupiło się również na wykorzystaniu dwutlenku węgla , wodoru i azotu pod ciśnieniem. Stwierdzono, że dwutlenek węgla jest najskuteczniejszy z tych trzech w inaktywacji mikroorganizmów.

Koniec 1900-dziś

Około 1970 roku naukowcy wznowili swoje wysiłki w badaniu przetrwalników bakteryjnych po odkryciu, że stosowanie umiarkowanych ciśnień jest bardziej skuteczne niż stosowanie wyższych ciśnień. Te zarodniki, które powodowały brak zachowania we wcześniejszych eksperymentach, były inaktywowane szybciej pod wpływem umiarkowanego nacisku, ale w sposób inny niż w przypadku drobnoustrojów wegetatywnych. Pod wpływem umiarkowanego nacisku zarodniki bakterii kiełkują , a powstałe zarodniki są łatwo zabijane za pomocą ciśnienia, ciepła lub promieniowania jonizującego . Jeśli wielkość początkowego ciśnienia zostanie zwiększona, warunki nie są idealne do kiełkowania, więc oryginalne zarodniki muszą zostać zabite. Jednak stosowanie umiarkowanego nacisku nie zawsze działa, ponieważ niektóre przetrwalniki bakterii są bardziej odporne na kiełkowanie pod ciśnieniem i niewielka ich część przetrwa. Metoda konserwacji wykorzystująca zarówno ciśnienie, jak i inną obróbkę (taką jak ciepło) w celu zabicia zarodników nie została jeszcze niezawodnie osiągnięta. Taka technika pozwoliłaby na szersze wykorzystanie presji na żywność i innych potencjalnych postępów w konserwacji żywności.

Badania nad wpływem wysokiego ciśnienia na mikroorganizmy koncentrowały się głównie na organizmach głębinowych aż do lat 80. XX wieku, kiedy to dokonano postępów w obróbce ceramiki. Zaowocowało to produkcją maszyn pozwalających na przetwarzanie żywności pod wysokim ciśnieniem na dużą skalę i wzbudziło zainteresowanie tą techniką, zwłaszcza w Japonii. Chociaż produkty komercyjne zakonserwowane przez paskalizację pojawiły się po raz pierwszy w 1990 roku, technologia stojąca za paskalizacją jest wciąż doskonalona do powszechnego użytku. Obecnie istnieje większy popyt na produkty minimalnie przetworzone niż w poprzednich latach, a produkty konserwowane przez paskalizację odniosły sukces komercyjny, mimo że ich ceny były znacznie wyższe niż produkty poddane standardowej obróbce.

Na początku XXI wieku odkryto, że paskalizacja może oddzielić mięso skorupiaków od ich skorup. Homary, krewetki, kraby itp. można pastalizować, a następnie ich surowe mięso z łatwością wysunie się w całości z pękniętej skorupy.

Proces

W paskalizacji produkty spożywcze są zamykane i umieszczane w stalowej komorze zawierającej płyn, często wodę, a do wytworzenia ciśnienia stosuje się pompy. Pompy mogą wywierać ciśnienie w sposób ciągły lub przerywany. Zastosowanie wysokiego ciśnienia hydrostatycznego (HHP) do produktu spożywczego zabije wiele mikroorganizmów, ale zarodniki nie zostaną zniszczone. Paskalizacja działa szczególnie dobrze na kwaśnych pokarmach, takich jak jogurty i owoce, ponieważ zarodniki odporne na ciśnienie nie są w stanie żyć w środowiskach o niskim pH . Zabieg równie dobrze sprawdza się zarówno w przypadku produktów stałych, jak i płynnych.

Naukowcy opracowują też „ciągłą” metodę wysokociśnieniowej obróbki płynnej żywności. Technologia ta znana jest jako technologia ultra ścinania (UST) lub homogenizacja pod wysokim ciśnieniem. Obejmuje to zwiększanie ciśnienia płynnej żywności do 400 MPa, a następnie obniżanie ciśnienia przez przejście przez mały luz w zaworze ścinającym. Kiedy płyn opuszcza zawór ścinający, z powodu znacznej różnicy ciśnień w zaworze, energia ciśnienia jest przekształcana w energię kinetyczną. Ta energia kinetyczna jest rozpraszana jako energia cieplna w celu podniesienia temperatury płynu i jako strata ciepła do otoczenia. Pozostała energia kinetyczna jest zużywana na fizyczne i strukturalne modyfikacje próbki (mieszanie, emulgowanie, dyspersja, wielkość cząstek, redukcja enzymów i drobnoustrojów) poprzez intensywne siły mechaniczne, takie jak ścinanie, turbulencje lub kawitacja. Tak więc, w zależności od początkowej temperatury produktu i ciśnienia procesowego, obróbka UST może skutkować efektami pasteryzacji lub komercyjnej sterylizacji wraz z modyfikacją strukturalną obrabianej cieczy.

Zarodniki bakterii przeżywają działanie ciśnienia w warunkach otoczenia lub w warunkach chłodniczych. Naukowcy poinformowali, że ciśnienie w połączeniu z ciepłem jest skuteczne w inaktywacji przetrwalników bakteryjnych. Proces ten nazywa się sterylizacją termiczną wspomaganą ciśnieniem. W 2009 i 2015 r. Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) wydała listy bez sprzeciwu dla dwóch petycji przemysłowych dotyczących wspomaganej ciśnieniowo obróbki termicznej. Obecnie na rynku nie ma dostępnych na rynku produktów o niskiej kwasowości poddanych obróbce PATP.

wiązania wodorowe żywności są selektywnie przerywane. Ponieważ paskalizacja nie jest oparta na cieple, na wiązania kowalencyjne , co nie powoduje zmiany smaku żywności. Oznacza to, że HPP nie niszczy witamin, zachowując wartość odżywczą pożywienia. Wysokie ciśnienie hydrostatyczne może wpływać na tkanki mięśniowe poprzez zwiększenie tempa utleniania lipidów , co z kolei prowadzi do złego smaku i zmniejszonych korzyści zdrowotnych. Ponadto w żywności znajdują się pewne związki, które podlegają zmianom w trakcie procesu obróbki. Na przykład węglowodany są żelatynizowane przez wzrost ciśnienia zamiast zwiększania temperatury podczas procesu obróbki.

Ponieważ ciśnienie hydrostatyczne jest w stanie szybko i równomiernie oddziaływać na żywność, ani wielkość pojemnika z produktem, ani jego grubość nie mają wpływu na skuteczność paskalizacji. Istnieje kilka skutków ubocznych tego procesu, w tym niewielki wzrost słodyczy produktu, ale paskalizacja nie wpływa znacząco na wartość odżywczą, smak, teksturę i wygląd. W rezultacie obróbka wysokociśnieniowa żywności jest uważana za „naturalną” metodę konserwacji, ponieważ nie stosuje się w niej chemicznych środków konserwujących.

Krytyka

Anurag Sharma, geochemik; James Scott, mikrobiolog; i inni z Carnegie Institution of Washington bezpośrednio obserwowali aktywność drobnoustrojów przy ciśnieniu przekraczającym 1 gigapaskal. Eksperymenty przeprowadzono przy ciśnieniu do 1,6 GPa (232 000 psi), czyli ponad 16 000 razy więcej niż normalne ciśnienie powietrza lub około 14 razy więcej niż ciśnienie w najgłębszym rowie oceanicznym .

Eksperyment rozpoczął się od umieszczenia filmu Escherichia coli i Shewanella oneidensis w diamentowej komorze kowadełkowej (DAC). Następnie ciśnienie podniesiono do 1,6 GPa. Po podniesieniu do tego ciśnienia i przetrzymywaniu go przez 30 godzin, przeżył co najmniej 1% bakterii. Następnie eksperymentatorzy monitorowali metabolizm mrówczanu za pomocą spektroskopii ramanowskiej in situ i wykazali, że metabolizm mrówczanu w próbce bakteryjnej był kontynuowany.

Co więcej, 1,6 GPa to tak duże ciśnienie, że podczas eksperymentu przetwornik cyfrowo-analogowy zamienił roztwór w lód-VI , lód o temperaturze pokojowej. Kiedy bakterie rozkładały mrówczan w lodzie, w wyniku reakcji chemicznej tworzyły się płynne kieszenie.

Było trochę sceptycyzmu do tego eksperymentu. Według Arta Yayanosa, oceanografa z Scripps Institution of Oceanography , organizm należy uważać za żywy tylko wtedy, gdy może się rozmnażać. Innym problemem związanym z eksperymentem DAC jest to, że gdy występują wysokie ciśnienia, zwykle występują również wysokie temperatury, ale w tym eksperymencie ich nie było. To doświadczenie przeprowadzono w temperaturze pokojowej. Jednak celowy brak wysokiej temperatury w eksperymentach wyizolował rzeczywisty wpływ ciśnienia na życie, a wyniki wyraźnie wskazywały, że życie jest w dużej mierze niewrażliwe na ciśnienie.

Nowsze wyniki niezależnych grup badawczych potwierdziły wyniki Sharmy i in. (2002). Jest to znaczący krok, który potwierdza potrzebę nowego podejścia do starego problemu badania skrajności środowiskowych poprzez eksperymenty. Praktycznie nie ma debaty na temat tego, czy życie drobnoustrojów może przetrwać ciśnienie do 600 MPa, co zostało wykazane w ciągu ostatniej dekady w wielu rozproszonych publikacjach.

Akceptacja konsumencka

W badaniach konsumenckich HighTech Europe konsumenci wymieniali więcej pozytywnych niż negatywnych opisów skojarzeń dla tej technologii, co świadczy o tym, że produkty te są dobrze akceptowane.

Zobacz też

• Sok tłoczony na zimno
• Rzędy wielkości (ciśnienie)
• Czynniki fizyczne wpływające na życie drobnoustrojów
• Termizacja

Bibliografia

•   Adams, MR; Mech, MO (2007). Mikrobiologia Żywności . Międzynarodowy New Age. ISBN 978-81-224-1014-3 .
•   Brązowy, Amy Christian (2007). Zrozumienie jedzenia: zasady i przygotowanie (wyd. 3). Nauka Cengage'a. ISBN 978-0-495-10745-3 .
•   Stypendyści, Piotr (2000). Technologia przetwarzania żywności: zasady i praktyka (wyd. 2). CRC Naciśnij . ISBN 978-0-8493-0887-1 .
•   Hendrickx, Marc EG; Knorr, Dietrich W. (2002). Obróbka żywności pod bardzo wysokim ciśnieniem . Skoczek. ISBN 978-0-306-47278-7 .
•   Henry, CJK; Chapman, Clare (2002). Podręcznik żywienia dla przetwórców żywności . Prasa CRC. ISBN 978-0-8493-1543-5 .
•   Jaya, Jamesa Monroe; Loessner, Martin J.; Złoty, David Allen (2005). Nowoczesna mikrobiologia żywności (wyd. 7). Skoczek. ISBN 978-0-387-23180-8 .
•   Oliveira, Fernanda AR; Oliveira, Jorge C. (1999). Przetwarzanie żywności: optymalizacja jakości i ocena procesu . Prasa CRC. ISBN 978-0-8493-7905-5 .