ЧТО ЛЮБЯТ МИКРОБЫ
Вода — основа жизни. Наличие воды — необходимое условие существования всего живого. В частности, в воде и влажных средах (содержащих свыше 15% влаги) при обычной температуре поразительно быстро развиваются самые разнообразные микроорганизмы.
Почти все пищевые продукты содержат значительную долю, иногда 99%, воды; отсюда и возникновение проблемы их консервирования, но отсюда же и генеральное направление решения этой проблемы: воздействие на воду.
Процессы жизнедеятельности микроорганизмов (обозначим эти процессы сугубо условно «М») находятся в функциональной зависимости не только от влажности («W»), но и от температуры («Т»). Эту зависимость, разумеется, тоже условно можно представить в виде простейшего уравнения:
M = f(Т, W).
Больше всего микробы «любят» температуру 37—40°С и влажность, близкую к 100%-
ЧЕГО НЕ ЛЮБЯТ МИКРОБЫ
Если повысить температуру до 100° С, то вода начинает кипеть. При этом большинство микроорганизмов погибает — происходит стерилизация воды. Но одновременно и ценные составляющие продуктов претерпевают необратимые изменения — частично или полностью разрушаются витамины, инактивируются ферменты, ухудшается качество белков и т. д. Так что высокая температура — палка о двух концах, она бьет не только по «чужим», но и по «своим».
Однако, может быть, есть такие решения, при которых и волки будут сыты и овцы целы? Попробуем подойти к проблеме с позиций теории.
Все знают, что в зависимости от температуры и давления вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Взглянув на диаграмму изменения состояния влаги (рис. 1), легко представить себе все те основные превращения воды, которые могут произойти при воздействии на нее.
Из приведенного выше уравнения ясно видно, что жизнедеятельность микроорганизмов «М» можно приостановить, понизив или температуру «Т», или влажность «W», или то и другое одновременно.
Итак, микробы «не любят» жары, холода и сухости.
ЛЕД КАК ТОРМОЗ
Начнем с «Т».
Понизим температуру до нуля. В этом случае вода, содержащаяся в пищевых продуктах, еще не изменит своего агрегатного состояния, поэтому охлажденные продукты в наибольшей степени сохраняют все свои первоначальные качества. Такие продукты можно хранить 2—3 недели, а иногда и несколько месяцев.
Если нужно продлить сроки хранения, то температуру придется понизить больше, до минус 10 — минус 30 градусов. Переводя воду в твердое агрегатное состояние, то есть в лед, мы «сковываем» ее активность, тормозим биологические процессы.
Замороженные продукты менее полезны и вкусны, чем охлажденные, зато их можно хранить целый год и даже больше. Еще в 1683 году Роберт Бойль обнаружил, что тела, пролежавшие в ледниках Гренландии более 30 лет, хорошо сохранились. Не раз в ледниках находили мясо мамонтов, пролежавших там тысячелетия.
ДОЛОЙ ВОДУ!
Куда более радикальный путь — воздействовать на «W», то есть удалять воду из продуктов, переводя ее в газообразное агрегатное состояние.
Этот путь в виде тепловой сушки известен с глубокой древности. Тепловая сушка широко распространена и сейчас. Однако при этом пищевые продукты подвергаются существенным физико-химическим, биохимическим и другим изменениям (концентрация сухих веществ, значительная усадка, изменение белков, разрушение большей части витаминов и ферментов, потеря летучих веществ, плохая восстанавливаемость при добавлении воды и т. п.), в результате которых питательные качества продукта в значительной степени утрачиваются.
Поэтому тепловую сушку применяют только для тех продуктов, которые при добавлении воды в значительной степени восстанавливают свои первоначальные качества — для молока, сухарей, макаронных изделий, некоторых фруктов, грибов и т. д.
Принципиальный, неустранимый недостаток этого способа заключается в том, что в процессе сушки продукта его влага находится в жидком агрегатном состоянии (отсюда концентрация веществ, значительная усадка), а температура достаточно высока для того, чтобы одновременно с сушкой протекали многочисленные биологические процессы, приводящие к необратимым изменениям.
НАШИ УМНЫЕ ПРЕДКИ
А нельзя ли вести процесс сушки в условиях, когда влага находится в твердом агрегатном состоянии? Ведь в этом случае продукт сохранит свою форму и размеры, а биологические процессы будут приостановлены.
Оказывается, эта мысль, хотя и, вероятно, в несколько иной форме, пришла в голову нашим предкам многие тысячи лет назад. Во многих районах земного шара жители зимой вывешивали ломти мяса и рыбы, которые сохли «на морозе». В Монголии и сейчас используют этот метод для сушки мяса. А домашние хозяйки отлично сушат на морозе белье.
ПАТЕНТ ЛАППА-СТАРЖЕНЕЦКОГО
В 1921 году горный инженер Г. И. Лаппа-Старженецкий впервые в СССР запатентовал способ сушки при давлениях, лежащих ниже 4,58 мм ртутного столба.
Если взглянуть на нашу диаграмму (см. рис. 1), то можно убедиться, что в этих условиях возможны лишь два состояния воды — твердое (лед) и газообразное (пар). При этом лед непосредственно переходит в пар. Такой переход называется сублимацией. Отсюда и общепринятое название процесса — сублимационная сушка.
ПРОВЕДЕМ ОПЫТ
В герметичную камеру, изображенную на рис. 2, поставим небольшой сосуд с водой и в нем установим термометр. Соединим этот шкаф с вакуум-насосом и начнем откачивать находящийся в образованной таким путем камере воздух. Хорошо известно, что с понижением давления температура кипения воды понижается (вспомните альпинистов, которые не могут сварить кашу, находясь на больших высотах). Когда остаточное давление в камере станет ниже 4,58 мм ртутного столба, температура воды снизится до 0° С, а затем вода быстро замерзнет. Если продолжать откачку воздуха, температура льда будет медленно понижаться.
С таким же успехом, «без холода» можно заморозить не просто воду, но и кусочек мяса или рыбы, яблоко или ягоду, молоко или творог. Роль охладителя в этом случае будет играть вода, находящаяся в продукте — тот же принцип заложен в использовании пористых сосудов, охлаждающих содержащуюся в них жидкость благодаря испарению части ее, которая просачивается через поры. Для того чтобы заморозить продукт, необходимо испарить примерно 15— 20% содержащейся в нем влаги.
Если к замороженному продукту, который находится в нашей камере при остаточном давлении 0,5—2 мм ртутного столба, подводить понемногу тепло, то начнется процесс сублимационной сушки, то есть непосредственный фазовый переход льда в пар.
ВОДА УШЛА — СТРУКТУРА ОСТАЛАСЬ
При правильно организованном процессе сублимационной сушки продукт остается замороженным, влажность его постепенно снижается, а молекулярная структура не претерпевает существенных изменений. В конечном счете получается продукт, из которого удалена почти вся вода (остается всего от 2 до 5% влаги), причем это удаление происходило при низких температурах, резко тормозящих почти все биологические процессы. Следовательно, практически все исходные свойства продукта сохранились.
Конечно, такой продукт очень порист, гигроскопичен. Поэтому его необходимо упаковать в парогазонепроницаемую тару. В подобной таре его можно хранить очень долго при обычной температуре.
В этом новом методе используется второй путь — максимальное снижение влияния фактора «W» (влажность), но в сочетании с временным понижением влияния фактора «Т» (температуры).
СНАЧАЛА МЕДИКАМЕНТЫ…
Комплексное решение — одновременное воздействие и на «Т» и на «W» — одно из наиболее перспективных направлений консервирования пищевых продуктов.
В первую очередь сублимационную сушку использовали у нас в стране для консервации плазмы крови, сывороток, пенициллина. Это было еще в сороковых годах.
В 1955 г. при участии академика Белорусской Академии наук А. В. Лыкова в Ростове был пущен первый, — в то время крупнейший в Европе — цех сублимационной сушки пищевых продуктов.
В январе 1964 г. вступил в строй цех сублимации на Ленинградском мясокомбинате. В первой половине 1965 г. начал действовать цех при Останкинском мясоперерабатывающем комбинате в Москве.
…ПОТОМ ОТБИВНЫЕ
Посетим современный цех по консервированию пищевых продуктов методом сублимации.
Поступающее сырье — очищенное от костей, жира и соединительной ткани мясо или фарш — укладывают в особые формы. Заполненные формы направляют в скороморозильный аппарат, где мясо замораживают до минус 7—10° С. Затем замороженные блоки мяса одинаковой формы специальная машина нарезает на ломти толщиной 10 — 14 мм, которые поступают на сетчатые противни. Нагруженные противнями тележки быстро закатывают в сублимационную установку, двери которой герметично закрываются. Вакуум-насосы начинают откачивать воздух. Как только давление в камере снизится до 0,5—1 мм ртутного столба, к замороженным ломтикам мяса начинают подводить тепло. Вода, которая выделяется из продукта, улавливается конденсатором-вымораживателем. Когда последние кристаллики льда исчезнут из мяса, процесс, который длится 8—10 часов, считается оконченным. В сублимационную установку для выравнивания давления вводят инертный газ (азот или гелий), который заполняет ее объем и заодно многочисленные пустоты, образовавшиеся в продуктах после удаления из них льда. Двери камеры открываются, тележки выкатываются и разгружаются. После этого дозируют высушенные продукты по весу, расфасовывают их в пакеты из газопаронепроницаемых пленок, удаляют воздух, вводят газообразный азот и запаивают пакеты.
ДЛЯ ЗЕМЛИ
Приготовленные подобным способом легкие и высококачественные продукты находят все более широкое применение. Первые потребители их — участники арктических и антарктических экспедиций, геологи, альпинисты.
Не менее важно снабдить разнообразными продуктами, которые можно длительно хранить без холодильников, рабочих новостроек, жителей отдаленных или труднодоступных районов.
Весьма кстати будут они для туристов, а в летнее время — и для дачников.
А какая благородная задача — организовать производство сухого материнского молока, которое можно было бы доставить почтовыми посылками в любой район по первому требованию местных детских консультаций.
В некоторых случаях с помощью сублимированных продуктов можно организовать диетическое питание, а также лечение. Если растворить в воде, используемой для их восстановления, витамины, лекарства, то больной незаметно для себя пройдет назначенный врачом курс. Вместо воды для восстановления можно использовать фруктовые соки, молоко, сливки и т. п. В этом случае больной получит новый продукт, содержащий в единице объема значительное количество полезных веществ.
…И ДЛЯ КОСМОСА
Экипаж космического корабля, направляющегося в сторону Марса или Венеры, в общем в дальний путь, вне всякого сомнения, оценит преимущества продуктов сублимационной сушки, вкусных, предельно легких, а в случае брикетирования — предельно компактных. (Для того чтобы приготовить килограмм бифштексов, нужно всего 250 граммов сублимированной говядины.)
Свежая клубника или малина, душистые персики, вкусный творог, аппетитный бифштекс или котлеты и в заключение освежающий напиток или сок безусловно будут способствовать сохранению здоровья и боевого духа космонавтов.
БУДЕМ ОПТИМИСТАМИ!
В нашей стране намечен план широкого внедрения нового метода сублимационной сушки продуктов питания. Уже разработана технология получения более двух десятков изделий и готовых блюд. Проведено немало массовых дегустаций, участники которых единодушно приветствуют новую продукцию.
Правда, для создания новой отрасли пищевой промышленности потребуется немало сил, прежде всего необходимо организовать выпуск соответствующего оборудования.
Но, будем оптимистами — и поэтому, идя с работы домой, на всякий случай время от времени заглядывайте в специализированные магазины — «Турист», «Пищевые концентраты» и т. д. В один прекрасный день на прилавках появятся красивые пакеты из полимерной пленки с привлекательным рисунком и не всем еще понятным названием: «Продукт сублимационной сушки».
Заведующий кафедрой Московского технологического института мясной и молочной промышленности, кандидат технических наук Э. И. Каухчешвили