Сублимация

сублимацияЧТО 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.

изменения состояния влагиИз 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.

герметичная камераС 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

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>