Technologiczne aspekty produkcji konserw sterylizowanych

[Maxell]

Technologiczne aspekty produkcji konserw sterylizowanych

 

Konserwy to przetwory mięsne, mięsno- tłuszczowe lub mięsno- tłuszczowo- roślinne i niekiedy z dodatkiem podrobów zamknięte hermetycznie w opakowaniach nieprzepusz­czalnych dla bodźców materialnych i poddane działaniu podwyższonej temperatury w zakre­sie pasteryzacji lub sterylizacji. W procesie pro­dukcji konserw znaczące są trzy elementy technologiczno-techniczne, a mianowicie:

• zastosowanie opakowania z tworzywa, któ­re uniemożliwia wymianę masy,
• hermetyczne zamknięcie opakowania po wypełnieniu go masą wsadową,
• zastosowanie energii cieplnej o różnej efek­tywności oddziaływania na masę wsadową i jej mikroflorę.

Zastosowana obróbka cieplna konserw poza uzyskaniem pożądanej jałowości handlowej decyduje również o uzyskaniu przez te wyroby charakterystycznych cech organoleptycznych. Prawidłowo prowadzony proces powinien do­starczyć takiej dawki ciepła, która zapewni trwałość mikrobiologiczną wyrobów a jedno­cześnie ograniczy do minimum niepożądane zmiany zachodzące w produktach pod wpły­wem ogrzewania (straty witamin, obniżenie wartości odżywczej, wzrost wycieku cieplne­go, niepożądane posmaki).

 

Charakterystyka konserw sterylizowanych

 

Konserwy mięsne i podrobowe stanowią istot­ną grupę asortymentową wyrobów o różnych sposobach obróbki cieplnej surowca i różno­rodnych właściwościach wsadu, zalewy oraz z różnymi dodatkami przewidywanymi skła­dem recepturowym determinowanym użyty­mi surowcami (mięso, tłuszcz, podroby). Cha­rakteryzują się one lekko kwaśną, względnie zasadową wartością pH wsadu i w zdecydo­wanej większości poddawane są ogrzewaniu w ramach zabiegu sterylizacji (obróbka powy­żej 100^o C).

Główną cechą i zarazem zaletą konserw stery­lizowanych jest długi czasokres ich trwałości osiągnięty wskutek zastosowanego procesu ste­rylizacji. Niezbędnymi warunkami prowadzą­cymi do uzyskania takich konserw o dobrych cechach jakościowych a zarazem bezpiecznych pod względem zdrowotnym jest poza doborem surowcowo- materiałowym i przestrzeganiem higieny produkcji doprowadzenie odpowied­niej dawki energii cieplnej w procesie obrób­ki sterylizacyjnej. Dawka ta powinna zapewnić inaktywację i redukcję mikroflory bakteryjnej oraz enzymów w stopniu zabezpieczającym trwałość przechowalniczą wyprodukowanych konserw. Ilość dostarczonej energii powin­na być jednak na tyle optymalna aby jej nad­miar nie powodował strat ekonomicznych, ob­niżenia wartości odżywczej, niekorzystnych zmiany sensoryczne oraz wzrostu wycieku cieplnego. Wysoką trwałość, jakość i wartość zdrowotną konserw sterylizowanych umożli­wia przestrzeganie określonych zasad w toku ich produkcji:

• właściwy dobór surowca i jego cechy,
• kontrola parametrów opakowań,
• eliminowanie nieprawidłowości w kon­strukcji i zamykaniu opakowań,
• stosowanie optymalizacji zasad prowadze­nia procesów operacyjno-produkcyjnych,
• przestrzeganie zasad higieny.

Programując proces sterylizacji konserw nale­ży mieć na uwadze fakt, że odporność cieplna bakterii rośnie wraz z przesunięciem się odczynu środowiska w stronę zasadowego oraz wzro­stem zawartości tłuszczu i suchej masy we wsa­dzie konserw. W czasie dogrzewania konserw po osiągnięciu temperatury 63^oC odporność bakterii zwiększa się sukcesywnie w kolejności:

• pałeczki G (-) do których należą pałeczki okrężnicy,
• mikrokokki, w tym najczęściej niepatogenne,
• bakterie kwasu mlekowego,
• często patogenne dwoinki (m.in. rodzaj Streptococcus, gronkowce),
• pałeczki G (+), w tym z rodzaju Staphylo- coccus,
• często chorobotwórcze laseczki zdolne do tworzenia spor,
• bakterie termofilne np. Bacillus coagulans, Geobacillus (Bacillus) stearothermophilus.

Ze względu na zalecane warunki magazynowa­nia, czasokres trwałości przechowalniczej oraz parametry obróbki sterylizacyjnej (temperatu­ra, wartość sterylizacyjna F_o) konserwy moż­na podzielić na:

• konserwy ,,Trzy- Czwarte",
• konserwy pełne,
• konserwy tropikalne.

 

Konserwy ,,Trzy- Czwarte"

 

Do grupy tej należą konserwy ogrzewane w au­toklawach w temperaturze 105-115°C do osią­gnięcia wartości sterylizacyjnej F_o= 0,6-1,2. Takie warunki obróbki są przydatne w pro­dukcji głównie konserw z treścią wrażliwą na silniejsze ogrzewanie (wyroby w galarecie, far­sze kiełbasiane, pasztety, kiełbaski w zalewach i sosach). Zastosowane takie parametry obrób­ki niszczą mikroorganizmy wegetatywne, za­rodniki psychrotrofów, w tym przetrwalniki bakterii mezofilnych z rodzaju Bacillus nie unieszkodliwiając jednak szczepów z rodza­ju Clostridium wraz z proteolitycznymi Clostridium botulinum. Groźne Clostridia mogą się rozwijać szczególnie w tego typu konser­wach o wysokiej wartości pH wsadu i dużej a_w przy równoczesnej niewielkiej ilości lub bra­ku azotynów. Z powyższego względu konserwy ,,Trzy-Czwarte” powinny być przechowywane tylko w temperaturze nie przekraczającej 10°C w czasie maksymalnym do 1 roku.

Jednocześnie warunki obróbki termicznej tego typu konserw sprzyjają ich wysokiej jakości eliminując potencjalnie niekorzystny smak przypalenizny w wątrobiankach i pasztetach oraz niepożądane przebarwienia ich masy wsado­wej . Przestrzeganie górnej granicznej tempera­tury sterylizacji wynoszącej 115°C gwarantuje stabilność galaret wytwarzanych przy udzia­le żelatyny.

 

Konserwy pełne

 

Konserwy pełne sterylizowane są to produk­ty w opakowaniach hermetycznych obrabiane termicznie w autoklawach w temperaturze 117- 130°C do wartości sterylizacyjnej wynoszącej praktycznie F_o= 4-5,5 (konserwy mięsne i po­drobowe) lub w przypadku konserw mięsno- warzywnych do wartości F_o=7,5. W praktyce dla konserw mięsnych i podrobowych można przyjmować zakres uzyskania wartości steryli­zacyjnej na poziomie F_o=5-6. Daje to gwaran­cję bezpieczeństwa w zakresie skuteczności ste­rylizacji eliminując wpływ pewnych zagrożeń natury technicznej i niedokładności pomia­rowej. Osiągnięcie założonych dla steryliza­cji wartości Fo zapewnia zniszczenie nie tylko form wegetatywnych, ale również przetrwalnikujących bakterii mezofilnych z rodzaju Bacillus i Clostridium. W takich warunkach pro­wadzenia procesu przeżyć mogą tylko bakterie termofilne z rodzaju Bacillus i Clostridium. Drobnoustroje te namnażają się intensywnie w temperaturze 40-70° C i z tego względu kon­serwy pełne nie powinny być przechowywa­ne w temperaturze powyżej 40°C. Warunkiem niezbędnym dla utrzymania wysokiej jakości i jałowości mikrobiologicznej tak obrabianych termicznie konserw jest poddawanie je po obróbce sterylizacyjnej szybkiemu schłodzeniu do osiągnięcia temperatury wsadu nie wyż­szej niż 40°C a najlepiej poniżej 30°C. Elimi­nuje to ryzyko rozwoju termofilnych bakterii przetrwalnikujących.

Wyprodukowane z zachowaniem poprawnych parametrów obróbki konserwy pełne zacho­wują swoją trwałość w okresie do 4 lat przy przechowywaniu ich w temperaturze nie wyż­szej niż 25°C. Ewentualne mankamenty w za­kresie jakości takich konserw wynikają najczę­ściej z degradacji fizykochemicznej ich treści o charakterze abiotycznym. Trwałości przechowalniczej konserw pełnych sprzyja dodatek substancji zakwaszających oraz konserwująco-stabilizujących (azotyn sodu, kwasy organicz­ne) oraz daleko idące usunięcie tlenu z treści konserwy i opakowania osiągane wskutek ich zamykania w podciśnieniu. Termin przydat­ności do spożycia konserw pełnych jest więc funkcją stanu użytego do produkcji surowca, metody ogrzewania, intensywności denaturacji cieplnej, zawartości tlenu w treści wsadu oraz dodatku substancji obniżających wartość pH, dodatków stabilizujących i temperatury przechowywania.

 

Konserwy tropikalne

 

Konserwy tropikalne stanowią odrębną gru­pę sterylizowanych konserw pełnych i są ob­rabiane termicznie do wartości sterylizacyjnej F_o= 12-15. Takie warunki prowadzenia stery­lizacji dodatkowo inaktywują przetrwalniki bakterii termofilnych co daje w efekcie możli­wość przechowywania tych konserw bez zmian jakościowych przez 1 rok w temperaturze nie wyższej niż 40°C. Ograniczenie temperaturo­we wynika tylko z faktu, że w wyższych tempe­raturach następuje fizykochemiczna abiotycz­na degradacja wsadu konserw. Jako konserwy tropikalne z dobrym efektem jakościowym można produkować konserwy gulaszowe, ze wsadem smażonym i pieczonym oraz gotowe dania i potrawy mięsno- warzywne szczegól­nie te bez dodatku azotynu sodu.

 

Warunki sterylizacji a jakość konserw

 

Analiza czasów ogrzewania poszczególnych asortymentów konserw w różnych konstruk­cyjnie autoklawach prowadzi do poznania jak duża występuje różnica w kinetyce przenika­nia ciepła. W przypadku konserw w zalewach i sosach bardzo przydatne są rotoklawy , które pozwalają na znaczne skrócenie czasu trwania sterylizacji wskutek skutecznego dogrzewa­nia (przewodzenie, konwekcja) prowadzące­go szybciej do uzyskania założonej wartości F_o. Poza efektem ekonomicznym zastosowanie rotoklawów daje również wymierne efekty ja­kościowe w produkcji konserw w zalewach i so­sach powodując wymieszanie zawartości i rów­nomierne rozmieszczenie składników stałych w masie płynnej konserw.

Niezależnie od rodzaju konserwy odpowiednio dobrany format opakowania stanowi podstawę skuteczności procesu. Przesłankę do uzyskania dobrych właściwości sensorycznych konserw sterylizowanych jest użycie opakowań płaskich albo wąskich i wysokich. Efektywność proce­su uzależniona jest również od przewodności cieplnej materiałów opakowaniowych (metale, szkło, tworzywa sztuczne). Na skuteczność dogrzania istotnie wpływa również rodzaj wsadu konserwowego. W przypadku farszu wątrobianego i kiszek krwistych występują niekorzyst­ne warunki przenoszenia ciepła co powoduje konieczność dłuższego ogrzewania. Z drugiej jednak strony farsze wątrobiane są wrażliwe na ogrzewanie i wykazują pogorszenie swoich cech sensorycznych wraz ze wzrostem tempe­ratury obróbki. Z powyższych względów kon­serwy takie powinno się sterylizować w tempe­raturze nie przekraczającej 117°C a wymaganą wartość F_o osiągać w ciągu maksymalnie 50 minut. W produkcji konserw sterylizowanych jednym z wymogów jakościowych jest stabi­lizacja wycieków cieplnych poprzez uzyskanie stałej ich konsystencji w czasie późniejsze­go ich przechowywania. Zadawalający efekt w tym zakresie można osiągnąć poprzez doda­tek roślinnych hydrokoloidów (karagen, agar) w miejsce mało stabilnej termicznie żelatyny. Szybkie przenoszenie ciepła i uzyskanie za­łożonej wartości F_o nie zawsze prowadzi do osiągnięcia wysokiej jakości sterylizowanych wyrobów. Osiągnięcie założonej wartości F_o zapewnia bowiem tylko wytworzenie pełnej konserwy sterylizowanej ale nie gwarantuje dostatecznego ugotowania jej treści. W przy­padku takich wyrobów należy tak sterować temperaturą prowadzenia procesu, aby pozwo­liła ona na wydłużenie czasu obróbki sterylizacyjnej prowadzącej w efekcie do uzyskania wartości F_o przekraczającej poziom 20 jedno­stek. Przykładem mogą być konserwy, których wsad stanowi mięso ze zwierząt starych. W celu określenia zmian zachodzących w konserwach sterylizowanych niezależnie od rodza­ju surowca a związanych z wykształceniem lub utratą pożądanych cech kulinarnych stosuje się tzw. liczbę kulinarną C (ang. cooking value). Liczba ta jest skorelowana z wartością sterylizacyjną F_o i kształtuje się odpowiednio: dla Fo = 0°,7 - C = 23,7 dla Fo =20,3 - C = 92,8

Konserwy o niewielkiej ilości płynów i bez zalewy uzyskują często zróżnicowaną prze­strzennie konsystencję spowodowaną błęda­mi w czasie obróbki sterylizacyjnej. Wystę­pujące nadmierne przegrzewanie ich części brzegowych drogą przewodzenia ciepła może bowiem prowadzić do obniżenia wartości bio­logicznej oraz zwiększenia wycieku cieplnego. Generalnie w celu uzyskania wysokiej jakości mięsnych konserw sterylizowanych powinno się zastępować długie czasy letalne w niższych temperaturach krótszymi czasami letalnymi w wyższych temperaturach lecz mającymi ten sam skutek biologiczny. Trzeba mieć na uwadze fakt, że sterylizacja zawsze powoduje powstawanie niekorzystnych zmian sensorycz­nych w zakresie zapachu i smaku określanych jako ,,off- flavour”. Zmiany te nasilają się bar­dziej wraz z dodatkiem wątroby do wsadu su­rowcowego. Do tych niekorzystnych procesów przyczynia się degradacja tiaminy (witamina B₁), której destrukcja wiąże się z pogorszeniem jakości i z niekorzystnymi zmianami senso­rycznymi konserw. Tworzący się posmak przypalenizny jest wynikiem reakcji aminokwasów siarkowych z cukrami prostymi zawierający­mi glukozę (reakcje Maillarda). W wyniku takich reakcji powstają lotne związki siarko­we do których zalicza się: H₂S, merkaptany, siarczki, dwusiarczki i tiofen. Odczuciu sma­ku przypalonego sprzyja ale zarazem pozytyw­nie wpływa na poprawę barwy produktów sterylizowanych obecność w nich acetylocysteiny i fosforanów.

W celu zapewnienia skutecznej trwałości mi­krobiologicznej wszystkich konserw sterylizo­wanych niezbędne jest szybkie ich schładzanie po zakończonej sterylizacji. Obniżenie tempe­ratury wsadu do temperatury poniżej 30°C eli­minuje ryzyko rozwoju komórek bakteryjnych, których nie zniszczyła sterylizacja i mogą sta­nowić zagrożenie mikrobiologiczne. Szybkie schładzanie konserw ogranicza ponadto nie­korzystne zmiany związane z ewentualnym przegrzaniem się ich zawartości.

 

Czynniki decydujące o skuteczności sterylizacji

 

W ramach walidacji produkcji konserw stery­lizowanych konieczna jest analiza czynników wpływających na dynamikę przenikania ciepła do wsadu konserwy. Należą do nich:

• skład produktu sterylizowanego,
• wielkość nadciśnienia w czasie sterylizacji,
• wielkość podciśnienia w zamkniętych opa­kowaniach,
• typ, rodzaj i wielkość opakowań,
• ilość opakowań w autoklawie,
• masa produktu,
• ułożenie opakowań w autoklawie,
• temperatura początkowa masy wsadowej,
• jakość fizykochemiczna i mikrobiologiczna wody grzewczej oraz chłodzącej, jakość wytwarzanej pary wodnej,
• czas oczekiwania zamkniętych opakowań na sterylizację.

Uzyskanie wysokiej jakości konserw steryli­zowanych jest w dużym stopniu uzależnione od niedocenianej często jakości wody, która wpływa również na trwałość urządzeń. Nie­zmiernie ważny jest aspekt higieniczny oraz zanieczyszczenia wody wywołane koncentra­cją substancji niepożądanych. Oprócz proble­mów związanych z przystosowaniem wody do procesu sterylizacji i chłodzenia należy także zwrócić również uwagę na jakość wytwarza­nej pary wodnej. W urządzeniach pracujących w tzw. układzie mokrym w wyniku rozcień­czania wody przez kondensującą parę może dochodzić łatwiej do korozji opakowań i niektórych części urządzeń. Przy wprowadzaniu świeżej wody powodującej wzrost wartości pH środowiska w czasie ogrzewania możliwe jest również uszkadzanie ocynowania puszek. Na­tomiast w przypadku stosowaniu tylko pary może ona wywoływać korozję bezpośrednio powodowaną powstającym kwasem węglowym lub tlenem. Porywana z parą w autoklawie woda może prowadzić do korozji, jak i wytrą­cania się soli wapnia na powierzchni opakowań oraz urządzeń. W przypadku otwartego syste­mu chłodzenia (autoklawy wodne) występuje ponadto potencjalne zagrożenie natury mikro­biologicznej. Zanieczyszczona w takim ukła­dzie materiałem biologicznym woda kotłowa mieszając się z wodą chłodniczą może powo­dować jej zanieczyszczenie mikrobiologicz­ne. W rezultacie może to być przyczyną biokorozji ograniczającej trwałość konserw. W celu dezynfekcji wody prowadzącej do poprawy jej stanu mikrobiologicznego przydatne są związ­ki chloru (chloraminy), bromu (bromaminy) oraz ozon i promienie UV. Dla uzdatniania wody zasilającej autoklawy stosować można natomiast filtrację, odżelazianie, zmiękczanie i odsalanie. Dodatkowymi zabiegami umożli­wiającymi bezpieczną i optymalną pracę auto­klawów jest wprowadzania do wody korygu­jących związków chemicznych (ług sodowy, siarczyn sodowy).

 

Ocena skuteczności sterylizacji konserw

 

Skutecznie przeprowadzany proces steryliza­cji powinien gwarantować zachowanie bezpie­czeństwa zdrowotnego konserw. W celu po­twierdzenia prawidłowości procesu niezbędne są sprawdzenia parametrów i wyróżników do­tyczących określonych następujących badań:

• prawidłowość całego procesu potwierdzo­na wykresem,
• wizualne badanie zamkniętych opakowań pod względem oceny szczelności,
• badanie podwójnej zakładki w przypadku opakowań metalowych (puszki),
• wielkość podciśnienia w słojach,
• badania mikrobiologiczne,
• testy termostatowe.

Testy (próby) termostatowe przeprowadza się przez 7 dni w temperaturze 37°C lub przez 10 dni w temperaturze 35°C. Po upływie założo­nego czasu sprawdza się i podaje wynik oce­niający wystąpienie ewentualnego bombażu mikrobiologicznego. Wynik ujemny określa­jący brak bombażu potwierdza prawidłowość i skuteczność mikrobiologiczną procesu ob­róbki cieplnej konserw.

 

 

Autor: dr inż. Jerzy Wajdzik

Edited December 23, 2019 by Maxell