СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ НЕМОЛОЧНОГО ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА, ИМЕЮЩЕГО РН, РАВНЫЙ ИЛИ ВЫШЕ 4,6 Российский патент 2001 года по МПК A23L3/15 

Изобретение относится к способу стерилизации пищевых продуктов сочетанием сверхвысокого давления и высокой температуры. В частности, настоящее изобретение относится к использованию синергизма между соответствующим возрастанием адиабатической температуры, которое происходит, когда материал находится под гидростатическим давлением, сопряженного со стерилизующей способностью давления, для достижения соответствующих условий стерилизации.

Теоретически, обработка некоторых продуктов питания, использующая стерилизацию сверхвысоким давлением (UHP), известна с начала текущего столетия, когда было исследовано гидростатическое давление, превышающее 100000 psi (около 690 МПа) при температуре окружающей среды, и было установлено, что оно убивает вегетативные бактерии. Данный технологический процесс подразумевает герметизацию материала (в данном случае пищи) при сверхвысоких давлениях от 50000 до 150000 (примерно от 345 до 1035 МПа) psi и выше. Этот способ является очень эффективным для уничтожения вегетативных бактерий, дрожжей и плесневых грибков. Такая обработка является равномерной по всему продукту и более быстрой по своей способности инактивировать микроорганизмы, чем обычные способы периодической стерилизации, которые медленно нагревают соответствующий продукт питания. UHP-обработку часто относят к так называемому способу "слабого нагрева" или "холодной" пастеризации. В соответствующей литературе считается, что UHP-обработка не очень эффективна для уничтожения бактериальных спор или денатурирующих ферментов, которые в первую очередь должны быть уничтожены согласно технологии переработки низкокислотных, длительного срока хранения, консервируемых продуктов питания.

Повышение интереса в последнее время к высококачественным продуктам питания обусловило интерес пищевой промышленности к UHP-обработке, так как обычная практика обеспечивает лишь низкотемпературную пастеризацию продуктов с низкой кислотностью и коммерческую стерилизацию продуктов с высокой кислотностью. Преимущество UHP над обычными термическими обработками состоит, теоретически, в увеличении срока хранения без значительного ущерба для соответствующих пищевых характеристик, вкусового и цветового качества данного продукта питания. Химические изменение/деградация, которые происходят в результате термической обработки, практически исключены и данный способ теоретически представляется более экономичным в отношении потребления энергии.

Японцы были первыми в коммерциализации UHP в 1990, когда MEIDI-YA ввела в практику консервирование джема для розничной продажи. В настоящее время на Японском рынке можно найти несколько продуктов с высокой кислотностью, обработанных UHP, в том числе, фрукты, йогурт, джемы, желе и фруктовые соки.

Инактивация бактерий сверхвысоким давлением объяснена не полностью. Считается, что микробы разрушаются вследствие изменения проницаемости их клеточных мембран из-за механического нарушения целостности, а также денатурации белков, обусловленных разрывом гидрофобных связей, ионных связей и последующего разворачивания структуры белка. В противоположность этому, тепловая денатурация белка и, в значительной мере, микробная инактивация обусловлены определенной деструкцией и созданием ковалентных связей. Сейчас очевидно, что указанный UHP-способ эффективен лишь в отношении инактивирования вегетативных бактерий, дрожжей и плесневых грибков.

По этой причине, коммерческие обработки ограничиваются стерилизацией пищевых продуктов с высокой кислотностью или пастеризацией пищевых продуктов с низкой кислотностью. Пастеризация продукта питания с низкой кислотностью подразумевает нагревание соответствующего продукта до 60-100^oC и является эффективной лишь для инактивации не спорообразующих патогенов. Данный способ стерилизации является особенно требовательным, потому что необходимо определенное время для полного нагрева соответствующего продукта, в особенности сердцевинной части данного продукта, при температурной обработке выше 100^oC. То есть к тому моменту, когда в сердцевинной части данного продукта достигается соответствующий требуемый пик температурной обработки, в течение определенного требуемого времени, наружные части данного продукта перегреваются. В соответствии с этим, стерилизация пищевого продукта с низкой кислотностью, особенно в упаковке (которая служит ограждением данному продукту), нежелательна, поскольку удлинение времени термической обработки часто ухудшает соответствующие характеристики данного продукта.

Нижеследующие ссылки и ссылки, которые приводятся в дальнейшем, каждая из которых включена здесь путем ссылки, раскрывают известный уровень техники.

Японский патент 2257864 (Ajinomoto) описывает стерилизацию бактериальных спор давлением. Данная публикация описывает стерилизацию бактериальных спор под давлением при обработке продукта питания в течение 5-300 минут при 30-100^oC под давлением примерно от 70 до 700 psi (от 0,5 до 5 МПа).

Японский патент 3183450 (Dainippon Printing) описывает приготовление резаных овощей, предполагающих стадию пастеризации соответствующего продукта применением давления, как минимум, 70 psi (около 0,5 МПа).

Австралийский Патент 425072 (Donald) описывает соответствующую стерилизацию пищевых композиций. Данный способ предусматривает заданное повышение давления предварительно нагретого продукта, инжектирование пара в герметизированную камеру, чтобы позволить этому пару конденсироваться в данном продукте, повышая температуру данной композиции, и постепенный сброс давления. Эта публикация указывает, что соответствующую композицию поддерживают при таком давлении, чтобы пар конденсировался в воду, отдающую свою скрытую теплоту в обрабатываемую композицию, и постепенно понижают достигнутое давление, вызывая закипание этой конденсированной воды, изымающее ее скрытую теплоту и, таким образом, охлаждают ее.

Хотя в прошлом использовали стерилизацию высоким давлением при обработке пищевых продуктов с высокой кислотностью, в уровне техники не описана стерилизация продуктов с высокой кислотностью сверхвысоким давлением. Было бы желательно разработать способ переработки продуктов питания до уровня коммерческой стерильности, не подвергая соответствующий продукт питания термической деградации.

Задача настоящего изобретения состоит в преодолении вышеуказанных проблем известного уровня техники.

Следующая задача изобретения состоит в создании способа стерилизации продуктов питания с низкой кислотностью, использующего сверхвысокое давление.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в создании способа стерилизации продуктов с низкой кислотностью, использующего сверхвысокие давления и высокие температуры.

Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в разработке способа стерилизации продуктов питания, использующего мгновенное возрастание адиабатической температуры.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в создании способа осуществления конкретного планируемого уровня летальности, использующего определенное мгновенное возрастание адиабатической температуры.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в создании коммерчески стерильного продукта питания, обрабатываемого этими способами.

Эти и другие задачи и преимущества изобретения будут объяснены в нижеследующем подробном описании, содержащем данные испытания и примеры.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу стерилизации продуктов питания с низкой кислотностью, использующего сочетание сверхвысокого давления и повышенной температуры. Указанное мгновенное изменение адиабатической температуры, которое происходит, когда на продуктовую композицию оказывают давление, сочетает высокотемпературную кратковременную обработку со сверхвысоким давлением, для получения быстрой и поэтому щадящей термической обработки предварительно упакованного продукта.

Соответствующее уничтожение микроорганизмов относится к уничтожению жизни на уровне соответствующей одиночной клетки (Pflug с соавт., "Principles of the thermal destruction of microorganisms". Disinfection, Sterilization and Preservation, четвертое издание, под редакцией Seymour Block). Одним из конкретных микроорганизмов, который является целью способов термической стерилизации, является Clostridium botulinum. C. botulinum в любом продукте не повреждается до тех пор, пока он может развиться из спор в вегетативную форму, продуцирующую ботулинический токсин. Рост зависит от соответствующего продукта питания, удовлетворяющего потребностям в питательных веществах данных организмов. Однако, этот рост зависит также от других факторов (смотрите Food Born Diseases, под редакцией Dean Cliver, страницы 116-120 и Basic Food Microbiology, второе издание, by George Banwart, страницы 219-239).

Настоящее изобретение обеспечивает коммерческую стерильность продуктов питания с низкой кислотностью, то есть инактивирует все споры, способные расти в условиях длительного хранения. Настоящее изобретение приводит к гибели 10+log спор (уничтожает 10¹⁰ спор или более). Продукты, полученные способом по изобретению, выглядят более свежими по сравнению со стерилизованными обычным нагреванием продуктами, потому что эти продукты, обработанные в соответствии с настоящим изобретением, подвергают действию высоких температур лишь в течение коротких периодов времени. Поскольку теперь устранена длительная высокотемпературная обработка, для настоящего изобретения разработали специальный технологический рецепт для сравнения продуктов по изобретению с термически обработанными продуктами, потому что теперь температурочувствительные добавки могут использоваться более легко.

Один из вариантов изобретения предусматривает нагревание продукта питания до температуры предварительного давления, воздействия на данный продукт питания сверхвысокого давления, которое мгновенно поднимает температуру адиабатически, и затем сбрасывание сверхвысокого давления так, чтобы сверхвысокая температура вернулась к исходной температуре предварительного давления. Эта методика управляет возрастанием адиабатической температуры, которое происходит когда пищевой материал подвергается гидростатическому давлению, в сочетании с летальностью этого давления, для достижения надлежащих условий стерилизации. Данным способом достигают 10+log спорового уничтожения (по данным тестирования) мезофильных, анаэробных и термофильных спор (В. subtilis, C. sporogenes u B.stearotermophilus) сочетанием давления и повышенных температур.

Описанная здесь технология предлагает новый способ стерилизации и технологию обработки продуктов питания, особенно консервирования продуктов питания с низкой кислотностью, который представляется более быстрым, энергетически более эффективным и менее пагубным для качества продукта, чем традиционные технологические процессы термического консервирования (гидростатическая тепловая обработка и автоклавирование).

Настоящее изобретение предлагает несколько преимуществ перед нынешней технологией стерилизации. Первое преимущество заключается в способности стерилизовать продукты питания с низкой кислотностью с повышенной эффективностью. Длительность цикла технологического процесса существенно снижается, благодаря исключению традиционного повышения давления (30-35 psi) нагреванием, стадии выдерживания и охлаждения в конце цикла. В соответствии со способом настоящего изобретения, например, любой продукт можно быстро нагреть посредством обычного UHT-оснащения до 80-99^oC, упакованного, загруженного в паскализационную камеру, заполненную предварительно нагретой средой, поднять давление до 50000-150000 psi (примерно 345-1035 МПа), предпочтительно 70000-130000 psi (примерно 483-896 МПа), сбросить давление, а затем перенести в охлаждающую емкость для охлаждения данного продукта с 80-99^oC до условий окружающей среды.

Условия стерилизации по изобретению достигаются при сниженном пике температур и при намного более коротких временных интервалах выдерживания, поскольку сочетание сверхвысокого давления и температуры действует синергетически, что касается летальности, в данном технологическом процессе. Ни указанное давление, ни температурные условия по отдельности не обеспечивают синергетической летальности такого сочетания. Кроме того, реакции термического распада, которые происходят в традиционно стерилизуемых предварительно упакованных продуктах, значительно снижены из-за короткой продолжительности термического воздействия в диапазонах высоких температур. Это уменьшает потерю витаминов, ухудшает диетичность и открывает возможность утилизации термически чувствительных, естественных добавок и пигментов. Ухудшение запаха и вкуса привкусами термического происхождения, разрушение систем гелеобразования и вязкости также значительно уменьшаются. Дополнительное преимущество заключается в снижении теплоэнергетических потребностей и потребления воды для охлаждения. К тому же ферменты, которые могли бы вызвать ухудшение продукта, денатурируются и поэтому инактивируются.

Данный технологический процесс в соответствии с настоящим изобретением сходен с высокотемпературными, короткими по времени технологическими процессами, но опирается на более сложные условия асептической упаковки для поддержания стерильности продукта. В высокотемпературных технологических процессах, коротких по времени, соответствующий пищевой продукт нагревают до высоких температур порядка 250^oF (121^oC) и выше неупакованным, а затем сразу же упаковывают в стерильные контейнеры во избежание загрязнения. Настоящее изобретение не использует как соответствующих высоких температур, так и усложненной упаковки, требуемой для высокотемпературных, кратковременных, технологических процессов. Настоящее изобретение позволяет обрабатывать уже упакованный продукт. В этом заключаются определенные преимущества настоящего изобретения перед традиционными термическими обработками или паскализацией (обработкой давлением).

Описываемый здесь технологический процесс можно применять для стерилизации разнообразных пищевых продуктов. Эти продукты включают в себя популярные продукты питания с высокой влажностью и с обычной влажностью, основные виды муки, соусы, супы, тушенки, овощи, напитки и соки.

Предпочтительно, описываемые здесь способы применяются для стерилизации продуктов питания с низкой кислотностью. Продуктами с низкой кислотностью являются те из них, которые имеют pH не ниже 4,6. Продукты с высокой кислотностью (pH ниже 4,6), в отличие от продуктов с низкой кислотностью, не подвержены росту патогенов. Таких патогенов, которые особенно восприимчивы к синергетическому действию технологического процесса по изобретению.

В настоящем изобретении, для стерилизации продукта питания с низкой кислотностью, предпочтительно используют сочетание сверхвысокого давления и высокой температуры. Целесообразно, чтобы температура при предварительном давлении была выше температуры окружающей среды (20^oC), а предпочтительно выше приблизительно 75^oC. Предпочтительно, чтобы температура предварительного давления составляла не менее чем около 105^oC. При температурах выше 100^oC вода может превратиться в пар, что может создать проблемы. Для увеличения температуры кипения воды можно применять добавки, например, соль.

Сверхвысокое давление должно быть выше приблизительно 75000 psi (517 МПа), предпочтительно выше чем около 90000 psi (620 МПа), еще более предпочтительно выше чем около 100000 psi (689 МПа) и наиболее предпочтительно выше чем около 125000 psi (862 МПа), но менее чем около 250000 psi (1723 МПа).

Предпочтительно использовать гидравлические средства для применения изостатического давления. Соответствующий пищевой продукт находится предпочтительно в упаковке. Соответствующая упаковка может содержать газ, который сжимается во время создания повышенного давления. Предпочтительно, чтобы данная упаковка была герметически запечатана.

Определенная высокая температура достигается при увеличении адиабатической температуры, обусловленной созданием герметизации. Когда материалы выдерживаются при сверхвысоких давлениях, температура данного материала возрастает мгновенно при применении соответствующего давления и сразу же возвращается к своей начальной температуре при сбросе этого давления. При 100000 psi (около 689 МПа) адиабатическое нагревание воды повышает температуру, приблизительно, на 20^oC, а касторового масла - повышает на 40^oC. Опыты показали 27^oC повышение адиабатической температуры для модели необработанного излюбленного продукта питания при 90000 psi (620 МПа).

Это преобразуемое изменение температуры объясняется по закону идеального газа. Применяя закон идеального газа к твердым и жидким материалам, которые сжимают минимально, температура будет возрастать при создании давления и падать при сбросе этого давления. Это мгновенное температурное изменение, которое происходит при приложении давления, создает возможность сочетать технологию высокотемпературного кратковременного процесса со сверхвысоким давлением для осуществления быстрой и потому щадящей термической обработки предварительно упакованного продукта. Дополнительная летальность данной обработки основана прежде всего на пиковой температуре, достигаемой под давлением. Эта пиковая температура зависит от стартовой температуры (температура предварительного давления) и возрастания адиабатической температуры, которое происходит, когда материал подвергается действию повышенного давления. Эта температура увеличивается мгновенно и равномерно по всему данному продукту, вне зависимости от кондуктивных или конвективных сил при переносе тепловой энергии. Эта пиковая температура колеблется от 110 до 150^oC и, более предпочтительно, от 120 до 140^oC.

Ни температурно-временные параметры, ни сверхвысокое давление, ни одного из этих условий по отдельности недостаточно для стерилизации продуктов питания с низкой кислотностью. Их сочетание, однако, обеспечивает инактивацию более чем около 95% бактериальных спор. Предпочтительно, чтобы эта инактивация бактериальных спор составляла более чем около 99%, более предпочтительно - более чем около 99,9% и еще более предпочтительно - около 100%. Данный технологический процесс приводит к уничтожению 10+log спор и обеспечивает коммерческую стерильность.

Один из вариантов осуществления изобретения включает в себя соответствующую стадию нагревания любого пищевого продукта до начальной температуры предварительного давления, повышение давления до сверхвысокого давления, тем самым мгновенно повышая температуру, связанную с возрастанием адиабатической температуры, декомпрессией данного продукта, возвращающей, таким образом, эту температуру до исходной начальной температуры предварительного давления и последующее охлаждение данного продукта от указанной начальной температуры предварительного давления до комнатной температуры с получением стерилизованного продукта.

Соответствующая температура предварительного давления предпочтительно выше, чем около 75^oC, более предпочтительно - около 80^oC и еще более предпочтительно - 85^oC, но менее чем около 105^oC.

Следующий вариант осуществления настоящего изобретения относится к стерилизации пищевого продукта, использующего мгновенное возрастание температуры, предпочтительно происходящего от соответствующего приложения сверхвысокого давления.

В очередном варианте осуществления настоящего изобретения способ, использующий соответствующее мгновенное возрастание адиабатической температуры, применяется для осуществления конкретного запланированного требования полной летальности. Такая летальность теплового процесса обычно выражается в значениях F₀. Соответствующее значение F₀ базируется на отношении температура/время и используется для приравнивания тепловых процессов к известному процессу при 121^oC (250^oF). F₀ из 1 соответствует обработке материала при 121^oC в течение 1 минуты. Этого можно достигнуть также путем обработки при 105^oC в течение намного больше, чем за 1 минуту или при 130^oC в течение несколько меньше, чем за 1 минуту. В зависимости от соответствующих характерных свойств того или иного продукта, это предоставляет стерилизующему устройству определенную гибкость в переработке продукта питания.

Поскольку для сердцевинных частей продукта требуется время для достижения нужной температуры представляется затруднительным достижение соответствующей требуемой летальности во всем продукте без чрезмерной обработки соответствующих наружных частей. Описываемый технологический процесс создает мгновенное возрастание адиабатической температуры, что приводит к мгновенному равномерному повышению температуры по всему данному продукту. Соответственно, конкретная запланированная F₀ может быть достигнута без чрезмерной обработки отдельных частей данного продукта.

Например, предварительно упакованный продукт можно нагреть до температуры предварительного давления, которая не разрушает данный продукт, повысить давление до сверхвысокого давления, приводящего к мгновенному повышению температуры во всем данном продукте за определенный отрезок времени, а затем сбросить давление и охладить. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения можно достигнуть конкретной запланированной F₀ (т.е. мгновенное повышение температуры до 121^oC в течение 1 минуты для достижения F₀ = 1). Поэтому важный аспект настоящего изобретения относится к способности достигать конкретного F₀ уровня летальности по всей массе продукта (упакованного или неупакованного) без чрезмерной обработки или сверхвоздействия на отдельные части данного продукта термической обработки.

Дополнительные задачи, преимущества и свойства различных объектов настоящего изобретения станут очевидны из нижеследующего описания соответствующих предпочтительных вариантов осуществления изобретения, описания, которое сопровождается соответствующими прилагаемыми иллюстрациями, на которых:
фиг. 1 - график зависимости время - температура - давление одного из вариантов осуществления технологического процесса сверхвысокого давления в соответствии с настоящим изобретением, в котором данная левая вертикальная ось представляет температуру, данная правая вертикальная ось представляет давление, а данная горизонтальная ось представляет время,
фиг. 2 - график зависимости время - температура - давление следующего варианта осуществления технологического процесса сверхвысокого давления в соответствии с настоящим изобретением, в котором данная левая вертикальная ось представляет температуру, данная правая вертикальная ось представляет давление, а данная горизонтальная ось представляет время,
фиг. 3 - график зависимости время - температура - давление еще одного варианта осуществления технологического процесса сверхвысокого давления в соответствии с настоящим изобретением, в котором данная левая вертикальная ось представляет температуру, правая вертикальная ось представляет давление, а данная горизонтальная ось представляет время,
фиг. 4 - график зависимости время - температура - давление очередного варианта осуществления технологического процесса сверхвысокого давления в соответствии с настоящим изобретением, в котором данная левая вертикальная ось представляет температуру, правая вертикальная ось представляет давление, а данная горизонтальная ось представляет время,
фиг. 5 - график зависимости время - температура - давление еще одного варианта осуществления технологического процесса сверхвысокого давления в соответствии с настоящим изобретением, в котором данная левая вертикальная ось представляет температуру, правая вертикальная ось представляет давление, а данная горизонтальная ось представляет время,
фиг. 6 - график зависимости время - температура - давление последнего варианта осуществления технологического процесса сверхвысокого давления в соответствии с настоящим изобретением, в котором данная левая вертикальная ось представляет температуру, правая вертикальная ось представляет давление, а данная горизонтальная ось представляет время.

Обратимся вначале к фиг. 1, иллюстрирующей взаимосвязь времени - температуры - давления для соответствующего UHP-процесса Серии A по примеру 4. Данная левая вертикальная ось представляет давление, а данная горизонтальная ось представляет время. Данная температура во время обработки соответствующего продукта показана в виде кривой. Данное давление показано в виде заштрихованной области. Данная температура предварительного давления составила около 85^oC, а данное максимальное давление составило 90000 psi (620 МПа), прикладываемое в течение около одной минуты.

Фиг. 2 дает график соответствующего UHP-процесса Серии В по примеру 4, где температура предварительного давления составила 85^oC, а давление составило 90000 psi (620 МПа), прикладываемого в течение около пяти минут. Фиг. 3 представляет графическое изображение соответствующего UHP-процесса Серии C по примеру 4, где температура предварительного давления составила 85^oC, а давление составило 90000 psi (620 МПа), прикладываемое в течение 30 минут. Фиг. 4 дает графическое изображение соответствующего UHP-процесса Серии D по примеру 4, где температура предварительного давления составила 98^oC, а давление составило 90000 psi (620 МПа), прикладываемого в течение около одной минуты. Фиг. 5 представляет графическое изображение соответствующего UHP-процесса Серии E по примеру 4, где температура предварительного давления составила 98^oC, а давление составило 90000 psi (620 МПа), прикладываемого в течение около пяти минут. Фиг. 6 представляет графическое изображение соответствующего UHP-процесса Серии F по примеру 4, где температура предварительного давления составила 98^oC, а давление составило 90000 psi (620 МПа), применяемого в течение тридцати минут.

Пример 1
Пятьдесят граммов эмульсии сырого мяса индивидуально взвешивали в каждом из четырех пакетов (термогерметизированные пластиковые пакеты) для каждой оценки предварительной/основной UHP-обработки. Использовали температуры предварительного давления вплоть до 80^oC и выше и уровни давления вплоть до 120000 psi (827 МПа) и больше. Задача данного исследования состояла в оценке эффекта различных добавок, таких как поверхностно-активные вещества, натрийхлорид и хелатирующие агенты (ЭДТК). Полоску со спорой Bacillus subtilis индивидуально помещали в каждые два пакета в расчете на предварительную/основную обработку перед герметизацией для определения спороцидной активности. Все пакеты хранили на льду в течение 24 часов перед обработкой.

После обработки все образцы хранили в холодильнике (4^oC). Соответствующие пакеты, содержащие споровые полоски, анализировали для общего подсчета аэробов и анаэробов, суммарной численности аэробных и анаэробных спор фекальных Streptococci, дрожжей/плесневых грибков, и Clostridia В. subtilis. Соответствующие данные получали путем подсчета выживших спор на соответствующих споровых полосках.

Выводы:
Было получено снижение численности микробов порядка 3-7 log единиц на грамм. Паскализация (обработка давлением) оказалась эффективной для инактивирования вегетативных организмов, дрожжей и плесневых грибков. Микробные споры инактивировались неполностью в установленных условиях. Анаэробные споры оказались более резистентными к паскализации, чем аэробные. Степень споровой инактивации повышалась, когда температуру предварительной обработки образца поднимали выше 80^oC. Кроме того, наивысшие уровни давления порядка 120000 psi (827 МПа) повышали соответствующую спорицидную активность благодаря возрастанию адиабатических температур. Применение двуокиси углерода, вакуума или азота не оказывало влияния на процесс летальности. К тому же обнаружили, что добавки не оказывали антагонистического воздействия на процесс летальности.

Пример 2
Оценили тридцать семь вариантов опыта. Для тестирования использовали средовую контрольную систему для спор, содержащихся в фосфатном буфере. Это делало возможным соответственно оценить влияние условий обработки на эти споры не связанной с какой-либо изменчивостью, что касается влияния других веществ. Она включает многоступенчатое повышение давления, предварительную обработку образца и инкорпорирование химических агентов (15 определений) для повышения эффекта давления. Различные параметры обработки включали а) давления от 100 Kpsi (689 МПа) и температуры предварительного давления при 100^oC в течение 1 минуты, b) многоступенчатое создание повышенного давления с использованием давления 7500 (52 МПа) и 60000 (414 МПа) (с последующим 10-минутным воздействием каждого давления) и с) давления от 120 Kpsi (827 МПа) с температурой предварительного давления 80^oC в течение 1 минуты. Три индивидуальных пакета, содержащих 1 спору B.subtilis на каждой полоске, подвергали отдельной обработке (процесс варьировали и/или добавляли химикалии). После обработки эти пакеты хранили в холодильнике до анализа на выживание спор. Два из 3 пакетов на каждую обработку индивидуально культивировали на стерильность путем асептического перенесения соответствующей полоски в стерильные 10-миллилитровые объемы триптиказ O-соевого бульона (Difco^®) Эти культуры инкубировали при 35^oC в течение 7 дней и оценивали по признакам роста. Полоска с отсутствием роста означала стерильность.

Оставшуюся третью полоску использовали для определения уровня выживания спор. Эту полоску и содержимое пакета тщательно перемешивали и разбавляли с использованием физиологического раствора. Полученные разведения индивидуально переносили в каждую из 2 чашек с триптиказным соевым агаром и инкубировали при 35^oC в течение 72 часов. Соответствующую число колониеобразующих единиц на миллилитр определяли путем подсчета соответствующих колоний на каждой чашке и умножали на использованный фактор разведения.

Выводы:
Давления 100 Kpsi (689 МПа) и пиковой температуры 100^oC в течение 1 минуты было недостаточно для инактивации 6 logs спор B.subtilis. Тотальной споровой инактивации достигали, однако, при выдерживании спор B.subtilis при давлении от 120 Kpsi (827 МПа) и температуре предварительного давления 80^oC и выше в течение 1 минуты. Добавление бикарбоната натрия (2%), пропионовой кислоты (1%) или хлорида натрия (5% и более) защищало споры от инактивации и снижало эффективность обработки.

Многоступенчатое повышение давления с использованием давлений 7500 (52 МПа) и 60000 psi (414 МПа) не обеспечило инактивации 6 log спор B.subtilis. Выживание этих спор наблюдали и при последующей 10-минутной выдержке при каждом давлении.

Повышенную спорицидную активность наблюдали в соответствующей средовой системе (пример 2) по сравнению со средой, в которой эмульгировали мясо (пример 1). Можно допустить, что жир, белок и другие субстанции служат защитой для спор от инактивации при высоком изостатическом давлении.

Пример 3
Тридцать граммов необработанного эмульгированного мяса индивидуально взвешивали в термогерметизированных пластиковых пакетах с последующей инокуляцией смешанной споровой культурой (Clostridium sporogenes. Bacillus subtilis и Bacillus stearothermophilus). Группа необработанного неинокулированного того же мяса служила в качестве контроля. Операцию инокулирования повторяли с использованием предварительно стерилизованного материала. Все пакеты после инокуляции термогерметизировали, после чего хранили на льду до паскализации.

Перед паскализацией при 90 Kpsi (620 МПа) эти образцы и камеру для обработки предварительно выводили до температур 75, 85 или 95^oC. Три образца из обоих групп - необработанной и предварительно стерилизованной, оценивали по условиям технологического процесса. Соответствующие образцы выдерживали при каждом сочетании температура/давление в течение до 30 минут. После паскализации эти образцы хранили на льду до определения выживания микроорганизмов. Однако визуальный осмотр термических спаек показал, что они нарушаются в течение обработки и не сохраняют герметической целостности. Недостаточная спайка обнаруживалась также при анализе прорастания, где наблюдали рост бактерий; однако, отсутствие инокулированных спор измеряли (в пределах чувствительности данного теста) для тех же переменных. Поэтому, следует допустить, что прорастание было связано с последующим процессом загрязнения.

Два образца из каждой группы/способа анализировали на наличие общего количества аэробных, анаэробных и термофильных спор. Оставшийся образец в группе/способе инкубировали при 37^oC в течение 7 дней, после чего анализировали на коммерческую стерильность.

Выводы:
Полученные результаты показали уровень спорового заражения 6 log на упаковку, что несколько ниже намеченного уровня 13 log. Этот уровень спорового заражения представлен соответствующим количеством спор, которым инокулировали соответствующий образец. Недостаточное заражение спорами объясняется неполным прорастанием спор к моменту взятия образца.

Исследованные параметры опыта обеспечили 5 log-снижение споровой популяции для всех инокулированных организмов. Полученные результаты по тестированию коммерческой стерильности свидетельствуют, что загрязнение происходит после обработки. Однако, представляется, что процесс до 1 минуты при 85^oC (температура предварительной обработки) способен обеспечить 6 log- снижение для указанных 3 инокулированных организмов.

Пример 4
Тридцать граммов необработанного, эмульгированного мяса индивидуально взвешивали в пластиковых термогерметизированных пакетах после инокуляции смешанной культурой спор (Clostridium sporogenes. Bacillus subtilis и Bacillus stearothermophilus). Необработанная неинокулированная группа служила в качестве контроля. Операцию инокуляции повторяли с использованием предварительно стерилизованного материала. Все пакеты термогерметизировали после инокуляции, после чего хранили на льду до паскализации.

Перед паскализацией при 90 Kpsi (620 МПа) эти образцы и камеру для обработки предварительно выводили на температуры 85^oC или 98^oC. Три образца из обоих групп, необработанной и предварительно стерилизованной, оценивали по условиям обработки. Эти образцы выдерживали при каждом сочетании температура/давление в течение до 30 минут. После паскализации, эти образцы сохраняли на льду до оценки выживания микроорганизмов.

Таблицы 1-6 приводят соответствующие условия обработки для опытных групп A-F из примера 4.

Фиг.1-6 иллюстрируют взаимосвязь время - температура - давление UHP-обработки для каждой из Групп A-F примера 4.

Два образца из каждой группы/способа анализировали на тотальное наличие аэробных, анаэробных и термофильных спор. Остающийся образец на группу/способ инкубировали при 37^oC в течение 7 дней, после чего анализировали на коммерческую стерильность.

Выводы:
Полученные результаты (табл. 7) наглядно показывают уровень спорового заражения log₁₀ 6,3-10,2 на упаковку, ниже запланированного уровня 13 log.

В табл. 7 показаны результаты паскалиэации из примера 4 (СЕРИИ A-F)
C1 (образец 0-0-13-S1) обозначает образец с запланированной 13 log инокуляцией предварительно стерилизованного продукта, который не подвергали воздействию давлением (нулевое давление в течение нулевого времени). C2 (образец 0-85-SI) был таким же, что и C1, за тем исключением, что данный образец подвергали действию сверхвысокого давления в течение нуль минут, то есть мгновенно повышенное давление и последующий сброс. C3 (образец 0-0-RU) представляет собой необработанный (не стерилизованный) неинокулированный образец, который не подвергали повышенному давлению. C4 (образец 0-85-RU) представляет собой необработанный неинокулированный образец, который подвергли мгновенному повышению давления и температуре предварительного давления 85^oC. C5 (образец 0-0-R1) представляет собой необработанный инокулированный образец, не подвергнутый повышенному давлению.

C1, C3 и C5 демонстрируют соответствующий уровень спор, который получали без UHP-обработки. C2 и C4 демонстрируют, что мгновенное применение сверхвысокого давления является недостаточным для инактивации соответствующего количества спор для достижения стерильности.

Некоторые из оценок условий опыта обеспечивают снижение до 10+log (чувствительность опыта) в споровой популяции. Коммерческую стерильность получали путем обработки соответствующих образцов при 90 Kpsi (620 МПа) в течение 30 минут при 85^oC, или в течение 5 минут или более при 98^oC. Эти результаты были подтверждены инкубацией, которая показала нежизнеспособность спор после данной обработки.

Пример 5
Получали калиброванную споровую суспензию, содержащую от 10⁷ до 10¹³ спор на миллилитр. 1 миллилитровый объем одной из калиброванной суспензий индивидуально добавляли к 10 миллилитрам бульона с феноловым красным с добавленным 1% декстрозы и термически герметизировали. Эту операцию повторяли до тех пор, пока не получали 3 опытных пакета для каждой споровой концентрации/заражающего организма (Clostridium sporogenes. Bacillus subtilis, или Bacillus stearothermophilus). Все пакеты хранили на льду перед определением.

Два пакета на заражающий организм/споровую концентрацию предварительно обрабатывали температурой до 98^oC, после чего подвергали действию 90 Kpsi (620 МПа) в течение до 30 минут. Всего осуществили серию из 5 опытов. После обработки эти образцы помещали на лед перед определением выживаемости спор. Пакеты с B.subtilis инкубировали аэробно при 35^oC в течение 7 дней. Пакеты содержащие C. sporogenes инкубировали анаэробно при 35^oC в течение 7 дней. Пакеты с B. stearothermophilus инкубировали при 55^oC в течение 7 дней. Все пакеты наблюдали на проявление бактериального роста, доказываемого по желтому цвету бульона (обусловленного образованием кислоты).

Выводы:
Полученные результаты примера 5 являются до некоторой степени неубедительными, поскольку данный опыт с пакетами применялся для изолированных спор, подвергаемых воздействию требуемых температур. Несколько пакетов тестировали одновременно, которые находились в соответствующих пакетах в контакте друг с другом. Пакеты, окруженные другими пакетами, были изолированы и, поэтому, их не достигали температуры предварительного давления. Кроме того, используемые термоэлементы оказались несправными во время данного опыта, так что температурные измерения были определены неточно.

Уменьшение спор на 6-11 log наблюдали в зависимости от условий способа обработки/определения вида спор. Наибольший уровень инактивации наблюдали при использовании температуры предварительного давления 98^oC и 30-минутного воздействия при 90 Kpsi (620 МПа). Это приводило к действительному снижению количества спор на порядок от 9 logs (B.subtilis) до 11 logs (B.stearothermophilus).

Как показано в вышеприведенном описании и примерах, настоящее изобретение в большой мере применимо для стерилизации самых разнообразных продуктов. Настоящее изобретение предоставляет эффективный способ стерилизации пищевых продуктов с низкой кислотностью, благодаря уменьшению времени стерилизации, необходимого для достижения пиковой температуры. Настоящее изобретение позволяет также избегать тепловой деградации, которая происходит в традиционно стерилизуемых продуктах, обусловленной сокращенной продолжительностью термальной обработки в высокотемпературных диапазонах.

Соответствующие термины и выражения, которые были употреблены, использовали в качестве терминов описания, а не ограничения, и не имелось намерения использовать такие термины или выражения, исключающие какие-либо эквиваленты проиллюстрированных признаков, описанных в виде их частей, потому что следует учитывать возможность различных модификаций в рамках объема настоящего изобретения.

Изобретение относится к способу стерилизации пищевых продуктов с низкой кислотностью, использующему сочетание сверхвысокого давления и высокой температуры. Мгновенное температурное изменение, которое происходит вследствие прикладываемого давления, сочетает высокотемпературный кратковременный процесс со сверхвысоким давлением, обеспечивающий быструю и потому щадящую тепловую обработку предварительно упакованного продукта. Способ подразумевает нагревание продуктов с низкой кислотностью до температуры предварительного давления, воздействие сверхвысокого давления на продукт, при котором в продукте мгновенно возрастает температура. Затем давление сбрасывают так, чтобы достигнутая температура вернулась к исходной температуре предварительного давления. Изобретение позволяет повысить эффективность стерилизации. 10 з.п. ф-лы, 6 ил., 7 табл.

1. Способ стерилизации немолочного пищевого продукта, имеющего рН, равный или выше 4,6, предусматривающий стадии:
а) нагревания немолочного пищевого продукта, имеющего рН, равный или выше 4,6, до температуры выше приблизительно 75^oC и ниже 105^oC, перед его стерилизацией,
b) помещения немолочного пищевого продукта в камеру давления,
с) подвергания немолочного пищевого продукта сверхвысокому давлению, по существу в пределах от 50000 psi (344,75 МПа) до 250000 psi (1723,75 МПа) в течение периода, по меньшей мере, 1 мин, во время которого повышенная температура и сверхвысокое давление вызывают мгновенное адиабатическое повышение температуры во всем немолочном пищевом продукте, приводящее к уничтожению 10+log спор с достижением коммерческой стерильности,
d) сбрасывания давления для возвращения немолочного пищевого продукта к его температуре до повышения давления, и
е) охлаждения немолочного пищевого продукта до желательной конечной температуры. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что немолочный пищевой продукт подвергают сверхвысокому давлению от 75000 psi (517,125 МПа) до 150000 psi (1034,25 МПа). 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что немолочный пищевой продукт подвергают сверхвысокому давлению от 100000 psi (689,5 МПа) до 125000 psi (861,875 МПа). 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что немолочный пищевой продукт нагревают до температуры по существу между 80 и 95^oC. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что мгновенное адиабатическое повышение температуры приводит к температурному пику, находящемуся по существу между 100 и 160^oC. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что мгновенное адиабатическое повышение температуры приводит к температурному пику, находящемуся по существу между 120 и 140^oC. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что период, во время которого повышенная температура и сверхвысокое давление вызывают мгновенное адиабатическое повышение температуры во всем немолочном пищевом продукте, приводящее к уничтожению 10+log спор с достижением коммерческой стерильности, составляет 5 мин или более. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что пищевой продукт выбирают из группы, состоящей из кормов для домашних животных, основных блюд, соусов, супов, тушеных блюд, овощей, напитков и соков. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что пищевой продукт предварительно упаковывают перед процессом стерилизации. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что упакованный пищевой продукт герметично запечатывают. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно заданный уровень летальности микроорганизмов (F₀) во всем немолочном пищевом продукте достигается без температурного перегрева и без чрезмерного подвергания порций немолочного пищевого продукта температурному воздействию.