автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Комбинированные способы СВЧ-пастеризации пищевых продуктов



Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

Кучма Татьяна Ннколаевна УДК: 663/664.085(043.3) + 664.8.036.3.039.5(043.3)

КОМБИНИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ СВЧ-ПАСТЕРИЗАЦИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность: 05.18.12. - процессы и аппараты

пищевых производств

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1989

Работа выполнена на кафедре "Электротехника, электроника, электропривод" Московского ордена Трудового Красного Знамени технологического института пищевой промышленности.

доктор технических наук, профессор А.М.Остапенков

кандидат медицинских наук,

старший научный сотрудник Н.И.Самойленко

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор А.С.Гинзбург

кандидат химических наук,

старший научный сотрудник А.М.Додонов

Специализированного Совета К 063.51.07 Московского ордена Трудового Красного Знамени технологического института пищевой промышленности по адресу: Москва, А-80, Волоколамское шоссе, II.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печг тыо учреждения, просим направлять в Ученый Совет института.

Научные руководители:

Ведущая организация:

Научно-производственное объединение "Мир". Защита состоится

Автореферат

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат технических наук, доцент

И. М. Савина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность теш. Успешное выполнение решений ХХУП съезда СС и задач Продовольственной програмш об увеличении выпуска сфасованных товаров, расширении производства продуктов, обо-щенных витаминами и белковыми компонентами повышенной биоло-ческой и пищевой ценности, возможно при условии соЕершенство-.ния техники и интенсификации технологических процессов. С этих зиций применение в пищевой технологии СВЧ-нагрева чрезвычайно яно и перспективно. Интенсивные и широкие научные ксследсва-я различных технологических процессов тепловой обработки иро-■ктов с использованием электромагнитных полей СВЧ-диапазот! но— .олили выделить наиболее перспективные. К таким процессам отно-;тся СВЧ-стершшзация и пастеризация пищевых продуктов, посколь-' в этих процессах необходим быстрый объемный нагрев продукта, доводящий к инактивации контаминирующей микрофлоры. Одним из ак-'альных направлений является стерилизация и пастеризация термофильных объектов, например, продуктов в полимерной таре (рентных продуктов) и термолабильных жидкостей. Вместе с тем ре-'льтаты анализа литературных источников показали, что приме неге СВЧ-энергии во многих случаях не обеспечивает необходимого ювня инактивации микрофлоры вследствие кратковременности наг-¡ва или его неравномерности. Увеличение дозы воздействия приво-[Т к нежелательным изменениям качества обрабатываемых продуктов, ювершенствование режимов и технологии процессов СВЧ-пастериза-ш пищевых продуктов требует поиска методов повышения еффекткв-юти применения этого вида энергоподвода. С этой точки зрения >едставляется перспективным исследование комбинированных спосо-1В воздействия на биообъекты СВЧ-энергией в сочетании с другими ¡особами инактивации микрофлоры. Однако, до настоящего временя исие сочетанные воздействия остаются недостаточно изученными.

В связи с этим исследование возможности СВЧ-пастеризации термо-лабяльных объектов в комбинации с другими бактерицидными факторами является актуальной задачей.

Цель шботи. Разработка комбинированных способов и режимов СВЧ-пастеризации терг,:олабилъных объектов: томатного кисло-сладкого соуса кетчупа в полимерной упаковке и жидкого белкового молочного концентрата (В,К) в потоке.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задач;::

- исследовать влияние СВЧ-энергии на выживаемость тестовых илкроорганизмов в кетчупе и ВЛК в сочетании с другими физическими хш химическими факторами;

- исследовать диэлектрические свойства кетчупа и ЖК;

- определить рациональные режимы комбинированной СВЧ-пастеризации кетчупа в полимерной упаковке и БЖ в потоке;

- разработать методику инженерного расчета установки для СВЧ-пастеризации томатного соуса в полимерной упаковке.

Методы исследования. В работе применены современные теорет: ческие и экспериментальные методы исследования. Эксперименты вы полнены как на известных, так и на специально созданных установ ках СВЧ-пастеризации кетчупа в полимерных пакетах и ВЛК в поток Результаты экспериментов обработаны методами математической ста тистики с применением ЭВМ.

Новизна работы. Предложен способ СВЧ-пастеризации томатног соуса в полимерных упаковках в условиях вакуума;

- определены диэлектрические, теплофязические и реологичес кие свойства томатного соуса кетчуп и их зависимости от темпера туры, изучено влияние состава компонентов на диэлектрические свойства соуса;

- изучена выживаемость тестовых микроорганизмов в соусе, вли-ш8 вязкости, состава когшонентов и величины остаточного давле-ш на отмирание микрофлоры;

- методом математического планирования эксперимента определи оптимальный ражим обработки соуса в полимерных пакетах, полу-зны обобщенные зависшости, описывагпще кинетику отмирания тес-звых микроорганизмов в кетчупе при СВЧ-нагреве полимерных паке-)в с соусом в вакууме и кинетику СВЧ-нагрева;

- исследовано влияние СВЧ-нагрева на физико-механические податели пакетов из отечественных комбинированных полимерных ма-эриалов;

- установлен эффект синергического взаимодействия СЬЧ-язлу-знпя с микроконцентрациями перекиси водорода, определены коэффи-знты взаимодействия для микроорганизмов с различной резпстентно-гьп к указанным бактершхидным факторам;

- изучена ультраструктура клеток Рзеис!отопа5 аегиср/^сг ?и изолированных л сочетанном воздействиях СВЧ-кзлучения и мик-жонцентрации перекиси водорода;

- определены диэлектрические свойства К<Н;

- исследована выживаемость молочнокислых бактерий в ЕМК;

- установлено, что применение комбинированного синергическо-э процесса СВЧ-пастеризации ЕЖ в потоке позволяет получить мак-гмальный эффект пастеризации.

Практическая значимость» Определен оптимальный режим СВЧ-пас-зризации кетчупа в полимерных пакетах в вакууме, предложена мето-яка инженерного расчета непрерывной СВЧ-установки для пастериза-от соуса;

- даны рекомендации-по применению комбинированных отечествен-£ полимерных материалов для пакетов при СВЧ-пастеризации токатно-э соуса;

- разработан и внедрен микрометод определения жизнеспособн сти бактерий в пищошх продуктах (получено свидетельство на рац онализаторское предложение й 18/87 НИИЭиМ им.Н.Ф.Гамалеи и й 27! Г.ТГИПП);

- разработан комбинированный способ СВЧ-пастеризации ЕЖ (: лучено положительное решение на заявку на авторское свидетельст

- создан экспериментальный образец СВЧ-пастеризатора БЫК в потоке, который позволяет реализовать различные способы и режим обработки. Годовой экономический эффект от внедрения одного СВЧ пастеризатора БЛК, получаемого ультрафильтрацией из отходов мол чного производства, составит 4520 рублей.

Аптюбадия работы. Основные положения диссертационной работ были доложены на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Пробле ш совершенствования технологии и оборудования для обработки об ектов морского промысла" (Калининград, 1986 г.), Всесоюзной нау но-гехнической конференции молодых ученых и специалистов "Техно логические способы обработки и консервирования овощной продукци (г.Бздное, 1987 г.), Всесоюзном семинаре "Использование алектрс магнитного излучения СВЧ-диапазона волн в пищевой промышленное! и системе Агропрома" (Москва, МТИПП, 1988 г.), Всесоюзной конфе ренции "Синергизм действия ионизщ>ующей радиации и других физет ских факторов на биологические системы" (г.Пущино, 1988 г.), Те тьей Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка про! сов получения комбинированных продуктов питания" (г.Москва,198Е

Публикации. По теме диссертации опубликованы пять научных бот и получено положительное решение на выдачу авторского свиде телъства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованной литературы 164 на!

вания и прложений. Основное содержание работы изложено на 217 раницах, содержит 32 таблицы, 42 иллюстрации.

СОДЕРЕАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы и ее практическая нность для пищевой промышленности.

В первой главе приведен обзор состояния вопроса исследования «анализированы имеющиеся в литературе данные и сформулированы шовные задачи исследования. Рассмотрены физические и химические !Тоды стерилизации и пастеризации пищевых продуктов, показано, 'О бактерицидное действие ряда физических факторов на клетку ладывается из стерилизующих эффектов воздействия излучения и шических воздействий, опосредующих действие излучения. Электролитные поля СБЧ-диапазона обладают многообразием эффектов и гщественно влияют на биологическую активность микроорганизмов, даако, до настоящего времени механизм воздействия СШ-полей на юобъекты не выяснен, хотя за последние годы применение СВЧ-из-гчения для стерилизации и пастеризации пищевых сред расширяется, зхнологические режимы, характеризующие длительность воздействия," зличину удельной поглощенной мощности, частоту генератора необ-эдимо определять экспериментальным путем, применительно к конк-этному исследуемому процессу, виду микроорганизмов, типу сред, ассмотрены результаты исследований советских и зарубежных авто-эв погоучению выживаемости микроорганизмов в ряде пищевых продук-эв, которые показывают, что изолированное применение СВЧ-энергии э всегда обеспечивает необходимую инактивацию контаминйрующей ми-рофлоры, особенно, когда дело касается термолабильных объектов, ля повышения эффективности применения СВЧ-энергии ее комбинируют другими физическими или химическими способами стерилизации, на-ример, высокочастотным нагревом, инфракрасным излучением, горя-

чей водой, воздухом, нагретым маслом. Использование таких комбина дай позволяет выравнивать температуру поверхности продукта с его внутренней частью. Наиболее перспективным направлением разработка комбинированных способов СШ-пастеризации и стерилизации является использование эффекта синергического воздействия бактерицидных факторов на клетку.

Рассмотрены основные преимущества электромагнитной энергии СВЧ-диапазона и промышленные применения СБЧ-нагрева в технологии пастеризации и стерилизации продуктов. На основании анализа литературных источников сформулированы задачи исследования.

Во второй главе приведены методики исследований и описания экспериментальных установок.

Исследование выживаемости микроорганизмов проводили на лабораторной волноводной СВЧ-установке с комплексированным источник» "Хазар-2В" выходной мощностью 2,5 кВт, работающим на частоте 237Е МГц. Количественный учет микроорганизмов в контрольных и обработанных образцах производили с помощью специально разработанного i ходе работы микрометода определения жизнеспособности бактерий,который позволил сократить длительность эксперимента, его трудоемкость, расход лабораторной посуды, питательных сред, а также повъ сить наглядность результатов.

Для определения диэлектрических свойств жидких и вязких продуктов с большим поглощением предложена модификация метода короткого замыкания, которая упростила процедуру расчета диэлектрической проницаемости и фактора потерь и повысила точность измерений.

Теплофизические характеристики томатного соуса определяли зс довым экспресс-методом (А.С.Панин и В.Д.Скверчак, 1974), позвол ющим определять численные значения всего комплекса характеристик (коэффициентов тепло- и температуропроводности и удельной объемно теплоемкости) в ходе процесса нагрева.

Исследование влияния процесса нагрева на реологические свой-за кетчупа проводили на ротационном вискозиметре "Реотест".

Выбор режимов обработки томатного соуса в полимерных упаков-£ в вакууме проводили на лабораторной установке, смонтированной базе объемного резонатора СВЧ-печи "Электроника" выходной мощ-стью 600 Вт. В рабочей камере устанавливали вакуумный эксикатор, озрачный для СВЧ-энергии, внутри которого помещали пакет с про-( ктом. Температуру продукта в пакете фиксировали после обработки мель-копелевыми термопарами с использованием автоматического по-нциометра КСП-4.

Для исследования различных способов и режимов процесса СВЧ-.стеризации белкового молочного концентрата в потоке была созда-. экспериментальная установка с генератором типа "Хазар-2В". Ыа— т проточного СВЧ-пастеризатора овального сечения вмонтирован в лновод с водяной нагрузкой. Для предварительного подогрева и вы-¡риивания ЕМК после СВЧ-пастеризации использовали два ультратер-ютата УТ-15. ГМК прокачивали с помощью перистальтического насо-I с регулируемой производительностью от 0,18 до 0,4 л/мин. Темпе-ггуру продукта на входе и выходе контролировали ртутными термо-¡трами.

Третья глава посвящена результатам экспериментального исследо-шия СВЧ-пастеризации кетчупа в полимерной таре. Рассмотрены мето-I обработки продуктов в полимерной таре, виды полимерных материа-)в для продуктов, подвергаемых СВЧ-обработке. Анализ взаимодейст-1я системы: внешняя среда - упаковка - внутренняя среда - пищевой зодукт показал, что критическими факторами, влияющими на парамет-процессов пастеризации и хранения соуса являются количество оста-эчного воздуха в упаковке, температура и длительность процесса тер-зобработки, активность воды и кислотность продукта, а также его фи-яческие свойства.

Были исследованы диэлектрические характеристики кетчупа и ределено влияние на них состава компонентов. Величину диэлектрг

г'

ских потерь соусаспределяет ионная проводимость водного раствор соли. Подвижность растворенных ионов зависит от активности водк среды и ее вязкости. Максимуму диэлектрических.потерь в таких с сях соответствует наибольший уровень активности растворенных ис что видно по активации механизма потерь проводимостью при после вательных разведениях соуса, который был изучен по концентрацис ной характеристике кетчупа (рис.1).

Рис. I. Концентрационная зависимость диэлектрических характеристик кетчупа

Показано, что диэлектрические свойства соуса в ЭДП СВЧ могут описаны линейной дистрибутивной моделью Мис^деИ для двухфаз-гетерогенной смеси с диэлектрически активной жидкой фазой с ■воренными ионами и инертными твердыми частицам. В этой моде-:омплексная диэлектрическая проницаемость распределяется по ¡му фаз

* * * СИ р г Ч "ч ' к '

, - модули комплексной диэлектрической проницаемости смеси, суспендированных частиц, жидкой фазы;

, Ур - относительный объем суспендированных частиц и жидкой фазы.

Исследовали влияние температуры на диэлектрические характсри-ки кетчупа в интервале от 20 до 90°С.

¥ - 40

¥ - 30

0,3 - 20

0,2 - 10

0,1 -

I ч > [

\ к, и **

> к

А г \ [Ч

/ л \ N к

I— > *

* л г г I • ~ н С г

1 1

О 20 40 50 80 ЦС Рис. 2. Зависимость диэлектрических характеристик кетчупа от температуры

По измеренным значениям £ и ТЬи были определены фактор за1 * г

ханкя и глубина проникновения электромагнитного поля в продукт., теоретических исследований полей температур и использования в И нерных расчетах предложены эмпирические зависимости, описывающш изменения электрофизических характеристик соуса в исследованном тервале температур. Регрессионные уравнения получали на микро-Э "Искра 1255" методом наименьших квадратов.

¿'= 55,447 - 0,3431; (2)

£й= 13,928 + 0,- 0,00221 (3)

2^= 0,219 + 0,00691 - 0,ООООЗб! (4)

о( = 0,424 + 0,0111:- 0,000092"! (5)

2 = 2,001 - 0,0221 + 0,00018! (6)

Интенсивность преобразования энергии СБЧ-поля в тепловую и темп нагрева продукта определяется также теплофизическими свойс^ 1.П1 продукта. Исходя из этого были определены тепло- и температу] проворность, объемная теплоемкость соуса и произведено сравненю теплофизическими характеристиками компонентов соуса и томат-пас^ Коэффициент теплопроводности кетчупа с увеличением температуры J кейно возрастает от 0,61 до 0,67 Вт/м.К. Величина объемной тешк кости кетчупа с повышением температуры незначительно увеличиваем от 3800±95 до 3910+98 кДж/К.м3. Коэффициент температуропроводнос с ростом температуры также возрастает.

В результате реологических исследований установили,что-томат кетчуп относится к псевдопласткчным жидкостям, найдены значения станты консистенции К = 27,67 и индекс течения П = 0,184 до и г ле ОВЧ-обработки и их регрессионные зависимости от температуры К = 0,0048 + 556,57/1 (7)

П = 0,077 + 0,00611 - 0,0000341 (8)

Значения константы консистенции и индекса течения незначите но увеличились в пределах погрешности измерений, что позволило с лать вывод, что СВЧ-нагрев соуса не изменил его структуры.

Изучение выживаемости тестовых микроорганизмов Bacillus subti-

9SY 228, Lnctobacillus brevia BKK-572, Pseudomonas aeruginosa

СВЧ-

4 при нагреге кетчупа показало, что наибольшей устойчивостью адакт клетки B.subtiiis. на выживаемость микрофлоры при СВЧ-реве оказывает влияние химическая природа осмотически актив. компонентов. Скорость гибели клеток в одинаковых условиях СВЧ-'рева зависит от концентрации и подвижности растворенных ионов :и, которая определяется еязкостью и активностью воды среды на-!ва. Причем, если снижение активности воды приводит к микробио-чтческой стабилизации продуктов, то повышением вязкости нельзя :тичь уменьшения жизнеспособности микроорганизмов. Поэтому вяз-з продукты должны подвергаться воздействиям более высоких терми-:ких нагрузок при СВЧ-нагреве для достижения требуемой степени активации микрофлоры. Для интенсификации переноса теплоты в та-с продуктах используют принудительное перемешивание. Перемешива-з вязких продуктов возможно осуществлять в процессе кипения,цен-а парообразования при СВЧ-нагреве образуются одновременно во эм объеме обрабатываемого продукта и из-за большей вязкости пу-ръки пара не успевают быстро выходить на поверхность продукта, и непосредственном контакте микроорганизмов с пузырьками пара плообмен происходит значительно быстрее, чем при нагревании те-опроводностыо.

В работе исследовали Елияние СВЧ-нагрева кетчупа в условиях куума на выживаемость B.suMüis и Lb.b'revis. в качестве рабо-х емкостей использовали фторопластовые бюксы с герметично завин-вающейся пробкой. Перед воздействием СВЧ-излучения с помощью ва-ум-насоса из бюксов с продуктом откачивали воздух до величины-ваточного давления 2666, 10663,0, 23994 и 37324 Па, затем пере-ывали соединение бюкса с атмосферой. Результаты исследований искали, что при СВЧ-нагреве соуса в условиях вакуума наблюдали ус-

корение гибели исследованных микроорганизмов в 2-10 раз.по ерш нию с воздействием СВЧ-энергии при атмосферном давлении.

Обнаруженный эффект был использован для разработки способ! пастеризации кетчупа в полимерных упаковках путем комбинирован! обработки соуса СВЧ-нагревом в условиях варуума. Для выбора рш ональных параметров режима комбинированной СВЧ-пастеризации со; была разработана лабораторная установка и применены методы мат( тического планирования эксперимента. Следует заметить, что вак; мирование - обязательный технологический прием при термической стерилизации или пастеризации пакеишх упаковок пищевых продук' Отсутствие остаточного воздуха позволяет легче осуществлять со: ноние пакетов в плоском "нераздутом" состоянии во время термоо< ботки. Дня того, чтобы осуществлять процесс СВЧ-нагрева продук' мягкой полимерной упаковке в условиях вакуума необходимо обраб! пакета производить в камере, в которой можно создать необходим разрежение. Окончательное запечатывание пакета производится по( процесса нагрева.

Для получения обобщенных зависимостей кинетики инактивацт бактерий и кинетики нагрева соуса при СВЧ-пастеризации в вакуу! был использован план греко-латинского квадрата для 2-х варьиру! дах факторов на 5 уровнях. Из результатов 25 экспериментов опр| делили значения частных точечных зависимостей, которые были аппроксимированы следующими зависимостями:

У = -1,568 + 262,050*, '« 3.

У = 23,854 - 0.0845Л + 0,00032£

Уг = -42,805 + 1,9715: - 0,0073

74,057 + 0,0462 ДГ % Я»

г

о:

(II (Г. (I:

где: У - выживаемость микроорганизмов;

У< - температура нагрева; Х/ - продолжительность нагрева; X - разрежение в рабочей камере.

Определение значимости частных функций проводили по ширине оверительного интервала, адекватность по критерию Фишера. Ре-ультаты определений приведет в табл. I.

Таблица I

,151 ттаотнвд}Доверительный;о„а™.0Ст. ;Критерий ;Табличные значенш .ачастная! „„„„„„ . .значимость: ¡крятерия Фишера

< 36,645 значима 4,182 6,6

; < 6,286 значима 1,338 6,9

' «Г 25,754 значима 1,657 6,9

12,009 значила 1,901 6,6

Выживаемость микроорганизмов определяли из соотношения где: /!/- количество клеток после обработки; N - первоначальное количество клеток.

Обобщенное уравнение процесса находили по формуле Протодьяко-;юва МЛ.".

и =-2- юр.62.05(23,85 - 0,085:? + 0,0003242^)1 (13)

ч» 793.23 1 г гл

1

и = -39,824 + 1,834л - 0,025,2: + 0,00113: .ЯГ--\ * * / 2

2 - 0,0068^ - 0,423-10""^ (14)

Адекватность обобщенных уравнений проверяли по коэффициенту корреляции.

Обобщенны', уравнения попользовали для выбора оптимальных параметров процесса по экстремальным значениям частных функций.Оптимальным параметрам СВЧ-обработки соуса в шкетах соответствует разрежение 17329 Па, температура 80°С и продолжительность 100 с.Влияние СВЧ-на-грева кетчупа в полимерных упаковках в условиях вакуума на качество продукта контролировали по содержанию витамина С. Содержание витамина С в кетчупе,обработанном СВЧ-нагревом в разрежении, выше чем при СБЧ-нагреве той же продолжительностью при атмосферном давлени:.

При разработке тепловых процессов пастеризации или стерилизации продуктов в полимерной таре необходимо обеспечить гарантию того,

13

что пакет выдержит режим нагрева, достаточный для достижения уста новленных микробиологических показателей данного продукта, сохранив герметичность и исходные физико-механические свойства. Дня уп ковки кетчупа,пастеризуемого СБЧ-нагревом в условиях разрежения и пользовали отечественные полимерные материалы лавсан-полиэтилен (Л-ПЭ); двухосноориентированный полипропилен с термосвариваемым слоем( ОПП-ПЭ) и лавсан-полипропилен (Л-Ш1) .Пригодность указанных материалов оценивали по физико-механическим испытаниям на разрывной машине "гуаск" (ФРГ) .Определяли прочность сварных швов пакето адгезионную прочность и проводили визуальный ссыотр пакетов до и после обработок. После обработки соуса в пакетах, из материалов Ли ОПП-ПЭ произошло упрочение сварных швов и увеличение адгезионно прочности; у материала Л-ПП - снижение значений этих показателей. Визуальный осмотр обработанных пакетов позволил рекомендовать для упаковки соуса пакеты из материалов Л-ПЭ и Л-ПП.

Исследование полей температур продукта в пакете осуществлял!; экспериментально с использованием гребенки из 6 хромель-копелевых термопар в момент отключения СВЧ-генератора. Измеренные профили температур при СВЧ-нагреве соуса в пакетах в условиях разрежения показали возможность реализации равномерного прогрева продукта пс всему объему (разброс температур составил +3°С) за счет перемешивания при кипении.

Четвертая глава посвящена повышению эффективности бактерицщ

ного действия СВЧ-нагрева с помощью перекиси водорода. Известно,^

д

перекись водорода - нетоксичный препарат, бактерицнное действие в торого связано с высокой окислительной способностью. Однако перекись водорода обладает бактерицидным действием в достаточно высоких концентрациях. Для инактивации микрофлоры под действием микрс концентраций Н9О2, не вызывающих изменений качества пищевых продз тов, необходимы длителыше экспозиции или комбинации с высок

температурой или другими физическими бактерицидными факторами. Ус 14

фшенствование режимов и технологий СВЧ-стерилизации и пастериза-ш различных объектов требует поиска методов повышения бактерицидно действия СВЧ-излучений. В данной работе мы исследовали выжива-гость микроорганизмов с различной резистентностью к СВЧ-нагрезу и эрекиси водорода при изолированных и комбинированных воздействиях сазанннх бактерицидных (¿акторов. Были использованы штаммы Pseudo-mas aeruginosa 1314» Bacillus subtilis 93Y 228, Staphylococcus 1геиз 73 из коллекции НШЭиЫ им.П. 5.Гамалеи AI.3I СССР и штамм ьас-jbacillus brevis Bffi.1-572 из BKI.l All СССР. Кривые выживаемости мик-зорганизмов при СВЧ-нагреве, воздействии HgOo и их комбинированном зименении приведет на рис.3. Результаты исследований показали,что зчетанное применение СВЧ-излучения с кикроконцентрациями НпОг, вы-геало усиление гибели изученных штаммов микроорганизмов. Для коли-эственной оценю! комбинированных воздействий на микроорганизмы оп-эделяли коэффициент взаимодействия СО. В качестве реакции биообъек-1 на воздействие агента принимают отклик У =—£nS, где S -

¿живаемость культуры клеток. За характеристику воздействия припиши экспозицию X. Выбор таких количественных характеристик отклика юобъекта У и воздействия X определяется ret линейной зависимостью, этом случае ожидаемый суммарный отклик на воздействие сочетают гентов с экспозициями Xf и Х^ однозначен и определяется линейным равнением

y^yjtf+yjz) (15)

Однако, отклик биообъектов, например, бактерий, в широком диа-азоне экспо31щий, как правило, нелинеен. Тогда тлеет место другой ш сложения, которое не обладает свойствами коммунитативностп и взывается изосложением.

(к)

Реальный отклик на сочетание агентов У может отличаться от

'.У, , У/ • Коэффициент взаимодействия равен: J 15

Рис. 3. Кривые выживаемости микроорганизмов при СВЧ-нагреве, воздействии 11 свЧ-нагреЕе с ^Од

(д=У /У, (is)

Ц о

Условие ¿д > 1 - отвечает ситуации синергизма, когда результат воздействия сочетания агентов превосходит сумму эффектов от воз-йствия каждого из агентов, т.е. происходит взаимное сверхаддитив-усиление действия сочетания бактерицидных факторов. При С0= I еет место аддитивной сложение воздействия сочетания агентов, 10CI-тагонизм.

Коэффициент взаимодействия для каждого из экспериментальных имеров определяли из формулы

Отклик биообъектов (микроорганизмов) после воздействия переки-водорода находили из выражения

уа =Rt (20)

нгох свч

;е: R - коэффициент чувствительности микроорганизмов к Н2О2;

Т - время воздействия СВЧ-излучепия.

CBV

Результаты определения /У представлены в табл. 2.

При сочетанном воздействии СВЧ-излучения и микроконцентраций £¡2 на клетки B.subtiiis и St.aureus значения СО достоверно превы-.ет I, что свидетельствует о синергическом взаимодействии этих iKTopoB. Снижение значений й) прй увеличении экспозиции воздействий :азывает, что синергизм наиболее выражен для сублетальных доз бак-¡рицидных факторов, когда клетка обладает наибольшей способностью репарации. Для клеток Ps.aeruginosa и Lb.brevia, Ю незначительно >евышал I и оставался неизменным во всем интервале воздействий, ■от случай можно отнести к ситуации аддитивности, что связано с [сокой активностью фермента каталазы и частичного разрушения 1^2 этих бактерий.

Особенности повреждений клеток при изолированных и сочетанном «пленении СВЧ-излучений и Н2О2 проанализировали с помощью электрон-то микроскопа JEM-10С( Япония) при инструментальном увеличении 30000 50000 раз. 17

Таблица

Вид

; Ко эффици- j Время CBtj

пимзоорганизма'ент ^^излучения; кшкроорх идизма. вительно-; и соче "

;сти к „

!Н2°2 А-

¡тайного ¡воздейстЦ j вия, с

л

В. SUÖtiCiS 0,35-Ю-3

St.aureus i.os-io-3

aeruginosa о ,42-ю-3

IL Öre у is г ,57. ю-3

0,5 1,0 1,5

2,0

0,5 1,0 1,5 2,0

0,5 2,0 3,0

1,5

2,0 3,0

0,175.10 0,35-Ю"3 0,525-10" 0,7 • 10

0,525-10 1,05« 10" 1,575-10" 2,10 «Ю-

0,63- 10" 0,63« 10 1,26- 10'

0,386«10 0,514-10 0,771-10"

-3

-3

-3

-3

-4 -4

0,145 3,507 8,45

1,386 6,908 4,98

4,074 7,684 1,88

7,824 9,210 1,17

0,315 3,912 12,41

1,17 5,116 4,37

5,30 9,210 1,73£

7,419 11,513 1,55

2,375 2,673 1,12

4,733 6,502 1,37

6,502 7,169 1,1С

3,507 3,219 0,91

4,135 4,605 1,11

6,502 7,013 1,07

В качестве объекта исследований использовали культуру сине-гнойных бактерий Ps.aeruginosa. Ультратонкие срезы клеток получа на ультр&микротоме in-iKB-Productor. Результаты исследований пс казали, что действие СВЧ-излучения на клетки бактерий связано с взаимодействием электромагнитных волн с мембранами клеток, поглс цеиием СВЧ-энергии цитоплазмой клеток, нарушением структуры яде! ного аппарата. Перекись водорода вызывает повреждения целости пс верхностных структур, также заметны изменения в нуклеовде, однаг морфологическая картина этих нарушений е том и другом случае раз

чна. После сочетанного воздействия СВЧ-излучения и 1^2 <5ш1И ой~ ружены наибольшие нарушения ультраструктуры клеток, выявлены изменил, вызванные обоими факторами.

Пятая глава посвящена СВЧ-пастеризации жидкого белкового мощного концентрата (ВЖ) комбинированным синергическш способом, умышленное получение сывороточно-белковых концентратов из обез-ренного молока или подсырной сыворотки представляет основной ре-рв увеличения выпуска продуктов, обогащенных белками, повышенной ^логической и пищевой ценности. Однако, при производстве НЛК ме-цом ультрафильтрации одновременно с концентрированием сухих Ее-зтв увеличивается содержание микроорганизмов, как минимум, про-эционально кратности концентрирования. Пастеризация В,К тради-энным теплоЕым методом затруднена из-за еысокой адгезии суспен-1 белка к рабочим поверхностям теплообменных аппаратов. В резуль-:е-проЕеденных исследований тепловой пастеризации ВЖ рекомендо-ю осуществлять процесс при 63°С в течение 30 мин, однако его пленение не обеспечивает поточности производства. Приведенный ли краткий анализ работ по СВЧ-пастеризации и стерилизации мо-шых продуктов показал, что перекись водорода в настоящее вре-находит применение для инактивации бактерий в молочных продук-

Исследована выживаемость молочнокислых бактерий ъь.ьгеу1з Л-572 в В.1К, наибольший эффект инакттации клеток имел место при [-нагреве ВЖ с Н202 в концентрации 1-1,2^ в сочетании с мсдлен-! охлаждением.

Для инженерного расчета СВЧ-пастеризатора были определены ди-жтрические характеристики ВЖ и получены их регрессионные зави-юсти от температуры в интервале от 20 до 65°С.

¿•= 55,50 - 0,171 ' (21)

£ = 17,89 - 0,101 (22)

а= 0,39 + 0,38/? (23)

2 = 1,57 + 0,0Г£ (24)

В области исследованных температур величины £ ж £ монотонно снижаются. Фактор затухания незначительно уменьшается от 0,58 до 0,43, а глубина проникновения поля в продукт линейно растет о: 1,7 до 2,3 см.

На экспериментальной установке СВЧ-пастерлзации ШК в потом исследовали влияние конечной температуры нагрева, продолжительности выдержки, микроконцентраций Н2О2 на гибель молочнокислых бак терий. Результаты определения эффекта пастеризации ШК в потоке при СВЧ-нагреве, комбинированной обработке с перекисью водорода : традиционном нагреве приведены в табл.3.

Таблица 3

Зависимость эффекта пастеризации от времени выдержки и температуры нагрева при различных способах пастеризации

Параметры пастеризации ¡Контроль; ¡тепловой; 1 нагпев ; СВЧ-нагрев СВЧ-нагрев с н2о2Ш)

Выдержк&т-~! мин 1 1 ! 65 ! -! ! 1 62 I 1 65 73 г 62 ! € 1

Без выдержки - 99,12 99,45 99,65 99,09 99,

15 92,0 99,28 99,50 99,75 0 С

30 97,0 99,30 99,60 99,82 0 С

СВЧ-пастеризация ШК обеспечивает более высокий эффект паст ризации по сравнению с традиционной тепловйй обработкой, позвол.с со!фатить цродолжительность процесса. Применение комбинированно: синергического процесса пастеризации в модельных экспериментах < молочнокислыми бактериями позволил получить наибольший эффект п; теризацш ШК.

В шестой главе, посвященной практической реализации резуль' тов исследований приведены технические требования и методика иш 20

зрного расчета непрерывной СВЧ-устаноЕпт дтя пастеризации то::.тг-эго соуса в полимерных упаковках в условиях вакуума. Техническою ребования содержат требования к основный узлам СВЧ-пастер:;затсра, зобходжые при ого разработке и конструировании. Инженерная мото-;пса расчета позволяет определить режимы работы установки при из-зстшх диэлектрических и теплолизпческлх характерно тиках обраба-лваемого продукта.

ОБЩЕ ШВОЛУ

I. Показано, что наиболее актуальным направлением применен» СВЧ-энергии с целью стерилизации и пастеризации является обрабои термолабильных объектов;низкокислотных продуктов в полимерной та] и термолабильных жидкостей. Повышение эффективности применения С] энергии можно достигнуть при комбинирована СВЧ-излучешш с друг; 'ми физическими или химическими способами инактивации микрофлори.

2. Разработан и внедрен микрометод определения жизнеспособно' сти бактерий (рационализаторское предложение .4 18/87 НШ эпидеми логии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи АШ СССР, от 20.04.1987 г. й 279 1.ГГИГШ от 28.01.1988 г.).

3. Исследована выживаемость тест-микроорганизмов при СВЧ-иа греве кетчупа. Изучено влияние состава компонентов, вязкости и вакуума на кинетику инактивации.Установлено,что СВЧ-нагрев кетчу па в условиях вакуума снижает выживаемость микроорганизмов.

4. Определены диалектрические характеристики кетчупа,исслед вано влияние компонентов на поведение соуса в ЗШ СВЧ. Выбрана эл ктрофизическая модель для теоретического определения ДХ. Получен регрессионные уравнения зависимостей ДХ кетчупа от температуры.

5. Определены значения теплофизических характеристик кетчуп

6. Исследованы реологические характеристики соуса, найдены значения константы консистенции и индекса течения.

7. Методом математического планирования эксперимента опреде ны параметры оптимального режима СВЧ-пастеризации кетчупа в поли мерных пакетах в условиях вакуума.Получены аналитические зависит.1 сти,описывающие кинетику отмирания микроорганизмов и кинетику на рева кетчупа в полимерных пакетах при СВЧ-пастеризации в вакууме

8. Испытаны ряд отечественных комбинированных полимерных мс териалов для упаковки кетчупа при СВЧ-пастеризации. Даны рекоыег дации по применению комбинированных полимерных материалов при С1 нагреве.

9. Исследовано комбинированное возде:":ствие СВЧ-излучею:я и :кроконцентраций растворов перекиси водорода на ряд глоток с разной резистентностью к этим факторам.

10. Показано, что сочетанное применение этих факторов поЕшза-1 эффективность СВЧ-излучения. Устаноатен эффект синергического ¡аимодействия СВЧ-нагреЕа с микроконцентрациямл перекиси водоро-I. Определены коэффициенты взаимодействия для всех исследованных и.тлов микроорганизмов.

11. Исследована ультраструктура клеток синегнойной палочки

)и изолированном и комбинированном действии СВЧ-излучения и пере-[си водорода.Обнаружено,что наибольшие изменения в ультраструкту-клеток произошли при сочетанием применении этих факторов.

12. Определены диэлектрические характеристики белкового молоч->го концентрата.Получош! регрессионше уравнения ДК ЕЖ от темпе-1туры.

13. Исследована выживаемость молочнокислых бактерий в ШК при Н-пагреве и в сочетании с мшероконцентрациями перекиси водорода.

14. Разработан СВЧ-пастеризатор жидкого белкового молочного »нцеятрата в потоке, позволяющий реализовать различные варианты ¡работки ЕЖ.

15. Исследованы режимы обработки НЖ в Э1Л1 СЗЧ в зависимости

? температуры, продолжительности выдержки и в комбинации с мпкро-шцентрациямп перекиси водорода.

16. Показана эффективность применения СВЧ-нагрева для пасте-1зации НЖ по сравнению с традиционной тепловой обработкой.

17. Установлено, что применение комбинированного синсргдчоско-) процесса пастеризации БЛК в СВЧ-поле с микроконцентрациямп перс-юн водорода позволяет получить максимальный эффект пастеризации.

18. Годовой экономический эффект от внедрения одного СВЧ-пас-:р'1затора Е,К в промышленность составит 4520 рублей.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Кучма Т.Н., Короткой В.К. Микроволновая пастеризация и ст рилизация пищевых продуктов за рубежом // Экспресс-информация ВШИСлегпищемаш, выпуск 7. -Г.!., 1988. - С.4-6.

2. Кучма Т.Н. Проблемы производства ретортных стерилизоваши: продуктов // Тезисы докладов научно-технического ceMiiHapa"npo6ze¡v совершенствования технологии к оборудования для обработки объекте морского промысла" 27-28 ноября 1986 г.- Калининград, 1986. - C.Í

3. Кучма Т.Н., Николаев А.И. Особенности применения микрово;: новой энергии для обработки ретортных продуктов // Тезисы докладе Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых специал:-: стов "Технологические способы обработки и консервирования овощно{ продукции" 15-19 декабря 1987 г. - Í.Í., 1988. - С.35.

4. Самойленко И.И., Лысцов В.Н., Кучма Т.Н., Алипов Е„Д. Механизмы синергического усиления перекиси водорода бактерицидного действия микроволновых излучений // Тезисы докладов Всесоюзной кс ференции "Синергизм действия ионизирующей радиации и других физических и химических факторов на биологические системы" 18-20 oktí бря 1988 г. Пущино. - М., 1988.

5. Кучма Т.Н., Коротков В.Н., Самойленко" И.И. Микроволновый синергический процесс пастеризации белкового молочного концентрата // Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Разработка процессс получения комбинированных продуктов питания" 2-4 декабря 1988 г. Ы., 1988. - С.404-405.

6. Самойленко И.И., Кучма Т.Н., Остапснков А.М. Способ пасте ризации белкового молочного концентрата. Положительное решение от 29 ноября 1988 г. А/61 2/00, заявка J5 4370001/30-13 /016491/ с приоритетом от 27.01.1988 г.

jy/yr^,