Pascalisering - Pascalization
Pascalisering , bridgmanisering , højtryksbehandling ( HPP ) eller højt hydrostatisk tryk ( HHP ) behandling er en metode til konservering og sterilisering af fødevarer, hvor et produkt forarbejdes under meget højt tryk , hvilket fører til inaktivering af visse mikroorganismer og enzymer i fødevaren . HPP har en begrænset effekt på kovalente bindinger i fødevareproduktet og bevarer dermed både sensoriske og ernæringsmæssige aspekter af produktet. Teknikken blev opkaldt efter Blaise Pascal , en fransk videnskabsmand fra det 17. århundrede, hvis arbejde omfattede detaljerede effekter af tryk på væsker. Under pascalisering kan mere end 50.000 pounds per square inch (340 MPa, 3.4 kbar) påføres i cirka femten minutter, hvilket fører til inaktivering af gær , skimmelsvamp og bakterier . Pascalisering er også kendt som bridgmanisering, opkaldt efter fysiker Percy Williams Bridgman .
Anvendelser
Spoilage -mikroorganismer og nogle enzymer kan deaktiveres af HPP, hvilket kan forlænge holdbarheden og samtidig bevare produktets sensoriske og ernæringsmæssige egenskaber. Patogene mikroorganismer, såsom Listeria, E. coli, Salmonella og Vibrio, er også følsomme over for tryk på 400-1000 MPa, der anvendes under HPP. Således kan HPP pasteurisere fødevarer med reduceret behandlingstid, reduceret energiforbrug og mindre spild.
Behandlingen finder sted ved lave temperaturer og omfatter ikke brug af tilsætningsstoffer til fødevarer . Fra 1990 er nogle juicer, geléer og syltetøj blevet bevaret ved hjælp af pascalisering i Japan. Teknikken bruges nu også der til at konservere fisk og kød, salatdressing , riskager og yoghurt . Desuden. det bevarer frugt, grøntsagssmoothies og andre produkter, såsom kød til salg i Storbritannien.
En tidlig brug af pascalisering i USA var til behandling af guacamole . Det ændrede ikke saucens smag, tekstur eller farve, men produktets holdbarhed steg til tredive dage fra tre dage før behandling. Nogle behandlede fødevarer kræver dog stadig kold opbevaring, fordi pascalisering naturligvis ikke kan ødelægge alle proteiner , nogle af dem udviser enzymatisk aktivitet, som påvirker holdbarheden.
I de senere år har HPP også været brugt til forarbejdning af råfoder til kæledyr . De fleste kommercielle frosne og frysetørrede rå kostvaner gennemgår nu HPP-behandling efter emballering for at ødelægge potentielle bakterielle og virale forurenende stoffer, idet salmonella er en af de største bekymringer.
Historie
Slutningen af 1800 -tallet
Eksperimenter med trykets indvirkning på mikroorganismer er blevet registreret allerede i 1884 og vellykkede eksperimenter siden 1897. I 1899 var BH Hite den første, der endegyldigt demonstrerede inaktivering af mikroorganismer ved tryk. Efter at han rapporterede effekterne af højt tryk på mikroorganismer, fulgte rapporter om virkningerne af pres på fødevarer hurtigt. Hite forsøgte at forhindre mælk i at ødelægge, og hans arbejde viste, at mikroorganismer kan deaktiveres ved at udsætte det for højt tryk. Han nævnte også nogle fordele ved trykbehandlende fødevarer, såsom mangel på antiseptika og ingen ændring i smag.
Hite sagde, at en kemiker på West Virginia Agricultural Experimental Station siden 1897 havde undersøgt forholdet mellem pres og bevarelse af kød, saft og mælk. Tidlige forsøg involverede at indsætte en stor skrue i en cylinder og holde den der i flere dage, men dette havde ingen effekt i at stoppe mælken fra at ødelægge. Senere kunne et mere kraftfuldt apparat udsætte mælken for højere tryk, og den behandlede mælk blev rapporteret at forblive sødere i 24–60 timer længere tid end ubehandlet mælk. Da der blev påført 90 korte tons (82 t) tryk på prøver af mælk i en time, forblev de søde i en uge. Desværre blev den enhed, der blev brugt til at fremkalde tryk, senere beskadiget, da forskere forsøgte at teste dens virkninger på andre produkter.
Der blev også udført eksperimenter med miltbrand , tyfus og tuberkulose , hvilket var en potentiel sundhedsrisiko for forskerne. Inden processen blev forbedret, blev en medarbejder på forsøgsstationen faktisk syg af tyfus.
Den proces, som Hite rapporterede om, var ikke mulig til udbredt brug og steriliserede ikke altid mælken fuldstændigt. Mens mere omfattende undersøgelser fulgte, blev den oprindelige undersøgelse af mælk stort set afbrudt på grund af bekymring over dens effektivitet. Hite nævnte "visse langsomme ændringer i mælken" relateret til "enzymer, som trykket ikke kunne ødelægge".
Begyndelsen af 1900 -tallet
Hite et al. frigav en mere detaljeret rapport om tryksterilisering i 1914, som omfattede antallet af mikroorganismer, der var tilbage i et produkt efter behandling. Eksperimenter blev udført på forskellige andre fødevarer, herunder frugt, frugtsaft og nogle grøntsager. De blev mødt med blandet succes, svarende til resultaterne fra de tidligere test på mælk. Mens nogle fødevarer blev bevaret, var andre ikke, muligvis på grund af bakteriesporer, der ikke var blevet dræbt.
Hites undersøgelse fra 1914 førte til andre undersøgelser af effekten af tryk på mikroorganismer. I 1918 blev en undersøgelse udgivet af WP Larson et al. var beregnet til at hjælpe med at fremme vacciner . Denne rapport viste, at bakteriesporer ikke altid blev inaktiveret af tryk, mens vegetative bakterier normalt blev dræbt. Larson et al.s undersøgelse fokuserede også på brugen af kuldioxid- , brint- og nitrogengastryk . Kuldioxid viste sig at være den mest effektive af de tre til inaktivering af mikroorganismer.
Slutningen af 1900 -tallet - i dag
Omkring 1970 fornyede forskere deres indsats med at studere bakteriesporer, efter at det blev opdaget, at brug af moderat tryk var mere effektivt end at bruge højere tryk. Disse sporer, der forårsagede mangel på bevarelse i de tidligere forsøg, blev hurtigere inaktiveret ved moderat tryk, men på en anden måde end hvad der skete med vegetative mikrober. Når de udsættes for moderate tryk, spirer bakteriesporer , og de resulterende sporer dræbes let ved hjælp af tryk, varme eller ioniserende stråling . Hvis mængden af indledende tryk øges, er forholdene ikke ideelle til spiring, så de originale sporer skal i stedet dræbes. Brug af moderat tryk virker dog ikke altid, da nogle bakteriesporer er mere modstandsdygtige over for spiring under tryk, og en lille del af dem vil overleve. En konserveringsmetode, der anvender både tryk og en anden behandling (såsom varme) for at dræbe sporer, er endnu ikke opnået pålideligt. En sådan teknik ville muliggøre bredere brug af pres på fødevarer og andre potentielle fremskridt inden for fødevarekonservering.
Forskning i virkningerne af højt tryk på mikroorganismer var stort set fokuseret på dybhavsorganismer indtil 1980'erne, hvor der blev gjort fremskridt inden for keramisk forarbejdning. Dette resulterede i fremstilling af maskiner, der tillod behandling af fødevarer ved højt tryk i stor skala og genererede en vis interesse for teknikken, især i Japan. Selvom kommercielle produkter bevaret ved pascalisering først opstod i 1990, er teknologien bag pascalisering stadig perfektioneret til udbredt brug. Der er nu større efterspørgsel efter minimalt forarbejdede produkter end tidligere år, og produkter bevaret ved pascalisering har oplevet kommerciel succes på trods af at de er prissat betydeligt højere end produkter behandlet med standardmetoder.
I begyndelsen af det 21. århundrede blev det opdaget, at pascalisering kan adskille kød af skaldyr fra deres skaller. Hummer, rejer, krabber osv. Kan pascaliseres, og bagefter vil deres rå kød ganske enkelt og let glide helt lige ud af den revnede skal.
Behandle
Ved pascalisering forsegles fødevarer og placeres i et stålrum indeholdende en væske, ofte vand, og pumper bruges til at skabe tryk. Pumperne kan presse konstant eller periodisk. Anvendelsen af et højt hydrostatisk tryk (HHP) på et fødevareprodukt vil dræbe mange mikroorganismer, men sporerne ødelægges ikke. Pascalisering fungerer især godt på sure fødevarer, såsom yoghurt og frugt, fordi tryktolerante sporer ikke er i stand til at leve i miljøer med lave pH- værdier. Behandlingen fungerer lige godt for både faste og flydende produkter.
Forskere udvikler også en "kontinuerlig" metode til højtryksbehandling af konservering af flydende fødevarer. Teknologien er kendt som ultra-shear-teknologi (UST) eller højtrykshomogenisering. Dette indebærer tryk på flydende fødevarer op til 400 MPa og efterfølgende trykfald ved passage gennem en lille frigang i en forskydningsventil. Når væsken forlader forskydningsventilen, på grund af en betydelig trykforskel over ventilen, omdannes trykenergien til kinetisk energi. Denne kinetiske energi spredes som varmeenergi for at øge væskens temperatur og som varmetab til omgivelserne. Den resterende kinetiske energi bruges på fysiske og strukturelle modifikationer af prøver (blanding, emulgering, dispersion, partikelstørrelse, enzym og mikrobiel reduktion) via intense mekaniske kræfter, såsom forskydning, turbulens eller kavitation. Afhængig af produktets indledende temperatur og procestryk kan UST -behandling således resultere i pasteurisering eller kommercielle steriliseringseffekter sammen med strukturel modifikation i den behandlede væske.
Bakteriesporer overlever trykbehandling ved omgivende eller afkølede forhold. Forskere rapporterede, at tryk i kombination med varme er effektivt til inaktivering af bakteriesporer. Processen kaldes trykassisteret termisk sterilisering. I 2009 og 2015 udsendte Food and Drug Administration (FDA) breve om ingen indsigelse mod to industrielle andragender til trykassisteret termisk behandling. På nuværende tidspunkt er der ingen kommercielle lavsyreprodukter behandlet af PATP tilgængelige på markedet.
Under pascalisering forstyrres fødevarens hydrogenbindinger selektivt. Fordi pascalisering ikke er varmebaseret, påvirkes kovalente bindinger ikke, hvilket ikke ændrer madens smag. Det betyder, at HPP ikke ødelægger vitaminer og bevarer madens næringsværdi. Højt hydrostatisk tryk kan påvirke muskelvæv ved at øge lipidoxidationshastigheden , hvilket igen fører til dårlig smag og nedsatte sundhedsmæssige fordele. Derudover er der nogle forbindelser til stede i fødevarer, der kan ændres under behandlingsprocessen. For eksempel gelatiniseres kulhydrater ved en stigning i trykket i stedet for at øge temperaturen under behandlingsprocessen.
Fordi hydrostatisk tryk er i stand til at virke hurtigt og jævnt på fødevarer, spiller hverken størrelsen på et produkts beholder eller dets tykkelse en rolle i effektiviteten af pascalisering. Der er flere bivirkninger af processen, herunder en lille stigning i et produkts sødme, men pascalisering påvirker ikke i høj grad næringsværdien, smagen, tekstur og udseende. Som et resultat betragtes højtryksbehandling af fødevarer som en "naturlig" konserveringsmetode, da den ikke anvender kemiske konserveringsmidler.
Kritik
Anurag Sharma, en geokemiker; James Scott, en mikrobiolog; og andre ved Carnegie Institution i Washington observerede direkte mikrobiel aktivitet ved tryk over 1 gigapascal. Forsøgene blev udført op til 1,6 GPa (232.000 psi) tryk, hvilket er mere end 16.000 gange normalt lufttryk eller cirka 14 gange trykket i den dybeste havgrav .
Forsøget begyndte med at deponere en Escherichia coli og Shewanella oneidensis film i en Diamond Anvil Cell (DAC). Trykket blev derefter hævet til 1,6 GPa. Når de blev hævet til dette tryk og holdt der i 30 timer, overlevede mindst 1% af bakterierne. Eksperimenterne overvåger derefter formiatmetabolisme ved hjælp af in-situ Raman-spektroskopi og viste, at formiatmetabolisme fortsatte i bakterieprøven.
Desuden er 1,6 GPa et så stort pres, at DAC under forsøget forvandlede opløsningen til is-VI , en is ved stuetemperatur. Når bakterierne nedbrød formiatet i isen, ville der dannes væskelommer på grund af den kemiske reaktion.
Der var en vis skepsis over for dette forsøg. Ifølge Art Yayanos, en oceanograf ved Scripps Institute of Oceanography , bør en organisme kun betragtes som levende, hvis den kan formere sig. Et andet problem med DAC -eksperimentet er, at når der opstår høje tryk, er der normalt også høje temperaturer til stede, men i dette forsøg var der ikke. Dette forsøg blev udført ved stuetemperatur. Den forsætlige mangel på høj temperatur i eksperimenterne isolerede imidlertid de faktiske virkninger af pres på livet, og resultaterne tydede tydeligt på, at livet stort set var trykfølsomt.
Nyere resultater fra uafhængige forskningsgrupper har bekræftet Sharma et al. (2002). Dette er et vigtigt skridt, der gentager behovet for en ny tilgang til det gamle problem med at studere ekstreme miljøer gennem forsøg. Der er praktisk talt ingen debat om, hvorvidt mikrobielt liv kan overleve pres på op til 600 MPa, hvilket har vist sig at være gyldigt gennem et antal spredte publikationer.
Forbruger accept
I forbrugerundersøgelser af Hightech Europe nævnte forbrugere mere positive end negative associeringsbeskrivelser for denne teknologi, der viser, at disse produkter er godt accepterede.
Se også
- Koldpresset juice
- Størrelsesordrer (tryk)
- Fysiske faktorer, der påvirker det mikrobielle liv
- Termisering
Referencer
Noter
Bibliografi
- Adams, MR; Moss, MO (2007). Fødevaremikrobiologi . New Age International. ISBN 978-81-224-1014-3.
- Brown, Amy Christian (2007). Forståelse af mad: Principper og forberedelse (3 red.). Cengage læring. ISBN 978-0-495-10745-3.
- Fellows, Peter (2000). Food Processing Technology: Principles and Practice (2 red.). CRC Tryk . ISBN 978-0-8493-0887-1.
- Hendrickx, Marc EG; Knorr, Dietrich W. (2002). Ultrahøjtryksbehandlinger af fødevarer . Springer. ISBN 978-0-306-47278-7.
- Henry, CJK; Chapman, Clare (2002). Ernæringshåndbogen for fødevareprocessorer . CRC Tryk. ISBN 978-0-8493-1543-5.
- Jay, James Monroe; Loessner, Martin J .; Golden, David Allen (2005). Modern Food Microbiology (7 udg.). Springer. ISBN 978-0-387-23180-8.
- Oliveira, Fernanda AR; Oliveira, Jorge C. (1999). Forarbejdning af fødevarer: Kvalitetsoptimering og procesvurdering . CRC Tryk. ISBN 978-0-8493-7905-5.
