Pascalisering - Pascalization

Pascalisering , bridgmanization , högt tryck bearbetning ( HPP ) eller högt hydrostatiskt tryck ( HHP ) bearbetning är en metod för konservering och sterilisering livsmedel, i vilken en produkt bearbetas under mycket högt tryck , vilket leder till inaktivering av vissa mikroorganismer och enzymer i livsmedlet . HPP har en begränsad effekt på kovalenta bindningar i livsmedelsprodukten, vilket bibehåller både sensoriska och näringsmässiga aspekter av produkten. Tekniken är uppkallad efter Blaise Pascal , en fransk forskare från 1600 -talet vars arbete inkluderade att beskriva effekterna av tryck på vätskor. Under pascalisering kan mer än 50 000 pund per kvadrattum (340 MPa, 3,4 kbar) appliceras i cirka femton minuter, vilket leder till inaktivering av jäst , mögel och bakterier . Pascalisering är också känd som bridgmanization, uppkallad efter fysikern Percy Williams Bridgman .

Användningsområden

Spoilage -mikroorganismer och vissa enzymer kan inaktiveras av HPP, vilket kan förlänga hållbarheten samtidigt som produktens sensoriska och näringsegenskaper bevaras. Patogena mikroorganismer som Listeria, E. coli, Salmonella och Vibrio är också känsliga för tryck på 400-1000 MPa som används under HPP. HPP kan alltså pastörisera livsmedelsprodukter med minskad bearbetningstid, minskad energianvändning och mindre avfall.

Behandlingen sker vid låga temperaturer och inkluderar inte användning av livsmedelstillsatser . Från 1990 har vissa juicer, geléer och sylt bevarats med pascalisering i Japan. Tekniken används nu också där för att bevara fisk och kött, salladsdressing , riskakor och yoghurt . Vidare. det bevarar frukt, grönsakssmoothies och andra produkter som kött till salu i Storbritannien.

En tidig användning av pascalisering i USA var att behandla guacamole . Det ändrade inte såsens smak, konsistens eller färg, men produktens hållbarhet ökade till trettio dagar, från tre dagar före behandling. Vissa behandlade livsmedel kräver dock fortfarande kylförvaring eftersom pascalisering uppenbarligen inte kan förstöra alla proteiner , några av dem uppvisar enzymatisk aktivitet som påverkar hållbarheten.

Under de senaste åren har HPP också använts vid bearbetning av rått foder för sällskapsdjur . De flesta kommersiella frysta och frystorkade rå dieter genomgår nu HPP-behandling efter förpackning för att förstöra potentiella bakteriella och virala föroreningar, med salmonella som en av de största bekymmerna.

Historia

Sent 1800 -tal

Experiment med effekterna av tryck på mikroorganismer har registrerats redan 1884 och framgångsrika experiment sedan 1897. 1899 var BH Hite den första som slutgiltigt visade inaktivering av mikroorganismer genom tryck. Efter att han rapporterat effekterna av högt tryck på mikroorganismer följde rapporter om effekterna av tryck på livsmedel snabbt. Hite försökte hindra mjölk från att förstöra, och hans arbete visade att mikroorganismer kan inaktiveras genom att utsätta den för högt tryck. Han nämnde också några fördelar med tryckbehandlande livsmedel, till exempel bristen på antiseptika och ingen förändring i smak.

Hite sa att sedan 1897 hade en kemist vid West Virginia Agricultural Experimental Station studerat sambandet mellan tryck och konservering av kött, juice och mjölk. Tidiga experiment involverade att sätta in en stor skruv i en cylinder och hålla den där i flera dagar, men detta hade ingen effekt för att stoppa mjölken från att förstöra. Senare kunde en mer kraftfull apparat utsätta mjölken för högre tryck, och den behandlade mjölken rapporterades förbli sötare i 24–60 timmar längre än obehandlad mjölk. När 90 ton (82 ton) tryck applicerades på mjölkprover i en timme, var de söta i en vecka. Tyvärr skadades enheten som användes för att framkalla tryck senare när forskare försökte testa dess effekter på andra produkter.

Experiment utfördes också med mjältbrand , tyfus och tuberkulos , vilket var en potentiell hälsorisk för forskarna. Innan processen förbättrades blev en anställd på experimentstationen faktiskt sjuk med tyfus.

Processen som Hite rapporterade om var inte genomförbar för utbredd användning och steriliserade inte alltid mjölken helt. Medan mer omfattande undersökningar följde, avbröts den ursprungliga studien av mjölk till stor del på grund av oro över dess effektivitet. Hite nämnde "vissa långsamma förändringar i mjölken" relaterade till "enzymer som trycket inte kunde förstöra".

Tidigt 1900 -tal

Hite et al. släppte en mer detaljerad rapport om trycksterilisering 1914, som inkluderade antalet mikroorganismer som fanns kvar i en produkt efter behandling. Experiment utfördes på olika andra livsmedel, inklusive frukt, fruktjuicer och några grönsaker. De möttes med blandad framgång, liknande resultaten från de tidigare mjölktesterna. Medan vissa livsmedel bevarades, andra inte, möjligen på grund av bakteriesporer som inte hade dödats.

Hites undersökning från 1914 ledde till andra studier av effekten av tryck på mikroorganismer. År 1918 publicerades en studie publicerad av WP Larson et al. var avsett att hjälpa till att främja vacciner . Denna rapport visade att bakteriesporer inte alltid inaktiverades av tryck, medan vegetativa bakterier vanligtvis dödades. Larson et al.s undersökning fokuserade också på användningen av koldioxid- , väte- och kvävgas -tryck. Koldioxid befanns vara den mest effektiva av de tre vid inaktivering av mikroorganismer.

Sent 1900 -tal - idag

Runt 1970 förnyade forskarna sina ansträngningar för att studera bakteriesporer efter att det upptäcktes att användning av måttligt tryck var mer effektivt än att använda högre tryck. Dessa sporer, som orsakade brist på bevarande i de tidigare experimenten, inaktiverades snabbare av måttligt tryck, men på ett annat sätt än vad som inträffade med vegetativa mikrober. När de utsätts för måttligt tryck gror bakteriesporer och de resulterande sporerna dödas lätt med tryck, värme eller joniserande strålning . Om mängden initialt tryck ökar är förhållandena inte idealiska för groning, så de ursprungliga sporerna måste dödas istället. Att använda måttligt tryck fungerar dock inte alltid, eftersom vissa bakteriesporer är mer resistenta mot spiring under tryck och en liten del av dem kommer att överleva. En konserveringsmetod som använder både tryck och annan behandling (såsom värme) för att döda sporer har ännu inte uppnåtts på ett tillförlitligt sätt. En sådan teknik skulle möjliggöra bredare användning av tryck på mat och andra potentiella framsteg inom livsmedelsbevaringen.

Forskning om effekterna av högt tryck på mikroorganismer var till stor del inriktad på djuphavsorganismer fram till 1980-talet, då framsteg inom keramisk bearbetning gjordes. Detta resulterade i tillverkning av maskiner som möjliggjorde bearbetning av livsmedel vid högt tryck i stor skala och genererade ett visst intresse för tekniken, särskilt i Japan. Även om kommersiella produkter som bevarats genom pascalisering först uppstod 1990, är tekniken bakom pascalisering fortfarande perfektionerad för utbredd användning. Det finns nu en högre efterfrågan på minimalt bearbetade produkter än tidigare år, och produkter som bevarats genom pascalisering har sett kommersiell framgång trots att de har prissatts betydligt högre än produkter som behandlats med standardmetoder.

I början av 2000 -talet upptäckte man att pascalisering kan skilja kött av skaldjur från skalen. Hummer, räkor, krabbor, etc. kan pascaliseras, och efteråt kommer deras råa kött helt enkelt att glida helt ut ur det spruckna skalet.

Bearbeta

Vid pascalisering förseglas livsmedelsprodukter och placeras i ett stålfack som innehåller en vätska, ofta vatten, och pumpar används för att skapa tryck. Pumparna kan trycka konstant eller intermittent. Applicering av höga hydrostatiska tryck (HHP) på en livsmedelsprodukt kommer att döda många mikroorganismer, men sporerna förstörs inte. Pascalisering fungerar särskilt bra på sura livsmedel, som yoghurt och frukt, eftersom trycktoleranta sporer inte kan leva i miljöer med låga pH- nivåer. Behandlingen fungerar lika bra för både fasta och flytande produkter.

Forskare utvecklar också en "kontinuerlig" metod för högtrycksbehandling av konserverande flytande livsmedel. Tekniken kallas ultra-shear-teknik (UST) eller högtryckshomogenisering. Detta innebär trycksättning av flytande livsmedel upp till 400 MPa och efterföljande trycksättning genom passage genom ett litet spel i en skjuvventil. När vätskan lämnar skjuvventilen, på grund av betydande tryckskillnad över ventilen, omvandlas tryckenergin till rörelseenergi. Denna rörelseenergi försvinner som värmeenergi för att höja vätskans temperatur och som värmeförlust till omgivningen. Återstående kinetisk energi spenderas på fysiska och strukturella modifieringar av prov (blandning, emulgering, dispersion, partikelstorlek, enzym och mikrobiell reduktion) via intensiva mekaniska krafter, såsom skjuvning, turbulens eller kavitation. Beroende på produktens initialtemperatur och procestryck kan UST -behandling således resultera i pastörisering eller kommersiella steriliseringseffekter tillsammans med strukturell modifiering i den behandlade vätskan.

Bakteriesporer överlever tryckbehandling vid omgivande eller kylda förhållanden. Forskare rapporterade att tryck i kombination med värme är effektivt vid inaktivering av bakteriesporer. Processen kallas tryckassisterad termisk sterilisering. Under 2009 och 2015 utfärdade Food and Drug Administration (FDA) inga invändningar för två industriella framställningar för tryckassisterad värmebehandling. För närvarande finns det inga kommersiella lågsyraprodukter behandlade av PATP tillgängliga på marknaden.

Under pascaliseringen störs matens vätebindningar selektivt. Eftersom pascalisering inte är värmebaserad påverkas inte kovalenta bindningar , vilket inte förändrar matens smak. Detta innebär att HPP inte förstör vitaminer och bibehåller matens näringsvärde. Högt hydrostatiskt tryck kan påverka muskelvävnader genom att öka lipidoxidationshastigheten , vilket i sin tur leder till dålig smak och minskade hälsofördelar. Dessutom finns det vissa föreningar i livsmedel som kan ändras under behandlingsprocessen. Till exempel gelatiniseras kolhydrater genom en ökning av trycket istället för att öka temperaturen under behandlingsprocessen.

Eftersom hydrostatiskt tryck kan verka snabbt och jämnt på livsmedel spelar varken storleken på en produkts behållare eller dess tjocklek en roll för effektiviteten av pascalisering. Det finns flera biverkningar av processen, inklusive en liten ökning av produktens sötma, men pascalisering påverkar inte näringsvärdet, smaken, konsistensen och utseendet i hög grad. Som ett resultat betraktas högtrycksbehandling av livsmedel som en "naturlig" konserveringsmetod, eftersom den inte använder kemiska konserveringsmedel.

Kritik

Anurag Sharma, en geokemist; James Scott, en mikrobiolog; och andra vid Carnegie Institution i Washington observerade direkt mikrobiell aktivitet vid tryck överstigande 1 gigapascal. Experimenten utfördes upp till 1,6 GPa (232 000 psi) tryck, vilket är mer än 16 000 gånger normalt lufttryck , eller cirka 14 gånger trycket i den djupaste havsgraven .

Experimentet började med att deponera en Escherichia coli och Shewanella oneidensis film i en Diamond Anvil Cell (DAC). Trycket höjdes sedan till 1,6 GPa. När den höjdes till detta tryck och hölls där i 30 timmar, överlevde minst 1% av bakterierna. Experimentörerna övervakade sedan formiatmetabolismen med hjälp av in-situ Raman-spektroskopi och visade att formiatmetabolismen fortsatte i bakterieprovet.

Dessutom är 1,6 GPa ett så stort tryck att DAC under experimentet förvandlade lösningen till is-VI , en rumstemperaturis. När bakterierna bryter ner formiat i isen, skulle vätskefickor bildas på grund av den kemiska reaktionen.

Det fanns en viss skepsis mot detta experiment. Enligt Art Yayanos, en oceanograf vid Scripps Institute of Oceanography , ska en organism bara anses leva om den kan föröka sig. Ett annat problem med DAC -experimentet är att när höga tryck uppstår, finns det vanligtvis också höga temperaturer, men i detta experiment fanns det inte. Detta experiment utfördes vid rumstemperatur. Den avsiktliga avsaknaden av hög temperatur i experimenten isolerade emellertid de verkliga effekterna av tryck på livet och resultaten tydde tydligt på att livet var i stort sett okänsligt.

Nyare resultat från oberoende forskargrupper har bekräftat Sharma et al. (2002). Detta är ett viktigt steg som upprepar behovet av ett nytt tillvägagångssätt för det gamla problemet med att studera extrema miljöer genom experiment. Det finns praktiskt taget ingen debatt om mikrobiellt liv kan överleva tryck upp till 600 MPa, vilket har visat sig vara giltigt genom ett antal spridda publikationer.

Konsumentacceptans

I konsumentstudierna av Hightech Europe nämnde konsumenterna mer positiva än negativa associationer beskrivningar för denna teknik som visar att dessa produkter är väl accepterade.

Se även

Referenser

Anteckningar

Bibliografi

Adams, MR; Moss, MO (2007). Matmikrobiologi . New Age International. ISBN 978-81-224-1014-3.
Brown, Amy Christian (2007). Understanding Food: Principles and Preparation (3 utg.). Cengage Learning. ISBN 978-0-495-10745-3.
Fellows, Peter (2000). Food Processing Technology: Principles and Practice (2 red.). CRC Press . ISBN 978-0-8493-0887-1.
Hendrickx, Marc EG; Knorr, Dietrich W. (2002). Ultrahögtrycksbehandlingar av livsmedel . Springer. ISBN 978-0-306-47278-7.
Henry, CJK; Chapman, Clare (2002). Nutrition Handbook for Food Processors . CRC Press. ISBN 978-0-8493-1543-5.
Jay, James Monroe; Loessner, Martin J .; Golden, David Allen (2005). Modern Food Microbiology (7 utg.). Springer. ISBN 978-0-387-23180-8.
Oliveira, Fernanda AR; Oliveira, Jorge C. (1999). Bearbetning av livsmedel: Kvalitetsoptimering och processbedömning . CRC Press. ISBN 978-0-8493-7905-5.

Languages

In other projects