Pasteurisering - Pasteurization

"Pastöriserade" omdirigeringar här. För tävlingshästen, se Pasteurized (häst) .

Pastöriserad mjölk i Japan
En affisch från Chicago Department of Health förklarar hemmapasteurisering för mödrar

Pastörisering eller pastörisering är en process där förpackade och oförpackade livsmedel (som mjölk och fruktjuice ) behandlas med mild värme, vanligtvis till mindre än 100 ° C (212 ° F), för att eliminera patogener och förlänga hållbarheten . Processen är avsedd att förstöra eller inaktivera organismer och enzymer som bidrar till förstörelse eller risk för sjukdom, inklusive vegetativa bakterier , men inte bakteriesporer .

Processen fick sitt namn efter den franske mikrobiologen Louis Pasteur , vars forskning på 1860 -talet visade att termisk bearbetning skulle inaktivera oönskade mikroorganismer i vin . Förstöringsenzymer inaktiveras också under pastörisering. Idag används pastörisering i stor utsträckning inom mejeriindustrin och andra livsmedelsförädlingsindustrier för att uppnå livsmedelskonservering och livsmedelssäkerhet .

År 1999 värmebehandlades de flesta flytande produkterna i ett kontinuerligt system där värme kan appliceras med en plattvärmeväxlare eller direkt eller indirekt användning av varmt vatten och ånga. På grund av den milda värmen finns det mindre förändringar i näringskvaliteten och sensoriska egenskaper hos de behandlade livsmedlen. Pascalisering eller högtrycksbehandling (HPP) och pulserat elektriskt fält (PEF) är icke-termiska processer som också används för att pastörisera livsmedel.

Historia

Louis Pasteurs pastöriseringsexperiment illustrerar det faktum att förstörelse av vätska orsakades av partiklar i luften snarare än själva luften. Dessa experiment var viktiga bevis som stödde idén om bakterieteorin om sjukdom.

Processen att värma vin för konserveringsändamål har varit känd i Kina sedan 1117 AD och dokumenterades i Japan i dagboken Tamonin-nikki , skriven av en serie munkar mellan 1478 och 1618.

Långt senare, 1768, visade forskning utförd av den italienska prästen och forskaren Lazzaro Spallanzani att en produkt kunde göras "steril" efter termisk bearbetning. Spallanzani kokade köttbuljong i en timme, förseglade behållaren omedelbart efter kokning och märkte att buljongen inte förstördes och var fri från mikroorganismer. År 1795 började en parisisk kock och konditor vid namn Nicolas Appert experimentera med sätt att bevara livsmedel och lyckades med soppor, grönsaker, juicer, mejeriprodukter, geléer, sylt och sirap. Han lade maten i glasburkar, förseglade dem med kork och förseglade vax och lade dem i kokande vatten. Samma år erbjöd den franska militären ett kontantpris på 12 000 franc för en ny metod för att bevara mat. Efter cirka 14 eller 15 års experimenterande lade Appert fram sin uppfinning och vann priset i januari 1810. Senare samma år publicerade Appert L'Art de conserver les substans animales et végétales (" Konsten att bevara djur- och grönsaksämnen "). Detta var den första kokboken i sitt slag om moderna livsmedelskonserveringsmetoder.

La Maison Appert (engelska: The House of Appert ), i staden Massy, ​​nära Paris, blev den första livsmedelsflaskfabriken i världen och bevarade en mängd olika livsmedel i förseglade flaskor. Apperts metod var att fylla tjocka, stora munflaskor med produkter från varje beskrivning, allt från nötkött och fågel till ägg, mjölk och tillagade rätter. Han lämnade luftutrymme högst upp på flaskan, och korken skulle sedan förseglas ordentligt i burken med hjälp av en skruvstång . Flaskan lindades sedan in i duk för att skydda den medan den doppades i kokande vatten och kokades sedan så mycket tid som Appert ansåg lämpligt för att tillaga innehållet noggrant. Appert patenterade sin metod, ibland kallad appertisation till hans ära.

Apperts metod var så enkel och användbar att den snabbt blev utbredd. År 1810 patenterade den brittiska uppfinnaren och köpmannen Peter Durand , också av franskt ursprung, sin egen metod, men den här gången i en plåtburk , vilket skapade den moderna processen för konservering av livsmedel. År 1812 köpte engelsmännen Bryan Donkin och John Hall båda patenten och började producera konserver . Bara ett decennium senare hade Apperts konserveringsmetod tagit sig till Amerika. Burkburkstillverkning var inte vanlig förrän i början av 1900 -talet, delvis för att det behövdes en hammare och mejsel för att öppna burkar fram till uppfinningen av en burköppnare av Robert Yeates 1855.

En mindre aggressiv metod utvecklades av den franske kemisten Louis Pasteur under ett sommarlov 1864 i Arbois . För att råda bot frekvent syrlighet av de lokala åldern viner , fann han ut experimentellt att det är tillräckligt för att värma upp ett ungt vin till endast cirka 50-60 ° C (122-140 ° F) under en kort tid för att döda mikrober och att vinet kunde därefter lagras utan att offra den slutliga kvaliteten. För att hedra Pasteur är denna process känd som "pasteurisering". Pastörisering användes ursprungligen som ett sätt att förhindra vin och öl från att sura, och det skulle dröja många år innan mjölken pastöriserades. I USA på 1870 -talet, innan mjölk reglerades, var det vanligt att mjölk innehöll ämnen avsedda att dölja förstörelse.

Mjölk

Ytterligare information: Råmjölk
180 kg mjölk i ett ostkärl

Mjölk är ett utmärkt medium för mikrobiell tillväxt, och när den lagras vid omgivningstemperatur sprids bakterier och andra patogener snart. De amerikanska centra för sjukdomskontroll (CDC) säger att felaktig hanterad råmjölk är ansvarig för nästan tre gånger fler sjukhusvistelser än någon annan livsmedelsburna sjukdomskälla, vilket gör den till en av världens farligaste livsmedelsprodukter. Sjukdomar som förhindras genom pastörisering kan innefatta tuberkulos , brucellos , difteri , skarlagensfeber och Q-feber ; det dödar också de skadliga bakterierna Salmonella , Listeria , Yersinia , Campylobacter , Staphylococcus aureus och Escherichia coli O157: H7 , bland andra.

Före industrialiseringen hölls mjölkkor i stadsområden för att begränsa tiden mellan mjölkproduktion och konsumtion, varför risken för sjukdomsöverföring via obehandlad mjölk minskades. När stadstätheten ökade och försörjningskedjorna förlängdes till avståndet från land till stad, blev mjölk (ofta dagar gammal) erkänd som en källa till sjukdom. Till exempel, mellan 1912 och 1937 dog cirka 65 000 människor av tuberkulos som drabbats av att konsumera mjölk bara i England och Wales. Eftersom tuberkulos har en lång inkubationstid hos människor var det svårt att koppla opastöriserad mjölkförbrukning till sjukdomen. År 1892 inokulerade kemisten Ernst Lederle experimentellt mjölk från tuberkulossjuka kor till marsvin, vilket fick dem att utveckla sjukdomen. År 1910 införde Lederle, då i rollen som kommissionär för hälsa, obligatorisk pastörisering av mjölk i New York City .

Utvecklade länder antog mjölkpasteurisering för att förhindra sådan sjukdom och förlust av liv, och som ett resultat anses mjölk nu vara en säkrare mat. En traditionell form av pastörisering genom skållning och silning av grädde för att öka smörets hållbarhet utövades i Storbritannien på 1700 -talet och introducerades för Boston i de brittiska kolonierna 1773, även om det inte praktiserades allmänt i USA för de kommande 20 åren. Pasteurisering av mjölk föreslogs av Franz von Soxhlet 1886. I början av 1900-talet fastställde Milton Joseph Rosenau standarderna-det vill säga låg temperatur, långsam uppvärmning vid 60 ° C (140 ° F) i 20 minuter-för pastörisering av mjölk medan han var vid United States Marine Hospital Service, särskilt i sin publikation av The Milk Question (1912). Stater i USA började snart anta obligatoriska lagar för pastörisering av mejeriprodukter, med den första 1947, och 1973 krävde USA: s federala regering pastörisering av mjölk som används i alla mellanstatliga affärer.

Hållbarheten för kyld pastöriserad mjölk är större än för obehandlad mjölk . Till exempel, hög temperatur, korttids ( HTST har) pastöriserad mjölk vanligtvis en kyld hållbarhet på två till tre veckor, medan ultra pastöriserad mjölk kan pågå mycket längre, ibland två till tre månader. När ultravärmebehandling ( UHT ) kombineras med steril hantering och behållarteknik (t.ex. aseptisk förpackning ) kan den till och med förvaras i kylskåp i upp till 9 månader.

Enligt Centers for Disease Control , mellan 1998 och 2011 berodde 79% av mjölkrelaterade sjukdomsutbrott i USA på rå mjölk eller ostprodukter. De rapporterar 148 utbrott och 2 384 sjukdomar (med 284 som kräver sjukhusvistelse), samt två dödsfall på grund av rå mjölk eller ostprodukter under samma tidsperiod.

Medicinsk utrustning

Medicinsk utrustning, särskilt andnings- och anestesiapparater, desinficeras ofta med varmt vatten, som ett alternativ till kemisk desinfektion. Temperaturen höjs till 70 ° C (158 ° F) i 30 minuter.

Pasteuriseringsprocess

Allmän översikt över pastöriseringsprocessen. Mjölken börjar till vänster och går in i rörledningen med fungerande enzymer som vid värmebehandling blir denaturerade och stoppar enzymerna från att fungera. Detta hjälper till att stoppa patogen tillväxt genom att stoppa cellens funktionalitet. Kylningsprocessen hjälper till att stoppa mjölken från att genomgå Maillard -reaktionen och karamellisering. Pastöriseringsprocessen har också förmågan att värma cellerna till den grad att de spricker från tryckuppbyggnad.

Pasteurisering är en mild värmebehandling av flytande livsmedel (både förpackade och oförpackade) där produkter vanligtvis värms till under 100 ° C. Värmebehandlings- och kylprocessen är utformad för att hämma en fasförändring av produkten. Den surhet av maten bestämmer parametrarna (tid och temperatur) av värmebehandlingen såväl som varaktigheten av hållbarhetstiden. Parametrar tar också hänsyn till närings- och sensoriska egenskaper som är känsliga för värme.

I sura livsmedel ( pH <4,6), såsom fruktjuice och öl , är värmebehandlingarna utformade för att inaktivera enzymer ( pektinmetylesteras och polygalakturonas i fruktjuicer) och förstöra förstörande mikrober (jäst och laktobacillus ). På grund av det låga pH -värdet i sura livsmedel kan patogener inte växa. Hållbarheten förlängs därmed med flera veckor. I mindre sura livsmedel (pH> 4,6), till exempel mjölk och flytande ägg, är värmebehandlingarna utformade för att förstöra patogener och förstöra organismer (jäst och mögel). Alla förstöringsorganismer förstörs inte under pastöriseringsparametrar, varför efterföljande kylning är nödvändig.

Utrustning

Mat kan pastöriseras på två sätt: antingen före eller efter förpackning i behållare. När livsmedel förpackas i glas används varmt vatten för att minska risken för termiska stötar. Plast och metaller används också för att förpacka livsmedel, och dessa pastöriseras i allmänhet med ånga eller varmt vatten eftersom risken för termisk chock är låg.

De flesta flytande livsmedel pastöriseras med kontinuerliga system som har en uppvärmningszon, hållarrör och kylzon, varefter produkten fylls i förpackningen. Plattvärmeväxlare används för produkter med låg viskositet som djurmjölk, nötmjölk och juice. En plattvärmeväxlare består av många tunna vertikala plattor av rostfritt stål som separerar vätskan från värme- eller kylmediet. Skrapade värmeväxlare på ytan innehåller en inre roterande axel i röret och tjänar till att skrapa mycket visköst material som kan ansamlas på rörets vägg.

Skal- eller rörvärmeväxlare är utformade för pastörisering av livsmedel som är icke-newtonska vätskor , till exempel mejeriprodukter, tomatketchup och barnmat. En rörvärmeväxlare består av koncentriska rör i rostfritt stål. Mat passerar genom innerröret medan värme-/kylmediet cirkuleras genom det yttre eller innerröret.

Fördelarna med att använda en värmeväxlare för att pastörisera oförpackade livsmedel kontra pastöriserande livsmedel i behållare är:

  • Värmeväxlare ger enhetlig behandling, och det finns större flexibilitet när det gäller de produkter som kan pastöriseras på dessa plattor
  • Processen är mer energieffektiv jämfört med pastörisering av livsmedel i förpackade behållare
  • Större genomströmning

Efter uppvärmning i en värmeväxlare flyter produkten genom ett hållrör under en bestämd tidsperiod för att uppnå den erforderliga behandlingen. Om pastöriseringstemperatur eller tid inte uppnås, används en flödesavledningsventil för att avleda underbehandlad produkt tillbaka till råprodukttanken. Om produkten är tillräckligt bearbetad, kyls den i en värmeväxlare och fylls sedan.

Högtemperatur-korttidstestöring (HTST), som den som används för mjölk (71,5 ° C (160,7 ° F) i 15 sekunder) garanterar mjölkens säkerhet och ger en kylhållningstid på cirka två veckor. Vid pastörisering vid ultrahög temperatur (UHT) pastöriseras mjölk vid 135 ° C (275 ° F) i 1-2 sekunder, vilket ger samma säkerhet, men tillsammans med förpackningen förlänger hållbarheten till tre månader under kylning.

Verifiering

Direkta mikrobiologiska tekniker är den ultimata mätningen av patogenföroreningar, men dessa är kostsamma och tidskrävande, vilket innebär att produkterna har en minskad hållbarhet när pastöriseringen har verifierats.

Som ett resultat av olämpligheten hos mikrobiologiska tekniker övervakas typiskt mjölkpasteuriseringseffekten genom att kontrollera om det förekommer alkaliskt fosfatas , vilket denatureras genom pastörisering. Förstörelse av alkaliskt fosfatas säkerställer förstörelse av vanliga mjölkpatogener. Därför är närvaron av alkaliskt fosfatas en idealisk indikator på pastöriseringseffekten. För flytande ägg mäts värmebehandlingens effektivitet med α-amylas kvarvarande aktivitet .

Effekt mot patogena bakterier

Under början av 1900 -talet fanns det ingen robust kunskap om vilka tid- och temperaturkombinationer som skulle inaktivera patogena bakterier i mjölk, och därför användes ett antal olika pastöriseringsstandarder. År 1943 bekräftades både HTST -pastöriseringsförhållanden på 72 ° C (162 ° F) i 15 sekunder, liksom batch -pastöriseringsförhållanden på 63 ° C (145 ° F) i 30 minuter, genom studier av den fullständiga termiska döden (som bäst som kunde mätas vid den tiden) för en rad patogena bakterier i mjölk. Fullständig inaktivering av Coxiella burnetii (som man då trodde orsakade Q -feber genom oralt intag av infekterad mjölk) samt av Mycobacterium tuberculosis (som orsakar tuberkulos ) visades senare. För alla praktiska ändamål var dessa förhållanden tillräckliga för att förstöra nästan alla jästsvampar , mögel och vanliga förstöringsbakterier och även för att säkerställa adekvat förstörelse av vanliga patogena, värmebeständiga organismer. De mikrobiologiska teknikerna som användes fram till 1960 -talet tillät emellertid inte att den faktiska minskningen av bakterier kunde räknas upp. Demonstration av omfattningen av inaktivering av patogena bakterier genom mjölkpasteurisering kom från en studie av överlevande bakterier i mjölk som värmebehandlades efter att de medvetet spetsades med höga nivåer av de mest värmebeständiga stammarna av de mest signifikanta mjölkburna patogenerna.

De genomsnittliga log 10- minskningarna och temperaturerna för inaktivering av de viktigaste mjölkburna patogenerna under en behandling på 15 sekunder är:

(En minskning av log 10 mellan 6 och 7 innebär att 1 bakterie av 1 miljon (10 6 ) till 10 miljoner (10 7 ) bakterier överlever behandlingen.)

Den Codex Alimentarius Code of Hygienic Practice för mjölk konstaterar att pastörisering av mjölk är utformad för att uppnå minst en 5 log 10 minskning av Coxiella burnetii . Koden noterar också att: "De lägsta pastöriseringsförhållandena är de som har bakteriedödande effekter som motsvarar uppvärmning av varje partikel i mjölken till 72 ° C i 15 sekunder (kontinuerlig flödespasteurisering) eller 63 ° C i 30 minuter (satspastörisering)" och att "för att säkerställa att varje partikel är tillräckligt upphettas, bör mjölkflödet i värmeväxlare vara turbulent, dvs . det Reynolds tal bör vara tillräckligt hög". Punkten om turbulent flöde är viktigt eftersom förenklade laboratoriestudier av värmeinaktivering att användning provrör, utan flöde, kommer att ha mindre bakteriell inaktivering än storskaliga experiment som syftar till att replikera förhållanden kommersiell pastörisering.

Som en försiktighetsåtgärd måste moderna HTST-pastöriseringsprocesser utformas med flödeshastighet samt avledningsventiler som säkerställer att mjölken värms jämnt och att ingen del av mjölken utsätts för en kortare tid eller en lägre temperatur. Det är vanligt att temperaturen överstiger 72 ° C med 1,5 ° C eller 2 ° C.

Dubbel pastörisering

Eftersom pastörisering inte är sterilisering och inte dödar sporer, kommer en andra "dubbel" pastörisering att förlänga hållbarheten genom att döda sporer som har grott.

Godkännandet av dubbel pastörisering varierar beroende på jurisdiktion. På platser där det är tillåtet sker vanligtvis en inledande pastörisering när mjölken samlats in på gården, så att den inte förstörs innan den bearbetas. Många länder tillåter inte att sådan mjölk helt enkelt märks som "betesmarker", så istället används termisering, en process med lägre temperatur.

Effekter på närings- och sensoriska egenskaper hos livsmedel

På grund av sin milda värmebehandling ökar pastöriseringen hållbarheten med några dagar eller veckor. Men denna milda värme innebär också att det endast är mindre förändringar av värmelabila vitaminer i maten.

Mjölk

Enligt en systematisk genomgång och meta-analys konstaterades det att pastörisering verkade minska koncentrationerna av vitaminer B12 och E , men också ökade halter av vitamin A . Bortsett från metaanalys är det inte möjligt att dra slutsatser om pastöriseringens effekt på vitamin A, B12 och E endast baserat på samråd med den omfattande tillgängliga litteraturen. Mjölk är inte en viktig källa till vitamin B12 eller E i den nordamerikanska kosten, så pastöriseringens effekter på det dagliga intaget av dessa vitaminer hos vuxna är försumbara. Men mjölk anses vara en viktig källa till vitamin A, och eftersom pastörisering verkar öka vitamin A -koncentrationerna i mjölk är effekten av mjölkvärmebehandling på detta vitamin inte ett stort folkhälsoproblem. Resultat av metaanalyser visar att pastörisering av mjölk leder till en signifikant minskning av vitamin C och folat , men mjölk är inte heller en viktig källa till dessa vitaminer. En signifikant minskning av vitamin B2 -koncentrationer hittades efter pastörisering. Vitamin B2 finns vanligtvis i nötmjölk i koncentrationer av 1,83 mg/liter. Eftersom det rekommenderade dagliga intaget för vuxna är 1,1 mg/dag, bidrar mjölkförbrukningen starkt till det rekommenderade dagliga intaget av detta vitamin. Med undantag för B2 verkar pastörisering inte vara ett problem för att minska mjölkens näringsvärde eftersom mjölk ofta inte är en primär källa till dessa studerade vitaminer i den nordamerikanska kosten.

Sensoriska effekter

Pasteurisering har också en liten men mätbar effekt på de sensoriska egenskaperna hos de livsmedel som bearbetas. I fruktjuicer kan pastörisering resultera i förlust av flyktiga aromföreningar. Fruktjuiceprodukter genomgår en avluftningsprocess före pastörisering som kan vara ansvarig för denna förlust. Avblödning minimerar också förlusten av näringsämnen som vitamin C och karoten . För att förhindra att kvalitetsminskningen till följd av förlusten av flyktiga föreningar kan flyktig återvinning, även om den är dyr, användas för att producera juiceprodukter av högre kvalitet.

När det gäller färg har pastöriseringsprocessen inte mycket effekt på pigment som klorofyller , antocyaniner och karotenoider i växter och djurvävnader. I fruktjuicer är polyfenoloxidas (PPO) det huvudsakliga enzymet som är ansvarigt för att orsaka brunfärgning och färgförändringar. Detta enzym avaktiveras dock i avluftningssteget före pastörisering med avlägsnande av syre.

I mjölk är färgskillnaden mellan pastöriserad och rå mjölk relaterad till homogeniseringssteget som äger rum före pastörisering. Innan pastörisering mjölk homogeniseras för att emulgera dess fett och vattenlösliga komponenter, vilket resulterar i att den pastöriserade mjölken har ett vitare utseende jämfört med rå mjölk. För vegetabiliska produkter är färgnedbrytningen beroende av temperaturförhållandena och uppvärmningstiden.

Pasteurisering kan resultera i viss texturförlust till följd av enzymatiska och icke-enzymatiska transformationer i strukturen av pektin om bearbetningstemperaturerna blir för höga som ett resultat. Men med mild värmebehandling pastörisering, mjukning av vävnader i grönsakerna som orsakar texturförlust är inte oroande så länge temperaturen inte överstiger 80 ° C (176 ° F).

Nya pastöriseringsmetoder

Andra termiska och icke-termiska processer har utvecklats för att pastörisera livsmedel som ett sätt att minska effekterna på livsmedels närings- och sensoriska egenskaper och förhindra nedbrytning av värmelabila näringsämnen. Pascalisering eller högtrycksbehandling (HPP), pulserat elektriskt fält (PEF), joniserande strålning , högtryckshomogenisering , UV -dekontaminering , pulserat högintensivt ljus , högintensitetslaser , pulserat vitt ljus , högeffekt ultraljud , oscillerande magnetfält , högspänningsbåge urladdning och streamerplasma är exempel på dessa icke-termiska pastöriseringsmetoder som för närvarande används kommersiellt.

Mikrovågsugns volymvärme (MVH) är den senaste tillgängliga pastöriseringstekniken. Den använder mikrovågor för att värma vätskor, suspensioner eller halvfasta ämnen i ett kontinuerligt flöde. Eftersom MVH levererar energi jämnt och djupt in i en flytande produkts hela kropp, möjliggör det en mildare och kortare uppvärmning, så att nästan alla värmekänsliga ämnen i mjölken bevaras.

Låg temperatur, kort tid (LTST) är en patenterad metod som innebär sprutning av droppar i en kammare uppvärmd under de vanliga pastöriseringstemperaturerna. Det tar flera tusendels sekunder att behandla flytande produkter, så metoden är också känd som millisekundstekniken (MST). Det förlänger avsevärt hållbarheten för produkter (50+ dagar) i kombination med HTST utan att skada näringsämnen eller smak. LTST har varit kommersiellt sedan 2019.

Produkter som vanligtvis pastöriseras

Se även

Referenser

Vidare läsning

externa länkar