СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ И КОНСЕРВАЦИИ НЕГАЗИРОВАННЫХ НАПИТКОВ
STERILIZATION AND PRESERVATION METHOD OF NON-CARBONATED BEVERAGES

Настоящее изобретение относится к применению диметилдикарбоната для стерилизации и консервации напитков, таких как напитки на фруктовой основе, напитки на основе чая, многие другие освежающие напитки подобного типа, прохладительные напитки с добавлением вин, а также деалкоголизированных и прочих вин, позволяющему предохранять их от порчи после вскрытия и хранения при комнатной температуре в течении длительного периода.
Порча и сроки сохранности пищевых продуктов являются важной экономической проблемой для производителей. Несмотря на широчайший ассортимент существующих и используемых в настоящее время технологий и составов для консервирования и стабилизации пищевых продуктов, проблема порчи продуктов питания ставит все новые задачи поиска путей решения данной проблемы. Широко используемые консерванты, известные под шифрами Е200-Е299 и Е300-Е399, удлиняют срок годности продуктов питания. Они являются химическими стерилизаторами и антиокислителями, однако во многих случаях их эффективность и безопасность подвергается сомнению. В качестве таковых может быть приведен пример консервантов Е242 - диметилдикарбонат и Е243 диэтилпирокарбонат (являющиеся эфирами диугольной кислоты).
Известно множество методов соответствующей защиты напитков от поражения/порчи бактериями, дрожжами и плесневыми грибками, наиболее важными из которых являются, например, асептический розлив, горячий розлив, туннельная пастеризация или использование малолетучих консервирующих средств.
Применение особой полимерной тары для розлива на автоматах с несколькими головками, прежде всего внедрение бутылок из полиэтилентерефталата, которые нельзя использовать для консервации посредством пастеризации в стандартном исполнении, требует развития новых эффективных методов консервации без тепловой обработки.
Для защиты многих трудно консервируемых продуктов все большее значение приобретает применение диметилдикарбоната, называемое также холодной стерилизацией. Однако при этом специалисты часто сталкиваются с серьезными проблемами; а именно, диметилдикарбонаты гидролизуются в присутствии воды до соответствующих спиртов и диоксида углерода. По этой причине напиток, обработанный соответствующим образом, на момент вскрытия не содержит больше консервирующего вещества, делая эти напитки восприимчивыми в отношении поражения микроорганизмами. Таким образом, речь скорее идет о техническом вспомогательном веществе, а не о добавке, отчего во многих странах применение диметилдикарбонатов, среди прочего, может быть не указано на этикетке напитка.
Известно, что диоксид серы синергически усиливает действие используемого в качестве средства консервации диметилдикарбоната на дрожжи и бактерии в содержащих алкоголь напитках (см. J. Enol. Vitic, 39, 4, 279-282 (1988)).
Однако известные консервирующие средства на основе диметилдикарбоната нуждаются в усовершенствовании, поскольку они обладают недостаточной эффективностью по отношению к спорам некоторых микроорганизмов.
-1
Известно применение, по меньшей мере, одного ангидрида карбоновой кислоты в качестве добавки к напиткам для защиты их от поражения и/или разрушения микроорганизмами, причем ангидрид карбоновой кислоты выбирают из группы, состоящей из ангидрида бензойной кислоты и ангидрида сорбиновой кислоты (патент RU 2451463 МПК A23L 3/3499 (2006.01). опубл. 10.09.2010 Бюл. №25). При этом, ангидриды карбоновых кислот используют в количестве от 1 до 100000 млн (1-100000 мг/л) в расчете на подлежащие защите напитки.
Однако использование этого метода консервации может сопровождаться, например, возникновением таких проблем, как проявление резистентности микроорганизмов в случае применения солей сорбиновой кислоты и бензойной кислоты, ухудшение вкуса в случае высоких дозировок, а также ограничение дозировок национальным законодательством.
Известно, принятое за прототип, применение для стерилизации и консервации напитков смеси, содержащей диметилдикарбонат и по меньшей мере одну органическую кислоту, выбранную из группы, включающей дикарбоновые и трикарбоновые кислоты и их соли. Получаемый напиток содержит от 20 до 1000 ч./млн (20-1000 мг/л) диметилдикарбоната и от 100 до 30000 ч./млн (100-30000 мг/л) по меньшей мере одной органической кислоты, выбранной из группы, включающей дикарбоновые кислоты и трикарбоновые кислоты и их соли (патент RU 2441400, МПК A23L 3/3499 (2006.01), опубл. 27.05.2010). Консервированные таким образом напитки после соответствующей закупорки можно многие месяцы хранить при комнатной температуре без признаков микробиологического поражения.
Недостатком вышеуказанной смеси является потеря консервирующих свойств при незначительном изменении условий хранения (например, при выходе за интервал температурного режима, а также при вскрытии напитка). Следует отметить также, что описанные недостатки - следствие нестабильности используемых "диэфиров диугольной кислоты", к которым относится диметилдикарбонат.
Таким образом, есть острая необходимость в дальнейших усовершенствованиях современных способов консервации, особенно учитывая то, что остатки биоцидов, попавшие в подлежащий защите продукт, последнее время рассматривают как серьезную проблему, которую следует по возможности избегать.
Целью настоящего изобретения является улучшение стабилизирующих характеристик при разливе напитков, за счет продолжительного подавления активности грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также грибков, плесеней и вирусов в пищевых продуктах, что в итоге приведет к повышению общих консервирующих свойств заявляемого соединения и увеличит срок хранения продуктов, даже после вскрытия.
Для решения поставленной задачи в способе стерилизации и консервации негазированных напитков, включающем введение в обрабатываемые напитки диметилдикарбоната, новым является то, что непосредственно перед закупориванием напитка его обрабатывают ультразвуком частотой от 1 до 1,5 МГц в течение 1-5 минут.
Преимущественно диметилдикарбонат вводят в количестве от 10-500 мг/л подлежащего консервации напитка.
Особо предпочтительно применение согласно изобретению дополнительное введение в напитки, по крайней мере, одного циклического ангидрида дикарбоновых кислот общей формулы 1
2
где Х=(СН)n, n=2-4 или
в 1 в количестве 100-20000 мг/л подлежащего консервации напитка.
В качестве циклического ангидрида дикарбоновой кислоты используют преимущественно циклические ангидриды янтарной, итаконовой, глутаровой или адипиновой кислоты.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении срока хранения обрабатываемых напитков после вскрытия более 2 недель при одновременном снижении дозы диметилдикарбоната, не менее, чем в 2 раза.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что непосредственно перед укупориванием напитка его обрабатывают ультразвуком частотой от 1 до 1,5 МГц в течении 1-5 минут, что является неизвестным из опубликованного уровня техники. Таким образом, заявленный способ соответствует критерию изобретения "Новизна".
Предполагаемое изобретение позволяет получить новый непредсказуемый эффект - повысить срок хранения обрабатываемых напитков во вскрытом состоянии более 2-х недель и одновременно снизить начальную дозу диметилдикарбоната, не менее, чем в 2 раза. Это позволяет сделать вывод о соответствии предполагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень", а возможность применения его на существующем технологическом оборудовании подтверждает соответствие его критерию «промышленная применимость».
Изобретение поясняется таблицами.
В Таблице 1 приведены данные, показывающие влияние заявляемых условий на рост микроорганизмов в обрабатываемых напитках в течении исследуемого срока.
Здесь и далее: Е242 - диметилдикарбонат.
В Таблице 2 приведены данные роста тестовых штаммов микроорганизмов (двойное определение) в % к первоначальному содержанию - время(сутки), в зависимости от концентрации Е242, при обработке напитка ультразвуком частотой 1,25 МГц в течение 3 минут
В Таблице 3 приведены данные роста тестовых штаммов микроорганизмов (двойное определение) в % к первоначальному содержанию в зависимости от введения в напитки одного циклического ангидрида дикарбоновых кислот при обработке напитка, содержащего 250 мг/л Е242 и ультразвуком частотой 1,25 МГц в течение 3 минут.
В Таблице 4 приведены данные по визуальной оценке эффективности предлагаемого способа против смеси дрожжей в яблочном соке после его вскрытия,
где + появление пены на поверхности напитка,
- ее отсутствие.
Приведенные ниже примеры подтверждают, но не ограничивают применение заявляемого изобретения.
Методика эксперимента.
Вещества: Диметилдикарбонат и циклические ангидриды дикарбоновых кислот общей формулы 1
2
где Х=(СН)n, n=2-4 или
синтезировали известными методами или приобретали в торговле и применяли либо в неразбавленном виде, либо в виде свежих растворов в этаноле или бутаноле (алкоголиз).
При реализации способа согласно изобретению диметилдикарбонат или его смесь с одним ангидридом циклической дикарбоновой кислоты вводили совместно или по отдельности в состав подлежащего консервированию напитка. Введение осуществляли с помощью дозирующих установок, таких как LEWA DA9 или Burdomat. Перед укупориванием напиток обрабатывали ультразвуком частотой от 1 до 1,5 МГц в течение 1-5 минут.
Подготовка образцов консервированного напитка.:
Растворы диметилдикарбоната готовили в количестве от 10-500 мг/л подлежащего консервации напитка, в качестве которого брали яблочный сок. В качестве циклического ангидрида дикарбоновой кислоты брали циклические ангидриды янтарной, итаконовой, глутаровой или адипиновой кислоты в количестве 100-20000 мг/л подлежащего консервации напитка. Испытываемые образцы обрабатывали ультразвуком частотой от 1 до 1,5 МГц в течение 1-5 минут.
Питательные среды:
При исследовании воздействия заявляемых условий обработки напитков на рост микроорганизмов, культивирование последних осуществляли в соответствии с ГОСТ 26670-91 - «Методы культивирования микроорганизмов», а отбор и подготовку проб - в соответствии с ГОСТ 26668-85 и ГОСТ 26669-85.
В настоящем изобретении в качестве вышеупомянутых питательных сред использовали официально зарегистрированные и разрешенные к использованию питательные среды, которые разработаны, зарегистрированы по РУ ФСР и произведены Федеральным государственным учреждением науки «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии Федеральной Службы по надзору в сфере защиты прав потребителя и благополучия человека».
Среда I для культивирования энтеробактерий, псевдомонад, стафилококков - использует «Агар Хоттингера», для которого тест-штаммами были взяты Shigella sonnei "S-form", Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Serratia marcescens 1.
Среда II для культивирования дрожжеподобных и плесневых грибов - использует «агар «САБУРО-МАЛЬТОЗА», для которого тест-штаммами были взяты Candida albicans NCTC 885-653,, Enterobacter cloacae ГИСК A-186. (РУ №ФСР 2009/05625).
Среда III для культивирования энтеробактерий - использует среду «РЕССЕЛЯ-ГРМ» для которой тест-штаммами были взяты Salmonella paratifi А-225, Alcaligenes faecalis 415, Escherichia coli 339 (055:K59). (РУ №ФСР 2008/02818).
Среда IV для культивирования колиформных бактерий и кишечных патогенов - использует агар «МАККОНКИ-ГРМ», для которого тест-штаммами были взяты Proteus mirabilis 3177, Staphylococcus aureus 209 P. (РУ №ФСР 2008/02818, ТУ 9385-078-78095326-2008).
Посев тест-штаммов вели поверхностным способом (0,15 мл жидкого продукта вносят на поверхность плотной среды) на агар в чашках Петри (чашки диаметром 100 мм, выстой 15 мм, ГОСТ 25336-82) и глубинным способом (1 мл жидкого продукта смешивали с расплавленной питательной средой)
Степень разведения продуктов для посева выдерживали в соответствии с ГОСТ 26670-91 как для бактерий, так и для других микроорганизмов.
В процессе приготовления питательных сред в них вводили растворы тестируемых простерилизованных напитков.
При определении количества микроорганизмов посевом в агаризованные питательные среды из продукта и (или) из каждого
соответствующего разведения по 1 см высевают в две параллельные чашки Петри. Посевы заливают расплавленной и охлажденной до 45°С - 48°С одной из агаризованных сред. Количество выросших колоний подсчитывают на каждой чашке Петри. Для подсчета отбирают чашки, на которых выросло от 15 до 300 колоний.
Далее готовые образцы с посевами тест-штаммов - чашки Петри (плотная среда) и пробирки (стекло, объем 150 мл) - жидкая среда, помещают в термостат, в котором поддерживают следующие параметры: 38°С, аэробная среда, экспозицию образцов в термостате продлевают до 21 суток). Обсемененность образцов микроорганизмами осуществляют путем подсчета числа колоний, выросших в чашке Петри, в жидких средах - путем определения изменения цвета (окраски) среды.
Пример 1. Определение влияния обработки негазированных напитков, содержащих в качестве консерванта диметилдикарбонат, ультразвуком.
В качестве подлежащего консервации напитка был взят яблочный сок, получаемый по стандартной технологии с применением в качестве консерванта диметилдикарбоната, взятого в количестве 250 мг/л подлежащего консервации напитка. Непосредственно перед укупориванием напитка его обработали ультразвуком частотой от 1 до 1,5 МГц в течение 1-5 минут.
В соответствии с описанной выше методикой эксперимента определяли рост тестовых микроорганизмов для каждой из 4 группы сред. Одновременно, для каждого штамма готовили контрольные образцы питательных сред, содержащих необработанные ультразвуком растворы простерилизованных добавлением диметилдикарбоната.
Контроль роста тестовых микроорганизмов для каждой группы сред в % к первоначальному содержанию осуществляют через 1, 5, 10 и 21 суток. Усредненные результаты тестов по каждой группе сред представлены в Таблице 1.
Как видно из приведенной таблицы обработка напитка перед укупориванием ультразвуком частотой от 1 до 1,5 МГц в течение 1-5 минут, позволила значительно уменьшить содержание микроорганизмов всех 4 групп в исследуемый период. Повышение частоты ультразвука выше заявляемого интервала, так же, как и увеличение времени обработки, не приводит к уменьшению содержание микроорганизмов и является нерентабельным.
Пример 2. Определение влияния концентрации диметилдикарбоната при обработке негазированных напитков, содержащих его в качестве консерванта, ультразвуком.
В качестве подлежащего консервации напитка был взят яблочный сок, получаемый по стандартной технологии с применением в качестве консерванта диметилдикарбоната, взятого в количестве от 5 до 500 мг/л подлежащего консервации напитка. Непосредственно перед укупориванием напитка его обработали ультразвуком частотой от 1,25 МГц в течение 3 минут.
В соответствии с описанной выше методикой эксперимента определяли рост тестовых штаммов, являющихся представителями всех 4 группы сред микроорганизмов. Одновременно, для каждого штамма готовили контрольные образцы питательных сред, содержащих необработанные ультразвуком растворы, простерилизованные добавлением диметилдикарбоната в самой низкой концентрации, составляющей 5 частей на миллион от подлежащего консервации напитка.
Контроль роста тестовых микроорганизмов для каждой группы сред в % к первоначальному содержанию осуществляли в течении до 21 суток. Данные роста тестовых штаммов микроорганизмов (двойное определение) в % к первоначальному содержанию в зависимости от концентрации Е242 приведены в Таблице 2.
Как видно из приведенной таблицы обработка напитка перед укупориванием ультразвуком частотой 1.25 гЦ позволила значительно уменьшить содержание микроорганизмов всех 4 групп. Однако наиболее оптимальные результаты были получены при добавлением диметилдикарбоната в концентрации, составляющей выше 10 мг/л подлежащего консервации напитка. При этом добавление диметилдикарбоната в концентрации, составляющей выше 500 мг/л подлежащего консервации напитка, не приводит к дальнейшему снижению роста штаммов микроорганизмов, и следовательно не является рентабельной.
Пример 3. Определение влияния дополнительного введения в напитки, по крайней мере, одного циклического ангидрида дикарбоновых кислот при обработке, ультразвуком негазированных напитков, содержащих в качестве консерванта диметилдикарбонат.
В качестве подлежащего консервации напитка был взят яблочный сок, получаемый по стандартной технологии с применением в качестве консерванта диметилдикарбоната, взятого в количестве 250 мг/л подлежащего консервации напитка. Дополнительно отдельно или в смеси в обрабатываемые напитки был добавлен циклический ангидрид дикарбоновой кислоты, в качестве которого брали циклические ангидриды янтарной, итаконовой, глутаровой или адипиновой кислоты в количестве 100-20000 мг/л подлежащего консервации напитка. Непосредственно перед укупориванием напитка его обработали ультразвуком частотой 1,25 МГц в течение 3 минут.
В соответствии с описанной выше методикой эксперимента определяли рост тестовых штаммов, являющихся представителями всех 4 группы сред микроорганизмов. Одновременно, для каждого штамма готовили контрольные образцы питательных сред, содержащих обработанные ультразвуком растворы, простерилизованные только добавлением диметилдикарбоната в концентрации, составляющей 250 частей на миллион от подлежащего консервации напитка.
Контроль роста тестовых микроорганизмов для каждой группы сред в % к первоначальному содержанию осуществляли в течение до 21 суток. Данные роста тестовых штаммов микроорганизмов (двойное определение) в % к первоначальному содержанию в зависимости от циклического ангидрида дикарбоновой кислоты, взятой в количестве 1000 частей на миллион приведены в Таблице 3.
Как видно из приведенной таблицы, дополнительное введение совместно с диметилдикарбонатом циклического ангидрида дикарбоновой кислоты, в качестве которого брали циклические ангидриды янтарной, итаконовой, глутаровой или адипиновой кислот в обработанные по предлагаемому способу напитки позволила практически остановить рост микроорганизмов всех 4 групп в исследуемый период. Дополнительные исследования позволили установить оптимальный интервал добавляемых циклических ангидридов, составляющий 100-20000 мг/л подлежащего консервации напитка.
Пример 4. Визуальная оценка эффективности предлагаемого способа против смеси дрожжей в яблочном соке после его вскрытия.
Эксперименты проводили так, как это указано в Примере 3. В качестве циклического ангидрида дикарбоновой кислоты брали циклические ангидрид янтарной, итаконовой, глутаровой и адипиновой кислот в количестве 250 мг/л подлежащего консервации напитка.
В качестве контрольных образцов были взяты образцы того же яблочного сока, обработанного в соответствии с известными способами, описанными выше в аналоге и прототипе.
Готовый напиток после вскрытия хранили при температуре 26°С±2°С. в течении 5 недель, наблюдая появление пены на поверхности напитка, отмеченное знаком + в Таблице, - ее отсутствие
Результаты испытаний приведены в Таблице 4. Как видно из приведенной Таблицы проведение обработки напитков предлагаемым способом - обработка его перед укупориванием ультразвуком в заявляемых пределах повышает срок хранения обрабатываемых напитков после вскрытия как минимум в 2 раза при одновременном снижении дозы диметилдикарбоната не менее чем в 2 раза.
Таким образом, анализ конкретных примеров использования консервантов по настоящему изобретению, а также сопоставление результатов тестов с прототипом и аналогом, показывает, что обработка напитков предлагаемым способом обеспечивает повышение антисептических свойств в отношении подавляющего большинства грамположительных и грамотрицательных бактерий, фунгицидных свойств в отношении грибков и плесеней, обеспечивает повышенный срок годности обрабатываемых напитков при хранении, даже во вскрытом состоянии. Одновременно сохраняются вкусовые и потребительские качества продуктов.