Пастеризация

Пастеризация — это процесс термической обработки жидких продуктов или веществ, предназначенный для уничтожения вегетативных форм микроорганизмов (бактерий, плесневых грибов, дрожжей) путём нагревания до температуры ниже 100 °C в течение определённого времени. В отличие от стерилизации, пастеризация не приводит к полному уничтожению всех микроорганизмов, в особенности их термостойких спор, и направлена на снижение микробной обсеменённости продукта до безопасного уровня, обеспечивая его микробиологическую стабильность в течение ограниченного срока хранения. Метод назван в честь французского микробиолога и химика Луи Пастера, разработавшего его в 1860-х годах.

История

Предпосылки и открытие

До середины XIX века порча вина, пива и молока была серьёзной проблемой, вызывавшей значительные экономические потери. В 1860-х годах Луи Пастер по заказу французского императора Наполеона III занялся изучением причин скисания вина. Используя микроскоп, он обнаружил, что за порчу напитков ответственны микроорганизмы, а не самопроизвольное зарождение, как считалось ранее. Пастер установил, что нагревание вина до 50–60 °C в течение короткого времени убивает большинство бактерий и дрожжей, вызывающих брожение и прокисание, при этом вкусовые качества напитка существенно не страдают. В 1864 году он успешно продемонстрировал этот метод, который впоследствии получил название «пастеризация». Первоначально метод применялся исключительно для вина и пива.

Внедрение в молочной промышленности

В начале XX века пастеризация стала активно внедряться в молочной промышленности. В 1908 году в Чикаго (США) был принят первый в мире закон, обязывающий пастеризовать всё продаваемое молоко. Это было вызвано вспышками туберкулёза, бруцеллёза и брюшного тифа, передававшихся через сырое молоко. К 1930-м годам пастеризация молока стала обязательной в большинстве развитых стран. В СССР массовое внедрение пастеризации молока началось в 1930-е годы с развитием системы молочных заводов и городских молокозаводов.

Физико-химические основы

Пастеризация основана на принципе тепловой денатурации белков микроорганизмов. При нагревании до определённой температуры разрушаются ферментные системы и структурные белки бактериальной клетки, что приводит к её гибели. Эффективность пастеризации зависит от двух параметров: температуры нагрева и времени выдержки. Сочетание этих параметров подбирается таким образом, чтобы обеспечить гибель патогенных микроорганизмов (например, Mycobacterium tuberculosis, Coxiella burnetii, Salmonella, Listeria monocytogenes) при минимальном изменении органолептических и питательных свойств продукта.

Ключевым показателем является P-значение (pasteurisation value) — время, необходимое для снижения количества микроорганизмов на определённое количество порядков (обычно на 5–6 логарифмических единиц) при заданной температуре.

Виды пастеризации

В современной промышленности выделяют несколько основных режимов пастеризации, различающихся по температуре и времени обработки.

Длительная пастеризация (LTLT — Low Temperature Long Time)

Нагревание продукта до температуры 63–65 °C с выдержкой в течение 30–40 минут. Этот метод считается наиболее щадящим, так как минимально изменяет белковую структуру и вкус, но требует значительного времени. В настоящее время применяется редко, в основном для некоторых видов молока и сливок в мелких производствах.

Кратковременная пастеризация (HTST — High Temperature Short Time)

Наиболее распространённый режим. Продукт нагревается до 72–75 °C и выдерживается при этой температуре 15–20 секунд. Обеспечивает высокую степень уничтожения патогенной микрофлоры (до 99,99%) при сохранении большинства витаминов и вкусовых качеств. Используется для пастеризации питьевого молока, сливок, соков, пива.

Мгновенная (ультравысокотемпературная) пастеризация (UHT — Ultra High Temperature)

Нагревание до 135–150 °C в течение 1–2 секунд с последующим быстрым охлаждением. Фактически находится на границе между пастеризацией и стерилизацией. При UHT-обработке погибают не только вегетативные формы, но и значительная часть спор, что позволяет хранить продукт (например, молоко) в асептической упаковке при комнатной температуре до 6–12 месяцев. В России такой продукт часто называют «ультрапастеризованным».

Термизация

Более мягкий режим, чем пастеризация: нагрев до 57–68 °C с выдержкой до 30 минут. Применяется для некоторых видов сыров и молочных продуктов, где требуется сохранить определённую микрофлору, но подавить развитие посторонней.

Применение

Молочная промышленность

Пастеризация является обязательным этапом производства питьевого молока, сливок, йогуртов, кефира, творога и сыров. Цель — уничтожение патогенных бактерий (в первую очередь Mycobacterium bovis и Brucella abortus), а также инактивация ферментов (например, липазы), вызывающих прогоркание. В России требования к режимам пастеризации молока регламентируются Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» (ТР ТС 033/2013).

Производство напитков

• Соки и нектары: пастеризация (обычно HTST при 85–95 °C) позволяет уничтожить дрожжи и плесневые грибы, вызывающие брожение, и продлить срок хранения до нескольких месяцев.
• Пиво: пастеризация (как в бутылках, так и в потоке) применяется для стабилизации пива, предотвращения вторичного брожения и помутнения. Туннельные пастеризаторы обрабатывают готовое пиво в бутылках или банках при 60–70 °C.
• Вино: пастеризация используется реже, так как может ухудшить букет, но применяется для дешёвых столовых вин или для остановки нежелательного брожения.

Консервная промышленность

Пастеризация (при температурах ниже 100 °C) применяется для продуктов с высокой кислотностью (pH < 4,5), таких как фруктовые компоты, маринады, томатные соусы. В кислой среде споры бактерий не прорастают, поэтому достаточно уничтожения вегетативных форм.

Медицина и фармацевтика

В медицине пастеризация используется для обеззараживания донорской плазмы крови (пастеризация при 60 °C в течение 10 часов для инактивации вирусов, например, ВИЧ и гепатита). В фармацевтике метод применяется для стерилизации некоторых термостабильных растворов и питательных сред.

Оборудование

Для пастеризации используются различные типы теплообменных аппаратов:

• Пластинчатые пастеризаторы — наиболее распространены в молочной промышленности. Состоят из набора гофрированных пластин, между которыми протекает продукт и теплоноситель (горячая вода или пар). Обеспечивают высокую скорость теплообмена и компактность.
• Трубчатые пастеризаторы — применяются для вязких продуктов (сливки, сгущённое молоко) или продуктов с частицами (соки с мякотью). Продукт движется внутри труб, омываемых снаружи теплоносителем.
• Туннельные пастеризаторы — используются для обработки уже упакованного продукта (бутылки, банки). Продукт проходит через зоны нагрева, выдержки и охлаждения в туннеле с орошением водой.

Влияние на свойства продукта

Пастеризация неизбежно вызывает некоторые изменения в продукте:

• Потеря витаминов: частично разрушаются витамин C (на 10–30%), тиамин (B1) и фолиевая кислота. Жирорастворимые витамины (A, D, E) и рибофлавин (B2) устойчивы к нагреву.
• Изменение белков: происходит частичная денатурация сывороточных белков (на 10–20% при HTST), что может влиять на способность молока к свёртыванию при производстве сыра.
• Вкус и запах: у молока появляется лёгкий «кипячёный» привкус из-за образования серосодержащих соединений (сульфгидрильных групп). При UHT-обработке этот привкус более выражен.
• Содержание кальция: пастеризация не влияет на содержание кальция и других минеральных веществ.

Критика и альтернативы

Основной критикой пастеризации является частичная потеря питательных веществ и изменение вкуса по сравнению с сырым продуктом. Сторонники употребления сырого молока (raw milk) утверждают, что оно содержит полезные ферменты и пробиотики, уничтожаемые при нагреве. Однако большинство медицинских организаций (ВОЗ, Роспотребнадзор, FDA) предостерегают от употребления сырого молока из-за высокого риска инфекционных заболеваний.

В качестве альтернативы пастеризации в некоторых отраслях применяются:

• Микрофильтрация — удаление бактерий через мембраны с порами 0,2–1,0 мкм (используется для «холодной пастеризации» молока и пива).
• Высокое гидростатическое давление (HPP) — обработка продукта под давлением 400–600 МПа при низкой температуре, что позволяет уничтожить микроорганизмы без нагрева.
• Ультразвуковая обработка и импульсные электрические поля — экспериментальные методы, не получившие широкого промышленного распространения.

Источники

1. Пастер Л. «Исследования о брожении» (1866).
2. ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции».
3. Горбатова К. К. «Биохимия молока и молочных продуктов». — М.: Колос, 2004.
4. Фролов В. Ф. «Тепловая обработка молока». — М.: Пищевая промышленность, 1980.
5. Руководство ВОЗ по безопасности пищевых продуктов (WHO Food Safety Programme).
6. Статья «Pasteurization» в Encyclopaedia Britannica (2023).