тем больше, чем ниже температура и продолжительнее стерили зация. Отсюда стремление стерилизовать продукты при повышен ной температуре в течение короткого времени. Из рис. 187 видно, что величины, снятые с кривых времени термической гибели микроорганизмов значительно ниже величин, соответствующих уничтожению ценных компонентов мяса (для большинства бак терий г составляет около 10°, для термического разложения ти амина примерно от 26 до 32°, для рибофлавина 29° и для инакти вации -пероксидазы, которая является типичным представителем теплоустойчивых ферментов, 28°). Благодаря этому продукты, стерилизованные при более высоких температурах в течение ко роткого времени, лучше сохраняют пищевые и вкусовые свойст ва, чем стерилизованные при более низких температурах при той же самой летальности микроорганизмов F 0.
Производственные условия стерилизации в последнее время пересматриваются во избежание чрезмерного нагревания про дукта. Добиваются увеличения скорости проникновения тепла внутрь консервной банки, устранения неравномерного распреде ления температуры внутри продукта, а также уменьшения про должительности стерилизации. Рассматривается также возмож ность подбора условий стерилизации консервов в зависимости от степени заражения сырья перед переработкой.
Степень порчи пищевых и вкусовых компонентов консервов во время стерилизации можно определить так же, как и лета льность микроорганизмов, пользуясь кривой проникновения тепла, построенной для данного продукта и типа упаковки, а также кривой, характеризующей влияние продолжительности и температуры обработки на количественные изменения данных веществ (см. рис. 187). Методы построения аналогичны методам построения кривых для определения коэффициентов стерилиза ции1.
АППАРАТЫ ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ КОНСЕРВОВ
Традиционные автоклавы. В консервной промышленности применяется много методов стерилизации при использовании различных типов аппаратов.
Наибольшее применение находит стерилизация паром. Не посредственное нагревание загруженных консервов острым па ром обеспечивает самое быстрое достижение требуемой темпера туры, так как коэффициент теплопередачи через стенки банки от конденсирующегося водяного пара по крайней мере в 6 раз вы ше, чем от воды. В паровых автоклавах можно также очень быст ро охладить загруженный продукт. При стерилизации паром обя зательно тщательное удаление воздуха из автоклава для обес печения хорошего равномерного нагревания банок в процессе стерилизации. Для предотвращения срыва крышек из-за разни-
1 Расчетный метод подробно описан в работе Болла и Олсона [1].
цы давлений в банке и автоклаве при производстве консервов в стеклянных упаковках или в современных алюминиевых бан ках следует применять противодавление. Для стерилизации с противодавлением обычно применяются водяные автоклавы. Давление выше упругости насыщенного пара при данной темпе ратуре стерилизации получают, заполняя автоклав водой полно стью, подавая воду под необходимым давлением или нагнетая дополнительно воздух в пространство над зеркалом воды. Банки должны бйть под зеркалом воды. В этом случае, однако, нельзя пользоваться манометром для определения температуры в авто клаве, так как суммарное давление, измеренное манометром, вы ше, чем давление насыщенного пара, которому отвечает строго определенная температуры пара.
Температура в загруженном автоклаве во время стерилиза ции в большой мере зависит от конструкции аппарата. В авто клавах без принудительной циркуляции воды температура ее мо жет быть очень неравномерной, что может вызвать недостерилизацию консервов. В аппаратах, работающих в ПНР, наблюда ется следущая разность температуры, °.
Нагрев автоклава |
8— 11 |
Собственно стерилизация |
1—4 |
Охлаждение |
17—42 |
В водяных автоклавах с принудительной циркуляцией воды распределение температуры в рабочем пространстве очень равно мерное, а скорость нагревания выше и немногим уступает скоро сти нагревания чистым паром.
По окончании стерилизации закрывают вентиль подачи пара, открывают выпускной вентиль в верхней части автоклава и сни зу подают под давлением охлажденную воду. В результате этого горячая вода перекачивается во вспомогательный сборник, а консервы охлаждаются холодной водой, поданной под давлением для компенсации давления паров и газов внутри банок. Этим предотвращают появление избыточных напряжений в швах ба нок и деформацию крышек под действием внезапного снижения наружного давления, что имело бы место при охлаждении без противодавления.
Стерилизация консервов смесью пара и воздуха, также поз воляющая получить противодавление, последние 30 лет нигде не используется из-за трудности обеспечения одинаковой теплопе редачи во всем рабочем пространстве автоклава. Скорость на гревания консервов смесью пара и воздуха несколько ниже, чем при использовании одного пара, но выше, чем при нагревании в воде. Тем не менее вследствие недостаточного перемешивания смеси в рабочем пространстве образуются большие участки, за нятые воздухом, и наступает местное снижение температуры на сыщения водяного пара, что обусловливает неравномерность на
|
|
|
ляется также снижение тру |
|
|
|
доемкости обслуживания сте |
|
|
|
рилизатора, так как отпада |
|
|
|
ет необходимость укладки ба |
|
|
|
нок в корзины,загрузки кор |
|
|
|
зин, периодического вклю |
|
|
|
чения и выключения нагре |
|
|
|
ва, а также охлаждения ав |
|
|
|
токлава, выгрузки консервов |
|
|
|
и их перемещения. В непре |
|
|
|
рывно |
действующем |
авто |
|
|
|
клаве все операции |
прово |
|
|
|
дятся механически, а конт |
|
|
|
роль и регулирование |
пара |
|
|
|
метров |
процесса автомати |
|
|
|
чески. |
На рис. 188 показан |
|
|
|
аппарат |
фирмы IMC. |
|
|
|
|
Одной из последних кон |
|
|
|
струкций непрерывно дейст |
|
|
|
вующего автоклава является |
|
|
|
гидростатический стерилиза |
|
|
|
тор [7]. Принцип действия |
|
|
|
и конструкция такого стери |
|
|
|
лизатора типа «Гидроматик» |
|
|
|
фирмы «Сторк» показаны на |
|
|
|
рис. 189. В средней части ав |
|
|
|
токлава проводится стерили |
|
|
|
зация консервов в насыщен |
|
|
|
ном паре, давление которого |
|
|
|
компенсируется гидростати |
|
|
|
ческим давлением столба во |
|
|
|
ды в боковых рукавах. Тем |
|
|
|
пература регулируется высо |
|
|
|
той водяного столба. Транс |
|
|
|
портер, |
состоящий из двух |
Рис. 189. Схема гидростатического стери |
бесконечных цепей с форма |
лизатора «Гидроматик»: |
|
ми для размещения |
банок, |
1 — пояс подогрева; 2 — башня стерили |
перемещает банки поочеред |
затора; 3 — пояс |
охлаждения; 4 — пояс |
но через все отделения сте |
охлаждения под |
душем; |
5 — пояс суш |
рилизатора. Холодная вода |
ки; 6 — транспортер для |
банок; 7 — вы |
поступающая в секцию свер |
грузка; 8 — загрузка. |
|
|
|
|
ху, направляется противото |
|
|
|
ком в подогреватель, |
где от |
дает часть тепла, принятого от банок, и удаляется через пере ливное устройство.
Для стерилизации продуктов в стеклянных банках служат автоклавы «Гидроматик», в которых противодавление создается при помощи сжатого воздуха, вводимого в среднюю секцию.
Прочие аппараты. В начале развития консервной промышлен ности следующим этапом после стерилизации консервов в воде была стерилизация консервов в растворах хлористого натрия и хлористого кальция, позволившая увеличить температуру ки пения бани и сократить продолжительность стерилизации. От стерилизации консервов в растворах соли отказались после внед рения автоклавов.
Во многих отраслях пищевой промышленности принят метод асептического производства консервов, заключающийся в том, что продукт в течение короткого времени при высокой температу ре стерилизуют в теплообменнике после наполнения отдельных стерилизованных упаковок и закатки их в асептических условиях. Одним из таких методов является процесс Смит-Болла [1], пре дусматривающий расфасовку продукта в банки в герметичной стальной камере под высоким давлением. В последнее время ана логичным способом изготовляют консервы в крупной таре [39]. Предварительное нагревание до температуры 405 К (132° С) осу ществляется в теплообменнике, после чего горячий продукт рас фасовывают в банки в камере под давлением и дополнительно нагревают с целью стерилизации тары (рис. 190).
Предпринимались также попытки использовать для стерили зации консервов высококачественные нагреватели, работающие по принципу емкостного или микроволнового нагрева.
Емкостное нагревание используется для диэлектриков или полупроводников. Под воздействием внешнего быстро меняю щегося электрического поля в продукте образуются дипольные молекулы, которые ориентируются в такт с изменениями внеш него поля, в результате чего часть энергии выделяется в виде тепла. Эти «потери» электрической энергии, вызывающие на гревание продукта, зависят от частоты изменения напряжения /, а также от диэлектрических свойств продукта — диэлектриче ской проницаемости е и коэффициента диэлектрических потерь
Рис. 190. Схема отделения асептического производства консервов [39]:
1 — приготовление продукта; 2 — дозирующий насос; 3 — впуск пара; 4 — теп лообменник; 5 — выпуск воздуха; 6 — насос; 7 — наполнительное устройство; S — закатка; 9 — мойка банок; 10 — стерилизация крышек; 11 — камера нагре вания до 121—124° С; 12 — охлаждение водой; 13 — этикетировочная машина.
tg6. Мощность, передаваемая нагреваемому продукту, может быть выражена уравнением
Р — К E2fe tg 6, |
|
где Р — мощность; |
|
К — коэффициент (0,55-10~12) ; |
|
Е — напряженность электрического поля; |
|
f — частота тока; |
|
tg О — коэффициент диэлектрических потерь содержимого банки; |
|
е — диэлектрическая проницаемость содержимого. |
случае, |
Нагревание емкостным методом эффективно в том |
когда коэффициент диэлектрических потерь tg6>0,005. |
Пище |
вые продукты имеют большой коэффициент диэлектрических потерь из-за высокого содержания в них воды, tg б которых ра вен 10 при f = 1 МГц. Говядина имеет tg б, равный 0,15, свинина 1,20, а вареная свинина 2,40 [32]. Стекло, бумага и некоторые пластмассы имеют низкие коэффициенты диэлектрических по терь и поэтому применяются как материалы упаковок, не по глощающих электроэнергии при емкостном нагревании.
Устройства для емкостного нагревания состоят из генерато ра высокой частоты, промежуточных контуров и греющего кон денсатора. В качестве источника энергии применяются лампо вые генераторы, работающие в диапазоне частот от 1 до 150 МГц, мощностью до нескольких сот киловатт с коэффициен том полезного действия до 50%. Продукт, предназначенный для нагревания, помещается между прокладками конденсато ра, конструкция которого зависит от типа и формы загружае мой тары с продуктом.
При микроволновом нагревании энергию подводят в виде ультракоротких электромагнитных волн, испускаемых антенной, помещенной в греющей камере. Источником энергии обычно яв ляется магнетрон, работающий в диапазоне частот от 100 до 10 000 МГц. Чаще всего применяются частоты 915 и 2450 МГц.
Продукт нагревается изнутри током высокой частоты. Рас пределение температур зависит от степени однородности мате риала с точки зрения его диэлектрических свойств, от однород ности поля и тепловых потерь в окружающую среду. Скорость роста температуры продукта при нагревании током высокой ча стоты в несколько раз выше, чем при обычном нагревании. Это позволяет стерилизовать консервы в течение короткого времени при высокой температуре. Однако из-за отсутствия соответству ющего упаковочного материала эти методы пока еще не. нашли практического применения при стерилизации консервов. В то же время получены положительные результаты при их исполь зовании для пастеризации. Токами высокой частоты пастеризуют устриц и креветок, предназначенных для замораживания.
ТАРА ДЛЯ КОНСЕРВОВ
Общие требования. К консервной таре предъявляются сле дующие требования:
