CC BY
37
УДК 6644.8.036:62
А.Ф. Демирова, Т.А. Исмаилов, М.Э. Ахмедов,
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СТУПЕНЧАТОЙ ТЕПЛОВОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ КОНСЕРВОВ В СТЕКЛЯННОЙ ТАРЕ
В данной статье представлен способ ступенчатой стерилизации компота из яблок в стеклянной таре СКО 1-82-1000 в горячей воде с последующим водяным охлаждением и ротацией тары. Способ обеспечивает сокращение продолжительности процесса, экономию тепловой энергии, обеспечивает равномерность тепловой обработки продукта и повышение качества готовой продукции.
Главной целью процесса стерилизации консервов является уничтожение или инактивация микроорганизмов, способных вызвать опасную для здоровья потребителей порчу пищевых продуктов. Обратной стороной этого является необходимость как можно более полного сохранения всех качественных показателей готового продукта.
Поэтому, для проведения процесса стерилизации, удовлетворяющего обоим этим требованиям, необходим научно обоснованный выбор основных параметров процесса стерилизации. Основу этого выбора составляют термоустойчивость микроорганизмов, химическая и физическая природа пищевых продуктов и скорость проникновения тепла в банку с продуктом. Уничтожение микроорганизмов можно осуществить при разных температурах, начиная приблизительно с 60оС, выдерживая в течение определенного времени, носящего название "смертельного времени", и поэтому какой-то определенной температуры, смертельной для данного вида микроорганизмов, не существует. Так, вегетативные клетки бактерий, дрожжей и плесеней погибают почти мгновенно при температуре 100оС, в то время как споры определенных бактерий исключительно устойчивы к нагреванию, и для их уничтожения необходима продолжительная выдержка при высоких температурах. Скорость протекания процесса отмирания микроорганизмов является функцией времени и температуры, которые взаимно изменяются при прочих равных условиях, и чем выше температура, воздействующая на клетки, тем скорее они погибают. Поэтому летальные условия не могут быть выражены только одной температурой, а только в совокупности со временем выдержки при данной температуре. При этом зависимость между смертельным временем и температурой является обратной, т.е. с повышением температуры стерилизации смертельное время снижается. Так, по данным Эсти и Мейера, отмирание спор с1.ЪоЫ1тит характеризуется следующими параметрами:
Как видно из приведенных данных, относительно небольшое увеличение температуры стерилизации значительно влияет на продолжительность смертельного времени, или если температуру стерилизации повышать в арифметической прогрессии, то смертельное время уменьшается в геометрической прогрессии.
Достижение полной стерильности консервов, т.е. полное уничтожение всех микроорганизмов, в промышленных условиях практически невозможно и не нужно: в продукте даже после очень жестких режимов стерилизации могут выжить единичные клетки микроорганизмов, которые, тем не менее, никак не являются признаком микробиологического неблагополучия консервов, поскольку они, хотя и остаются
Температура оС
Время, мин
100 105 110 115 120
330 100 32 10 4
-\-
жизнеспособными, но сильно ослаблены и при нормальных условиях хранения не растут.
Только при хранении в экстремальных условиях, особенно благоприятных для их роста, они могут размножаться. Изучая гибель микроорганизмов под влиянием нагрева, исследователи пришли к выводу, что скорость уничтожения микробов поддается математическому анализу [196,234,247]:
- ёЫ / ёт = К0 ■ N, (1.1)
где К- количество микроорганизмов в данный момент стерилизации;
Ко - коэффициент скорости уничтожения микробов; — ёЫ/ ёт -истинная скорость уничтожения микробов, представляющая собой производную количества микроорганизмов во времени.
Если обозначить количество микроорганизмов, подлежащих уничтожению путем нагревания, через N , а количество микроорганизмов в конце процесса стерилизации через Кк, то после соответствующих преобразований получим, что скорость уничтожения микроорганизмов подчиняется логарифмическому закону и зависит от начального количества микроорганизмов:
К = 1/т ■ (^Ыо / N. (1.2)
Учитывая логарифмический характер гибели микроорганизмов при нагревании, полностью уничтожить их при стерилизации невозможно. Следовательно, можно говорить не об абсолютной стерильности, а только о какой-то степени стерильности п, определяемой логарифмом отношения:
п = (^Ыо / Ык или / Ыо = —п, (1.3)
т.е. степенью стерильности п называется логарифм доли выживших микроорганизмов, взятых с обратным знаком.
Промышленная стерилизация не ставит своей задачей обеспечение абсолютной стерильности продукта, так как абсолютная стерильность может быть достигнута нагревом и длительной выдержкой банок с продуктом при весьма высоких температурах, при которых продукт претерпевает настолько глубокие изменения, что становится непригодным к употреблению.
Микробиологически стабильный продукт должен отвечать требованиям промышленной стерильности: в стерилизованном продукте должны отсутствовать микроорганизмы, способные развиваться при температурах хранения, установленных для данного вида консервов [252]. Центральная часть консервной банки, которая считается обсемененной микробами в такой же мере, как и другие участки, начинает стерилизоваться значительно позже, чем периферийные слои, так как сначала прогревается слой продукта, расположенный у поверхности банки, затем тепло проникает постепенно в глубину продукта и, наконец, достигает наиболее отдаленного от периферии места, находящегося вблизи геометрического центра банки [1,3]. Следовательно, именно центральная часть является благоприятной для выживания в ней микробов [3].
Развитие технологии консервирования пищевых продуктов идет по пути интенсификации процесса тепловой обработки консервов. При этом, наряду с повышением производительности оборудования, остро стоит вопрос улучшения качества готового продукта. Решение этих проблем во многом зависит от правильной организации термической обработки продукции [3].
Поэтому при выборе режимов стерилизации консервов следует исходить из того, что режим стерилизации должен обеспечивать заданную промышленную стерильность консервов, но не более. Чем выше биологическая ценность исходного сырья, тем больше его потери при тепловом воздействии, поэтому при обработке такого продукта следует предъявлять более высокие требования к технологии [1,2] и, в частности, к выбору режима тепловой стерилизации.
Современный подход к решению вопросов стерилизации консервов заключается в изыскании таких способов и режимов стерилизации, которые обеспечивали бы, наряду с необходимой инактивацией микрофлоры, и сохранение пищевой ценности продукта.
В настоящее время стерилизация компотов в основном осуществляется в
автоклавах, сущность процесса в которых заключается в том, что подготовленные банки
с продуктом после расфасовки, заливки сиропом и закатки подвергают тепловой
стерилизации в автоклаве по режиму (для тары СКО 1-82-1000) [1]:
25 - 30 - 25 110 „
--118кЯа
100
где: 25 - продолжительность нагрева воды в автоклаве до 100оС, мин;
30 - продолжительность собственной стерилизации, мин;
25- продолжительность охлаждения, мин.
Автоклавный способ стерилизации консервов отличается рядом существенных и общеизвестных недостатков, к которым относятся: большая продолжительность процесса, неравномерность тепловой обработки, большой расход тепловой энергии и воды, и. т. д.
Кривые прогреваемости и фактической летальности автоклавного режима стерилизации консервов «Компот из яблок» в таре СКО 1-82-1000 представлены на рис.1.
100-,
90-
80-
70-
60-
50-
10 20 30 40 50 Время, мин
60
70
-20 *
-10
80
х ф
-е--е-
т о
>5
о х Ч о
т
ф
с^ ф
Рис .1 Кривые прогреваемости (1,2) и фактической летальности (3,4) в наиболее (1,3) и наименее (2,4) прогреваемых точках банки СКО 1-82-1000 при стерилизации консервов
25 - 30 - 25
"Компот из яблок" в автоклаве по режиму:--118кПа
100
0
0
Как видно из рис.1. центральный и периферийные слои компота нагреваются неравномерно; периферийная точка получает стерилизующий эффект равный 301,61 усл. мин, а центральные слои 109,18 усл. мин. Коэффициент крайней неравномерности тепловой обработки[2] составляет 305,55/101,39=3,01 . Основными недостатками этого способа наряду с другими являются:
- большие расходы тепловой энергии и воды;
- большая продолжительность процесса тепловой обработки продукта;
- неравномерность тепловой обработки продукта в банках.
Нами исследована возможность интенсификации процесса тепловой стерилизации консервов «Компот из яблок» в банке СКО 1-82-1000 со ступенчатым нагревом в горячей воде с последующим водяным охлаждением и ротацией тары по режиму
10 15 15
700С 1000С 90 - 400 С
0,166 •
где: 10- продолжительность периода нагрева компота при температуре воды 700С, мин; 15- продолжительность периода нагрева компота при температуре воды 1000С, мин; 15- продолжительность периода охлаждения компота при температуре воды 90-400С, мин; 0,166с- - частота вращения банок в процессе тепловой обработки, с-
Сущность разработанного способа стерилизации заключается в следующем.
Банки с компотом после герметизации устанавливают в носитель, обеспечивающий механическую герметичность (предотвращение срыва крышек в процессе тепловой обработки) и помещают в ванну с горячей водой температурой 700С на 10 мин. После истечения 10 мин носитель с банками переносится в другую ванну с водой температурой 1000С на 15 мин. По истечении этого времени банки охлаждаются в ванне с изменяющейся температурой от начальной температуры 900С до конечной 400С в течение 15 мин. При этом для интенсификации внутреннего теплообмена и обеспечения равномерности нагрева продукта в процессе тепловой обработки, банку вращают с донышка на крышку с частотой 0,166с-1'
100 п
90-
80-
70-
60-
50-
40
30
-г
10
20
Время, мин
30
40
Рис. 2 Кривые прогреваемости и фактической летальности в наиболее и наименее
прогреваемых точках банки СКО 1-82-1000 при стерилизации консервов «Компот из
5 15 15 __
яблок» по оптимальному режиму: —-—--—--0,166 •
700С 100°С 90 - 400 С
0
На рис.2. представлены кривые прогреваемости (1,2) и фактической летальности (3,4) предлагаемого режима стерилизации компота. Как видно из рис.2., режим обеспечивает промышленную стерильность консервов, так как величины фактической летальности в наименее и наиболее прогреваемых точках удовлетворяют значениям, обеспечивающим промышленную стерильность готовой продукции, которые составляют для компотов 150200 усл. мин[3] и для данного режима соответственно равны 220 усл. мин и 185,18 усл. мин) и коэффициент неравномерности тепловой обработки для предлагаемого режима
-\-
равен 1,22, что говорит о том, что по предлагаемому режиму периферийные и
центральные слои продукта получают более равномерное тепловое воздействие, чем по режиму действующей технологической инструкции.
Предлагаемый способ обеспечивает сокращение продолжительности процесса тепловой стерилизации консервов, обеспечивает значительную экономию тепловой энергии и воды, обусловленную тем, что по предлагаемому способу в процессе нагрева тепло расходуется только на нагрев продукта, в отличие от известного способа, где значительная часть тепловой энергии расходуется на нагрев воды в автоклаве. Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает и значительную экономию и охлаждающей воды.
Наряду с этим, предлагаемый способ по сравнению со способом стерилизации, предусмотренным в действующей технологической инструкции, обеспечивает возможность создания непрерывного технологического процесса, а также повышение качества готовой продукции, которая является следствием сокращения продолжительности тепловой обработки.
Библиографический список:
1.Сборник технологических инструкций по производству консервов, т.2, - М.: Пищевая промышленность, 1977.
2.М.С.Мурадов. Изыскание параметров непрерывной высокотемпературной ротационной стерилизации консервов в потоке горячего воздуха. Дис... канд.техн.наук.- Одесса,1978.
3.Б.Л. Флауменбаум. Основы консервирования пищевых продуктов. - М.: Легкая и пищевая промышленность. 1982 - 272с.
4.Способ стерилизации компота из яблок. Патент РФ № 2339278/ М.Э.Ахмедов, А.Ф.Демирова. Бюл.№33, 27.11.2008.
A.F. Demirova, T.A. Ismailov, M.E. Achmedov
Efficiency of step thermal sterilisation of cans in glass container
It is presented a way of step sterilisation of compote from apples in glass container in hot water with the subsequent water cooling and container rotation. The way is provided with reduction of duration of process , economy of thermal energy, it provides uniformity of thermal processing of a product and finished goods improvement of quality
Демирова Амият Фейзудиновна (р. 1970) доцент кафедры ТПОП Дагестанского государственного технического университета, кандидат технических наук (2004). Окончила Дагестанский государственный технический университет (1992). Область научных интересов: процессы и аппараты пищевых производств. Автор 24 научных публикаций
Исмаилов Тагир Абдурашидович (р. 1952) Ректор Дагестанского государственного технического университета. Доктор технических наук (1992). Окончил Дагестанский государственный университет (1975)
Область научных интересов: термоэлектрическое приборостроение. Автор более 400 научных публикаций.
Ахмедов Магомед Эминович (р. 1949) доцент кафедры ТиМ Дагестанского государственного технического университета, кандидат технических наук (1991). Окончил Дагестанский государственный университет (1972)
Область научных интересов: интенсификация технологических процессов пищевой промышленности
Автор около 500 научных публикаций (в том числе 320 патентов)
