CC BY
20
УДК 664.864.813.036
М.С.Мурадов, М.М.Мурадов
ЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РОТАЦИОННОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ КОНСЕРВОВ
Рассмотрены различные способы стерилизации фруктовых соков и томатного сока при стерилизации в воздушном потоке температурой 170оС с воздушно-водоиспарительным охлаждением и вращением тары, методом горячего розлива и др.
Установленные оптимальные режимы стерилизации позволяют более 50% сократить продолжительность процесса стерилизации и повысить качество соков.
Ключевые слова: температура, продолжительность, режим стерилизации, коэффициент крайней неравномерности, фактическая летальность режима стерилизации, эффективный способ.
Введение. По литературным данным [1,2] основной причиной ухудшения качества продукта при стерилизации является не температура, а продолжительность тепловой обработки. Сокращение продолжительности процесса стерилизации за счет увеличения температуры продукта и скорости прогрева способствует более лучшему сохранению таких ценных пищевых компонентов, как витамины [3]. Поэтому изучение высокотемпературных режимов ротационной стерилизации, которые значительно сокращают продолжительность процесса, представляет определенный практический интерес.
Прежде чем исследовать новые высокотемпературные режимы необходимо установить, как лучше выразить «формулу» ротационной стерилизации для аппаратов непрерывного действия, так как существующие «формулы», по нашему мнению, не полностью соответствуют ротационным режимам. Несоответствие выражается в том, что, во-первых, в существующей «формуле» не указывается начальная температура продукта, хотя есть работы советских ученых [4] о целесообразности указания последней, во-вторых, в аппаратах непрерывного действия нет необходимости в периоде собственно стерилизации, так как банки сразу после герметизации поступают на стерилизацию, и начальную температуру консервов перед стерилизацией можно считать одинаковой. Кроме того работами ученых [5] доказано и подтверждено нашими исследованиями, что оптимальная частота вращения банки при ротационной стерилизации, которая обеспечивает сравнительную равномерность тепловой обработки, зависит от продукта, вида и размеров самой банки. Поэтому необходимо в «формулах» ротационных режимов стерилизации указать и частоту вращения банки.
Постановка задачи. Учитывая вышесказанное, «формулу» для режима ротационной стерилизации консервов в аппаратах непрерывного действия можно представить в следующем виде
0; • I, (1)
г 0 02 ' () где То - начальная температура продукта перед стерилизацией, оС; Т1 - температура греющей среды, оС; Т2 - температура охлаждающей среды, оС; т1 - продолжительность нагрева продукта от начальной температуры То до необходимой конечной температуры, мин; т2 - продолжительность охлаждения до определенной конечной температуры, мин.; п -частота вращения банки вокруг своей продольной оси, с-1.
Фруктовые соки. Эффективным способом консервирования пищевых продуктов гомогенной консистенции типа фруктовые соки является асептический способ, однако внедрение в промышленность сдерживается трудностью технического осуществления его [6]. Поэтому необходимо исследовать и другие способы консервирования соков с целью
выявления более лучшего как с экономической точки зрения, так и по сохранению пищевой ценности консервов.
Метод горячего розлива является наиболее простым и получил достаточно широкое применение при производстве соков, например, «Сока томатного». Однако этот метод имеет существенные недостатки: не обеспечивает непрерывного производственного процесса, низкая микробиологическая надежность схемы тепловой обработки сока в потоке [1] (бутыли, паровоздушные пространства и крышки), низкая эксплуатационная надежность системы высокотемпературной кратковременной обработки сока в потоке и ухудшение качества при длительном самопроизвольном охлаждении. При стерилизации сока в потоке происходит длительное пребывание продукта при повышенных температурах [ 6], которое может привести к ухудшению качества. Кроме того при температурах расфасовки выше 90-95оС потери ароматических веществ будут значительными, и, возможно, будет происходить самоиспарение сока, которое может привести к повышенному расходу сырья. С другой стороны, проведение процесса стерилизации соков с мякотью обычным путем в автоклавах при неподвижном состоянии банки также нежелательно как с точки зрения сохранения качества (по нашим исследованиям температурная разница между периферийным и центральным слоями сока сливового с мякотью и сахаром при охлаждении в потоке воздуха составила 35'40оС), так и продолжительности процесса.
Поэтому нами были исследованы различные режимы стерилизации фруктовых (натуральных соков: яблочного, виноградного; соков с мякотью и сахаром: сливового, абрикосового, яблочного) и томатного соков при различных способах консервирования их: консервирование методом горячего розлива и стерилизацией в непрерывно-действующих аппаратах в потоке воздуха (нагрев консервов осуществлен в потоке горячего воздуха температурой 170оС и скоростью 4'6 м/с, а охлаждение - в потоке увлажненного воздуха с мелкодисперсной влагой с содержанием капельной влаги Х№ 0,008-0,01 кг/кг и скоростью 2,0'5 м/с.
Методы исследования. Температуру сока измеряли в геометрическом центре банки и около боковой стенки по центральному сечению на расстоянии 3 мм. Режимы стерилизации были подобраны исходя из требуемой летальности.
Результаты эксперимента и их обсуждение.
Первый способ. Горячий розлив в тару при температуре 95оС с последующей пастеризацией при температуре розлива и охлаждение в потоке увлажненного воздуха с мелкодисперсной влагой при неподвижном состоянии банки.
При таком способе консервирования соков значениям требуемой летальности ( А15=100'110 усл.мин) соответствует режим стерилизации для «Сока сливового с мякотью и сахаром»
^ Ю 35 Л
95-----0
95 20
Результаты исследования показали, что при неподвижном состоянии банки периферийный слой охлаждался быстро, и температурная разница между центром и периферией в среднем составляла 30-38оС, что говорит о неравномерности тепловой обработки сока в период охлаждения его. Так, коэффициент крайней неравномерности
198
тепловой обработки составляет Ет =-= 1,8.
Е 107
Величины фактической летальности, достигаемые по периодам, составляли: в период выдержки сока при температуре розлива - 100 усл.мин, а при охлаждении у периферийного слоя - 7 усл.мин, у центрального - 97 усл.мин. Чтобы в любой точке банки продукт был стерильным, сумма фактических летальностей, достигаемых в обоих периодах, должна быть не менее 100 усл.мин. Так как летальность у периферийного слоя равнялась 7 усл.мин, то величина летальности первого периода должна быть не менее 93-100 усл.мин, что обеспечивается при выдержке сока при температуре 95оС в течение 10 мин.
-\---
Второй способ. Горячий розлив сока при температуре 95оС с последующей
пастеризацией его при этой температуре и охлаждение в потоке увлажненного воздуха с
мелкодисперсной влагой при вращении банки вокруг своей продольной оси частотой 1,83 с-1.
Температура и содержание мелкодисперсной влаги воздушного потока соответственно были
такие же, как в первом способе.
Режим стерилизации, который обеспечивал требуемую летальность для «Сока
сливового с мякотью и сахаром», нижеследующий
9 13 95 ■ — ■— • 1,83 95 20
По этому способу получалось сравнительно равномерное послойное охлаждение. Температурная разница между центральным и периферийным слоями уменьшалась до 2'5оС. Величины фактической летальности по периодам составляли: в период стерилизации 90 усл.мин, а при охлаждении у периферийного слоя - 20 усл.мин, у центрального - 31 усл.мин. Коэффициент крайней неравномерности тепловой обработки уменьшается и 121
составляет Е ^ = ^^ = 1,1. Общая продолжительность процесса при этом способе
сокращается на 23 мин или 50% относительно первого способа.
В обоих случаях конечная температура сока в центре банки равнялась 55оС.
Третий способ. Розлив сока в тару при температуре 60оС как предусмотрено по
технологической инструкции с последующей стерилизацией в герметично закрытой таре в
потоке горячего воздуха температурой 170оС и охлаждением в потоке увлажненного воздуха
с мелкодисперсной влагой при вращении банки частотой 1,83с-1. Условия охлаждения банки
были такие же, как в предыдущих способах. Режим стерилизации, который обеспечивает
требуемую летальность, при этом способе консервирования следующий
9,5 14
60 ■ ----1,83
170 20
Максимальная температура сока в наименее прогреваемой точке банки по этому способу равна 101оС, а конечная температура после периода охлаждения - 55 оС. Общая продолжительность процесса по третьему способу сокращается относительно первого способа на 21,5 мин или 48%.
Таким образом, более эффективным способом стерилизации «Сока сливового с мякотью и сахаром» является второй, где продолжительность процесса минимальная - 22 мин.
При стерилизации по третьему способу продолжительность процесса составляла
23,5 мин, т.е. на 1,5 мин больше, чем у второго способа. Менее эффективным является
первый способ как по продолжительности процесса, так и по неравномерности тепловой
обработки. Так как второй и третий способы стерилизации для сока сливового с мякотью и
сахаром отличаются друг от друга по продолжительности процесса на незначительную
величину 1,5 мин, нами были исследованы режимы стерилизации по этим способам и для
«Сока абрикосового с мякотью и сахаром».
При стерилизации «Сока абрикосового с мякотью и сахаром» по второму способу
, 20 12 5
требуемая летальность ( АЦ =72 усл.мин) обеспечивает режим стерилизации 95 ■ — ■ ■ 1,83 .
При стерилизации «Сока абрикосового с мякотью и сахаром» по третьему способу
требуемая летальность обеспечивается режимом стерилизации 60 • -10- •15 • 1 83.
170 20 '
Максимальная температура, достигаемая при стерилизации по этому режиму, равнялась 102,5оС, и общая продолжительность составляла 25 мин. Таким образом, продолжительность процесса относительно второго способа стерилизации сокращалась на 7,5 мин или на 23%.
При анализе исследованных режимов стерилизации по вышеуказанным способам стерилизации соков с мякотью и сахаром в банке 13 можно сказать:
- вращение банки при исследованных способах стерилизации сокращает продолжительность процесса на 50% и способствует равномерной тепловой обработке
E6i = 1,1;
- эффективными способами стерилизации соков с мякотью по сокращению продолжительности процесса являются второй и третий, однако, учитывая определенные трудности и недостатки осуществления второго способа необходимость поддержания температуры сока в банке перед пастеризацией не ниже 95оС, сравнительно большие потери ароматических веществ при расфасовке, длительное воздействие повышенной температуры при неполадках расфасовочной и закаточной машин, более эффективным является третий способ. Кроме того, эффективность третьего способа стерилизации выражается в том, что он содержит в себе резерв сокращения продолжительности за счет повышения температуры сока в период подогрева, что видно на примере стерилизации сока абрикосового, где продолжительность процесса сокращается на 23% относительно второго способа.
В настоящее время на консервных заводах «Сок томатный» консервируют следующим образом: нагревают в потоке в трубчатых теплообменниках до 125оС, выдерживают при этой температуре в течение 70 с, охлаждают в потоке до 95'97оС, расфасовывают в тару, пастеризуют при температуре расфасовки и охлаждают.
Томатный сок относится к консервам, где могут развиваться микроорганизмы ботулинуса. Поэтому новой технологической инструкцией предусмотрена стерилизация «Сока томатного» при температуре 120оС в автоклавах.
При стерилизации «Сока томатного» в потоке, естественно, он может обсеменяться при расфасовке, а дальнейшая пастеризация не дает никакой гарантии стерильности в отношении термофильных микроорганизмов.
При стерилизации в аппаратах непрерывного действия с вращением банок достигается более равномерная послойная прогреваемость, а использование высоких температур греющей среды сокращает продолжительность процесса, что, в конечном итоге, приводит к повышению качества «Сока томатного».
На рисунке 1 показаны кривые прогреваемости и фактической летальности «Сока томатного» при ротационной стерилизации в потоке горячего воздуха по режиму
8 12 90-----1,83.
170 18
Как видно из рисунка 1 , при стерилизации по такому режиму достигаемая максимальная температура в центре банки составляла 115оС, а фактическая летальность L\°\ = 0,7 усл.мин больше, чем необходимо (0,4 усл.мин), что гарантирует промышленную стерильность «Сока томатного» не только от микроорганизмов ботулинуса, но и также от других термофильных бактерий.
При сравнении вышеуказанного режима ротационной стерилизации с действующим _ 20 - 30 - 25
режимом в автоклаве 90--- видно, что продолжительность процесса в новых
условиях сокращается на 55 мин или 74%, что существенно влияет на пищевую ценность «Сока томатного».
Были изучены кривые изменения температуры в центре банки и фактической летальности яблочного и виноградного натуральных соков при стерилизации их по режиму 6 ^ 7 8 ^ 10 ,
60 • -p^j---• 0,5 - 1,0w . При стерилизации по такому режиму максимальная температура
сока достигает 95оС. Нагрев сока до ^=95°С необходим, так как по литературным данным [7] термоустойчивость отдельных видов микроорганизмов типа «aspergilus oryzal», характерных для натуральных соков, составляет 3'5 мин при температуре 90оС [90>(3'5)<(5'8)]. Значение фактической летальности при этом достигает 38 усл.мин.
Рис 1 . Кривые прогреваемости и фактической летальности "Сокатоматного" при
8 12
стерилизации в готокевоздухатемпературой 170°С по режиму 90-----1,83
При сравнении этого режима
15 - 25 - 20
170 20
стерилизации с режимом действующей
технологической инструкции
85
видно, что общая продолжительность процесса
сокращается на 43 мин или 70%.
Результаты исследований по установлению научно обоснованных высокотемпературных режимов ротационной стерилизации приведены в таблице.
Таблица
Высокотемпературные режимы ротационной стерилизации соков
№ п/п
Соки
Высокотемпературный режим ротационной стерилизации
Фактическая летальность, усл.мин
1.
Яблочный и натуральный виноградные соки
7 - 6 8 - 10
60-----0,5 - 1,0
170 18 - 20
38,0
Сок абрикосовый мякотью и сахаром
^ 11 -10 12-14 , ^
60-----1,16 -1,83
170 18 - 20
72,5
Соки яблочный и сливовый с мякотью и сахаром_
^ 10,5 - 9,5 13 -15 , ^ 60 ■ —-^----1,16 -1,83
170
18 - 20
110
4.
Сок томатный
12 12 -13 70 ■■12-13 ■ 1,83
80 ■
90 ■
170 18 - 20
10 12 -13
170 18 - 20
8 12 -13
■ 1,83
170 18 - 20
■ 1,83
0,7
с
Выводы. При использовании высокотемпературных режимов стерилизации соков с мякотью в воздушном потоке температурой 170оС с воздушно-водоиспарительным охлаждением достигается сокращение продолжительности процесса около 50% и лучшее сохранение качественных показателей.
Библиографический список:
1. Флауменбаум Б.Л., Терлецкая Л.А., Лелица А.Г. Стерилизация консервов с вращением банок в аппарате. - Известия вузов СССР. Пищевая технология, 1968, 3, 98-100 с.
2. Adams J.B., Ongley M.H. The degradation of anthocyanins in canned strawberries. The affect of various processing parameters on the retention of palargonidin-3-glucoside. J. Food Technol., 1973, 8, № 2, 139-145.
3. Евстигнеев Г.М. Стерилизация консервов ротационным методом. ЦИНТИПищепром, - М., 1969, с. 3-26.
4. Флауменбаум Б.Л., Коган Ф.И. Выбор начальной температуры продукта и степени наполнения банок при высокой температуре стерилизации консервов. - Консервная и овощесушильная промышленность, 1965, 3.
5. Аминов М.С., Мурадов М.С. К вопросу определения оптимальной скорости вращения консервных банок при стерилизации. Тезисы докладов «Всесоюзной научно-технической конференции по вопросам теории и практики стерилизации и пастеризации пищевых продуктов». - Одесса, 1975, с. 123.
6. Поповский В.Г., Бобраков Б.П. По поводу стерилизации соков в потоке. - Консервная и овощесушильная промышленность, 1968, 12, 7-8 с.
7. Прохорович Л.Е., Данилова А.Т. Значение термоустойчивости плесеней при уточнении режимов стерилизации виноградного и яблочного соков. - Консервная и овощесушильная промышленность, 1966, 8, 21-24 с.
M.S. Muradov, M.M. Muradov, M.M. Mirzamagomedova Effective way to step-rotational sterilisation koncerves
In the article there is explored different ways to sterilisation juice with pulp in metallic tare, is specified defect fo the explored ways and is installed more effictive way to sterilisation juice with pulp in metallic tare. metallic tare with juice with pulp sterilisation in flow of the air on temperature 170°C and cool in flow of the moistened air with by the sprayed moisture, at tare revolve around its axis.
Мурадов Миязуллах Салманович (р. 1940) заведующий кафедрой Технодогии и машин Дагестанского государственного технического университета, кандидат технических наук (1978), профессор(1993), окончил Дагестанский государственный университет (1965). Область научных интересов: стерилизация пищевых продуктов Автор более 200 научных работ.
Мурадов Марат Миязуллахович (р. 1970) доцент кафежры информационных систем в
экономике, кандидат технических наук (2005), доцент (2010), окончил Дагестанский
государственный технический университет (1992)
Область научных интересов: прогнозирование различных услуг.
Автор 15 научных работ
