CC BY
14
ТЕМА НОМЕРА
современные технологии производства продуктов питания
УДК 664.8.9:143.7.57.1:006.354 DOI 10.24411/0235-2486-2021-10001
новые режимы высокотемпературной многоуровневой стерилизации грушевого компота с использованием жидких высокотемпературных теплоносителей
М.Э. Ахмедов*, д-р техн. наук; А.Ф. Демирова, д-р техн. наук Дагестанский государственный технический университет, г. махачкала, россия Дагестанский государственный университет народного хозяйства, г. махачкала, россия М.М. Рахманова, канд. экон. наук технический колледж, г. махачкала, россия
Дата поступления в редакцию 28.07.2020 * akhmag49@mail.ru
Дата принятия в печать 03.01.2021 © Ахмедов М.Э., Демирова А.Ф., Рахманова М.М., 2021
Реферат
Тепловая стерилизация является обязательным завершающим этапом в технологическом цикле производства консервированных продуктов длительного хранения. При этом высокое их качество во многом определяется совершенством стерилизационного процесса, который должен обеспечить требуемый уровень безопасности продукции при минимальной продолжительности тепловой обработки. К тому же стерилизация является и самым энергоемким процессом в технологическом цикле, что в конечном итоге оказывает влияние и на конкурентоспособность продукции. На основании оценки традиционных стерилизационных режимов исследованы и разработаны новые многоуровневые режимы стерилизации компота грушевого в стеклобанках различного объема с использованием высокотемпературных жидких теплоносителей. На основе изучения термостойкости стеклобанки при разных температурных условиях обоснованы допустимые температурные перепады между уровнями тепловой обработки. Новые режимы обеспечивают сокращение продолжительности, повышение качества и сокращение энергетических затрат на выработку единицы продукции более чем на 40 %.
Ключевые слова
многоуровневый, температурный уровень, качество, стерилизующий эффект, энергоэффективность, конкурентоспособность, стерилизационный режим
Для цитирования
Ахмедов М.Э., Демирова А.Ф., Рахманова М.М. (2021) Новые режимы высокотемпературной многоуровневой стерилизации грушевого компота с использованием жидких высокотемпературных теплоносителей // Пищевая промышленность. 2021. № 1. С. 8-11.
New modes of high-temperature multilevel sterilization of pear compote using liquid high-temperature heat carriers
M.E. Akhmedov*, Doctor of Technical Sciences; A.F. Demirova, Doctor of Technical Sciences
Dagestan State Technical University, Makhachkala, Russia
Dagestan State University of National Economy, Makhachkala, Russia
M.M. Rakhmanova, Candidate of Technical Sciences
Technical College», Makhachkala, Russia
Received: July 28, 2020 * akhmag49@mail.ru
Accepted: January 3, 2021 © Akhmedov M.E., Demirova A.F., Rakhmanova M.M., 2021
Abstract
Heat sterilization is an obligatory final stage in the technological cycle of production of canned products for long-term storage. At the same time, their high quality is largely determined by the perfection of the sterilization process, which should ensure the required level of product safety with a minimum duration of heat treatment. In addition, sterilization is the most energy-intensive process in the technological cycle, which ultimately affects the competitiveness of products. Based on the assessment of traditional sterilization modes, new multilevel modes of sterilization of pear compote in glass jars of various sizes using high-temperature liquid heat carriers have been investigated and developed. On the basis of the study of the thermal stability of glass jars under different temperature conditions, the permissible temperature differences between the levels of heat treatment are substantiated. The new regimes provide a reduction in duration, improvement in quality and a reduction in energy costs per unit of output by more than 40 %.
Key words
multi-level, temperature level, quality, sterilizing effect, energy efficiency, competitiveness, sterilization mode For citation
AkhmedovM.E., Demirova A.F., Rakhmanova M.M. (2021) New modes of high-temperature multilevel sterilization of pear compote using liquid high-temperature heat carriers // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost'. 2021. No. 1. P. 8-11.
8
1/2021 пищевая ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ISSN 0235-2486
Введение. Высокое качество консервированной продукции во многом обеспечивается выбором научно обоснованных стерилизационных режимов при оптимальных параметрах температурного уровня и продолжительности термообработки [1-12]. При недостижении требуемого уровня стерилизующего воздействия на консервируемый продукт в нем возможно сохранение некоторых термоустойчивых спор в жизнеспособном состоянии, что в итоге может привести к микробиологической порче продукции [1, 3].
С другой стороны, более длительные стерилизационные режимы при высоких температурных уровнях приводят к развариванию и другим изменениям продукции, ухудшающим ее цвет, вкус, консистенцию, а также товарный вид.
Если учесть еще один аспект, касающийся энергозатратности стерилизаци-онного процесса, то можно отметить, что установление оптимальных стерилизационных режимов - это многогранная задача, касающаяся технологии, микробиологии и экономики, и устанавливаемый режим должен быть оптимальным как в отношении остаточной микрофлоры, так и по отношению к качеству стерилизуемой продукции, что означает не подвергать ее необоснованным и тем более длительным тепловым воздействиям, снижающим пищевую ценность, а также менее энергоемким.
Установление стерилизационных режимов основывается на учете многих факторов, основными из которых являются уровень обсемененности стерилизуемого продукта и его химический состав, значение рН продукта, размеры самой стеклотары, температурный уровень продукта перед укупоркой и состояние стеклобанок при реализации стерилизационного процесса.
С точки зрения обеспечения пищевой ценности готового продукта, более эффективной является кратковременная высокотемпературная стерилизация. Так, для примера: стерилизующее воздействие в течение 5 мин при 90 °С равноценно стерилизующему воздействию в течение 1 мин при 100 °С, но по влиянию на пищевую ценность предпочтительнее второй вариант тепловой обработки - при более высокой температуре и меньшей длительности, - и этим объясняется эффективность использования многоуровневых высокотемпературных стерилизационных режимов.
При многоуровневой высокотемпературной термообработке пищевых продуктов дополнительно нужно учесть еще
такие факторы, как количество уровней тепловой обработки, влияющих на технологичность реализации процесса, и максимально допустимый между ними температурный перепад, обеспечивающий предотвращение термического боя стеклобанок.
В целом выбор числа уровней термообработки будет определяться в первую очередь термостойкостью самой стеклянной тары, а также температурой тары и продукта перед реализацией стерилиза-ционного процесса.
Цель исследований - разработка высокотемпературных многоуровневых режимов стерилизации грушевого компота в стеклянной таре различного объема.
Методы исследований. Экспериментальные исследования по прогреваемости грушевого компота, а также разработка новых высокотемпературных многоуровневых стерилизационных режимов осуществляли на экспериментальной установке, позволяющей делать термическую обработку консервируемой продукции, состоящей из ванны, в которой установлен носитель для закрепления исследуемой банки с продуктом, а также снабженного насосом для подачи теплоносителя и секционной накопительной емкости с теплоносителями соответствующей температуры.
При этом в качестве теплоносителя на первых двух этапах использовалась вода, а на последнем этапе нагрева при температуре 110 °С использовали 20 %-ный раствор диметилсульфооксида.
температуру продукта в пристеночной и придонной областях, а также на внутренней и наружных поверхностях стеклобан-ки измеряли хромель-копелевыми термо-
парами, подключенными к потенциометру КСП-4.
При разработке режимов стерилизации ориентировались на нормы летальности, обеспечивающие промышленную стерильность готовой продукции.
Результаты исследований. Разработку новых высокотемпературных многоуровневых стерилизационных режимов тепловой обработки осуществляли на основе экспериментальных данных изменения температурного уровня продукта в областях банки с максимальным и минимальным температурным уровнем продукта при тепловой обработке и соответствующих значений стерилизующих воздействий, которые в сумме обеспечивают требуемый уровень стерильности продукции.
При этом максимальный температурный уровень продукта достигается в пристеночной области стеклобанки, а минимальный, в зависимости от емкости, по центру банки от дна, на следующем расстоянии: для литровой стеклобанки -9 мм; для стеклобанки емкостью 0,65 л -8 мм; емкостью 0,5 л - 7 мм и емкостью 0,35 л - 5 мм соответственно [3].
При проведении экспериментальных исследований термопары были установлены в указанных областях стеклобанок.
Графики изменения температуры (1, 2) и летальности микрофлоры (3, 4) в пристеночной (1, 3) и придонной (2, 4) областях при пастеризации грушевого компота в стеклобанке емкостью 0,5 л по традиционному стерилизационному режиму 20-30-20ш кПа ^ 2] приведе-100
ны на рис. 1.
Оценка полученных результатов исследований подтверждает, что режим
Продолжительность, мин
Рис. 1. Графики изменения температуры (1, 2) и летальности микрофлоры (3, 4) в пристеночной (1, 3) и придонной (2, 4) областях при пастеризации грушевого компота в стеклобанке емкостью 0,5 л по традиционному стерилизационному режиму
современные технологии производства продуктов питания
тема номера
обеспечивает требуемый уровень микробиологической безопасности продукции [1, 13-20], так как величины стерилизующих эффектов удовлетворяют нормативному значению, равному 150-200 усл. мин.
Основным и существенным недостатком традиционного стерилизационного режима является большая продолжительность тепловой обработки, составляющая 70 мин, которая значительно снижает пищевую ценность готовой продукции.
Кроме того, фактическая летальность центрального и пристеночного слоев продукта в стеклобанке имеют разные значения: центральный слой имеет фактическую летальность 168,8 усл. мин, а периферийный - 261,2 усл. мин.
Степень обеспечения промышленной стерильности продукции - Пст, определяемой отношением величины стерилизующего эффекта к нормативному значению, составляющему для компотов 150-200 усл. мин [1], для данного стери-лизационного режима следующая: для
п - 261'2
пристеночного слоя "cri — iso_2oo
ru-, = ■
а ДЛЯ придонном ЗОНЫ П(;т2
,
.
10 20 30
Продолжительность, мин
Рис. 2. Графики нагрева (1, 2) и летальности (3, 4) в пристеночной (1, 3) и придонной (2, 4) областях при пастеризации грушевого компота в стеклобанке емкостью 0,5 л по режиму высокотемпературной многоуровневой стерилизации
Таблица 1
Режимы стерилизации компота грушевого для стеклобанок различного объема
А послойная неравномерность тепловой обработки, определяемая отношением значений стерилизующих воздействий пристеночного и придонного слоев,
261,2 , „
составляет--= 1,55, что говорит о том,
] 68,8
что пристеночные слои продукта получают излишнее, более чем в 1,5 раза, тепловое воздействие, чем центральные.
Графики нагрева и гибели микрофлоры при многоуровневой высокотемпературной стерилизации компота грушевого в стеклобанке емкостью 0,5 л в статическом состоянии по высокотемпературному
многоуровневому режиму ( 705°с ' §С5°С '
6 ч , 5 5 6 3 , '110 ( 90 °С ' 70 °С'50 °С'35 показаны
на рис. 2.
Изменение температуры продукта в обозначенных характерных областях сте-клобанки и соответствующие значения стерилизующих эффектов в условных минутах подтверждают, что данный режим обеспечивает требуемый уровень безопасности готового продукта, так как достигается регламентированный уровень стерилизующего воздействия, равный для компотов 150-200 усл. мин.
Аналогичные исследования проведены и для стеклобанок емкостью 0,35, 0,65 и 1,0 л.
Ассортимент Емкость Стерилизационные режимы
стекло-банки, л Традиционный Многоуровневый
0,35 20-20-20 100 ' 110 ( 70 "С _5___ 90 "С 110 "С) ( 90 "С 70 "С б 50 "С m| m 3 C)
Компот грушевый 0,б5 20-35-20 100 '110 ( 70 "С б 7 ) ( б б 90 "С 110 "С) ( 90 "С 70 "С б 50 "С "3 L/l 3 c)
1,0 25-45-25 100 '110 ( 70 "С 7 9 ) ( б б 90 "С 110 "С) ( 90 "С 70 "С б 50 "С H ^ 3 c)
На основании проведенных экспериментальных исследований установлены режимы стерилизации компота грушевого для стеклобанок различного объема (табл. 1), реализация которых на практике возможна с использованием автоклавной корзины новой конструкции, обеспечивающей возможность стерилизации консервируемой продукции в аппаратах открытого типа [16].
Выводы. Новые высокотемпературные многоуровневые стерилизационные режимы имеют широкую перспективу внедрения на предприятиях перерабатывающей промышленности, выпускающих консервированную продукцию, как обеспечивающие высокое качество и энергоэффективность.
Наряду с этим разработанные стери-лизационные режимы, в отличие от традиционных режимов, обеспечивают возможность создания непрерывного технологического цикла, а также повышение качества готовой продукции, которое является следствием сокращения продолжительности тепловой обработки, а также некоторого снижения неравномерности тепловой обработки консервов за счет пе-
риодического механического перемешивания при переносах носителей с банками из одной ванны в другую.
ЛИТЕРАТУРА
1. Флауменбаум, Б.Л. Основы стерилизации пищевых продуктов / Б.Л. Флауменбаум,
C.С. Танчев, М.А. Гришин. - М.: Агропромиз-дат, 1986. - 264 с.
2. Сборник технологических инструкций по производству консервов. Т. 2. - М.: Пищепром, 1977. - 355 с.
3. Бабарин, В.П. Стерилизация консервов. -СПб: Гиорд, 2006. - 312 с.
4. Renard, C.M.G.C. & Maingonnat, J.F. Thermal processing of fruits and fruit juices. In
D.W. Sun (Edition). Thermal Food Processing: New Technologies and Quality Issues (second edition). - Taylor & Francis, 2012. - P. 413440.
5. Патент РФ на полезную модель № 189734. Аппарат для нагрева плодов в банках насыщенным паром / М.Э. Ахмедов, Г.Д. Догеев, А.Ф. Демирова, М.М. Алибекова. Опубл. 31.05.2019.
6. Азадова, Э.Ф. Использование электромагнитного поля СВЧ при производстве консервов для детского питания / Э.Ф. Азадова,
10
1/2021 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ISSN 0235-248б
М.Э. Ахмедов, А.Ф. Демирова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2015. -№ 5. - С. 55-57.
7. Ахмедов, М.Э. Обоснование оптимальных параметров и разработка режимов высокотемпературной стерилизации компота из груш в потоке нагретого воздуха / М.Э. Ахмедов, А.Ф. Демирова, Г.И. Касьянов, Ю.Ф. Росляков, М.М. Рахманова // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. - 2020. - № 2-3 (374-375). -С. 85-88.
8. Касьянов, Г.И. Инновационная технология стерилизации плодового и овощного сырья / Г.И. Касьянов, А.Ф. Демирова, М.Э. Ахмедов// Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2014. - № 6.-С. 57-59.
9. Патент РФ № 2448546 А23L 3/04 Способ стерилизации компота из черешни / М.Э. Ахмедов, А.Ф. Демирова, М.М. Рахманова, М.М. Ахмедова; № 2010117417; заявл. 30.04.2010; опубл. 27.04.2012; бюл. № 12.
10. Патент РФ № 2448547А23L 3/04 Способ стерилизации компота из яблок / М.Э. Ахмедов, А.Ф. Демирова, М.М. Рахманова, М.М. Ахмедова; 2010117417; 2010117435; заявл. 30.04.2010; опубл. 27.04.2012; бюл. № 12.
11. Патент РФ № 2448548 А23L 3/04 Способ стерилизации компота из яблок / М.Э. Ахмедов, А.Ф. Демирова, М.М. Рахманова, М.М. Ахмедова; 2010120636; заявл. 25.05.2010; опубл. 27.04.2012; бюл. № 12.
12. Патент РФ № 2448549 А23L 3/04 Способ стерилизации компота из персиков и черешни / М.Э. Ахмедов, А.Ф. Демирова, М.М. Рахманова, М.М. Ахмедова; 2010113870; заявл. 08.04.2010; опубл. 27.04.2012.
13. Патент РФ №2448553 А23L 3/04 Способ стерилизации компота из черешни / М.Э. Ахмедов, А.Ф. Демирова, М.М. Рахманова, М.М. Ахмедова; 2010120589; заявл. 21.05.2010; опубл. 27.04.2012.
14. Панина, О.Р. Разработка режимов СВЧ-стерилизации обеденных консервов / О.Р. Панина, Г.И. Касьянов, С.В. Рохмань // Из-
вестия вузов. Пищевая технология. - 2014. -№ 1. - С. 122-124.
REFERENCES
1. Flaumenbaum BL. Osnovy konser-virovaniya pishchevyh produktov [Basics of food sterilization]. Moscow: Pishchevaya promyshlennost' (Food industry), 1972. 260 р. (In Russ.)
2. Sbornik tekhnologicheskih instrukcij po proizvodstvu konservov [Collection of technological instructions for the production of canned food]. Moscow: Pishchevaya promyshlennost' (Food industry), 1977. 431 р. (In Russ.)
3. Babarin VP. Sterilizaciya konservov [Sterilization of canned food]. Saint Petersburg: Giord, 2006. 312 р. (In Russ.)
4. Renard CMGC & Maingonnat JF. Thermal processing of fruits and fruit juices. In DW Sun (Edition). Thermal Food Processing: New Technologies and Quality Issues (second edition). Taylor & Francis, 2012. P. 413-440.
5. Ahmedov ME, Dogeev GD, Demirova AF, Alibekova MM. Patent RF na poleznuyu model' № 189734. Apparat dlya nagreva plodov v bankah nasyshchennym parom [Apparatus for heating fruit in cans with saturated steam]. Published 31.05.2019.
6. Azadova EF, Ahmedov ME, Demirova AF. Ispol'zovanie elektromagnitnogo polya SVCH pri proizvodstve konservov dlya detskogo pitaniya [The use of the microwave electromagnetic field in the production of canned food for baby food]. Hranenie ipererabotka sel'hozsyr'ya [Storage and processing of agticultural raw materials]. 2015. No. 5. Р. 55-57 (In Russ.).
7. Ahmedov ME, Demirova AF, Kas'yanov GI, Roslyakov YuF, Rahmanova MM. Obosnovanie optimal'nyh parametrov i razrabotka rezhimov vysokotemperaturnoj sterilizacii kompota iz grush v potoke nagretogo vozduha [Justification of optimal parameters and development of high-temperature sterilization
modes for compote from pears in a heated air stream]. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya [Proceedings of higher educational institutions. Food Technology]. 2020. No. 2-3. P. 85-88 (In Russ.).
8. Kas'yanov GI, Demirova AF, Ahmedov ME. Innovacionnaya tekhnologiya sterilizacii plodovogo i ovoshchnogo syr'ya [Innovative sterilization technology for fruit and vegetable raw materials]. Dokiady Rossijskoj akademii sel'skohozyajstvennyh nauk [Reports of the Russian Academy of Agricultural Sciences]. 2014. No. 6. P. 57-59 (In Russ.).
9. Ahmedov ME, Demirova AF, Rahmanova MM, Ahmedova MM. Sposob sterilizacii kompota iz chereshni [The method of sterilization compote of cherries]. Russia patent RU 2448546 C2.2012.
10. Ahmedov ME, Demirova AF, Rahmanova MM, Ahmedova MM. Sposob sterilizacii kompota iz yablok [The method of sterilization of the Apple compote]. Russia patent RU 2448547 C2.2012.
11. Ahmedov ME, Demirova AF, Rahmanova MM, Ahmedova MM. Sposob sterilizacii kompota iz yablok [The method of sterilization of the Apple compote]. Russia patent RU 2448548 C2.2012.
12. Ahmedov ME, Demirova AF, Rahmanova MM, Ahmedova MM. Sposob sterilizacii kompota iz persikov i chereshni [Method of sterilization of compote of peaches and cherries]. Russia patent RU 2448549 C2. 2012.
13. Ahmedov ME, Demirova AF, Rahma-nova MM, Ahmedova MM. Sposob sterilizacii kompota iz chereshni [The method of sterilization compote of stewed cherries]. Russia patent RU 2448553 C2.2012.
14. Panina OR, Kas'yanov GI, Roh-man' SV. Razrabotka rezhimov SVCH-sterilizacii obedennyh konservov [Development of microwave sterilization modes for canned food]. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya [Proceedings of higher educational institutions. Food Technology]. 2014. No 1. P. 122-124 (In Russ.).
Авторы
Ахмедов Магомед Эмиинович, д-р техн. наук, Демирова Амият Фейзудиновна, д-р техн. наук
Дагестанский государственный технический университет, 368015, Россия, г. Махачкала, пр-т Имама Шамиля, д. 70
Дагестанский государственный университет народного хозяйства, 367008, Россия, г. Махачкала, ул. Джамалутдина Атаева, д. 5, akhmag49@mai1.ru, uma.demirova@mai1.ru Рахманова Мафмят Магомедовна, канд. экон. наук Технический колледж, 367013, Россия, г. Махачкала, пер. Чернышевского, д. 3, к. 3, armet1975@mai1.ru
Authors
Magomed E. Akhmedov, Doctor of Technical Sciences, Amiyat F. Demirova, Doctor of Technical Sciences
Dagestan State Technical University, 70, Imam Shamil avenue, Makhachkala, Russia, 367015
Dagestan State University of National Economy, 5, Jamalutdin Ataev str., Makhachkala, Russia, 367008, akhmag49@mai1.ru, uma.demirova@mai1.ru
Mafmyat M. Rakhmanova, Candidate of Economic Sciences Technical College, 3, building 3, Chernishevskiy lane, Makhachkala, the Republic of Dagestan, Russia, 367013, armet1975@mai1.ru
