CC BY
25
УДК 664.8/.9.036.53
Отечественные технология и оборудование
для наполнения и укупоривания плодоовощных консервов
Э.С. Гореньков, д-р техн. наук, проф., Ю.К. Туркин, А.Н. Горенькова, канд. техн. наук, Н.С. Товстокора, канд. техн. наук, Я.В. Чукина
ВНИИ консервной и овощесушильной промышленности В.Ф.Толкачев, Д.С. Алкаев
Конструкторское бюро автоматических линий им. Л.С. Кошкина
В настоящее время остается перспективным производство плодоовощных консервов, в том числе и для детского питания, фасованных в удобную для потребителей стеклянную тару с винтовой укупоркой. Однако на предприятиях России это осуществляется на импортном оборудовании. В рамках Программы Союзного государства «Россия - Республика Беларусь» созданы отечественная технология и оборудование для наполнения и укупоривания жидких и пюреобразных консервов в этот вид тары.
Технология наполнения стеклянных банок жидкими продуктами предусматривает следующие операции: подготовка тары и продукта к наполнению; дозирование фасуемого количества продукта; подача тары к узлу наполнения и фиксация ее под наполнительным устройством; наполнение тары продуктом; отвод наполненной тары от наполнителя на укупоривание.
Подготовка продукта включает при необходимости его деаэрацию для предотвращения пенообразования при
наполнении и сохранение довольно высокой температуры до подачи продукта в узел дозирования.
Особенность технологии фасования в стеклянную тару жидких и пюреобразных продуктов для детского питания заключается в том, что банки после укупоривания подвергаются дополнительному нагреву в автоклавах или аппаратах непрерывного действия по разработанным режимам стерилизации в соответствии с заданной температурой продукта перед стерилизацией. Для обеспечения требуемой стерильности готового продукта процесс наполнения и укупоривания должен проходить быстро, чтобы перепад температуры продукта между входом его в наполнительный автомат и выходом из укупорочного автомата готовой продукции был минимальным.
Для обеспечения температуры в банке > 95 °С требуется, чтобы температура продукта в наполнительной машине была еще выше, банка и крышка нагреты до температуры не менее 95 °С.
Такие технологические параметры наполнения предъявляют к фасовочному оборудованию дополнительные требования: при попадании на конвейер или стол наполнительной машины банка не должна охлаждаться, отдавая тепло холодным частям машины и воздуху в зоне фасования. Если дно банки за счет контактного теплообмена остынет до температуры меньше фасуемого продукта на 40 °С, то возможны случаи термического боя банок при фасовании, так как термостойкость тарного стекла равна 50 °С. Для банок, которые наполняют в зимнее время, термостойкость снижается до 20...30 °С.
Поэтому следует строго соблюдать технологические параметры наполнения стеклянных банок. Эта особенность относится к банкам с винтовой укупоркой. Герметичность и прочность фиксации крышки на резьбе венчика при хранении консервов зависят только от наличия и величины вакуума в банке после стерилизации. При наполнении
и укупоривании температура банок, крышек, паровоздушного пространства, продукта должна быть наибольшими.
Всем этим требованиям удовлетворяет автомат наполнительный АДН-100 (рис. 1), созданный Конструкторским бюро автоматических линий им. Л.Н. Кошкина (г. Климовск, Московская обл.).
В последние годы винтовая укупорка стеклянных банок с консервами получила широкое распространение во всем мире. Суть укупоривания заключается в том, что благодаря вакууму в банке торец венчика горловины стеклянной банки врезается в эластичную прокладку в крышке, а крышки кулачками удерживаются на винтовых элементах венчика горловины стеклянной банки.
Такой способ укупоривания предъявляет ряд жестких технических требований к стеклянной банке, металлической крышке, эластичной прокладке металлической крышки и к условиям уку-поривания. При этом необходимо учитывать те обстоятельства, что укупоренные банки с консервами должны выдерживать условия стерилизации консервов (подъем температуры до 121 °С, охлаждение со снижением температуры до 25...30 °С и перепады давления), условия складирования и транспортирования, т.е. воздействие транспортных нагрузок.
Для обеспечения надежной герметизации стеклянные банки должны удовлетворять следующим техническим требованиям: торец венчика горловины стеклянной банки (тип III) должен быть гладким, ровным, с волнистостью максимум 0,1 мм; овальность венчика горловины должна быть не более 0,4 мм; угол наклона винтовых элементов на венчике горловины банки должен быть 6-10°; расположение винтовых элементов на венчике горловины должно соответствовать высоте применяемых крышек таким образом, чтобы при расположении кулачка крышки примерно на 1/3 длины винтового элемента банки происходило замыкание укупорки.
Металлические крышки должны быть изготовлены из жести необходимой твердости, чтобы кулачки крышки не отгибались при навинчивании на винтовые элементы стеклянной банки при моменте навинчивания 25-45 кг^м.
Крышка должна иметь уплотнитель-ную прокладку, обладающую эластичными свойствами при температурах от 40 до 120 °С и необходимой адгезией к поверхности крышки при вышеуказанных температурах, не растрескиваться и не отслаиваться от поверхности крышки.
Для укупоривания банок с винтовой горловиной необходимое условие-создание вакуума внутри банки.
Минимальная величина вакуума
должна быть такова, чтобы при укупо-ривании венчик горловины стеклянной банки вдавливался в уплотнительную прокладку примерно на 40-50 % ее толщины, т. е. примерно на 0,4-0,5 мм при температуре крышки 50...80 °С.
Максимальная величина вакуума должна быть такова, чтобы при температуре крышки 50.80 °С не происходило проре-зания уплотнительной прокладки до поверхности крышки. Опытным путем установлено, что для уплотнительных прокладок из пластизоля на основе ПВХ необходимая величина вакуума при температуре 20 °С зависит от многих факторов.
Герметичность укупорки связана с начальной величиной вакуума в банке после укупорки (качество и количество впрыснутого под крышку пара), величиной свободного пространства в банке и видом продукта.
Выполнение этих требований обеспечивает автомат укупорочный АУБ-100 (рис. 2), созданный тем же конструкторским бюро автоматических линий.
При свободном пространстве в банке, равном 5-7% объема, начальная величина вакуума подбирается для каждого продукта отдельно путем регулирования количества впрыснутого пара под крышку. Конечная величина вакуума в банке с готовой продукцией при 20 °С должна соответствовать нормативной.
Герметичность укупорки винтовой крышкой в большой мере определяется качеством уплотнительной прокладки.
Физико-механические и эластичные свойства прокладки должны обеспечивать герметичность укупорки на всех этапах стерилизации консервов, транспортирования и хранения. В настоящее время уплотнительная прокладка на винтовой крышке изготавливается из пластизолей на основе ПВХ.
Пластизоль на основе ПВХ представляет собой дисперсию поливинилхло-рида в пластификаторе с добавками наполнителя, стабилизатора, вспени-вателя, скользящих добавок и других компонентов.
Для пластизолей должен применяться микросуспензионный или микродисперсионный ПВХ, так как при использовании крупнодисперсионного ПВХ при хранении в суспензии происходит агрегатирование частиц, резко нарастает вязкость, проявляются тиксотропные свойства, и такой пластизоль имеет ограниченный срок хранения.
В качестве пластификаторов обычно применяют диоктилфталат, дибутилф-талат либо эпоксидированное соевое масло.
Уплотнительная прокладка на крышке формируется путем нанесения на нее кольцевой полоски жидкого пластизоля с последующей кратковременной тепловой обработкой при температуре 220.240 °С.
HEALTHY CHILDREN - HEALTHY SOCIETY
При тепловой обработке происходит процесс желирования, так называемый физико-химический процесс перехода золя в гель. Гелеобразные частицы образуют псевдокристаллическую структуру, обладающую эластичными свойствами.
Уплотнительная прокладка представляет собой термопластический эластомер, физико-механические свойства которого зависят от температуры.
Поскольку уплотнительная прокладка подвергается воздействию повышенных температур при укупоривании, целесообразно было изучить изменение физико-механических свойств прокладки от воздействия повышенных температур. Эти знания необходимы для определения максимального значения нагрузок, которые может выдерживать уплотнительная прокладка в процессе стерилизации консервов, т. е. для определения максимально возможных перепадов давления внутри и снаружи банки во время стерилизации при условии сохранения герметичности укупорки.
Нами были проведены исследования по определению физико-механических свойств прокладки при повышенных температурах.
На лакированные пластинки наносили жидкий пластизоль толщиной покрытия 1,0 мм. Пластинки с нанесенным покрытием пластизоля помещали в сушильный шкаф, где проходил процесс желирования при температуре 220 °С в течение 2 мин. После охлаждения пластинки готовы для механических испытаний.
Для имитирования нагрузок, которым подвергается уплотнительная прокладка на крышках во время стерилизации, на подготовленные пластинки с
покрытием из пластизоля устанавливали груз. Нагрузка на торец венчика горловины составляла 1; 3 и 5 кг. Площадь контакта торца венчика горловины банки с покрытием пластизоля - 6 см2.
Подготовленные образцы устанавливали в термостат при температурах 80, 90, 100, 110, 120 и 130 °С и выдерживались в нем в течение 1 ч. Такая продолжительность выдержки принята из тех соображений, чтобы в течение этого времени были закончены все релаксационные процессы, протекающие при деформации термопластичного эластомера.
По окончании испытаний снимали нагрузку и на пластинках замеряли глубину образовавшейся канавки (% от толщины). Результаты экспериментов приведены на рис. 3.
Нагрузка, кг 1 2 3
80 90 100 110 120 130
Температура, °С
Рис. 3. Глубина продавливания пластизоля при различных температурах и величинах нагрузки
Установлено, что устойчивость уплотнительной прокладки на крышках к продавливанию зависит от температуры прокладки. При повышении температуры глубина продавливания при постоянной нагрузке монотонно увеличивается и также зависит от величины нагрузки. При повышении нагрузки устойчивость к продавливанию уменьшается при всех температурах. При нагрузке 5 кг (0,83 кг/см2) прокладка полностью прорезается уже при температуре 110 °С, а при нагрузке 1 кг (0,17 кг/см) и температурах 110.130 °С глубина прорезания составляет 40 %, т. е. соответствует нормативной.
Установленные закономерности следует учитывать при разработке режимов стерилизации консервов в банках с укупоркой винтовыми крышками при определении противодавления в автоклаве на этапах подъема температуры, стерилизации и охлаждения во избежание прорезания уплотнительной прокладки на крышках. Это необходимо учитывать при формировании паллет из банок, прошедших стерилизацию. Проводить эту операцию необходимо после полного остывания продукции, чтобы избежать прорезания полимерной прокладки на крышках банок нижнего ряда паллеты под действием массы верхних рядов банок.
Одно из основных требований при укупоривании стеклянных банок винтовыми крышками - наличие в банке достаточного вакуума. Во время работы укупорочного автомата по различным причинам может создаться такая ситуация, что вакуум будет совсем отсутствовать или значение его не будет соответствовать норме. Величина вакуума должна быть не ниже 350 мм рт. ст. В настоящее время для определения герметичности укупоренных банок используют так называемый «разрушающий» контроль.
Недостаток этого метода состоит в том, что при его использовании контролируются единичные банки, которые отбираются с транспортера в определенные промежутки времени. В этом случае нет гарантии, что при сбое в работе укупорочного автомата или при попадании на укупоривание бракованных банок и крышек контролер может пропустить этот момент и негерметичные банки могут попасть на склад и далее к потребителю.
Исключить этот момент можно только с применением специального автоматического устройства, которое контролирует каждую банку.
В рамках Программы Союзного государства «Россия - Р. Беларусь» Конструкторским бюро автоматических линий им. Л.Н. Кошкина разработан и создан экспериментальный образец автомата АКГ-100 (рис. 4) для контроля герметичности укупоренных банок с продуктом.
Основное требование для применения разработанного автомата - использование крышки специальной конструкции. В центре крышки имеется выпуклость (так называемая «контрольная кнопка»), которая при наличии вакуума в банке втягивается вовнутрь.
Посредством электронно-механического устройства выполняется автоматическое измерение величины прогиба крышки. Если выпуклость контрольной кнопки втянута вовнутрь, банка считается нормальной, если же этого нет, то щупом подается сигнал на отбраковку негерметичной банки. Таким образом проверке подвергается каждая банка.
Некондиционные банки автоматически сбрасываются специальным механизмом. Автомат выполняет также цифровую индикацию величины прогиба крышек, счет годных банок с продукцией, счет отбракованных банок.
Применение разработанного автомата обеспечивает гарантированную отбраковку негерметичных банок, и при этом нормальные банки не подвергаются «разрушительному» контролю.
Все разработанные автоматы связаны транспортирующими устройствами и имеют производительность 100 банок в минуту.
Ключевые слова: плодоовощные консервы; наполнение; укупоривание; технология; оборудование.
Приглашаем на конференцию
В текущем году единственному в стране межотраслевому Государственному научному учреждению «Научно-исследовательский институт детского питания Российской академии сельскохозяйственных наук» исполняется 20 лет со дня основания.
23 апреля текущего года Институт проводит юбилейную конференцию «НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКТОВ ДЕТСКОГО И ГЕРОДИЕТИЧЕСКОГО ПИТАНИЯ», посвященную указанной дате.
Конференция состоится в помещении НИИДП по адресу: Московская область, г. Истра, Московская ул., д. 48 Заявки на участие в конференции просим направлять до 10.04.09 в адрес НИИДП: по факсу: (8-49631) 3-03-96 или 3-03-87, по электронной почте - niidp@rambler.ru или по почтовому адресу: 143500, Московская обл., г. Истра, Московская ул., д. 48.
Контактные телефоны для справок: (8-49631) 3-03-87 - заместитель директора Татьяна Алексеевна Антипова 3-03-96 - Светлана Валерьевна Фелик
