CC BY
95
УДК 664.8.036
В. Г. Кузнецов, Р. К. Кузнецов, Р. Н. Аскарова
СТЕРИЛИЗАЦИЯ ЖЕЛАТИНОВЫХ РАСТВОРОВ В ТЕХНОЛОГИИ ЖЕЛАТИНА
Ключевые слова: стерилизация, технология желатина, общее микробное число, желатинразжижающие бактерии, установка стерилизации желатинового раствора.
Описан способ пароконтактной стерилизации желатинового раствора. Так как в условиях производства наиболее всего на общая обсемененность желатина определяется двумя группами микроорганизмов - мезофи-лы и термофилы, вместо консервации целесообразно проводить стерилизацию желатиновых растворов. Высокие температуры вызывают изменение протоплазмы, коагуляцию белков, инактивацию ферментов. При этом во влажной среде бактерии гибнут быстрее, чем в сухой.
Key words: sterilization, technology of gelatin, total microbial population, bacteria which liquefy gelatin, installation of sterilization of
the gelatin solution.
The described is method vaporcontact sterilization of the gelatin solution. Because In the conditions ofproduction, two groups of microorganisms of the mesophyll and thermophile are most influenced by the total contamination, in these conditions, instead of preserving, sterilization of gelatin solutions is expedient. High temperatures cause a change in proto-plasma, coagulation ofproteins, inactivation of enzymes. At the same time, in a humid environment, bacteria die more quickly than in a dry one.
Желатин получают преимущественно из костного сырья, которое складируется на открытых площадках, в результате чего часто происходит загнивание мясных прирезей, остающихся на кости.
В процессе обезжиривания кости происходит отмывка кости от загрязнений, извлечение жира с получением, так называемого шрота.
В последующей операции деминерализации проводится извлечение из кости минеральных солей. Далее на операциях золения извлекается ряд балластных белков (альбуминов, мукоидов, глобулинов, муцинов), проводится нейтрализация полученного золёного оссеина.
Теперь оссеин готов к выплавлению с получением желатинового раствора. Временной промежуток между названными операциями оговаривается технологическим регламентом, так как любые задержки приводят к ухудшению показателей готового продукта (желатина).
С целью предотвращения микробного заражения раствора проводят его консервацию сернистым ангидридом. Консервация не улучшает качество раствора, но даёт возможность провести последующие операции фильтрации, выпаривания, студенения желатина и сушки.
На зарубежных предприятиях вместо консервации проводят операцию стерилизации желатинового раствора, имеющую значительное преимущество перед консервацией. Эффект стерилизации характеризуется так называемым общим микробным числом (ОМЧ).
ОМЧ - это количественный показатель, отражающий общее содержание мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов в 1 мл исследуемой воды. Данный тест имеет невысокую ценность как индикатор присутствия патогенных микроорганизмов, тем не менее, ОМЧ при 37°С является важным интегральным санитарным показателем, который позволяет оценить общую микробную обсемененность водного объекта. Значение ОМЧ выражается в КОЕ/мл и методически представляет собой общее число колоний гетеротрофных бактерий, вырастающих в течение 24 ч при температуре 37°С (либо при температуре 22°С в течение 72 ч) при посеве 1 мл воды.
В условиях производства наиболее всего на общую обсеменённость влияют две группы микроорганизмов:
Мезофилы имеют температурный оптимум 28 - 37°С, минимум 3-10°С, максимум 43-50°С. К этой группе относится большинство микроорганизмов, в том числе гнилостные и болезнетворные бактерии, дрожжи. Встречаются формы, которые переносят высокие температуры. Это термотолерантные микроорганизмы, имеющие оптимум 30°С, но способные перенести повышение температуры до 55 - 60°С.
Термофилы — теплолюбивые микроорганизмы, имеющие оптимум 55-60°С, максимум 75 -80°С и минимум 18 - 30°С.
Возможность существования термофилов при высоких температурах обусловлена особым состоянием липидных компонентов клеточных мембран, высокой термостабильностью белков и ферментов, термостабильностью клеточных ультраструктур.
Микроорганизмы по-разному относятся к предельным (низким и высоким температурам). Если низкие температуры (- 190, -252°С) микробные клетки переносят, сохраняя после размораживания способность к росту, то под влиянием высоких температур они довольно быстро погибают.
Высокие температуры вызывают изменение протоплазмы, коагуляцию белков, инактивацию ферментов. При этом во влажной среде бактерии гибнут скорее, чем в сухой. Наиболее устойчивы к нагреванию споры.
Известны такие споры, которые выдерживают 2-х и 3-х часовое кипячение и погибают лишь при 120- 130°С.
Желатин разжижающие бактерии, находящиеся в растворе, снижают общую вязкость, что определяется показателем «падение вязкости». В связи с этим наличие таких организмов в желатиновом растворе не допускается.
В среде раствора могут присутствовать ферменты, образуемые микроорганизмами. Некото-
рые из них более стойкие по отношению к высокой температуре, чем микроорганизмы. Этот фактор необходимо учитывать в расчёте высокотемпературной термической обработки.
Важен ещё один фактор: наличие в растворе желатина расплавленного жира, который приводит к увеличению времени, необходимого для уменьшения количества микроорганизмов в 10 раз от первоначального уровня при постоянной летальной температуре. Это означает, что для повышения качества стерилизации желатинового раствора необходимо более тщательно проводить обезжиривание сырья перед окончательными операциями получения желатина.
На действии высоких температур основан ряд методов уничтожения вегетативных форм микроорганизмов и их спор:
- стерилизация сухим жаром при 160°С в течение 2 ч;
- стерилизация паром в автоклаве при 120°С под давлением в течение 15 - 20 мин;
- пастеризация - уничтожение бесспоровых форм при 60 - 700С в течение 15 мин.
Наиболее эффективным методом стерилизации желатиновых растворов является их прогрев при температуре 130 - 1400С в течение 4 - 10 сек. В этом случае погибают практически все микроорганизмы и их споры. При этом свойства желатинового раствора остаются в норме.
Нужно заметить, что время достижения летальной температуры для разных микроорганизмов и их спор различно. Например, для Clostridium botulinum при рН=7 время t будет равно 6 -12 сек.
На рисунке 1 представлена схема установки, ос-но ванная на этом принципе.
Рис. 1 - Принципиальная схема установки стерилизации желатинового раствора
Раствор желатина с температурой 55-600С из емкости 1 центробежным насосом 6 через противоточный теплообменник 2 подаётся в стерилизатор 3, в который впрыскивается пар с температурой 142-1450С. Размеры
стерилизатора рассчитываются так, чтобы раствор проходил через него за 4-10 сек. Пар, смешиваясь с раствором, стерилизует его и через вакуум-камеру 4 выводится насосом 6 в следующий бульоносборник (на рисунке не показан). В конденсаторе 5 пар охлаждается холодной водой и выходит в атмосферу.
Стерилизаторы могут быть различной конструкции. Важно, чтобы он обеспечивал мгновенный контакт пара и желатинового раствора.
Принципиальная схема опробована в лабораторных условиях и подтвердила её работоспособность.
При разработке стерилизатора определялся диаметр канала для впрыска пара, его оптимальная длина. Известно [1, 2], что отношение длины парового канала к его диаметру находится в пределах 1-10. Диаметр канала принимается в пределах 0,4 - 2,5 мм.
Скорость нагрева, определяющая температуру раствора, может быть определена по зависимости [3].
V =4 К/ D.эк -р-с-Д^, где V - скорость нагрева, град/сек; К - общий коэффициент теплопередачи; вт/м2град; р - плотность продукта, кг/м3; С - теплоёмкость, Dж/кг град; Dэк - эквивалентный диаметр, м; Дкр -средняя разность температур между паром и нагреваемой жидкостью 0С.
Температура смеси пара и раствора желатина
Т=Тп -(Тп Тр)ехр[-[(А • ^,33 ) L/8dc0'33 ] Т - средняя температура струи в рассматриваемом сечении; Тп - температур пара; Тр - температура раствора; А - опытный коэффициент, зависящий от физических свойств жидкости, для воды А= 45-46; dc -диаметр сопла, м; L - расстояние от сопла форсунки до расчётного сопла, м.
Представленные зависимости апробированы для процессов стерилизации молока и нагревания воды и дали возможность предварительно оценить размеры стерилизатора для стерилизации желатинового раствора.
Литература
1. Б.Н.Монструков. Дисс. канд. техн. наук, Москва, МТИМП, 1980, 123 с.
2. Л.П.Одерий. Дисс. канд. техн. наук, Москва, МТИМП, 1970, 107 с.
3. В.И. Вагшуль. Дисс. канд. техн. наук, Москва, МТИМП, 1980, 146 с.
© В. Г. Кузнецов - к.т.н., доцент кафедры ТКМ КНИТУ, aschess@yandex.ru; Р. К. Кузнецов - ассистент той же кафедры; Р. Н. Аскарова - ассистент той же кафедры, ryshka08@gmail.com.
© V. G. Kuznetsov - associate professor from department of structural materials technology, candidate of technical science, KNRTU, aschess@yandex.ru; R. K. Kuznetsov - teaching assistant from department of structural materials technology, KNRTU; R. N. Aska-rova - teaching assistant from department of structural materials technology, KNRTU, ryshka08@gmail.com.
