- Основні поняття стерилізації та пастеризації
Стерилізація – загальний термін, що визначає теплову обробку консервів, що проводять з ціллю знищення мікроорганізмів при будь яких температурах. В більш вузькому значенні під стерилізацією прийнято розуміти теплову обробку консервів при температурі вище 100 С. Стерилізація ж, що проводиться при температурі 100 С і нижче, називається пастеризацією.
Необхідно відмітити, що задача теплової стерилізації заклечається не в знищенні всіх, що знаходяться в консервній банці мікроорганізмів, а тільки тих, які можуть розвиватись при звичайних умовах зберігання і викликати при цьому псування консервів або утворювати шкідливі для здоров я продукти своєї життєдіяльності (токсини). Деякі ж мікроорганізми, наприклад сінна або картопляна палочка, в консервах не розвиваються і являються в цьому сенсі безпечними. Добитися їх знищення не має сенсу, тим більше що вони дуже термостійкі.
Таким чином, в процесі стерилізації слід добиватися не абсолютною,а лише так названої виробничої стерильності, при котрій в консервах повинні бути відсутніми збудники псування харчових продуктів або патогенні ( що викликають захворювання) і токсичні ( що викликають отруєння) форми.
Параметри процесу стерилізації
Консервування харчових продуктів в герметичній тарі за допомогою теплової стерилізації заклечається в тому, що продукт, поміщений в герметично закупорену консервну тару, піддається на протязі певного часу нагріванню. Теплова обробка здійснюється в загальних умовах таким чином. Консервні банки завантажують в стерилізаційний апарат, в якому поступово підвищують температуру, довівши її до певного рівня, що називається температурою стерилізації. Необхідну температуру підтримують на протязі деякого проміжку часу, потім її поступово знижують, після чого пастеризовані банки вигружають із апарату. Таким чином, основні параметри, що характеризують процес стерилізації, – це температура, котру необхідно підняти і підтримувати в стерилізаційному апараті, і час, на протязі якого коснерви підлягають нагріванню. Ці два параметри являються мікробіологічними, оскільки саме ними визначається смерть мікроорганізмів.
Однак іноді стерилізацію консервів доводиться проводити під тиском, величина якого вище значення, яке потрібно по термодинамічній таблиці насиченого водяного пару для того, щоб досягнути необхідний температурний рівень. Наприклад, якщо консерви слід стерилізувати при 120 С, то тиск насиченого пару повинен скласти 0,1 МПа. В той же час в ряді випадків пр. цьому створюють так назване над паровий тиск (іноді його називають протитиском), наприклад 0,2-0,3 МПа, «холодним» шляхом, тобто за допомогою зжатого повітря або води, котре необхідне для компенсації утвореного в середині тиску, що може викликати зрив кришок з горловини скляної тари, або деформацію металевої тари. В таких випадках з’являється третій – чисто фізичний – параметр процесу стерилізації – тиск.
Значення параметрів процесу стерилізації для різних консервів неоднакові.
Вибір температури стерилізації
Всі консервовані харчові продукти є хорошим середовищем для розвитку мікроорганізмів. Але не в кожному продукті мікроби розвиватися в однаковій мірі добре, так як вони дуже чутливі в активній кислотності середовища, я котрій вони знаходяться, при чому більшість із них погано розвиваються в кислотному середовищі, але добре діють в мало кислотних продуктах. До того ж негативну дію кислотності продукту на розвиток мікроорганізмів посилюється при нагріванні. Тому при тепловій стерилізації кислотних продуктів мікроби швидко знешкоджуються. В мало кислих харчових продуктах мікроорганізми розвиваються добре і до того ж більш стійкі до нагрівання. Ось чому можна зробити висновок, що саме до кислотних продуктів, в котрих мікроорганізми не термостійкі при стерилізації, можна обмежитися помірними температурними рівнями порядку 80-100 С. Мало-кислотні продукти, в котрих мікроби стійкі до нагрівання, слід стерилізувати при більш високих температурах, вище 100 С, прядка 110-120 С і навіть вище. І так, вибір температури стерилізації диктується рівнем активної кислотності даного харчового продукту.
Як відомо, активна кислотність вимірюється так названим показником рН, при чому повністю нейтральне середовище (наприклад, двічі перегріта дистильована вода), має рН, що дорівнює 7. Всі значення вищі 7 характеризують лужне середовище, а нижче 7 – кислотне.
Однак практично всі консервовані харчові продукти характеризуються значенням рН нижче 7. Навіть такі мало кислотні консерви, як м’ясні, мають рН порядком 6-6,4, а овочеві натуральні (наприклад типу «Зелений горошок») 5,2-6,3. Однак такі харчові продукти не можна вважати кислотними, особливо якщо порівняти їх за смаком, скажемо, з фруктовими соками, рН котрих знаходиться в діапазоні 3,1-3,. Перші здаються за смаком прісними, а другі – прісними.
Ось чому, якщо мати ціль розділити харчові продути на групи по рівню їх активної кислотності, слід орієнтуватися не на іонне рівняння води,що дорівнює 10-14 з наступною градацією на значення нижче і вище 10-7, а на смаки і реакцію мікроорганізмів на то або інше значення рН. При цьому, було вирішено враховувати в першу чергу «смаки» самого небезпечного для здоров’я людини збудника ботулізму. Виявилося, що цей збудник псування консервів вважає харчове середовище для себе не сприятливим; якщо рН її 4,2 і нижче. В такому середовищі клостридії ботулізму не розвивається.
Звідси мікробіологи зробили практичний висновок: харчові продукти, рН котрих 4,2 або нижче, вважати кислотними і стерилізувати їх слід при температурі 100 С або нижче. Всі харчові продукти, рн котрих вище 4,2 являються мало кислотними і стерилізуються при температурах вище 10 С.
В мало кислих консервах, що стерилізують при температурах вище 100С (110-120), відносяться всі м’ясні і м’ясо-рослинні консерви, рибні, овочеві натуральні, овочеві соки, в тому числі томатний, овочеві закусочні і обідні, овочеві салати.
До кислотних консервів, котрі можна стерилізувати при більш помірних температурах порядку 100 С і ножче (80-100), відносяться всі фруктові консерви – компоти, соки, джеми, повидло, варення, а також овочев маринади.
Фактори,що визначають час стерилізації
При визначенні необхідного часу стерилізації виходять із того, що, по-перше, необхідно стерилізувати скільки часу,щоб прогріти консервну банку наскрізь, до самої глибини, з тим, щоб тепловій обробці були надані і ті мікроорганізми, котрі знаходяться в тій точці, котра далі всього розміщена від гарячого середова (десь поблизу геометричного центру тари). Цей відрізок часу прийнято називати часом підігріву або часом проникнення тепла в глибину продукту.
Коли ж тепло «досягло» самої глибини, то необхідний певний час для того, щоб знищити мікроорганізми, що знаходяться в цій самій дальній точці продукту. Цей відрізок часу прийнято називати смертельним, або летальним, часом.
Ясно, що перший відрізок відноситься до фізичної сторони процесу, до продуту, здатність його швидко або повільно пропускати тепло в тих або інших умовах. Цей відрізок часу не залежить від наявності або відсутності в продукті мікроорганізмів і називається теплофізичною складовою часу стерилізації, позначається τ пр..
Другий відрізок залежить тільки від біологічних особливостей мікробної клітини, від здатності її протидіяти при тих або інших умовах летальному впливу високої температури. Цей відрізок часу прийнято називати мікробіологічною складовою часу стерилізації, позначають його τ см.
Таким чином, загальний час стерилізації τзаг залежить від двох складових: теплофізичної τпр і мікробіологічною τсм.
Техніка теплової стерилізації консервів
В залежності від того,яка температура стерилізації, який в банках утворюється тиск і яка саме консервна тара застосовується, консерви стерилізують або у відкритих апаратах під атмосферним тиском, або в заритих із застосуванням надлишкового тиску.
Найбільш універсальним стерилізаційним апаратом, що дозволяє втілити тепловий процес під атмосферним і надлишковим тисом і використанні в якості гріючого середовища пару або води, пригодним для стерилізації консерви в жерстяній, скляній, полімерній тарі різних розмірів і алюмінієвих тубах, є періодично діючий вертикальний автоклав АВ-2 (двохсітчатий) або АВ-4 (чотирьохсітчатий).
Автоклав представляю собою вертикальний циліндричний стальний котел із сферичним днищем і кришкою, схема комунікацій якого показана на рис. 15. Автоклав складається із корпуса І, кришки 2 з противовісом і швидко діючого поясного зажиму. Всередині корпусу в полості днища розміщена перфорована парова труба – барботер 5. Ззовні до корпусу приведена манометрична коробка 8, що з’єднана циркуляційною трубою з нижньою частиною автоклаву.
Автоклав має комунікацію для подачі в нього води (зверху), пару (знизу) і відводу води (зверху вниз).
У верхній частині кришки мається продувальний кран 6, котрий служить для випуску повітря і пару із верхньої частини автоклаву. Під кришкою встановлений кільцевий барботер для подачі холодної води в процесі охолодження банок після стерилізації.
Банки,що стерилізують, укладаються в циліндричні перфоровані сталеві корзини, що називаються сітками.
Завантажуть автоклавні корзини банками по-різному. Іноді банки укладають вручну, правильними циліндричними колами, ряд за рядом, знизу до верху (скляні банки). Це дуже втомлива фізична робота. В других випадках (жерстяні банки) автоклавні сітки розміщують у ванну з водою і поступаючи після закочувальної машини банки закочуються по течії у воду, завдяки чому зменшуються удари банок між собою і попереджається утворення вм’ятин на корпусі.
Техніка стерилізації залежить від того, які банки підлягають тепловій обробці – металеві або скляні.
Консерви в металевій тарі стерилізують наступним чином. Автоклавні сітки з банками загружаються в автоклав, потім його кришку герметично закривають і починають подачу пару через барботер.
На початку підігріву,одночасно з подачею пру знизу, відкривають продув очний кран, при відкривають нижній і верхній зливні вентилі і випускають із автоклаву суміш пару і повітря. Цей етап стерилізації називається продувкою і призначений для видалення із автоклаву повітря, що є поганим провідником теплоти. Іноді продувка йде тільки через верхній кран,а випуск частини повітря ( і конденсату) через нижню спускну трубу,що покращує ефективність продувки, оскільки повітря важче пари і видаляється із автоклаву через низ швидше,чім через верх. Продувка продовжується біля 10 хв і закінчується, коли із продувочного крану починає виходити велика струя пари.
При достиганні температури стерилізації подачу пари майже зупиняють, прикриваючи паровою вентиль до ¼-1/8 обороту. Далі слідує період саме стерилізації, на протязі котрого необхідну температуру в автоклаві підтримують постійною.
По закінченню цього періоду доступ пари в автоклаві зупиняється і приступають до охолодження консервів. Є декілька способів охолодження консервів.
Один із найбільш розповсюджених способів охолодження починається зі спуску пари, для чого при відкривають продув очний кран або вентиль на зливній трубі, а іноді і те і інше. По мірі випуску пари із автоклаву тиску в ньому падає і температура знижується. Спочатку пар запускають повільно, а в кінці цього етапу стерилізації продув очний кран відкривають сильніше і знижують тиск в автоклаві до атмосферного.
При стерилізації ж консервів в скляній тарі процес ведуть таким чином, щоб утворений в тарі тиск урівноважилось тиском ззовні з тим, щоб кришка не вздувалася і не виникало загрози зриву її з горловини банки. Такий спосіб стерилізації називається стерилізацією з протитиском, при цьому мається на увазі, що частина загального тиску в автоклаві повинна утворюватися «гарячим» способом, за допомогою пари для забезпечення необхідної температури стерилізації, а частину «холодним» шляхом, тобто таким, при котрому тиск в автоклаві збільшується без підвищення температури, за допомогою, наприклад, сжатого повітря або води під тиском.
Техніка стерилізації з повітряним протитиском заклечається в наступному. Для загрузка сіток з банками підігрівають воду в автоклаві до температури, що перевищує температуру продукту на 10-15 С. Потім сітки з банками завантажують в автоклав з таким розрахунком, щоб вони повністю були покриті водою. Далі автоклав закривають, в нього через барботер подають суміш пари з повітрям або тільки зжатим повітрям так, щоб швидко створити необхідний протитиск. Коли необхідне значення досягнуте, подачу повітря зупиняють і в автоклав пускають (або продовжують пускати) пар до тих пір доки не досягнути температури стерилізації. Потім паровий вентиль прикривають і приступають до саме стерилізації.
Тиск в автоклаві на протязі всього періоду підігріву і стерилізації повинен підтримуватися на постійному рівні.
Останній етап процесу – охолодження складається в наступному. Включають насос і починають подавати вод в верхню частину автоклаву. Потім зараз же відкривають нижній вентиль на зливній трубі і починають випускати гарячу воду. При цьому холодна вода опускається до низу, перемішуючись з гарячою, котра випускається знизу, в результаті чого температура води в автоклаві плавно знижується.
Крім схем з ручним регулюванням температури і тиску, на багатьох консервних заводах існують такі ж схеми обладнання автоклавів для автоматичного управління процесом стерилізації. З цією ціллю використовують пневматичні і електричні програмні термо-регулятори з застосуванням реле часу, звукової і світлової стерилізації, з автоматичним записом часу, температури і тиску. Отримана при цьому термограмма являється важливим документом для наступного контролю роботи стерилізаційної станції.
Менш важкою задачею виявилась розробка конструкцій безперервно діючих стерилізаторів відкритого типу, в яких теплова обробка консервів відбувається при 100 С або нижче і котрі, відповідно, працюють в умовах атмосферного тиску. Такі апарати прийнято називати пастеризаторами.
В пастеризаторах відкритого типу основним робочим органом представлений звичайно безперервнодіюча транспортна горизонтальна стрічка, що вкрита кожухом, по якій переміщуються підлеглі тепловій обробці банки, що зрошуються в пастеризаційній частині гарячою водою або, що обдуваються паром або гарячим повітрям, а в охолоджуваній зоні зрошені водою з постійною зниженою температурою.
В безперервно діючих пастеризаторах відкритого типу можна стерилізувати фруктові консерви, томатну пасту та інші консерви в жерстяній і скляній тарі, якщо, звичайно,поширений в них надлишковий тиск не перевищує критичних значень, що погрожують зривом кришок з горловини скляних банок або необоротному вздуттю жерстяних кришок.
Особливо ефективно пастеризується в таких апаратах продукти, що мають рідку або пюреподібну консистенцію. Ці продукти (соки, пюре, паста) можна віддати високому ступеню екзгаустування, шляхом теплової обробки в потоці ще до фасування в тару, і розлити при температурі наступній пастеризації, при котрих щільнсть водяних парів наближується до атмосферного тиску. В цьому випадку навіть в скляній тарі ні якого надлишкового тиску не буде.
Із встановлених на консервних заводах пастеризаторів безперервної дії слід відмітити апарат А2-КПО. Потрапивши на безперевно рухому стрічку, цього тунельного пастеризатора, банки обдуваються спочатку гарячим повітрям, потім зовнішнім холодним повітрям , на кінець, охолоджуються водопровідною водою.
Крім того на підприємства консервного виробництва поступають пастеризатори безперервної дії із Югославії, Угорщини і Болгарії. В залежності від фірми-виробника конструкції пастеризаторів відрізняються один від одного за рахунок застосування різних теплоносіїв і транспортуючих органів.
Так фірма «Єдиство» постачає пастеризатори з паровим обігрівом і одною або декількома ступенями охолодження, котрі призначені для теплової обробки продуктів в жерстяній або скляній тарі. Вони використовуються у виробництві томатної пасти, протертих плодів, фруктових соків.
Болгарський машинобудівний завод постачає пастеризатори зрошувального типу. Транспортування консервів в камері пастеризатора відбувається за допомогою особливих гребенів, котрі здійснюють зворотно-поступальні рухи, переставляючи банки від входу до виходу.
В наш час існує та застосовується в консервному виробництві новий принцип і метод теплової стерилізації харчових продуктів,що отримав назву асептичне консервування. Згідно цьому принципу харчовий продукт, стерильно підготовлений шляхом високотемпературної обробки в потоці, після охолодження фасується в стерильних (асептичних) умовах в стерильну ємність і в такому вигляді зберігається в умовах, що виключають потрапляння туди мікроорганізмів. Установка складається із збірника для соку, пластинчастого пастеризатора, з секціями підігріву, пастеризації та охолодження, пластинчатого бактерицидного фільтру для стерилізації повітря, повітряного компресору з ресивером. Зжате повітря, простерилізоване на пластинчастому фільтрі, подається в танки перед заповненням соком і служить для охолодження танка, простерилізованого гострим паром і попередження підсосів в нього нестерильного повітря.
Повітряний фільтр, заряжений азбестоцелюлозними пластинками, також попередньо стерилізують виходячим із танка паром. Повітря із ресивера під тиском порядком 0,15 МПа подають на стерилізуючий фільтр, а звідти в танк, куди до цього часу доступ пари зупиняють. Тиск в танку підтримують на рівні 0,0-0,05 МПа по уникненню утворення в танку вакууму. Після охолодження танка до температури сховища подачу повітря зупиняють і так залишають під тиском стерильного повітря до заповнення.
Асептичне консервування харчових продуктів в резервуарах великої місткості – танках на 20-50 м2 – значно полегшує роботу консервних заводів завдяки зниженню затрат праці в найбільш напружений період – пік часу – сезон переробки плодової сировини і дає можливість продовжити цей строк на більш пізні осінній та зимовій час. В цей більш спокійний період роботи консервних заводів можна із асептично збережених напівфабрикатів, випускати готову продукцію – фруктові соки, пати, пюреподібні продукти дитячого харчування в консервній тарі місткістю 250-3000 см3.
