Консервирование фруктов и овощей является растущей конкурентоспособной отраслью, особенно в части международного экспорта. Отрасль состоит из предприятий, которые в основном занимаются консервированием фруктов и овощей, выпуском фруктовых и овощных соков, переработкой кетчупов и других томатных соусов, а также производством натуральных и искусственных консервов, джемов и желе.
Описание технологического процесса
Основной целью пищевой промышленности является сохранение скоропортящихся пищевых продуктов в стабильном виде, которые могут храниться и отправляться на отдаленные рынки в течение всех месяцев года. Обработка также может придать продуктам новую или более пригодную для употребления форму и сделать их более удобными в приготовлении. Цель процесса консервирования — уничтожить все микроорганизмы, содержащиеся в продукте, и предотвратить повторное заражение микроорганизмами.
Тепло — наиболее распространенное средство, используемое для уничтожения микроорганизмов. Удаление кислорода может использоваться в сочетании с другими методами для предотвращения роста микроорганизмов, нуждающихся в кислороде. При традиционном консервировании фруктов и овощей существуют основные технологические этапы, которые одинаковы для обоих видов продуктов. Однако все предприятия и даже те, которые перерабатывают один и тот же продукт, сильно отличаются друг от друга. Различия заключаются в том, что для некоторых фруктов или овощей используются определенные операции, последовательность технологических операций, а также этапы приготовления или бланширования.
Производство фруктовых или овощных соков осуществляется с использованием другой последовательности операций, и на этих предприятиях существует большое разнообразие. Типичными консервированными продуктами являются фасоль (нарезанная и цельная), свекла, морковь, кукуруза, горох, шпинат, помидоры, яблоки, персики, ананасы, груши, абрикосы и клюква. Типичными соками являются апельсиновый, ананасовый, грейпфрутовый, томатный и клюквенный. Общие технологические схемы консервирования фруктов, овощей и фруктовых соков показаны на рисунках.
Этапы, описанные на этих рисунках, относятся к основным производственным процессам. Типичная промышленная операция по консервированию может включать в себя следующие основные процессы: мойку, сортировку, приготовление, наполнение тары, откачку, герметизацию тары, тепловую стерилизацию, охлаждение, маркировку/упаковку и хранение для отправки. На этих диаграммах не было предпринято никаких попыток привязать их к конкретному продукту и включить все этапы процесса, которые были бы использованы для всех продуктов.
Пунктирными линиями показаны необязательные операции, которые часто используются, но не для всех продуктов. Одним из основных различий в последовательности операций при консервировании фруктов и овощей является операция бланширования. Большинство фруктов не бланшируются перед заполнением банок, в то время как многие овощи подвергаются этой операции. Овощные консервы, как правило, требуют более тщательной обработки, чем фруктовые, поскольку они имеют гораздо более низкую кислотность и содержат больше термостойких почвенных организмов. Многие овощи также требуют более длительной обработки, чем фрукты, для придания им наиболее желаемого вкуса и текстуры.
Методы, используемые на этапе приготовления, сильно различаются в зависимости от предприятия. Во многих фруктах предварительные этапы обработки (например, очистка от кожуры, вырезание сердцевины, деление пополам, удаление косточек) выполняются перед любым этапом нагревания или приготовления, но в случае с овощами эти этапы обработки часто выполняются после бланширования овощей. Как для фруктов, так и для овощей очистка производится с помощью механической овощечистки, паровой очистки или щелочной очистки. Выбор зависит от типа фруктов или овощей, а также от выбора компании.
Некоторые предприятия по переработке цитрусовых производят сухую кожуру цитрусовых, цитрусовую патоку и D-лимонен из кожуры и остатков мякоти, собранных при производстве консервов и соков. На других предприятиях по производству соков используются концентраты, и переработка сырья на предприятии не производится. Кожуру и остатки собирают и измельчают в молотковой мельнице, добавляют известь для нейтрализации кислот и прессуют продукт для удаления лишней влаги. Жидкость из пресса просеивается для удаления крупных частиц, которые возвращаются обратно в пресс, а в испарителе жидкость превращается в мелассу.
Отжатая кожура отправляется в сушилку с горячим воздухом прямого действия. После прохождения через конденсатор для удаления D-лимонена отходящие газы из сушилки используются в качестве источника тепла для выпаривания мелассы. Оборудование для традиционного консервирования было переведено с серийного производства на непрерывное. В ретортах непрерывного действия банки подаются через воздушный шлюз, затем вращаются в камере нагрева под давлением и затем охлаждаются во второй секции реторты в отдельном охладителе холодной воды. Коммерческие методы стерилизации консервированных продуктов с рН 4,5 или ниже включают использование стационарных реторт, которые похожи на большие скороварки.
Новым устройством является реторта-перемешиватель, которая механически перемещает банку и продукт, обеспечивая более быстрое нагревание. В процессе асептической упаковки проблемы с медленным нагреванием при хранении в контейнере можно избежать, стерилизуя и охлаждая продукты отдельно от контейнера. Затем предварительно стерилизованные контейнеры заполняются стерилизованным и охлажденным продуктом и герметично закрываются в стерильной среде. Чтобы получить более полное представление о реальных процессах, происходящих во время консервирования, в следующих параграфах представлено описание процесса консервирования целых томатов. В этом описании каждая операция описана более подробно, чем в общих технологических схемах.
Подготовка к консервированию
Основными этапами подготовки являются мойка и сортировка. Томаты, собранные механическим способом, обычно тщательно промываются распылителями под высоким давлением или сильными струями воды при подаче по движущейся ленте или на перемешивающие или вращающиеся сита. Возможно, сырые продукты необходимо отсортировать по размеру и степени зрелости. Сортировка по размеру осуществляется путем пропускания сырых помидоров через ряд движущихся решет с разным размером ячеек или через ролики с разным расстоянием между ними. Разделение на группы в соответствии со степенью спелости или совершенством формы производится вручную; обрезка томатов также производится вручную. Очищение от кожуры и сердцевины – раньше помидоры сначала ошпаривали, а затем очищали вручную, но теперь также широко используются паровая и щелочная очистка.
При паровой очистке помидоры обрабатываются паром для снятия кожицы, которая затем удаляется механическим способом. При очистке от кожуры плоды погружают в горячую щелочную ванну или опрыскивают кипящим раствором, содержащим 10-20% щелочи. Затем излишки щелочи сливают, а остатки щелочи, прилипшие к помидорам, удаляют вместе с кожурой путем тщательной промывки. Удаление сердцевины производится с помощью устройства, работающего на воде, с небольшим турбинным колесом. Специальная лопасть, установленная на турбинном колесе, вращается и удаляет сердцевину из помидоров.
Наполнение тары
После очистки и удаления сердцевины помидоры по автоматическим конвейерам подаются через мойки к месту розлива. Перед розливом консервные банки или стеклянные контейнеры очищаются горячей водой, паром или воздухом. В большинстве случаев розлив производится машинным способом. Контейнеры заполняются твердым продуктом, а затем, как правило, поливаются легким пюре из томатного сока. В качестве средства повышения кислотности до более безопасного и желаемого уровня было предложено подкислять консервированные цельные помидоры 0,1-0,2% лимонной кислоты. Из-за повышенной кислотности подкисленного продукта для сбалансирования вкуса используется добавление 2-3% сахарозы.
Добавление соли важно для улучшения вкусовых качеств продукта – цель использования емкостей с вытяжкой состоит в удалении воздуха, чтобы давление внутри контейнера после термической обработки и охлаждения было ниже атмосферного. Пониженное внутреннее давление (вакуум) помогает сохранить банки плотно закрытыми, уменьшает нагрузку на контейнеры во время обработки и сводит к минимуму уровень кислорода, остающегося в свободном пространстве. Это также помогает продлить срок хранения пищевых продуктов и предотвращает вздутие контейнера на большой высоте. Вакуум в банке можно создать с помощью нагрева или механическим способом.
Помидоры можно предварительно разогреть перед наполнением и запечатать горячими. Для продуктов, которые нельзя предварительно разогреть перед розливом, может потребоваться пропустить заполненные контейнеры через паровую камеру или туннель перед упаковочной машиной, чтобы удалить газы из продукта и повысить температуру. Вакуум также может быть создан механическим путем запечатывания контейнеров в камере с высоким вакуумом.
Герметизация
В герметичных крышках металлических банок создается двойной шов путем соединения изгиба крышки и фланца банки. Многие укупорочные машины оборудованы для создания вакуума в свободном пространстве перед запечатыванием крышек механическим способом или с помощью подачи пара. Тепловая стерилизация – во время обработки микроорганизмы, которые могут привести к порче, уничтожаются под действием тепла. Температура и время обработки зависят от вида продукта и размера упаковки. Кислые продукты, такие как помидоры, хорошо сохраняются при температуре 100°C (212°F).
Контейнеры с этими продуктами обрабатываются паром или горячей водой при атмосферном давлении. Ротационные варочные аппараты непрерывного действия, работающие при температуре 100°C (212°F), в значительной степени заменили реторты и открытые кубовые варочные аппараты для обработки консервированных томатов. На некоторых предприятиях используются гидростатические варочные панели, а на других — скороварки непрерывного действия.
Охлаждение
После тепловой стерилизации контейнеры быстро охлаждаются, чтобы предотвратить переварку. Контейнеры можно быстро охладить, добавив в варочную панель воду под давлением воздуха или переместив контейнеры из варочной панели во вращающийся охладитель, оснащенный распылителем холодной воды.
Нанесение этикеток и упаковки
После тепловой стерилизации, охлаждения и сушки контейнеры готовы к нанесению этикеток. Этикетировочные машины наносят клей и этикетки за одну высокоскоростную операцию. Маркированные банки упаковываются в транспортировочные коробки.
Выбросы и меры по ограничению
Выбросы в атмосферу могут возникать из различных источников при консервировании фруктов и овощей. Выбросы твердых частиц (ТЧ) в основном возникают в результате обработки твердых частиц, уменьшения их размера, сушки (например, в сушилках для кожуры цитрусовых). Некоторые из этих частиц представляют собой пыль, но другие (особенно те, которые образуются в результате термической обработки) образуются в результате конденсации паров и могут иметь размер частиц от малого до субмикронного.
Выбросы ЛОС потенциально могут происходить практически на любой стадии переработки, но чаще всего они связаны с этапами термической обработки, такими как варка и концентрирование при выпаривании. Технологии приготовления в процессе консервирования требуют очень высокой влажности, поэтому основными выбросами будут пар или вода.
Отходящие газы, образующиеся в результате этих операций, могут содержать ТЧ или, возможно, конденсирующиеся пары, а также ЛОС с неприятным запахом. Твердые частицы, конденсирующиеся материалы и высокое содержание влаги в выбросах могут препятствовать сбору или уничтожению этих ЛОС.
Конденсирующиеся материалы также могут иметь неприятный запах. Водоемы для очистки сточных вод могут быть еще одним источником неприятных запахов, даже при переработке материалов, которые в остальном не вызывают особых опасений. Подробная информация о процессах и технологиях, используемых при сборе, очистке и хранении сточных вод, представлена в других статьях.
Данные о выбросах ЛОС, ГАП и ТЧ при производстве плодоовощных консервов, которые можно было бы использовать при разработке коэффициентов выбросов, отсутствуют. Данные о выбросах при консервировании фруктов и овощей крайне ограничены. Вудруф и Лу обсудили наличие ЛОС в абрикосах, клюквенном и вишневом соках. Ван Лангенхове и др. определили летучие соединения, выделяющиеся в процессе бланширования брюссельской и цветной капусты в лабораторных и промышленных условиях. Баттери и др. исследовали выбросы летучих ароматических соединений из томатной пасты.
Консервная промышленность может использовать несколько подходов к ограничению выбросов. К ним относятся мокрые скрубберы, сухие сорбенты и циклоны. Информация о мерах контроля, фактически используемых на консервных предприятиях, отсутствует. Удаление ЛОС из газового потока может осуществляться с помощью одного из нескольких методов, но наиболее распространенными являются абсорбция, адсорбционное всасывание и дожигание.
Абсорбционные методы охватывают все типы мокрых скрубберов, использующих водные растворы для поглощения ЛОС. В большинстве скрубберных систем после скруббера должен быть установлен туманоуловитель. Адсорбционные методы могут включать использование одного из четырех основных адсорбентов: активированного угля, активированного оксида алюминия, силикагеля или молекулярных сит.
Из этих четырех активированный уголь наиболее широко используется для борьбы с ЛОС, в то время как остальные три используются не только для борьбы с загрязнением окружающей среды. Адсорбция газов является относительно дорогостоящим методом и может быть неприменима к широкому спектру загрязняющих веществ. Для контроля образования твердых частиц обычно используются такие методы, как скрубберы Вентури, сухие циклоны, мокрые или сухие электрофильтры (ESP) или системы сухих фильтров.
Наиболее распространенными средствами контроля, вероятно, являются скрубберы Вентури или сухие циклоны. В зависимости от содержания твердых частиц в газовом потоке могут использоваться мокрые или сухие ЭЦН. В зависимости от типа выбросов могут применяться методы конденсации и очистки с помощью химической реакции. Методами конденсации могут быть как прямой контакт, так и непрямой контакт с кожухотрубой, наиболее распространенным методом является непрямой метод. Химическая реактивная очистка может использоваться для борьбы с запахом в отдельных случаях.