Основой практически любой непрерывной термической обработки (для стерилизации) является фундаментальная наука, лежащая в основе стерилизации в реторте/автоклаве. Эти периодические процессы изначально были направлены на уничтожение Clostridium botulinum как микроорганизма-мишени. Выдерживание продукта при температуре, эквивалентной 250F (121°C), в течение 5 минут стало стандартом для уничтожения бактерий и стерилизации.
Этот “эквивалент” часто сбивает с толку, поскольку он отражает совокупный эффект процесса, который длится от 20 до 120 минут в зависимости от упаковки. Сегодня в различных отраслях промышленности используются различные варианты этого процесса с использованием различных целевых организмов.
Однако это периодические процессы, и, несмотря на то, что они являются эффективными средствами для достижения определенного уровня снижения бактериальной активности (т.е. сокращение времени регистрации), они также имеют ряд недостатков, в том числе:
• Чрезмерная порча продукции из-за термического воздействия;
• Различия в качестве продукции в пределах одной партии;
• Различия в качестве между партиями;
• Неэффективное использование времени и потенциально высокая трудоемкость;
• Ограниченные возможности расширения производства для увеличения производительности или спроса.
• Неэффективное использование энергии
Переход от процессов периодической стерилизации к непрерывным процессам термической стерилизации, таким как горячая разливка, асептические процессы с высоким содержанием кислотности и асептические процессы с низким содержанием кислотности (ультрапастеризованные), устраняет подавляющее большинство этих проблем. Давайте разберемся, почему это так.
Минимизация изменения вкусовых качеств вследствие стерилизации
При термической обработке целью является стерилизация продукта при одновременном сведении к минимуму его термического повреждения. Из-за длительного времени разогрева, выдержки и охлаждения при периодических процессах, таких как ретортирование/автоклавирование, продукты подвергаются чрезмерному нагреванию для их стерилизации. Таким образом, несмотря на стерильность продукта, термическое воздействие повреждает его, что приводит к таким проблемам, как денатурация белков, значительная потеря питательных веществ, таких как витамины и минералы, и развитию нежелательных свойств, таких как изменение вязкости или изменение цвета.
Результатом этих негативных изменений является потеря функциональности продукта. В результате часто приходится использовать больше и/или более дорогие ингредиенты для получения желаемой функциональности. При непрерывной термической обработке время нагрева, как правило, составляет менее 2 минут, время выдержки часто составляет всего 2-30 секунд, а время охлаждения — 2 минуты или менее. Общее время нагрева составляет менее 5 минут, что в несколько раз меньше, чем при периодической обработке. На рисунке 1.0 ниже представлены температурно-временные характеристики (TTH) партии и непрерывного термического процесса.
Это значение представляет собой температуру продукта в процессе его обработки в течение определенного времени. На этом рисунке сравнивается периодический процесс/процесс в автоклаве с непрерывным термическим процессом, который обеспечивает примерно одинаковый уровень снижения количества бактерий (называемый логарифмическим снижением количества бактерий) при стерилизации.
Не вдаваясь в математические подробности, отметим, что площадь под кривыми в значительной степени отражает совокупность реакций, влияющих на качество продукта. Как вы можете видеть, площадь под кривой периодического процесса намного больше, чем при непрерывном процессе. Это свидетельствует о том, что порча продуктов при периодическом производстве значительно выше, чем при непрерывном.
Потеря некоторых питательных веществ или их функциональных свойств, таких как многие витамины и белки, в периодических процессах может достигать 90% или превышать их, в то время как в непрерывных процессах фактически сохраняется 90% или более тех же питательных веществ. Таким образом, непрерывный процесс обеспечивает одинаковый уровень стерильности, но с гораздо меньшим повреждением продукта или среды.
Иными словами, продукт обладает одинаковым уровнем стерильности в обоих процессах, но непрерывный термический процесс позволяет получить продукт гораздо более высокого качества или функциональности. Интересно, что при переходе от периодической стерилизации многих продуктов к непрерывной можно снизить уровень использования некоторых ингредиентов из-за более высокой сохранности. Это может привести к существенной экономии средств.
Изменение качества продукта в пределах одной партии
На рисунке 2.0 показан пример теплового воздействия на партию контейнеров с продуктами в автоклаве. Красный цвет указывает на более высокий уровень общего теплового воздействия, в то время как синий — на более низкий уровень теплового воздействия. Несмотря на то, что все продукты были стерилизованы, степень термического воздействия на продукты в партии может сильно различаться.
Продукты, находящиеся снаружи и в углах партии, подвергаются значительной переработке, в то время как продукты, находящиеся в центре, подвергаются минимальной обработке. Это обеспечивает широкий диапазон качества продукции, при котором продукт, находящийся в центре партии, обладает более высоким уровнем функциональности по сравнению с продуктом, расположенным снаружи и в углах.
При непрерывной термической стерилизации продукт прокачивается через ряд теплообменников для быстрого достижения нужной температуры, через трубку для выдержки, чтобы обеспечить необходимое время выдержки для стерилизации, а затем через теплообменники для охлаждения продукта до температуры заливки. Этот процесс гарантирует, что весь продукт, независимо от размера партии, подвергается одинаковой термической обработке, что исключает различия в качестве внутри партии.
Различия в качестве между партиями
Как было показано ранее в случае серийных/автоклавных процессов, качество продукта в партии может варьироваться в широких пределах. Тот же эффект нагрева также приводит к различиям в качестве партий разного размера. Как показано на рисунке 3.0 ниже, небольшие партии или упаковки в красном цвете нагреваются быстрее, чем крупные партии, и могут оставаться горячими дольше, чем крупные партии.
Эта разница в выдержке приводит к существенным различиям в качестве. Таким образом, существует большая вариабельность качества не только внутри партии, но и между партиями. Во многих продуктах, таких как микробиологические или биотехнологические среды, это приводит к значительным различиям в функциональности, а иногда и в стерильности.
В крайних случаях это приводит к недостаточной стерилизации и загрязнению среды или продуктов. Как также видно на рисунке 3.0, в непрерывных процессах термической стерилизации таких проблем нет. Независимо от размера партии, они подвергаются одинаковому минимальному нагреву. Качество и функциональность продукта остаются неизменными.
Обработка порционным способом по сравнению с непрерывными термическими процессами
Из-за особенностей автоклавирования/ретортирования продукты обрабатываются несколько раз. Их необходимо подготовить, разложить по упаковкам, разложить на полке для ретортирования, а затем загрузить партию в автоклав. После стерилизации и охлаждения упаковки с продуктом необходимо вынуть из автоклава, еще раз охладить, высушить и наклеить этикетки, а затем разложить по ящикам для транспортировки или дальнейшего использования.
Это необходимо делать для каждой партии. При использовании непрерывной термической стерилизации после перемешивания продукт подается в комбайн. Упаковка продукта производится на выходе из цеха в стерильном кожухе, после чего упаковки укладываются в ящики для отправки или дальнейшего использования. Это очень эффективное использование рабочей силы, позволяющее обрабатывать больше продуктов за меньшее время и с меньшим количеством людей.
Расширяются масштабы периодических и непрерывных термических процессов
По мере увеличения спроса на продукты периодической обработки в автоклав или реторту можно помещать все более крупные партии, но увеличение загрузки может привести к увеличению времени обработки и, соответственно, к снижению качества продукта. Аналогичным образом, использование емкостей большего размера приводит к увеличению времени нагрева и процесса, а также к увеличению потерь качества продукта. Кроме того, порционные процессы с использованием реторт или автоклавов занимают ограниченное пространство и позволяют обрабатывать только партии ограниченного размера для каждого цикла.
Таким образом, для удовлетворения спроса необходимо проводить несколько трудоемких циклов в день. Однако из-за длительности цикла порционных процессов возможно производить только ограниченное количество порций в день. Таким образом, для удовлетворения растущего спроса требуется больше реторт/автоклавов, что, в свою очередь, требует больше места и рабочей силы. Процессы непрерывной термической стерилизации значительно упрощаются. С увеличением спроса требуется просто более длительная обработка в течение дня.
Поскольку размер партии не влияет на процесс, с увеличением спроса они по-прежнему обеспечивают получение стабильного продукта более высокого качества, чем процессы периодической стерилизации. Кроме того, непрерывные процессы требуют меньше трудозатрат и не требуют такого количества повторяющихся циклов, как периодические процессы, поэтому они позволяют вам легче справляться со спросом, чем реторты или автоклавы.
При быстром росте производства, в конечном счете, может потребоваться больше стерилизаторов непрерывного действия, и их также легко масштабировать. Новые системы просто должны иметь такую же временную и температурную характеристику, чтобы обеспечить такое же тепловое воздействие и качество, как и в оригинальной системе.
Энергоэффективность при периодической и непрерывной стерилизации
При пакетной обработке, например, в автоклавах и ретортах, объем продуктов нагревается снаружи через многослойную упаковку. Это неэффективный метод нагрева как с точки зрения времени, так и с точки зрения энергии, необходимой для нагрева продукта. Также нет возможности утилизировать или повторно использовать эту энергию. В термостерилизаторах непрерывного действия используются теплообменники, которые гораздо эффективнее передают тепло для стерилизации продуктов. Таким образом, они могут обрабатывать больше продуктов при меньших затратах энергии. В некоторых случаях эти системы сконструированы таким образом, чтобы перерабатывать энергию и становиться еще более эффективными.
Резюме
В целом, по сравнению с периодическими процессами, такими как реторты или автоклавы, термические стерилизаторы непрерывного действия
• Значительно менее вредны и позволяют получать продукцию более высокого качества, что часто позволяет использовать меньшее количество ингредиентов для получения стерильного продукта с той же функциональностью.
• Продукция неизменно высокого качества независимо от размера партии или упаковки.
• Легко масштабируются по мере роста спроса.
• Потребляют меньше труда и энергии, что удешевляет производство стерильного продукта.
• Занимают меньше места и легче масштабируются для адаптации к изменениям (например, в результате стерилизаторы непрерывного действия позволяют получать более качественный и однородный продукт при меньших эксплуатационных расходах и, таким образом, приносить вам больше прибыли.
Свяжитесь с нами в для получения дополнительной информации и выяснения того, чем мы можем вам помочь.