Производство пищевых продуктов, прошедших термическую обработку, обходится в Соединенных Штатах в 134 миллиарда долларов в год (All Business, 2009). Объем рынка только овощных консервов составляет 5 миллиардов единиц. Другими крупными категориями термически обработанных пищевых продуктов являются рынок консервированных супов объемом в 4 миллиарда единиц и рынок детского питания объемом в 1,5 миллиарда единиц (Keith, 2001).
В пищевой промышленности появилось множество новых технологий и упаковок. Новая технология осциллирующей автоклавы аналогична вращательному процессу в том смысле, что она перемешивает пищевой продукт, помогая увеличить скорость нагрева сердцевины; однако для изготовления реторт-пакетов можно использовать осциллирующую технологию, поскольку при плавном покачивании они не повреждаются (Collins, 2009). Популярность реторт-пакетов в Соединенных Штатах растет. В 2005 году Стэн Сачаров (Stan Sacharow) (исполнительный директор Packaging Group Inc. в Принстоне, штат Нью-Джерси) сообщил, что продажи упаковочных материалов в США ежегодно растут на 13-15% (Gazdziak, et. al., 2005).
Существует ряд предположений, связанных с технологией осциллирования. Считается, что, как и при ротационной технологии, осциллирующая технология может привести к сокращению времени выполнения процесса. Сокращение времени обработки может привести к улучшению вкуса, цвета и сохранению витаминов, а также к снижению энергозатрат и увеличению срока годности. Перемешивание с помощью осциллирующей технологии может позволить использовать в процессе более высокие температуры, что еще больше сократит время процесса (Пархомчук, 1977). Существует очень мало опубликованных работ, посвященных колебательному процессу, и необходимо ответить на ряд вопросов, прежде чем компания решит инвестировать в новую технологию.
Приведет ли внедрение технологии к сокращению времени выполнения процесса? Останется ли качество продукта таким же или улучшится? Будет ли пищевая ценность продукта такой же или улучшится? Оправдывает ли новая технология капитальные вложения в новое оборудование? Какое движение качания (из стороны в сторону или спереди назад) более эффективно? Эффективна ли осциллирующая технология для всех уровней вязкости пищевых продуктов? Если нет, то в каких типах продуктов следует использовать осциллирующую технологию, а в каких нет?
Термообработка в автоклаве. Определение термообработки в автоклаве
По определению, термообработка в автоклаве — это процедура, используемая для нагревания герметичных банок или других автоклавопригодных емкостей (например, пакета для реторты) в камере с паровыми клапанами, которые позволяют точно регулировать температуру для уничтожения бактерий и спор. Нагнетание пара под давлением позволяет температуре воды в каждой банке или пакете в камере превышать температуру кипения (Мурано, 2003). Введение в исследование, проведенное Шином и соавторами. в 1991 году была описана цель термической обработки консервированных продуктов. Основной целью термической обработки является получение коммерчески стерильного продукта (Shin et. al., 1991). Коммерческая стерильность — это уничтожение всех жизнеспособных микроорганизмов, имеющих значение для общественного здравоохранения, а также тех, которые способны размножаться в нормальных условиях без охлаждения во время хранения и распространения (Galvin, et. Al., 1995).
Целью термической обработки является уничтожение Clostridium botulinum, поскольку это самая термостойкая из патогенных бактерий. При оценке термической обработки необходимо учитывать вкусовые качества (цвет, текстуру и аромат) и питательные свойства продукта, и уделять им пристальное внимание. Термический процесс должен быть оптимальным, чтобы предотвратить переваривание продукта (Shin et al., 1991). Переварка продукта может привести к потере насыщенности вкуса, нежелательной текстуры или потере содержания витаминов. Цель процесса автоклавирования — сделать микроорганизмы и споры неактивными; однако такая термическая обработка может также привести к разрушению основных питательных веществ (т.е. к снижению качества). Большое значение имеет максимальное сохранение качества автоклавированных продуктов при одновременном снижении микробиологической активности (Ali и др., 2006).
Общие термины, относящиеся к термообработке в автоклавах
Существует несколько важных терминов, связанных с термообработкой в автоклавах. Десятичное время восстановления (значение D) — это время, необходимое для уничтожения 90% организмов в популяции бактерий (или 1 логарифмический цикл). Значение Z — это постоянная термического сопротивления, и это увеличение температуры, необходимое для сокращения времени десятичного сокращения (значения D) на 90% или на один логарифмический цикл (Murano, 2003). Микроорганизмами, представляющими интерес для консервированных продуктов, являются анаэробные бактерии, поскольку они размножаются в отсутствие кислорода (Galvin, et. Al., 1995). Clostridium botulinum — самый опасный термостойкий патоген, который, вероятно, присутствует в продуктах с низким содержанием кислоты (Abdul и др., 2006). Продукты с низким содержанием кислоты — это любые продукты (кроме алкогольных напитков) с конечным равновесным значением рН более 4,6 и активностью воды более 0,85 (Galvin, et. Al., 1995). Clostridium botulinum вырабатывает смертельный токсин и может расти в анаэробных условиях внутри герметичного контейнера. Уничтожение C. ботулизм является минимальным требованием при стерилизации пищевых продуктов.
В пищевых продуктах могут присутствовать и другие, более термостойкие бактерии, вызывающие порчу, и поэтому пищевые продукты обычно подвергаются более тщательной обработке, чем минимальная (Абдул и др., 2006). Микроорганизмом, используемым для определения эффективности сочетания времени и температуры тепловой обработки, является непатогенная бактерия Bacillus stearothermophilus. Bacillus stearothermophilus более термостойка, чем споры C. botulinum (Мурано, 2003). Концепция 12D заключается в сочетании времени и температуры обработки, что позволяет сократить время термической обработки на двенадцать циклов.
Сокращение времени термической обработки пищевых продуктов на двенадцать циклов необходимо для обеспечения запаса прочности пищевых продуктов, подвергнутых термической обработке. Пищевой продукт считается “коммерчески стерильным”, если вероятность выживания 1 споры Clostridium botulinum составляет 1 из 1012 банок при 12-дневной обработке. Коммерческая стерильность означает, что все патогенные организмы и организмы, продуцирующие токсины, а также организмы, вызывающие порчу, были уничтожены.
Коммерчески стерильные продукты содержат небольшое количество термостойких бактериальных спор, но при обычных условиях хранения они не размножаются в пищевых продуктах. Если их изолировать от пищевых продуктов и создать правильные (благоприятные) условия, они могут стать жизнеспособными (Мурано, 2003). Время термической гибели (TDT) — это комбинация времени нагревания и температуры, которая уничтожает споры в различных концентрациях. TDT — это время, необходимое для уменьшения популяции микроорганизмов на заданную величину, а также время, необходимое для того, чтобы убедиться, что выживших нет. На графике TDT (на бумаге в виде полулога) по оси y отложено время нагрева в минутах, а по оси x — температура (F или C). Значение Fo — это время, необходимое для уменьшения популяции микроорганизмов на определенное количество при температуре 121°C и значении Z, равном 10°C (Murano, 2003).
Испытания на термопроницаемость
Испытания на термопроницаемость используются для определения скорости нагревания (и охлаждения) конкретного пищевого продукта в данной упаковке при определенных условиях (Национальная ассоциация производителей пищевых продуктов, 1985). Они проводятся для определения технологических параметров термической обработки. Термопары вставляются в контейнер на определенную длину, чтобы достичь холодного места (точки) внутри контейнера/упаковки. Холодное место — это последнее место в банке или другом контейнере, которое нагревается. Холодное пятно обычно находится немного ниже центра банки или пакета для пищевых продуктов, что обеспечивает конвекционный нагрев, и в центре контейнера для продуктов с теплопроводным нагревом. Холодное пятно определяет, проникло ли тепло в контейнер с пищевыми продуктами, чтобы разогреть все частицы продукта до нужной температуры.
Время, необходимое холодильной камере для разогрева и достижения требуемой температуры, определяет общие параметры обработки конкретного пищевого продукта. Показания температуры и времени регистрируются с определенными интервалами для каждого контейнера в автоклаве с помощью компьютерной системы регистрации. Интервалы могут составлять всего 15 секунд. Данные анализируются с помощью программного обеспечения для термической обработки (Murano, 2003).
Процедура термической обработки в автоклаве
Контейнер (банка или пакет) заполняется определенным количеством пищевого продукта. Для создания “эффекта перемешивания” поддерживается определенное свободное пространство (иногда называемое остаточным воздухом в пакетах). Эффект перемешивания создается количеством воздуха в контейнере/упаковке и перемешиванием контейнера/упаковки в автоклаве. Эффект перемешивания можно сравнить с использованием ложки для перемешивания пищевых продуктов на плите, чтобы они быстрее разогревались.
Жестяная банка герметично закрывается крышкой (для герметизации воздуха), а пакеты термосвариваются с помощью зажимных губок. Контейнеры помещаются в камеру на штабелируемые поддоны или в отверстия определенного размера в случае некоторых ротационных процессов. Температура и давление в автоклаве устанавливаются таким образом, чтобы они достигали определенной температуры и давления в течение определенного периода времени. В автоклав подается пар и/или вода. Время разогрева — это время, необходимое камере для разогрева до температуры, необходимой для приготовления. Время приготовления — это количество времени, в течение которого продукт готовится, чтобы сделать его коммерчески стерильным. Время охлаждения — это время, необходимое пищевому продукту для охлаждения до температуры окружающей среды (Murano, 2003).
Режимы термообработки в автоклаве
Существует три режима термообработки в автоклаве: статический, вращающийся и колебательный. Во время обработки в статическом автоклаве продукт остается неподвижным внутри камеры автоклава. При обработке во вращающемся автоклаве продукт вращается по кругу с разной скоростью, чтобы ускорить нагрев продукта. Колебательный процесс — это новый способ обработки, при котором продукт перемещается из стороны в сторону или спереди назад для более быстрого разогрева. Хорошо известно, что ротационный процесс имеет больше преимуществ, чем статический (Хадсон, 2009).
Преимущества ротационного процесса по сравнению со статическим процессом
Поскольку контейнеры вращаются внутри автоклава, содержимое контейнеров перемешивается, что устраняет холодные пятна. Перемешивание также сокращает время обработки, поскольку содержимое контейнера нагревается быстрее и более равномерно (Ali, et. al., 2006). В исследовании, проведенном Али и соавторами (2007), общее время процесса при заданной температуре и значении Fo уменьшалось с увеличением частоты вращения. Скорость вращения в 6 оборотов в минуту позволила сократить время на целых 6 минут по сравнению со стационарными автоклавами (Ali et. al., 2007). В исследовании Такера и соавторов (2006) описана ротационная обработка.
Движение пузырьков или остаточного воздуха в упакованном продукте обеспечивает перемешивание, что способствует максимальной теплоотдаче. Для термической обработки используются два типа вращения: сквозное (EOE) и осевое. При EOE контейнеры загружаются вертикально, а ящик вращается вокруг центральной горизонтальной оси. При осевом вращении банки поворачиваются по отдельности в горизонтальной плоскости (Tucker et. и др., 2006). Одно из первых исследований, связанных с ротационной обработкой, было проведено Клифкорном и др. в 1950 году. В этом исследовании были изучены банки для перемешивания при обоих способах вращения (EOE и осевом). Высокие скорости вращения и высокие температуры позволили улучшить общее качество продукта, особенно для вязких и термочувствительных продуктов.
Многие исследования показали, что перемешивание продукта путем перемешивания пузырьков в свободном пространстве может ускорить теплопередачу внутри продукта (Tucker et. и др., 2006). В статье Collins (2009) рассматривался вопрос о том, какой способ автоклавирования лучше всего подходит для конкретных типов контейнеров. В статье обсуждалась обработка плавным перемещением. Цилиндрические контейнеры помещались в корзины или, в случае пакетов и лотков, в стеллажи, которые были уложены друг на друга, образуя корзину. Применялись возвратно-поступательные движения вперед и назад. Такая обработка вызывала конвекцию в продукте.
Обработка плавными движениями осуществляется со скоростью 0-60 “ходов” в минуту. Ход — это одно полное движение автоклава вперед и назад. Обработка плавным движением обычно используется в режимах насыщенного пара, распыления пара/воды или каскадирования воды. Реторт-пакеты и низкопрофильные лотки лучше всего подходят для обработки плавным движением, поскольку этот режим менее вреден для контейнеров, а низкопрофильная геометрия требует менее интенсивного перемешивания для обеспечения конвективного нагрева внутри контейнеров (Collins, 2009).
Процессы стерилизации автоклавов
Существуют четыре типа процессов стерилизации автоклавов: § Насыщенный пар; § Погружение в воду; § Распыление воды; § Стерилизация паровоздушной смесью под избыточным давлением
В статье Хадсона (2009) описана стерилизация под избыточным давлением. Пакеты и большинство пластиковых контейнеров, пригодных для повторного использования, требуют стерилизации под избыточным давлением. Стерилизация под избыточным давлением означает, что во время стерилизации в автоклав поступает воздух. Избыточное давление создает дополнительное давление на внешнюю поверхность контейнеров, предотвращая их деформацию. У пакетов тонкие стенки, и когда они начинают нагреваться и смешиваться с газами внутри контейнера, внутреннее давление в контейнере увеличивается с возрастающей скоростью.
Если внешнее давление недостаточно велико, контейнер деформируется или разрывается (Хадсон, 2009). Насыщенный пар К некоторым преимуществам технологии насыщенного пара относятся низкие капиталовложения, простота в ручном управлении и возможность обработки большинства консервированных продуктов. К некоторым недостаткам относятся; использует много энергии (пара) на стадии вентилирования, обычно может обрабатывать только “контейнеры с тяжелыми боковыми стенками”, такие как консервные банки, и не может обрабатывать хрупкие контейнеры (пакеты, пластиковые бутылки, баночки и т.д.). Насыщение автоклава паром является обязательным требованием, поскольку воздух считается изолятором.
Во время этого процесса не возникает избыточного давления (поскольку воздух не может попасть в емкость в любое время). Однако иногда на этапах охлаждения используется избыточное давление воздуха, чтобы предотвратить деформацию контейнера (Хадсон, 2009). Технологические этапы стерилизации автоклавов насыщенным паром следующие: открытие выпускного отверстия, закрытие выпускного отверстия, варка, наполнение охлаждением под давлением, охлаждение под давлением, атмосферное охлаждение и слив (Хадсон, 2009).
Функция открытия выпускного отверстия заключается в насыщении автоклава паром и удалении всего воздуха, который находился внутри камеры автоклава. Выпускной клапан должен быть открыт на протяжении всего процесса выпуска. В конце этапа температура в автоклаве должна быть на уровне или выше температуры вентиляционного отверстия (Хадсон, 2009). На этапе закрытия вентиляционного отверстия температура регулируется и доводится до температуры варки. В конце этапа приготовления с закрытым вентиляционным отверстием температура должна быть на уровне или выше запланированной температуры приготовления (Хадсон, 2009).
Цель этапа приготовления — поддерживать температуру в течение необходимого для процесса времени. На этом этапе должны соблюдаться температура и время, указанные в технологическом процессе. На этапе приготовления требуются следующие записи: показания MIG (ртуть в стекле), показания диаграммы и проверка выпускного клапана (Хадсон, 2009). На этапе заливки под давлением начинается процесс охлаждения. На этом этапе охлаждающая вода поступает в автоклав одновременно с запуском системы регулирования давления.
Этап охлаждения под давлением заканчивается, когда уровень воды достигает определенного значения (определенного в рецептуре или формуле) (Хадсон, 2009). На этапе охлаждения под давлением процесс охлаждения продолжается, и охлаждающая вода продолжает поступать в автоклав, а затем вытекает через сливной клапан (регулирующий уровень). На этапе охлаждения под давлением также поддерживается давление (Хадсон, 2009). Во время этапа атмосферного охлаждения охлаждение продолжается и давление сбрасывается. Последним этапом является слив воды из автоклава (Хадсон, 2009).
Погружение в воду
При погружении в воду используется процесс с избыточным давлением. Продукт изолирован от доступа охлаждающего воздуха (поскольку он погружен в воду), но во время процесса в емкость может поступать воздух. Избыточное давление создается за счет подачи воздуха или пара поверх воды. Иногда к пару добавляют воздух, который, в свою очередь, нагревает воздух. Поскольку в этом процессе используется избыточное давление, он может использоваться для обработки самых хрупких емкостей.
Автоклав для погружения в воду иногда имеют два сосуда. Верхняя емкость представляет собой “резервуар для горячей воды, который предварительно нагревается для следующего технологического процесса и используется для сбора стерильной воды из предыдущего технологического процесса”. Нижняя емкость (технологический резервуар) — это место, куда помещается продукт (Хадсон, 2009). Некоторые преимущества этой системы заключаются в том, что в ней можно использовать емкости из углеродистой стали, она может работать с большинством типов контейнеров, подходит для ротации (плавучесть груза), частичного погружения в ротационную систему, очень хороша для ротации с частотой вращения 10 оборотов в минуту и выше, а также в экономии энергии, поскольку резервуар для хранения позволяет воде быть захваченным после завершения процесса. К некоторым недостаткам погружения в воду относятся высокие капиталовложения (при использовании системы с двойным баком), практически невозможность ручного управления, а также увеличение времени на техническое обслуживание и стоимости (при использовании реторт с вращающимися процессами) (Хадсон, 2009).
Технологические этапы изготовления автоклава для погружения в воду следующие: подготовка резервуара, заполнение водой, всплытие, варка, охлаждение под давлением, заполнение водой под давлением, атмосферное охлаждение и слив (Хадсон, 2009). Целью этапа подготовки резервуара является нагрев (перегревание) воды в емкости для хранения (резервуаре для горячей воды). Температура, давление и уровень воды приводятся к заданным значениям, указанным в рецептуре или формуле. Этот этап не завершается до тех пор, пока температура воды в емкости для хранения не превысит начальную температуру продукта (которая была введена в систему оператором) (Хадсон, 2009). Следующий этап наполнения также известен как выпуск воздуха из технологического сосуда или стерилизация
1. Цель этого этапа — вылить перегретую воду, хранящуюся в емкости для хранения, на продукт, находящийся в технологической емкости (нижняя емкость). Когда вода стекает, из нее выходит большая часть воздуха. Завершение этого этапа происходит, когда уровень воды достигает определенной отметки (обычно достаточной, чтобы покрыть корзины) (Хадсон, 2009). Следующий этап также известен как стерилизация
2. Во время этого этапа насос остается включенным, продолжается вращение (если это вращательный процесс), а температура и давление продолжают поддерживаться на заданном уровне. Чтобы завершить этот этап, необходимо одновременно соблюдать временные и температурные условия. В конце этого этапа температура в автоклаве должна быть не ниже температуры варки (Хадсон, 2009). Этап варки также известен как стерилизация
3. Во время этого этапа температура в автоклаве должна быть на уровне или выше температуры варки и уровень воды на протяжении всего этапа должен быть на уровне или выше. При вращательном процессе расход должен быть в пределах допустимого диапазона на протяжении всего этапа и при допустимых оборотах в минуту. Оператор должен выполнить следующие проверки и записи: считывание показаний MIG, диаграммы и проверку уровня стекла sigh (Хадсон, 2009).
Процесс охлаждения начинается на этапе подачи охлаждающей жидкости под давлением. На этом этапе резервуар для хранения заполняется. Охлаждающая вода поступает в технологический резервуар, в то время как более теплая вода вытесняется в резервуар для хранения. Когда резервуар для хранения заполняется до “уровня повторного сбора”, этап завершается (Хадсон, 2009). На этапе охлаждения под давлением охлаждающая вода поступает в технологический резервуар, проходит через клапан сброса давления и затем покидает автоклав.
Этап завершается, когда завершается время охлаждения под давлением и достигается установленная температура в технологическом сосуде (Hudson, 2009). Этап атмосферного охлаждения продолжает процесс охлаждения. По истечении заданного времени и при достижении заданной температуры этап завершается (Хадсон, 2009). На этапе слива из автоклава сливается вода, и процесс завершается (Хадсон, 2009). Распыление воды — это процесс, при котором используется избыточное давление. Избыточное давление создается за счет подачи воздуха или пара в автоклав. Для стерилизации большинства емкостей можно использовать распыление воды.
Некоторые преимущества этой системы включают в себя меньшие капиталовложения, энергоэффективность (воду можно повторно использовать без химической обработки для следующего технологического процесса), наличие накопительного бака (за счет повторного сбора технологической воды), относительно простую конструкцию, устойчивость к статическим нагрузкам и низкий уровень шума.p.m ротационные процессы. Некоторые недостатки распыления воды заключаются в том, что оно не подходит для процессов с высокой частотой вращения (10 оборотов и выше), требует больше времени на техническое обслуживание и денег (при использовании функции вращения), увеличивает время наработки при высоких оборотах в минуту и время охлаждения (Хадсон, 2009).
Процесс изготовления автоклавов с водяным распылением включает следующие этапы: подготовка емкости, наполнение, выдержка, охлаждение под давлением, атмосферное охлаждение и слив (Hudson, 2009). Этап подготовки емкости является необязательным (только в том случае, если на автоклаве имеется емкость для предварительного нагрева). Цель этапа подготовки емкости — подогреть воду в емкости для хранения. Для завершения этого этапа температуру, давление и уровень воды доводят до заданных значений, указанных в рецепте или формуле. На этом этапе также проводится проверка внутренней температуры продукта, при этом температура воды должна быть выше, чем при комнатной температуре (Hudson, 2009).
Цель этапа предварительной заливки — заполнить дно автоклава водой и предварительно подогреть воду. Вода, находящаяся на дне, используется для рециркуляции через теплообменник. Этап завершается, когда достигаются требуемая температура и уровень воды для предварительного подогрева. Температура предварительного нагрева должна быть выше начальной для процесса вращения, вращение может начаться на этом этапе (Hudson, 2009). На этапе приготовления включается насос и начинается вращение (если оно еще не было запущено на предыдущем этапе). По истечении запланированного времени приготовления температура в реторте должна быть не ниже заданной температуры приготовления (Хадсон, 2009).
Во время приготовления температура в автоклаве должна быть на уровне или выше заданной температуры приготовления, а также на безопасном уровне воды, чтобы предотвратить кавитацию насоса и поддерживать приемлемую частоту вращения (при вращательном процессе). На этапе приготовления оператор выполняет следующие операции: считывание показаний MIG, диаграммы и проверка уровня смотрового стекла (Hudson, 2009).
На этапе охлаждения под давлением начинается процесс косвенного охлаждения в технологической емкости. Технологическая вода проходит через теплообменник и возвращается обратно в емкость. Внешняя охлаждающая вода подается на внешнюю сторону теплообменника для охлаждения воды внутри технологического резервуара. Этап завершается по истечении времени охлаждения под давлением и при достижении заданной температуры (Hudson, 2009). Этап охлаждения при атмосферном давлении продолжает процесс охлаждения в технологическом резервуаре. Во время охлаждения при атмосферном давлении давление было снижено практически до нуля. Этап заканчивается, когда время охлаждения при атмосферном давлении истекает и достигается установленная температура (Хадсон, 2009).
На этапе слива из автоклава сливается вода, и процесс завершается (Хадсон, 2009). Обработка паром-воздухом — это процесс с избыточным давлением, но продукт подвергается воздействию воздуха с избыточным давлением. Для перемешивания пара и воздуха используется большой вентилятор, предотвращающий образование холодных пятен в автоклаве. В некоторых процессах паровоздушной стерилизации предусмотрена возможность вращения. Паровоздушная стерилизация подходит для большинства типов емкостей. К преимуществам этого процесса относятся умеренные капиталовложения, энергоэффективность (вентилятор), простота конструкции и простота управления процессом. Недостатками паровоздушного автоклава являются то, что она не подходит для ротационного автоклава (особенно с частотой вращения 15 оборотов в минуту и выше), ротационный автоклав требует больше времени на техническое обслуживание и денег, а вентилятор усложняет автоклав (Hudson, 2009).
В паровоздушный процесс входят следующие этапы: открыть вентиляционное отверстие, закрыть вентиляционное отверстие, готовить, охлаждать под давлением/при атмосферном давлении и слить воду (Hudson, 2009). Этап открытия вентиляционного отверстия необязателен. Цель этого этапа — ввести пар в емкость и свести к минимуму количество воздуха, который уже находится в автоклаве (Hudson, 2009). При закрытии вентиляционного отверстия вентиляционный клапан закрывается, а температура регулируется и доводится до температуры приготовления. По истечении времени приготовления температура в автоклаве должна быть не ниже заданной температуры приготовления (Хадсон, 2009).
Цель этапа приготовления — поддерживать температуру, соответствующую рецепту или рецептурной смеси, в течение времени, требуемого рецептом или рецептурной смесью. На этом этапе температура проверяется по крайней мере один раз. Показания MIG, диаграммы и проверка выпускного клапана проверяются и регистрируются на этапе приготовления. Вентилятор остается включенным на этапе приготовления (Hudson, 2009). На этапах охлаждения под давлением и при атмосферном давлении вентилятор выключается и не используется до конца процесса (Хадсон, 2009). На этапе слива из автоклава сливается вода, и процесс завершается (Хадсон, 2009). Пакеты-реторты Общая информация о пакетах-ретортах Пакет-реторта представляет собой гибкий трехслойный ламинат, который обрабатывается как консервная банка и устойчив к хранению (Лопес, 1981). Пакеты-реторты — идея не новая. В 1960-х годах военные перешли с консервированных полуфабрикатов на готовые к употреблению блюда в пакетиках.
Разработка мешочка-реторты началась во время Второй мировой войны. Во время Второй мировой войны доктор Рудольф Хайсс возглавлял Фраунгофер-ИЛУ, ведущий научно-исследовательский институт пищевых продуктов, расположенный в Мюнхене, Германия. Немецкое верховное командование запросило удобную упаковку для обеспечения вермахта “вкусными, питательными, готовыми к употреблению блюдами”. Хайсс и его коллеги разработали тонкопрофильную упаковку с большим соотношением площади поверхности к объему (Сахаров, 2003). Пакеты-реторты очень распространены в Азии и Европе, и в обоих географических регионах были разработаны высокоскоростные линии. Хьюстон Кейт (директор Keymark Associates в Мариетте, Джорджия) утверждает, что в 2005 году в США и Канаде было продано от 800 миллионов до 1 миллиарда упаковок (в основном кормов для домашних животных). В 2005 году Стэн Сачаров (Stan Sacharow) (исполнительный директор Packaging Group Inc. в Принстоне, штат Нью-Джерси) сообщил, что продажи упаковочных материалов в США ежегодно растут на 13-15% (Gazdziak, et. al., 2005). Пакеты-реторты используются для производства ряда различных пищевых продуктов, включая корм для домашних животных, мясо, птицу, морепродукты, рис и супы.
В последнее время многие компании представили пищевые продукты в упаковках-ретортах: Star-Kist, Chicken of the Sea, Bumble Bee, Tyson (курица с белым мясом), Sara Lee (Sweet Sue Kitchens, курица, ветчина, индейка и другие продукты в упаковках-ретортах) и Masterfoods Inc. (Рис в пакетиках, готовый к употреблению, выдержанный при хранении) (Demetrakakes, 2004). Преимущества пакетиков-реторт У пакетиков-реторт есть несколько преимуществ. Пакетики-реторт сокращают время приготовления пищевого продукта. Они имеют более короткое время приготовления из-за высокого соотношения площади поверхности к объему (Никитюк, 2002).
Сокращение времени приготовления приводит к улучшению вкуса, повышению питательной ценности и уменьшению потери влаги (Gazdziak и др., 2005). Пакеты-реторты повышают безопасность как для потребителей, так и для сотрудников. В нем нет острых краев, что исключает порезы как у работников предприятий пищевой промышленности, так и у потребителей дома при вскрытии упаковки. Потребителю проще открывать упаковку, чем банки, поскольку для упаковки в пакеты не требуется открывалка для консервов. Некоторые сумки даже можно закрывать повторно (Никитюк, 2002).
Пакеты также позволяют легко дозировать продукты без использования посуды (Gazdziak и др., 2005). Пакеты занимают меньше места и весят меньше, что означает более эффективное использование складских площадей. Меньший вес и занимаемая площадь также экономят деньги, поскольку на перерабатывающие предприятия может быть доставлено больше незаполненных пакетов за один раз, чем незаполненных банок (Никитюк, 2002). Привлекательна дифференциация упаковки и более крупная лицевая сторона пакетов по сравнению с жестяными банками. Материал, из которого изготовлен пакет, позволяет лучше изобразить продукт и оставить больше места для других элементов (например, рецептов, информации о компании и т.д.).
Некоторые пакеты предварительно маркируются, что означает, что в процессе производства требуется на один шаг меньше, что исключает возможность неправильной маркировки (Микитюк, 2002). Недостатки пакетов-реторт Несмотря на многочисленные преимущества пакетов-реторт, у них есть несколько недостатков. Неправильное обращение с пакетом может привести к его повреждению, что может ослабить герметичность пакета. Примерами неправильного обращения являются манипулирование упаковками в автоклаве вручную и наложение их друг на друга или соприкосновение друг с другом. Примеры правильного обращения с упаковками в автоклаве включают в себя их сушку и как можно более быстрое обертывание защитной пленкой. Очень важно правильно высушить пакет, чтобы избежать повторного загрязнения упаковки (Канадское агентство по инспекции пищевых продуктов, 2002).
Пакеты также подвержены порезам, проколам и точечным проколам (Никитюк, 2002). В Соединенных Штатах возникло некоторое сопротивление внедрению реторт-пакетов из-за необходимости крупных капиталовложений в оборудование. компании уже эксплуатируют высокоэффективные линии по производству консервов. Консервным компаниям придется вложить значительные средства в новое оборудование для наполнения и укупорки пакетов. Кроме того, неопытность сотрудников, связанных с оборудованием и процедурами, играет важную роль в разработке и производстве продуктов, обработанных в реторт-пакетах (Никитюк, 2002).
Исследования, связанные с реторт-пакетами
Существует несколько исследований, в которых изучается эффективность ретортных пакетов. В исследовании, проведенном в Индии в 2005 году Али и соавт. Кроме того, сардины в масле были консервированы в алюминиевых банках и пакетах-ретортах с тремя различными показателями летальности и обработаны в стационарном автоклаве. Сардины, обработанные в пакетах-ретортах, имели более короткое время обработки по сравнению с алюминиевыми банками. Сардины в пакетиках-ретортах были более твердыми по сравнению с сардинами, обработанными в алюминиевых банках. Жевательность, сцепление и упругость были выше в образцах из пакетов-реторт по сравнению с образцами, обработанными в алюминиевых банках (Ali Et. Al, 2005). Другим примером, иллюстрирующим преимущества ретортных пакетов, стало исследование, проведенное в 2004 году компанией Chandrasekar в Индии с использованием грибов в рассоле, обработанных в ретортных пакетах.
В ретортных пакетах не наблюдалось деформации, протечек или порчи. Продукт оставался стерильным и приемлемым даже после 12 месяцев хранения. Приемлемость продукта была высокой (7,9 баллов по 10-балльной шкале) и лишь незначительно снизилась (до 7,5 баллов) после 12 месяцев хранения (Чандрасекар, 2004). В исследовании, проведенном Моханом и соавторами (2005), было установлено, что продукты, обработанные в реторт-пакетах, превосходят консервированные продукты. Продукты в пакетиках обладали лучшими вкусовыми качествами и текстурой (упругость, жесткость и жевательность), а также общей приемлемостью. В исследовании цитировался ряд научных статей, в которых были показаны преимущества пакетиков перед банками: Chia et al. (1983) обрабатывали форель, минтай и креветки в пакетиках и обнаружили, что время обработки сокращается на 34%, 32% и 37% соответственно по сравнению с консервами. Другое исследование, проведенное Дюрансом и Коллинзом (1991), показало сокращение времени обработки кеты в пакетах на 48% по сравнению с консервами (Mohan, et. al., 2005).
Исследование, проведенное компанией Dymit (1973), показало, что креветки, обработанные в реторт-пакетах, обладают превосходным вкусом и цветом по сравнению с консервированными продуктами. Это исследование показало, что время обработки пакетов значительно сокращается по сравнению с банками (при одинаковом весе). Продукты были обработаны с одинаковой летальностью. Время обработки было сокращено на 35,67% для пакетов размером 16 х 20 см по сравнению с банками размером 301 х 206 штук, которые были обработаны с одинаковой летальностью. Для пакетов размером 17 х 30 см время обработки сократилось на 56,56% по сравнению с банками размером 401 х 411 шт. Продукты, обработанные в пакетиках, были светлее по цвету, тверже, имели более высокие показатели общей приемлемости, более высокую твердость, жевательность и упругость по сравнению с продуктами, обработанными в банках.
В целом, исследование показало, что продукты, упакованные в пакеты, были более качественными по сравнению с продуктами, упакованными в банки (Mohen, 2005). В исследовании, проведенном Бинду и соавторами (2008), были изучены характеристики теплопоглощения копченого тунца в масле и рассоле в реторт-пакетах при различных скоростях вращения. Это исследование показало, что тунец, запеченный в рассоле, быстрее нагревается, чем тунец, запеченный в масле. Высокая вязкость масла предотвращает быстрое конвекционное движение внутри пакетов. Ротация сокращает время процесса, что, в свою очередь, позволяет экономить топливо и энергию и производить продукты более высокого качества (улучшают питательность, цвет, вкус и аромат) (Bindu et al. al, 2008). В статье, автором которой является Рамасвами (1997), были оценены два типа емкостей для термической обработки тихоокеанского лосося при нагревании в перегонных кубах с воздушным паром и погружении в воду. Интересовали полужесткие контейнеры (SPC). Они сообщили, что для обработки лосося в SPC требуется примерно вдвое меньше времени, чем для обработки продукта в цилиндрической металлической банке (CMC).
Процесс, который позволил лососю в томатном соусе не пережариваться (улучшил качество) и сократить время приготовления (сэкономил энергию), — это высокотемпературная и кратковременная обработка в SPC (Ramaswamy, 1997). В статье Уильямса и др. (1981) сравнивалась стоимость банок и пакетов-реторт. Исследование было сосредоточено на переработанных фруктовых и овощных продуктах. В ходе исследования было установлено, что система упаковки в пакеты-реторты является наименее дорогостоящей по сравнению с двумя другими исследованными системами, которые представляют собой существующую линию консервирования и новую линию консервирования. В ходе исследования был рассмотрен ряд различных факторов. Затраты на приобретение и обслуживание упаковочной системы были значительно выше, чем на консервную банку (существующую или новую), но другие факторы, влияющие на стоимость упаковки, были ниже. Благодаря меньшему весу и объему упаковок стоимость доставки была ниже.
В этом исследовании также говорилось, что закупочная цена упаковки ниже, чем цена банки. Система упаковки также позволила сэкономить на энергии (транспортировке и изготовлении тары). Тип мешочка, который рассматривался в ходе исследования, представлял собой многослойный гибкий мешочек, состоящий из полипропилена, алюминиевой фольги и полиэстера (Williams et. al., 1981). Крахмал Общие термины, относящиеся к крахмалу По определению, крахмал — это полисахарид, получаемый из растительных источников (кукурузы, картофеля, риса и пшеницы). Это полимер, состоящий из 200 или более глюкозных звеньев, содержащих амилопектиновые (разветвленные) и амилозные (неразветвленные) участки.
Крахмальные гранулы представляют собой цитоплазматические структуры растений, в которых хранятся крахмальные полисахариды. Желатинизация — это необратимое нарушение молекулярной организации крахмальных гранул под воздействием тепла и воды. Во время желатинизации крахмальные гранулы увеличиваются в размерах. Крахмальный клейстер — это вязкоупругая система из крахмала и воды, которая обладает как густыми жидкими (вязкими), так и твердыми (эластичными) свойствами. Процесс склеивания следует за желатинизацией. Желатинизация следует за склеиванием и представляет собой образование геля из охлажденной пасты. Крахмальный гель представляет собой жесткую, загустевшую смесь крахмала и воды, которая обладает свойствами твердого вещества. Ретроградация является результатом нагревания и охлаждения крахмала в воде, при этом полимеры, в частности амилазы, повторно связываются в упорядоченную структуру (Мурано, 2003).
Виды крахмалов Крахмалы часто модифицируются, чтобы улучшить их функциональность в пищевой промышленности. Большинство модификаций связаны со спиртовыми группами в полимере крахмала или расщеплением гликозидных связей. Модифицированные крахмалы обладают целым рядом функций, включая образование пленки, стабильность при замораживании и оттаивании, склеивание и желатинирование, улучшенную растворимость и повышенную вязкость (Murano, 2003).
Предварительно желатинизированные крахмалы — это обычные химически модифицированные крахмалы, используемые в производстве пищевых продуктов. Этот вид крахмала увеличивает густоту продукта при минимальной термической обработке (Мурано, 2003). Это предварительно приготовленные крахмалы, которые способны мгновенно набухать в холодной воде (Fennema, 1996). Рекомендации по использованию крахмала для научного исследования В данном исследовании рассматривался ряд крахмалов. Рассматривались Purity-W, Thermflo и National Frigex от National Starch Food Innovation, но для эксперимента был выбран Frigex-W (Национальная крахмальная пищевая инновация). Purity-W — это модифицированный пищевой крахмал, полученный из воскообразной кукурузы. Он характеризуется высокой вязкостью, гладкой текстурой и отличной стабильностью при хранении при низких температурах.
Вязкость, получаемая при использовании Purity-W, выше, чем у обычных крахмалов. Purity-W не образует геля при охлаждении. Продукт хорошо работает в нейтральных и некоторых кислотных системах. Он используется в ряде пищевых продуктов, в том числе в консервированных продуктах с высоким содержанием pH (например, в соусах, рагу и супах), пудингах и других десертах. Purity-W обладает мягким вкусом и, следовательно, не будет маскировать вкус продуктов с тонкими вкусовыми характеристиками. National Starch Food Innovation рекомендует использовать Purity-W для приготовления кукурузы в сливочном стиле, поскольку это помогает обеспечить превосходный цвет, яркость, блеск и снижает склонность к свертыванию (National Starch Food Innovation, 2009). Thermflo — это модифицированный пищевой крахмал, полученный из воскообразной кукурузы, который придает пищевым продуктам приятный, насыщенный вкус.
Он подходит для пищевых систем с высоким и низким pH и обладает очень хорошей стабильностью при хранении при низких температурах (рекомендуется для замороженных продуктов). Thermflo используется в различных системах приготовления пищи (консервированные продукты, асептические консервы и замороженные продукты) и пищевых продуктах (фруктовые начинки, глазури, пудинги, заварные кремы, кремовые начинки для пирогов, подливки и соусы). National Frigex — это модифицированный пищевой крахмал, получаемый из тапиоки. Он придает пищевым продуктам гладкость, прозрачность, плотную консистенцию и мягкую текстуру. National Frigex очень устойчив при хранении при низких температурах и обладает отличной термостойкостью и кислотостойкостью. Его можно использовать в различных системах обработки пищевых продуктов, включая системы кратковременного приготовления при высокой температуре, сверхвысокие температуры и обычные системы периодического приготовления.
Рекомендуется для приготовления пресных продуктов (например, пудингов и кремовых начинок) (National Starch Food Innovation, 2009). Frigex-W — это модифицированный пищевой крахмал, получаемый из воскообразной кукурузы. Он используется в качестве загустителя в асептических консервах и замороженных продуктах. При использовании в пищевых продуктах Frigex-W придает продуктам плотную, гладкую и нежирную текстуру после полного приготовления в водной системе. Frigex-W обладает отличной термостойкостью, устойчивостью к воздействию кислот и сдвигу. Он также очень устойчив при хранении при низких температурах. Frigex-W используется в различных пищевых продуктах, включая пудинги и кремовые начинки. Из-за своей стойкости к воздействию кислот он также используется в некоторых фруктовых продуктах и кислотосодержащих соусах (National Starch Food Innovation, 2009).