Рост стоимости энергии заставил консервную промышленность оптимизировать потребление энергии, чтобы эффективно производить безопасные и долговечные продукты. В отрасли консервирования грибов энергоэффективность имеет решающее значение для повышения конкурентоспособности продукции (цены). Целью этого исследования было продемонстрировать общее потребление пара для достижения одинакового уровня стерильности (показательности) консервированных грибов за счет использования различных комбинаций времени и температур автоклавирования.
Agaricus bisporus в рассоле, содержащемся в банках, подвергали термической обработке в горизонтальной статической реторте. Для достижения разных уровней значений β использовались три разные температуры в реторте (115, 121 и 130°C) и различное время обработки оператором в диапазоне от 2 до 97 минут. Наши результаты показали, что при одном и том же уровне стерильности расход пара обратно пропорционально снижался с увеличением температуры реторты. При том же значении 10 минут достигнута энергоэффективность до 72,9% и 58,1% на партию реторты за счет повышения температуры со 115 до 130°С и со 115 до 121°С соответственно. Поскольку потребление пара является основным элементом производственных затрат в консервной промышленности, выбор более высоких температур и более короткого времени автоклавирования будет иметь положительный коммерческий эффект за счет снижения производственных затрат.
Введение
Термическая обработка является одним из наиболее экономически эффективных методов обработки и консервирования пищевых продуктов и широко применяется в пищевой промышленности. Это важный метод не только для сохранения пищевых продуктов за счет продления срока годности, но также для улучшения качества еды и повышения доступности, безопасности и доступности продуктов питания. Пищевые продукты нагревают в течение определенного периода и при определенной температуре для достижения стандарта безопасности условий коммерческой стерилизации, где наиболее распространенным подходом является автоклавирование.
Расход пара в процессе стерилизации в реторте является основным элементом себестоимости при производстве консервов. Важнейшим вопросом в консервной промышленности является попытка минимизировать производственные затраты за счет снижения расхода пара в процессе стерилизации. Факты показывают, что пищевые консервные предприятия, которые осуществляют процессы стерилизации в автоклавах периодического действия, имеют тенденцию переваривать их, чтобы обеспечить достижение стерильных коммерческих условий. Необходимо избегать чрезмерного нагрева из-за снижения качества продукции и неполной загрузки мощностей предприятия. Ненужная переработка может привести к перерасходу пара, что может значительно увеличить производственные затраты. Поэтому термическая обработка должна быть оптимизирована с целью минимизации энергозатрат и ухудшения желаемых качественных характеристик, а также достижения желаемого срока хранения пищевых продуктов за счет устранения микроорганизмов, вызывающих порчу.
Доступна различная литература по термическим процессам, но в основном она посвящена микробиологическим и биохимическим аспектам. Исследования по управлению энергопотреблением для оптимизации потребления пара, проведенные Бхоумиком и Хаякавой, Симпсоном и др., Каннан и Нихарика, а также Холдсворт и Симпсон предоставили примеры теоретических оценок и экспериментальных моделей, а также практики энергопотребления в лабораторных масштабах термической обработки. Однако изучение расхода пара в процессе автоклавирования при различных температурах и значениях в реальной системе пищевой промышленности пока ограничено.
Мы выбрали гриб в качестве модели исследования, поскольку гриб (Agaricus bisporus) является одним из популярных консервированных пищевых продуктов на мировом рынке и известен своими нутрицевтическими свойствами. Однако Agaricus bisporus очень скоропортящиеся и быстро теряют свои сенсорные характеристики, а также чрезвычайно чувствительны к нагреванию. Это исследование было направлено на оптимизацию общего потребления пара для достижения одинаковой ценности консервированных грибов за счет использования различных комбинаций времени и температур автоклавирования. Мы надеемся, что это исследование повысит конкурентоспособность предприятий по консервированию грибов за счет оптимизации конструкции и работы с более эффективным потреблением пара.
Материалы
Сырьем служили свежие грибы Agaricus bisporus, выращенные компанией PT. Сурьяджая Абадиперкаса, Проболинго, Восточная Ява, Индонезия. В качестве устройств использовались горизонтальная статическая реторта диаметром 1,25 м и длиной 2,35 м (Chi Yinfa, Тайвань), интеллектуальный цифровой вихревой расходомер и сумматор расхода (Yantai Auto Instrument Making Co. Ltd). Мы использовали 11 регистраторов температурных данных OM-CP-Hitemp140 и два высокотемпературных регистратора данных с гибким зондом и OM-CP-Hitemp140-PT (Omega Engineering, Норуолк, Коннектикут, США). Оба регистратора данных OM-CP-Hitemp140 и OM-CP-Hitemp140-PT представляют собой высокоточные устройства, погружные, выдерживают температуру до 140°C (284°F), оснащены датчиками с точностью ±0,1°C. (0,18°F) во всем рабочем диапазоне от -200 до 260°C (от -328 до 500°F). Пар производился котлом (Omnical GmbH № 16496, Германия) производительностью 3000 кг/ч, максимальной температурой 160°С и максимальным давлением 6 бар.
Методы
Проведены предварительные эксперименты для определения самой холодной точки в ретортных ящиках и стерилизаторах с учетом наблюдения за различными положениями с использованием регистраторов данных (испытание на распределение тепла). Данное исследование проведено путем оценки адекватности процесса нагревания консервированной продукции из Agaricus bisporus. Адекватность процесса стерилизации оценивалась на основе данных о проникновении тепла и рассчитывалась как минимальное значение. Процедура проведения испытания на распределение тепла описана в протоколе Института специалистов по термической обработке (IFTPS). Всего в автоклаве в центре банки было размещено одиннадцать беспроводных регистраторов данных для измерения проникновения тепла.
Автоклав состоит из трех корзин, куда беспорядочно загружаются банки. В каждой корзине было по 700 банок грибной продукции целиком или в полной комплектации. Перед проведением эксперимента конденсат из реторты удаляли. Операторы автоклава поддерживали другие параметры стерилизации (например, температуру и давление) и выполняли действия, указанные в стандартных рабочих процедурах консервного завода. Для испытаний на проникновение тепла все протестированные продукты были приготовлены с использованием стандартных рабочих процедур, практикуемых на соответствующих предприятиях по консервированию пищевых продуктов.
Все протестированные продукты содержали в качестве основных компонентов твердые элементы грибов, поэтому предполагалось, что протестированные упаковки нагревались в основном за счет проводимости. Регистраторы данных располагались в центре банок, а их кончики помещались внутри жесткой части грибного продукта. Продукты Agaricus bisporus, протестированные с помощью прикрепленных к ним регистраторов данных, были затем стратегически расположены недалеко от центра каждой корзины. Расход пара измерялся с помощью вихревого расходомера.
Условия процесса консервирования
В процессе консервирования, проведенном в этом исследовании, использовались стандартные этапы обработки грибной консервной промышленности. В целом этапами процесса консервирования грибов были подготовка материалов, бланширование, розлив в банки, наполнение среды, откачивание. , закатка, стерилизация, охлаждение, маркировка и хранение. В ходе этого эксперимента были произведены консервы из рассола Agaricus bisporus в банках емкостью 8 унций и размерами 300х407.
Измерение расхода пара
Расход пара измерялся вихревым расходомером, интегрированным с цифровым сумматором. Общий расход пара измеряется от «включения пара» до «выключения пара» или за время выхода пара и период выдержки. Процесс охлаждения не измерялся, поскольку пар не требовался. Потребление пара для каждой процедуры строили в зависимости от значений температуры и температуры реторты, чтобы описать взаимосвязь между этими параметрами.
Результаты и обсуждение
Консервированные Agaricus bisporus длительного хранения относятся к категории коммерческих стерильных пищевых продуктов, поскольку они герметично упакованы и термически обработаны. Условие коммерческой стерильности может быть достигнуто путем термической и другой обработки, достаточной для инактивации спор и освобождения пищевых продуктов от микробов, которые могут расти при комнатной температуре (без охлаждения) во время распределения и хранения. Коммерческая стерильность обычно устанавливается на минимальном значении 12D, чтобы обеспечить техническое 12-кратное логарифмическое сокращение жизнеспособных спор наиболее термостойких микробов. Состояние процесса коммерческой стерилизации во многом зависит от различных факторов, таких как pH, начальная микробная нагрузка, виды микроорганизмов, теплопередача в обрабатываемых продуктах и контейнерах, средах и условиях хранения после стерилизации.
Мы исследовали взаимосвязь между потреблением пара, -значениями и временем стерилизации, выполняемым оператором при трех различных температурах автоклава. Значение — становится основным фактором при определении сочетания температуры и времени нагрева в процессе стерилизации. Одно и то же значение может быть получено при различных сочетаниях температур и времени стерилизации. Повышение температуры значительно сокращает время, необходимое для достижения того же уровня. Предполагаемое время стерилизации, необходимое для достижения желаемого значения, можно рассчитать с использованием полученной регрессии для каждой температуры. Для всего гриба в рассоле со значением -10 минут расчетное время стерилизации при температуре 115, 121 и 130°C составило 39,32, 11,22 и 1,30 минуты для достижения рекомендуемого значения -соответственно.
Скорость -значений можно определить по градиенту каждой линии регрессии. Скорость увеличения значений тем выше при более высокой температуре автоклава. Самый высокий показатель -значений при температуре реторты 130°C соответствует формуле общего метода. Значение — это функция времени и температуры процесса. Значения — больше зависят от температуры процесса, чем от времени процесса.
Увеличение времени обработки вызвало увеличение расхода пара при всех температурных режимах реторты (115, 121 и 130°С). Скорость расхода пара можно определить по уклону линии наклона, описывающей количество расхода пара за минуту времени обработки. На основании полученной регрессии, скорость потребления пара для 115, 121 и 130°C составила 1,15, 2,80 и 4,66 кг/мин соответственно. Очевидно, что за одно и то же время обработки скорость потребления пара тем выше, чем выше температура автоклава.
Однако эксплуатация автоклава при более высокой температуре приводит к тому, что для достижения того же уровня значения температуры требуется меньше времени. Таким образом, необходимое потребление пара может определяться сочетанием скорости потребления пара и требуемой операции. Например, достижение рекомендуемого значения 10 минут при 115, 121 и 130°C потребует времени работы 39,32, 11,22 и 1,30 минут, следовательно, потребуется пара примерно 45,11, 31,47 и 6,08 кг. соответственно. Это указывает на то, что для получения того же значения при более высокой температуре необходимо меньше пара.
Более высокое значение требует более высокого расхода пара при всех температурах автоклава. Для достижения того же значения -использование более высокой температуры реторты (130°C) требует наименьшего расхода пара. Это явление произошло потому, что время обработки операторов между тремя температурами реторты (115, 121 и 130°С) для достижения одного и того же значения было разным. При более низких температурах в автоклаве количество потребляемого пара было выше из-за длительного периода выдержки. После достижения целевой температуры автоклава или периода выдержки выпускной и сливной клапан остаются полностью открытыми, в то время как пар впрыскивается в автоклав до тех пор, пока давление не станет эквивалентным давлению паров в реторте для поддержания заданной температуры автоклава. Процесс стерилизации с более низкой температурой потребует более длительного времени обработки оператором для достижения того же значения. Более длительное время обработки приведет к более значительным потерям тепла. В период выдержки пар в большей степени используется для компенсации потерь тепла из-за отбора воздуха, конденсата, конвекции и излучения.
Об аналогичном указании сообщили Бхоумик и Хаякава, когда они проводили исследование с использованием пищевого имитатора при двух разных температурах в реторте (110°C и 121°C). Они сообщили, что при том же значении расход пара при 121°C был меньше, чем при 110°C. Результаты наших исследований обеспечивают большую ясность, поскольку мы использовали более широкий диапазон температур автоклавирования (при трех различных температурах автоклава: 115, 121 и 130°C) и данные о потреблении пара, которые мы измеряли в реальной системе консервной промышленности.
Выводы
Основываясь на потреблении пара, мы обнаружили, что использование более высокой температуры и более короткого времени более экономично по сравнению с использованием более низкой температуры и более длительного времени автоклавирования. Для процесса консервирования, требующего -значения 10 минут, мы обнаружили, что эффективность потребления пара до 72,9% и 58,1% на партию автоклавирования была достигнута за счет повышения температуры со 115 до 130°C и со 115 до 121°C соответственно.