Стерилизация пищевых продуктов уничтожает все микроорганизмы, включая спорообразующие бактерии. Это также продлевает срок годности пищевых продуктов. И, наконец, стерилизация снижает риск микробиологического заражения. Давайте подробнее рассмотрим характеристики и 4 этапа процесса стерилизации пищевых продуктов.
Процесс стерилизации: характеристики и цели
Николя Аппер усовершенствовал метод стерилизации в 18 веке. Впоследствии ученые стали использовать пар для стерилизации пищевых продуктов. Это привело к изобретению автоклавной стерилизации в начале 20 века. Давайте вспомним принципы, лежащие в основе процесса сохранения продуктов при помощи нагрева.
Цель стерилизации пищевых продуктов
Цель стерилизации пищевых продуктов — продлить срок их хранения. Продукт подвергается воздействию высокой температуры. Температура достигает более 100°C. Стерилизовать можно любые продукты: овощи, фрукты, блюда, приготовленные на основе молока, и т.д. После стерилизации банки можно хранить при комнатной температуре. Срок годности может превышать 12 месяцев, в зависимости от рецептуры.
Безопасность пищевых продуктов и гигиена
Процесс стерилизации защищает потребителей от опасностей, связанных с обработкой пищевых продуктов. Этот метод обеспечивает безопасность пищевых продуктов. Стерилизация уничтожает все патогенные микроорганизмы.
Сравнение процессов стерилизации распылением воды со стерилизацией паром
Для стерилизации продуктов в автоклаве можно использовать два разных метода: процесс стерилизации распылением воды и процесс стерилизации паром. Вот их сравнение.
Процесс стерилизации распылением воды
Процесс распыления воды, как правило, более равномерно распределяет тепло по всему автоклаву. Его лучше всего использовать для хрупких продуктов, чтобы избежать воздействия более “агрессивного” тепла пара.
Процесс стерилизации паром
Процесс приготовления паром используется в основном для продуктов, которые необходимо быстро и тщательно разогревать (например, корм для домашних животных). Вероятно, он требует меньше энергии, чем распыление воды, но все зависит от установки.
Приготовление пищевых продуктов перед стерилизацией
Перед стерилизацией продукты должны быть подготовлены в соответствии с правилами гигиены и безопасности пищевых продуктов. Затем продукты должны быть упакованы в соответствующую тару (например, консервные банки). Затем они герметично закрываются для обеспечения эффективной стерилизации.
ЭТАП 1: Процесс очистки и наполнения пищевого автоклава
На этапе продувки из автоклава удаляется воздух (для обработки паром). Поскольку воздух изолирует, его присутствие приводит к плохому распределению тепла в автоклаве.
ЭТАП 2: Повышение температуры в автоклаве для пищевых продуктов
На этом этапе автоклав нагревается до нужной температуры. Время нагрева зависит от потребляемой энергии. Каждая температурная фаза связана с противодавлением. При повышении температуры продукта давление внутри упаковки увеличивается. Для предотвращения разбухания и деформации упаковки в нее добавляется сжатый воздух.
Может потребоваться этап дегазации. Это позволяет упаковывать стеклянные банки с резиновым уплотнением (банки для парфе Weck или Le) в вакуумную упаковку. Сначала проводится этап нагревания до температуры 90°C при давлении 0 бар. Затем эти параметры поддерживаются в течение 10 минут. На этом этапе из банок выходит воздух. Затем как можно быстрее создается обратное давление в 1 бар, чтобы банки были плотно закрыты. Теперь они находятся под вакуумом.
ЭТАП 3: Этап приготовления в автоклаве
Этап поддержания температуры стерилизации соответствует этапу приготовления. Это самый важный и ответственнейший этап тепловой обработки. Важно соблюдать соотношение времени и температуры. Тепло передается продуктам двумя способами.
По теплопроводности: теплопроводность происходит от самых горячих зон к самым холодным. Теплопередача происходит медленнее и менее равномерно по всему продукту.
Конвекция: естественное движение жидких продуктов в сочетании с принудительной диффузией при перемешивании обеспечивает быструю и равномерную передачу тепла по всему продукту.
ЭТАП 4: Охлаждение пищевого автоклава
Охлаждение зависит от количества подаваемой холодной воды и стерилизуемых продуктов. Это снижает температуру как в автоклаве, так и в продуктах. Начало фазы охлаждения имеет решающее значение. Тепловой удар может повредить упаковку или повлиять на текстуру продукта.
Преимущества технологии стерилизации для качественного консервирования
Технология аппертизации или стерилизации дает множество преимуществ при консервировании продуктов. Продукты в баночках или консервных банках легко хранить без использования дополнительной энергии; например, вам не нужно помещать их в холодильник или морозильную камеру. Еще одним преимуществом является разнообразие продуктов, которые можно подвергать такой термической обработке.
По окончании процесса стерилизации в автоклаве стерилизованные консервы должны храниться в соответствующих условиях. Цель — сохранить их качество. При соблюдении всех этапов процесса и плотно закрытой крышке консервы могут храниться в течение нескольких месяцев.
Стерилизация в пищевой промышленности
Термическая обработка продуктов является одним из основных методов консервации в пищевой промышленности. Термическая обработка останавливает активность бактерий и ферментов, что предотвращает потерю качества и сохраняет продукты непортящимися (НДТ в пищевой промышленности, производстве напитков и молока, июнь 2005 г.).
Стерилизация: (НДТД в пищевой промышленности, производстве напитков и молока, июнь 2005 г.). Стерилизация — это контролируемый процесс нагревания, используемый для полного уничтожения всех живых микроорганизмов, включая термостойкие споры, в молоке или других продуктах питания. Это может быть достигнуто влажным нагревом, сухим нагревом, фильтрацией, облучением или химическими методами. По сравнению с пастеризацией, термическая обработка при температуре более 100°C проводится в течение периода, достаточного для сохранения стабильного срока годности продукта.
Ультрапастеризованная (сверхвысокотемпературная) стерилизация: (НДТ в пищевой промышленности, производстве напитков и молока, июнь 2005 г.). Ультрапастеризованная (сверхвысокотемпературная) стерилизация предусматривает термообработку при температуре более 100°C в течение очень короткого времени; она особенно применима к жидким продуктам с низкой вязкостью. Принцип ультрапастеризованного охлаждения, или сверхвысокой температуры, заключается в стерилизации пищевых продуктов перед упаковкой, а затем их расфасовке в предварительно простерилизованные контейнеры в стерильной атмосфере.
Область применения
Стерилизация применяется для обработки всех видов пищевых продуктов. К ним относятся молоко, соки, пиво и многие другие. Ультрапастеризованная стерилизация используется для жидких продуктов с низкой вязкостью (молоко, соки, сливки, вино, заправки для салатов), продуктов с дискретными частицами (детское питание, томатные продукты, фруктовые и овощные соки, супы) и более крупными частицами (рагу) (НДТ в пищевой промышленности, производстве напитков и молока, июнь 2005 г.)..
Описание приемов, методик и оборудования
Как правило, при стерилизации продукт консервируют или разливают по бутылкам, а затем подвергают тепловой обработке в стерилизаторе. Стерилизаторы могут быть периодического или непрерывного действия. В процессе тепловой обработки могут применяться различные сочетания времени и температуры, в зависимости от свойств продукта и требований к сроку хранения. Стерилизация. (Операции в пищевой промышленности — веб-издание, Р. Л. ЭРЛ, 1983)
Стерилизация влажным теплом:
При стерилизации влажным теплом температура обычно составляет от 110 до 130°C, а время стерилизации — от 20 до 40 минут. Например, консервы стерилизуют в автоклаве при температуре около 121°C в течение 20 минут. Аналогичные эффекты могут иметь более высокие температуры и более короткое время обработки, например, 134°C в течение 3 минут. Однако, если условия не позволяют прорастанию спор, можно также использовать более низкие температуры и более короткое время обработки. Например, для приготовления кислых фруктовых соков, джемов или десертов обычно достаточно разогреть их до 80-100°C в течение 10 минут.
Стерилизация сухим способом:
Для уничтожения бактериальных эндоспор при сухом нагревании требуется более длительное время воздействия (например, до 2 часов) и более высокие температуры (например, 160-180°C), чем при влажном нагревании.
Стерилизация химическими средствами:
Также могут применяться химические средства. Окись этилена используется для стерилизации пищевых продуктов, пластмасс, стеклянной посуды и другого оборудования. [87, Ульманн, 2001]
Ультрапастеризованная обработка
(Операции в пищевой промышленности — веб-издание, Р. Л. ЭРЛ, 1983). Ультрапастеризованная обработка означает очень короткую термическую обработку при температуре приблизительно 140°C (135-150°C) в течение всего нескольких секунд. В результате получается стерилизованный продукт с минимальным повреждением свойств при нагревании. Ультрапастеризованное охлаждение возможно только в проточном оборудовании. Таким образом, перед тем, как переложить продукт в предварительно простерилизованные контейнеры, его стерилизуют в стерильной среде. Это требует асептической обработки. Существует два основных метода ультрапастеризованной обработки:
Прямой нагрев:
Продукт нагревается при непосредственном контакте с паром, пригодным для питья или приготовления пищи. Основное преимущество прямого нагрева заключается в том, что продукт выдерживается при повышенной температуре в течение более короткого периода времени. Для термочувствительных продуктов (например, молока) это означает меньшую порчу. Существует два метода прямого нагревания: (а) инъекция и (б) инфузия.
(а) Инъекция:
Пар высокого давления впрыскивается в предварительно нагретую жидкость с помощью паровой форсунки, что приводит к быстрому повышению температуры. После ::выдержки продукт подвергается быстрому охлаждению в вакууме для удаления воды, эквивалентной количеству использованного конденсированного пара. Этот метод::позволяет быстро нагревать и охлаждать, а также удалять летучие вещества, но подходит только для некоторых продуктов. Он требует больших затрат энергии и ::из-за контакта продукта с горячим оборудованием может испортиться вкус.
(b) Заваривание:
Поток жидкого продукта подается через распределительную форсунку в камеру с паром высокого давления. Эта система характеризуется большим объемом пара и небольшим объемом продукта, который распределяется на большой площади поверхности продукта. :Температура продукта точно регулируется с помощью давления. Дополнительное время выдержки может быть достигнуто за счет использования пластинчатых или трубчатых теплообменников с последующим мгновенным охлаждением в вакуумной камере. Этот метод имеет ряд преимуществ: мгновенный нагрев и быстрое охлаждение, отсутствие локального перегрева или пригорания и подходит для продуктов с низкой и высокой вязкостью.
Непрямой нагрев:
Теплоноситель и продукт не находятся в прямом контакте, а разделены контактными поверхностями оборудования. Применяется несколько типов теплообменников:
(а) пластинчатые,
(б) трубчатые,
(в) со скребковой поверхностью и
(г) двухконусные.
(а) Пластинчатые теплообменники:
Аналогично методу, используемому в HTST, но рабочее давление ограничено прокладками. Скорость жидкости низкая, что может привести к неравномерному нагреву и выгоранию. Этот метод экономичен в отношении площади помещения, легко проверяется и допускает возможность регенерации.
(b) Трубчатые теплообменники:
Существует несколько типов: кожухотрубные, кожухотрубчато-змеевиковые, двухтрубные и трехтрубные. Все эти трубчатые теплообменники имеют меньшее количество уплотнений, чем пластинчатые. Это обеспечивает более высокое давление, а следовательно, более высокую скорость потока и более высокие температуры. Нагрев более равномерный, но его трудно контролировать.
(c) Теплообменники со скребковой поверхностью:
Продукт проходит через трубу с кожухом, в которой находится теплоноситель, и соскабливается с боковых сторон вращающимся ножом. Этот метод подходит для вязких продуктов и твердых частиц (< 1 см), таких как фруктовые соусы, и может быть адаптирован для различных продуктов путем изменения конфигурации ротора. Существует проблема с крупными частицами; длительное время обработки для твердых частиц означает длительную выдержку, что нецелесообразно. Это может привести к повреждению твердых частиц и переварке соуса.
(d) Двухконусные теплообменники:
Подходит для работы с крупными частицами, поскольку предусматривает разделение твердых и жидких веществ и сочетает непрямой нагрев в двухконусном режиме (порционный) с прямым нагревом порции жидкости (возможно также соскабливание поверхности, если она слишком вязкая). Твердые кусочки подаются в двухконусную форму, медленно вращаются вокруг горизонтальной оси с подачей пара и нагревом поверхностей. Пригорания не происходит, поскольку они имеют одинаковую температуру. Жидкость нагревается непосредственно паром отдельно, а затем добавляется после предварительного охлаждения. Двойной конус работает как блендер и измельчает твердые частицы. Затем продукт под избыточным давлением подается стерильным воздухом в асептический бункер. Используется для приготовления супов, рагу, моркови и овощей.
Конкурентоспособность и возможности энергосбережения
а) Изменения в технологическом процессе
Использование стерилизаторов непрерывного действия после розлива консервных банок, бутылок и баночек: (НДТ в пищевой промышленности, производстве напитков и молока, июнь 2005 г.). Стерилизаторы непрерывного действия позволяют тщательно контролировать условия обработки и, таким образом, получать более однородные продукты. Они обеспечивают плавное изменение давления внутри банок, флаконов и баночных коробок и, следовательно, меньшую нагрузку на швы по сравнению с оборудованием периодического действия.
Стерилизаторы непрерывного действия, например, варочные холодильники, могут незначительно отличаться по дизайну и размерам. Некоторые модели вмещают до 25000 банок, флаконов-носителей. Они транспортируют их на конвейере через три секции туннеля, в которых поддерживается разное давление для предварительного нагрева, стерилизации и охлаждения. Продукты можно готовить во время предварительного разогрева и стерилизации.
Вода постоянно используется повторно и добавляется по мере необходимости для восполнения минимальных потерь на испарение, что позволяет контролировать количество потребляемой воды и энергии. Вода повторно используется для очистки, когда ее больше нельзя использовать для стерилизации. Таким образом, сокращается потребление воды и энергии.
К основным недостаткам непрерывной стерилизации относятся большие производственные запасы, которые могут быть потеряны в случае поломки, а также некоторые проблемы, связанные с коррозией металла и загрязнением термофильными бактериями, если не будут приняты надлежащие меры по предотвращению.
Стерилизация фильтрацией: (Операции в пищевой промышленности — веб-издание, Р. Л. ЭРЛ, 1983). Растворы, содержащие термолабильные соединения, можно стерилизовать путем фильтрации через такие среды, как нитроцеллюлозные мембраны, кизельгур, фарфор, асбест (см. также мембранные процессы).
Стерилизация ультрафиолетовым излучением: (Операции в пищевой промышленности — веб-издание, Р. Л. ЭРЛ, 1983). Ультрафиолетовое облучение используется для поддержания частичной стерильности помещений. Бактерии и их споры быстро погибают, но споры грибков лишь умеренно чувствительны к излучению. Ионизирующее излучение (рентгеновское, гамма-излучение) используется для стерилизации пищевых продуктов и других компактных материалов. b) Изменения в системе распределения энергии. c) Изменения в системе теплоснабжения.