Использование процессов HTST особенно подходит для асептической обработки. Разрушение питательных веществ в ходе термической обработки зависит от (1) временно-температурной обработки, лежащей в основе процесса, и (2) скорости передачи тепла в продукт. В системе асептической обработки, поскольку температура обработки составляет около 150°C в течение очень короткого периода времени, удержание питательных веществ значительно улучшается. Сообщалось о влиянии термической обработки с одинаковой микробной летальностью на отдельные компоненты пищи, включая питательные вещества, красители, белки и вкусовые соединения.
Сохранение витамина С в томатном соке улучшается при обработке HTST. Для натуральных продуктов, содержащих ферменты, ограничение преимуществ обработки HTST происходит, когда основа процесса смещается от микробов к ферментам при температуре 130–145 °C на более короткие периоды времени. При оценке асептической обработки HTST было обнаружено, что удержание тиамина было значительно выше в продуктах HTST, чем в традиционных консервированных и автоклавированных продуктах. Для пиридоксина польза от HTST не была столь очевидной, поскольку разрушение пиридоксина не сильно зависит от температуры, как разрушение тиамина. Асептическая обработка HTST также приводит к значительному улучшению органолептических качеств.
Большинство отчетов о влиянии термической обработки на питательные вещества содержат только информацию о содержании конкретного питательного вещества после термического процесса и указывают процент сохранения или потери питательного вещества. Поскольку существует множество методов обработки и температурно-временных возможностей для осуществления коммерческой стерилизации, неверно предполагать, что потери питательных веществ, о которых сообщается в литературе, представляют собой среднее или нормальное значение для отрасли.
Следовательно, данные о таких потерях питательных веществ имеют ограниченную ценность, но могут использоваться в качестве руководства для выбора оптимального режима процесса. Потери питательных веществ варьируются от 0% до 90%, в зависимости от питательных веществ и продукта. Эти потери представляют собой сумму потерь в течение всей обработки, включая бланширование. В некоторых исследованиях температура стерилизации пищевых продуктов была оптимизирована для максимального сохранения питательных веществ или минимизации производства нежелательного продукта.
Упаковка асептически обработанных пищевых продуктов
Упаковка асептически обработанных пищевых продуктов является наиболее важным ключом к успешной работе. Продукт должен быть упакован в желаемой форме, что обеспечит ожидаемые преимущества после стерилизации продукта. Сюда входит проектирование процесса, технологическое оборудование, рецептура и качество сырья. Кроме того, важное значение имеют используемое оборудование, материалы, используемые для изготовления контейнера, а также укупорочные средства и стерилизаторы, которые можно использовать с этими материалами. Система асептической упаковки должна быть способна заполнять продукт, произведенный с помощью системы UHT или HTST, в асептических условиях и герметично запечатывать контейнер, чтобы поддерживать стерильность на протяжении всего процесса обработки и распределения.
Таким образом, система должна быть способна (а) подключаться к системе обработки таким образом, чтобы обеспечить возможность асептической транспортировки продукта, (б) эффективно стерилизовать перед использованием, (в) выполнять розлив, укупоривание и критические операции по передаче в «стерильной» среде и (d) надлежащую очистку после использования. Используемая упаковка варьируется от традиционных жестяных банок и стеклянных бутылок до нежестких и полужестких контейнеров на основе термопластов или комбинаций термопластов с картоном и металлом. Тип используемого контейнера будет зависеть от характера содержимого, стоимости и его приемлемости для потребителя.
Относительно низкая стоимость и широкое признание потребителя являются основными причинами недавнего распространения использования картонной упаковки для фруктовых соков, напитков на основе соков и молочных продуктов. Помимо систем, производящих упаковки, предназначенные для продажи непосредственно населению, установки для упаковки в массе используются для консервации сырья или промежуточных продуктов, предназначенных для переработки или использования на предприятиях общественного питания.
Для асептической упаковки пищевых продуктов было предложено множество систем, но некоторые авторитетные специалисты считают, что не все предложенные системы соответствуют критериям полной асептики. Таким образом, их следует точнее охарактеризовать как сверхчистые разливочные машины и использовать их как средство продления срока годности продуктов, распределяемых по холодовой цепи. Некоторые системы по своей природе ограничивают упаковочный материал простым однослойным пластиком, и многие пищевые продукты, упакованные из этих материалов, имеют ограниченный срок хранения из-за их плохих кислородонепроницаемых характеристик. Другие могут использовать многослойные барьерные пластики или включать в качестве компонента алюминиевую фольгу, и в таких случаях срок хранения значительно увеличивается.
Контейнеры, изготовленные из стекла или металла достаточной толщины, можно считать непроницаемыми. Способ стерилизации упаковки или материала, из которого она изготовлена, важен для сохранения характеристик упаковочного материала. Процессы стерилизации могут изменить характеристики упаковки или материала и сделать их нежелательными для упаковки пищевого продукта. Очевидно, что материал должен работать и давать желаемые результаты.
Некоторые из факторов, которые следует учитывать, включают:
(i) воздействие на пищевые продукты (газопроницаемость, водопроницаемость, абсорбция — вкусы, запахи, цвета и витамины упакованного продукта поглощаются материалом контейнера, адсорбция — некоторые факторы, которые следует учитывать). молекулы, извлекаемые из упаковочного материала и удерживаемые продуктом, комбинации впитывающей и адсорбирующей способности, химической инертности по отношению к пищевым продуктам или желаемых реакций с пищевыми продуктами, стерилизации, смачиваемости, температурных ограничений и инертности по отношению к стерилизующим агентам. применены ламинированные или специальные поверхности, характеристики обработки материала (пустые)),
(ii) стоимость и
(iii) форма и механические характеристики (если его можно формовать, ограничения по размеру, ограничения по форме, возможность легкого открытия/закрытия, защищенные от несанкционированного доступа затворы). или доступные системы защиты от несанкционированного доступа, конфигурация после хранения, характеристики погрузочно-разгрузочных работ и пригодность для использования с конвейерами, этикетировочными машинами, упаковщиками и укупорщиками),
(iv) транспортировка и обработка (прочность или прочность, тип необходимой внешней упаковки или коробок, наполнители). между упаковками в необходимых случаях) и
(v) соответствовать нормам (FDA по безопасности пищевых продуктов, FSIS, 3A и PMO). Материалы, используемые для асептической упаковки, практически безграничны.
Это связано с тем, что регулярно используются слоистые материалы, в которых используются как пластмассы, так и металлы, а также разрабатываются новые пластмассовые материалы и сплавы. Внутри определенного продукта также существуют различия, поэтому он может различаться у разных производителей, хотя в целом он один и тот же. Например, бумага одного поставщика может отличаться от бумаги другого поставщика. То же самое относится и к таким металлам, как сталь и алюминий, пластик и ламинаты.
Эти изменения могут привести к изменению продукта в течение короткого или длительного периода. Некоторые из распространенных материалов, используемых для асептической упаковки, включают следующее:
(i) нержавеющая сталь (контейнеры, резервуары и железнодорожные вагоны),
(ii) углеродистая сталь (банки и крышки),
(iii) алюминий (банки и крышки). ) и
(iv) пластмассы (чашки и квадратные/прямоугольные упаковки) (ацеталь, нейлон, полипропилен, полиэстер, поликарбонат, акрил, АБС — акрилонитрил-бутадиен-стирол, ПВХ — поливинилхлорид, полистирол, высокопрочный пластик) полиэтилен плотности, полипропилен низкой плотности, EVAL — этилвинилацетат, EVOH — этилвиниловый спирт, ПВДХ — поливинилиденхлорид, бумага, ламинаты на бумажной основе и ламинаты на пластиковой основе).
Следует учитывать, что на одобрение FDA постоянно предлагаются новые материалы для асептических упаковок с указанными типами стерилизаторов. Кроме того, некоторые существующие сегодня ламинаты изготавливаются из одного полимера; следовательно, смола может содержать три или четыре разных полимера, обладающих комбинированными свойствами. Причиной производства ламинатов из различных материалов является придание упаковочному материалу(ам) тех свойств, которые наиболее важны для пищевого продукта в течение определенного периода времени (который может быть коротким, средним или длительным); и он будет либо инертен по отношению к продукту, либо будет реагировать с ним благоприятным образом, как, например, консервные банки, реагирующие с цитрусовыми соками.
Кратко стоит остановиться на проблеме совместимости пищевых продуктов с материалами тары в течение определенного периода времени. Эта область не получила должного внимания со стороны производителей упаковки и предприятий пищевой промышленности. Материалы могут поглощать желаемые компоненты из пищи, в результате чего пища теряет вкус, цвет, запах и питательные вещества. Еще одно существующее условие заключается в том, что из упаковочных материалов могут быть удалены определенные молекулы, тем самым изменяя цвет, вкус, запах и содержание витаминов пищевого продукта. Кроме того, существуют комбинации этих двух вариантов, когда материал, используемый для упаковки, вступает в реакцию с пищевыми продуктами, изменяя их свойства, а пищевые продукты, в свою очередь, вступают в реакцию с упаковочным материалом и теряют некоторые из своих желаемых характеристик. Эта ситуация никогда не закончится и может даже ускориться по мере изменения цвета.
Асептическая упаковка
Как правило, асептическая упаковка сочетается с методами стерилизации пищевых продуктов HTST/UHT, и эти два процесса объединяются в полную интегрированную систему для производства пищевых продуктов, обработанных в асептических условиях.
Барабаны
Барабан помещается под камеру наполнения, а затем поднимается вверх для уплотнения прокладкой. Насыщенный пар вводится в барабан, и внутренняя часть барабана находится под давлением пара. После общего 2,5-минутного цикла наполнительная трубка опускается в барабан и подает стерильный продукт для заполнения барабана. Наполнительная трубка втягивается, и над барабаном качается запечатывающая головка с магнитно прикрепленной крышкой. Давление пара используется для оказания давления на обжимные губки и фиксации крышки с прокладкой на месте. Альтернативно, пустую бочку и крышку помещают в заполняющую реторту и стерилизуют паром под давлением. Затем стерильный продукт загружают в барабан и закрывают крышкой. Барабан снимается, и начинается новый цикл. Производительность системы с двумя заполняющими ретортами составляет 24 бочки в час. Преимущество барабанной системы заключается в снижении веса при транспортировке, поскольку используется один большой многоразовый контейнер вместо 75 банок № 10 плюс 12–13 коробок из гофрированного картона. Извлечение продукта выше, поскольку площадь поверхности, подлежащей дренированию, гораздо меньше. При этом трудозатраты на опорожнение одной 200-литровой тары существенно меньше затрат на открытие 75 банок.
Емкости
Вместо того, чтобы измельчать, обрабатывать и концентрировать пасту для транспортировки в больших количествах, помидоры просто нарезают, стерилизуют и асептически разливают в резервуары емкостью 380 л (100 галлонов). Помидоры промывают, нарезают кусками, нагревают в трубчатых нагревателях, охлаждают, деаэрируют и в дальнейшем засыпают в резервуары под азотной подушкой. Резервуары для хранения изготовлены из оцинкованной стали и покрыты эпоксидным покрытием. Перед заполнением резервуары подвергаются химической стерилизации. Основная цель — предоставить переработчикам томатов крупный источник сырья, которое можно будет перерабатывать во множество различных продуктов в течение длительного периода. Среди продуктов, которые можно приготовить из нарезанных помидоров, — паста, пюре, соус, кетчуп, соус для пиццы, сок и соус чили.
Стеклянная тара
Асептическая упаковка в стеклянную тару не имела широкого коммерческого успеха. Сок нагревают до 93°С, выдерживают 9 с и охлаждают до 20°С в теплообменнике. Бутыли емкостью 1 и 2 л очищают ополаскиванием водой. После мытья бутылки выгружают в закрытое помещение, заполненное стерильным осушенным воздухом на 99,9%. Перед операцией наполнитель стерилизуют кипятком. Крышки стерилизуются паром и выносятся в чистое помещение. Стерильный сок разливается в «стерилизованные банки» и закрывается крышками в чистой зоне. Сообщается, что продукт, известный как асептический сок для холодной упаковки, имеет длительный срок хранения при температуре ниже 10°C. При хранении при комнатной температуре сок горячего розлива (обычный) имеет приемлемый срок хранения 1 месяц по сравнению с 3 месяцами для сока холодного розлива. Основная проблема со стеклом заключается в том, что максимальная разница температур, которую могут выдержать стеклянные контейнеры, составляет примерно 15°C. Термический удар между внутренней и внешней поверхностями приводит к неравномерному тепловому расширению, достаточному для растрескивания стекла.
Пластиковые контейнеры
Концепция асептической упаковки предполагает, что предварительно стерилизованный продукт разливается в асептических условиях в предварительно стерилизованный контейнер. Поскольку контейнер может исключать микроорганизмы и предотвращать прохождение газа, материал контейнера не обязательно должен быть жестким. Как металл в тяжелых калибрах, так и стекло изготавливаются в жестких контейнерах. Для стерильной упаковки в коммерческих целях не используется жесткий пластик. Все пластмассовые материалы частично проницаемы для влаги и газа. Из-за предполагаемой низкой прочности стерилизованные пищевые продукты упаковывают в полужесткие материалы. Картон с соответствующими покрытиями также используется для изготовления полужестких упаковок. В коммерческом использовании используются два основных типа полужестких систем: термоформование, наполнение и запечатывание и (ii) предварительно сформованные стаканчики, наполнение и запечатывание.
Гибкие пакеты
Систему Tetra Pak AB часто рассматривают как гибкую упаковочную систему. Технически это не гибкая упаковочная система, поскольку она сделана из картона, а не из настоящего гибкого материала. Материал полиэтиленового пакета стерилизуют в ванне с перекисью водорода. Вертикальное оборудование для формования, наполнения и запечатывания молока в пакеты переоборудовано для асептической упаковки.
Система многоразовой асептической упаковки
Повторное закрытие полезно для таких продуктов, как молоко, фруктовые соки и вино. Встряхивание важно для таких продуктов, как мясистые фруктовые соки. Система состоит из крышки, состоящей из двух частей. Видимая часть представляет собой прямоугольное шасси из полипропилена с крышкой, которая открывается и закрывается на шарнире. Устройство приклеивается к верхней угловой поверхности пачки термоклеем. Под крышкой находится вторая часть системы — алюминиевый язычок, который закрывает сливное отверстие и обеспечивает надежную защиту от несанкционированного вскрытия. Язычок, прикрепленный к внутреннему вкладышу упаковки, легко снимается. В нем имеется длинное отверстие грушевидной формы, которое имеет превосходные характеристики разливки.
Система повторного закрытия чрезвычайно гигиенична, в отличие от устройств с крышкой типа «перфоратор», которые требуют от пользователя тыкать пальцем в продукт, чтобы открыть упаковку. Высококачественный продукт с длительным сроком хранения достигается за счет асептического процесса розлива. Данная упаковка обеспечивает удобную штабелируемость, экономит место при транспортировке (как в заполненных, так и в ненаполненных картонных коробках), имеет малый вес, экономит затраты на производство картонного материала, отличается высоким уровнем экологичности. Система повторного закрытия повышает ценность картонной коробки и обеспечивает потребителю легкое открытие, разлив без пролития и надежное повторное закрытие, а также гигиеническое обращение. После повторного закрытия продукт защищен и его можно встряхивать при необходимости. Качество продукции остается неизменным и защищено от посторонних привкусов. Коробка с установленной системой идеально подходит для хранения в холодильнике. Новый образ картонной упаковки дополняется тонкой и элегантной формой, свидетельствующей о высоком качестве.
Энергетические аспекты асептической обработки
Энергетические аспекты асептической обработки широко изучались на молоке, и большая часть имеющихся данных относится к молочным продуктам. Оценены энергетические потребности установок асептической обработки, содержащих паровую инжекцию без регенерации, трубчатый теплообменник применительно к обработке молока.
Для паровой инфузии система потребляла около 1000 кДж/кг молока. Для трубчатого теплообменника система потребляла около 400 кДж/кг молока. Общая потребность в энергии в системе ВТСТ для переработки молока составила около 225 кДж/кг молока. Энергия распада составила 98 кДж/кг при термическом молоке, 30 кДж/кг при электрическом и 97 кДж/кг при охлаждении. Для паровой инфузионной системы требуется около 360 кДж/кг молока, поскольку она представляет собой прямой контактный нагрев и больше по сравнению с непрямым нагревом, например, в трубчатом теплообменнике.
Охлаждение ниже 30°C не требуется для асептического обработанного молока. Это экономит больше энергии и составляет около 100 кДж/кг молока. Кроме того, асептическая обработка продуктов не требует охлаждения после обработки, что приводит к дополнительной экономии 900 кДж/кг продукта. Наибольшее распространение при асептической обработке пищевых продуктов получили теплообменники пластинчатого и трубчатого типа. Если используется прямой нагрев и охлаждение продукта до стерилизующих температур, потребляемая энергия значительна. Поэтому использование регенерации тепла важно.
В этом отношении пластинчатый теплообменник имеет явное преимущество; Использовалась эффективность регенерации 90% (прямая) или 85% (косвенная). В трубчатых установках регенерация может осуществляться косвенными методами, при которых вторичный поток воды передает тепло от трубок предварительного нагревателя к трубкам охладителя.
Для непрямой регенерации требуется в четыре раза больше площади, чем для прямой, для той же рекуперации тепла. В результате эффективность регенерации более 70% встречается редко. Паровые инжекторно-инфузионные системы неэффективны: например, при дойных работах на регенерацию приходится лишь немногим более 50% общего теплозатрат. Регенерация с помощью агрегатов с очищаемой поверхностью хотя и возможна, но не используется из-за соображений капитальных затрат.