Понимание типичных плюсов и минусов периодической стерилизации в сравнении с непрерывной и асептической стерилизацией продуктов питания и напитков с низким содержанием кислот, которые сохраняют срок годности при хранении, помогает организациям принимать обоснованное решение о покупке. Типичные факторы общей стоимости владения (TCO), которые следует учитывать в процессе выбора, включают тип продукта, тип упаковки, потребности в гибкости продукта/упаковки/технологического процесса (краткосрочные и долгосрочные), требования к производительности, жизненный цикл продукта, цену продукта, время выхода на рынок и размер общих инвестиций как впереди, так и в будущем.

Здесь рассматриваются следующие типы процессов стерилизации::

  • Автоклавирование/стерилизация периодического действия.
  • Непрерывное автоклавирование/стерилизация (ротационная и гидростатическая).
  • Асептическая обработка/стерилизация.

Автоклавы периодического действия / стерилизаторы

Автоклавы периодического действия — это наиболее распространенный тип систем термической стерилизации в контейнерах, используемых сегодня производителями продуктов питания и напитков по всему миру. Автоклавы периодического действия, как следует из названия, представляют собой стерилизационные емкости, в которых за один раз обрабатывается “партия” предварительно упакованных продуктов. Большие корзины или лотки, содержащие сотни или тысячи килограмм продуктов с низким содержанием кислотности или напитков, упакованных в металл, стекло, жесткий или полужесткий пластик или гибкую пленку, загружаются вручную или автоматически в эти автоклавы, которые обычно обрабатывают от одной до двенадцати или более корзин продуктов на порцию.

К типичным продуктам, перерабатываемым в автоклавах периодического действия, относятся корма для домашних животных, фрукты, овощи, рис, фасоль, супы, готовые к употреблению блюда, мясо, рыба, детское питание, молочные продукты, готовые к употреблению напитки и нутрицевтики и даже некоторые фармацевтические продукты.

Температура и давление в порционном автоклаве повышаются, а затем снова снижаются на этапе (ах) охлаждения, чтобы продукт в упаковке стал коммерчески стерильным и/или разварился до консистенции, соответствующей требованиям качества. Давление внутри емкости может очень строго контролироваться в течение всего технологического цикла, чтобы упаковка не деформировалась и не повредилась в результате расширения или сжатия во время обработки. В автоклаве периодического действия может быть использовано множество различных методов термообработки, включая 100%-ное насыщение паром, полное или частичное погружение в воду, распыление воды, водяной каскад или душ, паро-воздушный режим или их комбинацию, чтобы обеспечить максимальную гибкость в обращении с продуктом и/или упаковкой.

Различные методы перемешивания, включая полное или частичное вращение (из конца в конец) или горизонтальное возвратно-поступательное движение, также могут быть использованы для усиления конвективного нагрева и охлаждения продукта внутри упаковки, что позволяет сократить время цикла перемешивания, что, в свою очередь, может помочь свести к минимуму порчу продуктов под воздействием тепла.

В последние годы был разработан высококачественный метод горизонтального возвратно-поступательного перемешивания. Использование этой технологии для некоторых комбинаций продуктов и упаковок значительно сокращает время стерилизации и позволяет добиться результатов по качеству, которые не уступают тем, которые могут быть достигнуты в системах асептической обработки.

Автоклавные системы периодического действия обладают наибольшей гибкостью с точки зрения возможности работы с чрезвычайно широким ассортиментом продуктов, типов и размеров упаковки, использования различных методик технологического процесса, обеспечения точного контроля температуры и давления и быстрого реагирования на новые рыночные возможности в будущем.

Что касается производственного процесса установки, то, если какой-либо автоклав остановлен для планового технического обслуживания или аварийного ремонта, другие автоклавы в ретортной камере могут продолжить обработку, что повышает общую эффективность линии. Периодическая стерилизация продуктов питания и напитков, сохраняющих срок годности, идеально подходит для совместной упаковки, сезонных операций, а также для малых, средних и крупных производителей, которым требуется гибкость в отношении продуктов и упаковки на короткий и длительный срок и/или для обеспечения более короткого срока службы продукта.

Автоклавы периодического действия относительно просты в эксплуатации и обслуживании по сравнению с машинами непрерывного действия. Автоклавные камеры периодического действия могут управляться вручную сотрудниками, загружающими/разгружающими корзины или лотки и/или перемещающими стопки корзин/лотков в автоклавы и из них, или же автоклавная камера может быть частично или полностью автоматизирована и управляться минимальным количеством персонала (т.е. от 1 до 2 человек).

Автоклав периодического действия может быть отправлена на грузовом автомобиле и может быть спроектирован, изготовлена, установлена и запущена в серийное производство примерно за четыре-шесть месяцев для одного автоклава или за восемь-десять месяцев для полностью автоматизированной системы автоклавного производства периодического действия.

Лабораторные автоклавы периодического действия могут использоваться для разработки новых технологических схем приготовления, которые могут быть экспортированы в производственные автоклавы периодического действия. Управление как производственными, так и лабораторными автоклавами осуществляется с помощью ПК и/или программируемых логических контроллеров (ПЛК) с сенсорными интерфейсами оператора (HMI). Сохраненные в контроллере рецепты позволяют реторте изменять режимы стерилизации в зависимости от требований к следующей партии.

Стерилизаторы непрерывного действия. Ротационные и гидростатические

Ротационные и гидростатические стерилизаторы непрерывного действия отличаются от стерилизаторов периодического действия тем, что стерилизация в контейнерах осуществляется полностью автоматизированным и непрерывным способом. Наполненные упаковки покидают пароварку или укупорочную машину и направляются непосредственно в стерилизатор, где они загружаются в машину, стерилизуются и охлаждаются, а затем непрерывно выходят из нее.

Ротационные стерилизаторы непрерывного действия в основном предназначены для обработки цилиндрической упаковки, такой как круглые консервные банки, а в некоторых редких случаях — стеклянных или пластиковых банок или бутылок. Они обычно используются для конвективного (невязкого) нагрева/ охлаждения продуктов, требующих некоторого перемешивания или получающих пользу от него, включая такие продукты, как консервированные фрукты или овощи в соке/воде/рассоле; супы/готовые блюда; цельное, выпаренное и ароматизированное молоко; детские смеси и питательные напитки и т.д. Контейнеры подвергаются периодическому осевому перемешиванию по мере их прохождения через емкости для приготовления и охлаждения.

Линии ротационных стерилизаторов требуют наличия в системе по меньшей мере двух емкостей для приготовления и охлаждения продукта и обычно состоят из трех или более емкостей для учета времени приготовления и/или охлаждения, а также требований к производительности. Эти машины идеально подходят для относительно небольшого ассортимента круглых стальных банок (обычно только одного размера), наполненных продуктами, к которым предъявляются аналогичные требования по времени приготовления и охлаждения, и/или для применения с высокой производительностью.

Риск термической деструкции продукта, как правило, невелик просто потому, что каждая упаковка проходит один и тот же путь и подвергается одинаковым условиям обработки на протяжении всей системы стерилизации. Капитальные затраты, как правило, высоки, а окупаемость инвестиций (ROI) может быть выше, чем при периодическом хранении, из-за цен на большинство продуктов, которые стерилизуются в ротационном стерилизаторе. Общий объем инвестиций составляет от 1,5 до 5 миллионов рублей.

Это более сложные устройства, чем автоклавы периодического действия, и поэтому их обслуживание может быть сложным и дорогостоящим. Если роторный стерилизатор непрерывного действия выходит из строя, вся линия должна быть остановлена до тех пор, пока стерилизатор не будет починен. И в большинстве случаев это может привести к полной потере всего продукта в стерилизаторе. Срок реализации ротационного стерилизатора обычно больше, чем у автоклава периодического действия, из-за его относительной сложности. Обычно срок изготовления от заказа до изготовления составляет от 6 до 12 месяцев.

Гидростатический стерилизатор непрерывного действия

В гидростатических стерилизаторах непрерывного действия продукты, герметично упакованные в контейнеры, автоматически проходят через несколько нагревательных и охлаждающих колонн. Высота этих колонн может достигать 60 килограмм и более. Здание для размещения гидростатических опор обычно строится вокруг машины, особенно в холодном климате, что может привести к увеличению капитальных затрат. Каждая опора выполняет различные функции нагрева и охлаждения под давлением.

В отличие от ротационных стерилизаторов непрерывного действия, гидростатический стерилизатор обычно представляет собой стерилизатор статического типа для обработки проводящих (вязких) нагревательных и охлаждающих продуктов, таких как корма для домашних животных, фасолевые продукты, мясные консервы/готовые блюда, сгущенные супы, детское питание, тыква и т.д.

Машина может быть сконструирована для обработки более широкого спектра типов и размеров тары. Однако после сборки устанавливается диапазон продуктов и упаковок, которые могут обрабатываться в машине. Как правило, требуется серьезная модификация и инвестиции для перехода на значительно отличающийся тип или размер упаковки, которые не соответствуют первоначальным требованиям к дизайну. Гидростатические стерилизаторы непрерывного действия обеспечивают максимальную экономичность в долгосрочной перспективе и возможности обработки больших объемов продуктов и контейнеров, которые, скорее всего, не изменятся со временем.

Из трех стерилизаторов контейнерного типа гидростатический стерилизатор требует наибольших капиталовложений, которые могут составлять от 5 до 20 миллионов рублей. Окупаемость инвестиций, как правило, самая высокая из-за высоких капиталовложений (оборудование + инфраструктура + затраты на установку) и требований к техническому обслуживанию. Если гидростатический стерилизатор выходит из строя из-за неисправности оборудования, линии подачи стерилизатора должны быть остановлены, и в таких случаях велик риск того, что придется выбрасывать весь продукт машины (тонны продукта). Гидростатические колонки поставляются секциями и собираются на месте, что является важным этапом строительства. Системы управления, как правило, более сложны, чем реторты периодического действия или ротационные стерилизаторы. Срок изготовления и вывода на рынок обычно превышает год, а на установку и валидацию может уйти шесть и более месяцев.

Асептические стерилизаторы

При асептической стерилизации жидкости стерилизуются и охлаждаются при прохождении через ряд теплообменников в непрерывном процессе. Затем продукт разливается по трубопроводам в предварительно простерилизованную упаковку в условиях чистого помещения.

Среди уже рассмотренных типов стерилизаторов асептические стерилизаторы вызывают наименьшую тепловую деградацию продукта, поскольку они нагревают продукт непосредственно и в течение очень короткого периода времени, по сравнению с нагревом продукта внутри упаковки. Благодаря быстрому приготовлению и охлаждению сохраняется качество продуктов, близкое к свежему, а также уровень питательных веществ.

Однородные жидкие продукты, такие как молоко, сливки, смеси для мороженого, йогурт, заправка для салатов, жидкие яйца, фруктовые соки и концентраты, благодаря этому процессу сохраняются при хранении и сохраняют очень высокое качество продукции. Асептические стерилизаторы, хотя и более редкие, также могут использоваться для жидкостей с мелкими дискретными частицами, таких как творог, детское питание, томатные продукты, фрукты и овощи, супы и рисовые десерты. Однако проверка асептических систем, работающих с жидкостями, содержащими твердые частицы, может быть очень сложной, трудоемкой и опасной в эксплуатации.

Асептическая упаковка для продуктов, которые обычно хранятся в холодильнике, таких как молоко, полезна в странах третьего мира или в чрезвычайных ситуациях, когда электроснабжение нарушено или отсутствует вовсе. После того, как линия спроектирована и построена, существует небольшая гибкость в выборе типа продукта и/или упаковки, которые могут быть использованы на линии.

Переход на другой продукт требует длительных процессов очистки на месте. Сроки вывода на рынок этих систем такие же или даже больше, чем у гидростатического стерилизатора. Для валидации системы требуется самый длительный период времени из всех существующих технологий стерилизации, обеспечивающих стабильность срока хранения. Системы управления, как правило, очень сложны. Операторы работают в чистых помещениях и проходят обучение на самом высоком уровне. Для технического обслуживания и устранения неполадок требуются высококвалифицированные специалисты.

Асептически стерилизованные продукты, как правило, имеют высокие цены. Этот факт в сочетании с высокой производительностью этих систем непрерывного действия означает, что окупаемость инвестиций, как правило, выше, чем у гидростатических стерилизаторов. Как правило, общий объем инвестиций в систему асептической стерилизации исчисляется миллионами, если не десятками миллионов долларов. Асептическая стерилизация — это вариант для организаций, обладающих ресурсами, знаниями, опытом и способностью осуществлять высокотехнологичное производство в больших объемах в условиях чистых помещений.