Консервирование — это процесс помещения продуктов питания в контейнер и герметичного закрытия их так, чтобы они были воздухонепроницаемыми и непроницаемыми для проникновения микроорганизмов, а затем термической обработки, практикуется примерно с 1810 года. Одним из ключевых компонентов, влияющих на стерилизацию консервированной продукции, является температура, которая легко регулируется. Температура также является одним из важнейших элементов, которые следует включать в график процесса.
Для разработки технологического графика перерабатывающему органу необходимы обширные знания в области микробиологии пищевых продуктов, характеристик продукта, тары и системы термической обработки. Контроллер обработки должен иметь возможность распознавать ограничения процессора и/или системы обработки.
Компоненты технологического графика включают начальную температуру продукта, время процесса, температуру процесса, тип продукта, тип контейнера и систему термической обработки. Критические факторы могут включать минимальное свободное пространство, максимальную толщину и максимальный уровень pH для подкисленных продуктов.
Термические процессы разрабатываются с использованием научных методик, которые учитывают: 1) термостойкость разрушаемого микроорганизма и 2) проникновение тепла в продукт. Микроорганизмы-мишени для LACF включают Clostridium botulinum и C. sporogenes. Для подкисленных LACF микроорганизмами-мишенями являются вегетативные клетки патогенов и кислотоустойчивые непатогенные споры.
Термостойкость микроорганизмов может зависеть от нескольких факторов, включая характеристики роста целевого организма, рост среды обитания и условия, в которых растет организм. Для определения термостойкости микроорганизмов необходимо провести исследования времени термической гибели. Эти исследования можно проводить с использованием трехгорлой колбы, трубки времени термической смерти и множества реторт. Микробиологические параметры для определения времени термической гибели включают значение D, значение Z и значение F.
- Значение D относится к времени при постоянной температуре, необходимому для уничтожения 90% присутствующего организма.
- Значение Z — это изменение температуры, которое изменяет девальвацию в 10 раз или термостойкость организма в 10 раз.
- Значение F — это количество минут при данной температуре, необходимое для уничтожения данного количества микроорганизмов.
Данные о нагревании продукта можно определить путем проведения испытания на проникновение тепла. Испытания на проникновение тепла отслеживают скорость изменения температуры пищевых продуктов внутри контейнера по мере их нагревания в специальной автоклавной системе. Датчик температуры или термопара, расположенный в продукте в области самого медленного нагрева (холодной точке) контейнера. Область самого медленного нагрева или холодная точка контейнера зависит от типа продукта, размера и типа контейнера, метода или системы термической обработки и механизма теплопередачи. Эти испытания на проникновение тепла используются для моделирования наихудшего сценария, который может возникнуть при производстве продукта.
Существует несколько потенциально критических факторов, влияющих на испытание на проникновение тепла, таких как сырое или приготовленное мясо, содержание влаги, комкование продукта, размер и форма частиц, соотношение твердого вещества и жидкости, вес начинки и т. д. Чтобы определить холодную точку, необходимо выполнить обработку.
Механизмы теплопередачи в консервной таре
Механизмы теплопередачи включают конвекцию, проводимость, конвекцию и проводимость, а также вынужденную конвекцию. Кондуктивный нагрев определяется как передача тепла между частицами без движения частиц. Конвекционный нагрев определяется как теплообмен между частицами и их движением. Индукционный конвекционный нагрев — это механическое перемешивание, которое создает движение продукта для усиления конвекционного нагрева продукта. Термопара используется для контроля температуры внутри контейнера во время обработки. Термопара должна находиться в области самого медленного нагрева или в холодной точке контейнера. При монтаже необходимо разместить поддерживающую термопару в желаемом месте. Термопаре может потребоваться проткнуть продукт, чтобы определить холодную точку.
После определения данных о термическом сопротивлении продукта и данных о проникновении тепла для продукта оператор, ответственный за процесс, может затем использовать научный метод для расчета графика процесса для продукта. Целью расчета графика процесса является демонстрация того, что термический процесс может обеспечить требуемую летальность. Также определяется, как изменения параметров приготовления рецептуры продукта или наполнения влияют на летальное воздействие.
Существует два научных метода определения графиков процессов, которые позволят достичь значения стерилизации (F₀) для данного продукта: общий или графический метод и метод формулы. Используя общий метод, летальность рассчитывается непосредственно на основе данных о времени проникновения тепла и температуре с использованием значения Z, равного 18 ºF, и базовой температуры 250 ºF. Наиболее распространенным методом формул является метод формулы шара. Метод формулы Болла был разработан К. Олином Боллом в 1923 году. После того, как график процесса разработан, подтверждение можно определить с помощью инокулированного тестового пакета.
Распределение тепла (HD) и распределение температуры (TD), тест определяет температуру вокруг контейнеров в автоклавах. Производители оборудования и организации, занимающиеся переработкой, используют тест HD/TD для разработки графиков работы автоклава, таких как график вентиляции и время выхода автоклава. Отсчет времени процесса не должен начинаться до тех пор, пока не будет достигнута температура автоклава, указанная в графике процесса, и не будут завершены необходимые рабочие процедуры автоклава.
Гидростатические автоклавы
Как правило, гидростатический автоклав обычно очень большой и имеет высоту в несколько этажей. Его можно рассматривать как неподвижный паровой автоклав, работающий при постоянной температуре процесса, через которую контейнеры транспортируются непрерывной транспортной цепью с постоянной скоростью, предназначенной для обеспечения правильного времени процесса.
Гидростатические автоклавы производятся корпорацией FMC в США, а также компаниями Stork и другими в Европе. Новые конструкции теперь предлагают сквозное или осевое перемешивание продукта; использование избыточного давления для сохранения целостности контейнера; возможность обработки стекла и гибких пакетов; и вода в качестве теплоносителя помимо пара. Системы часто используются для продуктов большого объема, требующих длительного приготовления, таких как сгущенные супы и корма для домашних животных.
Гидростатическое давление – это давление покоящейся массы воды. Вес воды создает давление. Чем выше вода находится в вертикальном столбе, тем больше давление. Название «гидростатический» происходит от того факта, что давление в паровом куполе уравновешивается водой на входе и выходе автоклава. Контейнеры транспортируются через этот паровой купол. Чем выше уровень воды, тем выше давление и температура в паровом куполе. Они предварительно нагреваются в подающем тракте (горячей воды) перед входом в паровой купол и охлаждаются в выходном или выпускном (охлаждающем) тракте после парового купола. Контейнеры транспортируются цепными конвейерами. Вода находится под «гидростатическим давлением», создаваемым давлением в водяных патрубках, которые герметизируют пар в паровой камере.
Процедуры запуска гидростатического автоклава требуют продувки автоклава и доведения воды в питающих ветвях до температуры. Эта процедура занимает больше времени, чем вентиляция паровых автоклавов. Гидростатический автоклав обычно эксплуатируется в течение периода до нескольких недель и может быть остановлен и охлажден только тогда, когда это необходимо для технического обслуживания или ремонта.
Контейнеры загружаются в горизонтальный транспортер на непрерывной цепи и транспортируются к входному патрубку стерилизатора. Входной патрубок заполнен водой, которая уравновешивает давление в паровом куполе. Температура воды увеличивается по мере движения контейнера от верхней части впускного патрубка вниз к границе раздела пар-вода в нижней части патрубка. Температура воды во входном патрубке может варьироваться от температуры окружающей среды до кипения. Подающая линия может способствовать летальности процесса за счет повышения начальной температуры продукта. Если заявлено о летальном исходе процесса для впускного патрубка автоклава, необходимо тщательно контролировать температуру воды во впускном патрубке.
Перемешивание продукта минимально, если оно специально не предусмотрено в системе. В качестве теплоносителя обычно используется пар. Между камерой обработки (паровым куполом) и атмосферой нет дверей и перепускных клапанов. Время процесса в основном такое же, как и в перегонной реторте. Конвейерная система используется для увеличения количества обрабатываемых контейнеров. Пар может поступать в верхнюю или среднюю часть купола.
Например, высота воды в водосборниках должна составлять 37 футов на уровне моря, чтобы компенсировать температуру обработки 250° F (121° C). Для работы при температуре выше 250° F потребуется более высокий уровень воды. Автоклавы могут работать при температуре ниже максимальной, если давление остается достаточно высоким, чтобы предотвратить контакт воды с контейнерами в паровом куполе.
Контейнер транспортируется через интерфейс пара-вода в паровой купол. Количество раз, когда носитель проходит через паровой купол, а также скорость носителя определяют время процесса. Путешествие от вершины парового купола вниз и наоборот называется одним проходом. Распространены гидростатические автоклавы с 2, 4, 6 и 8 проходами. После прохождения через паровой купол контейнеры подаются в выходной патрубок, где температура снижается по мере прохождения контейнера вверх по отводу. Банки, выходящие из парового купола, нагреваются до высокого уровня и отдают свое тепло воде в разгрузочном патрубке. Это приводит к нескольким ситуациям в зависимости от конструкции автоклава.
Когда контейнер выходит из опоры, он подвергается воздействию атмосферного давления и может проходить через ряд водяных охладителей для дальнейшего охлаждения продукта. Цепь конвейеров переносит контейнеры обратно к станции погрузки, где обработанный продукт выгружается из конвейера непрерывного действия. Поскольку входное и выходное отверстия контейнера расположены близко друг к другу, необходимо следить за тем, чтобы необработанные контейнеры не смешивались с обработанными контейнерами. Контейнеры, найденные на полу или в других местах, чье состояние сомнительно, следует уничтожить.
Перед началом работы паровой купол необходимо продуть, как и обычный паровой автоклав периодического действия. Время и температура вентиляции должны быть рекомендованы производителем оборудования или руководителем технологического процесса предприятия. Гидростатический автоклав должен быть оборудован по крайней мере одним выпускным отверстием размером 1/4 дюйма или больше в верхней части паровой камеры или камер на противоположном конце входа пара. Кроме того, все прокачные устройства должны быть расположены таким образом, чтобы оператор мог видеть их правильную работу.
Контроль уровня воды в питающем и выходном ветвях важен для поддержания гидростатического давления в автоклаве. Уровень воды обычно контролируется с помощью контроллера перепада давления, который добавляет воду, когда это необходимо, и сбрасывает лишнюю воду из ножек. Колебания уровня воды в питающих и выходных ветвях могут быть вызваны колебаниями подачи и разгрузки контейнеров. По мере того, как на контейнерный конвейер подается больше контейнеров, больше воды вытесняется из ножек, недостаток производительности приводит к нехватке контейнеров в опорах и уровень воды падает.
Контейнер-конвейер приводится в движение двигателем с регулируемой скоростью и должен проверяться и регистрироваться в начале обработки и записываться не реже, чем каждые 4 часа. Изменение скорости контейнерного конвейера приводит к изменению времени процесса. Работа на более низкой скорости, чем указано в технологическом графике, приведет к увеличению времени приготовления, что повлияет на качество продукта. Работа на более высокой скорости, чем указано в технологическом графике, приведет к сокращению времени приготовления и потенциальной недостаточной обработке продукта, что может указывать на проблему с безопасностью пищевых продуктов.
Контакт с водой контейнеров в нижних петлях является серьезной проблемой. Это может привести к недостаточной обработке. Если контейнеры контактируют с водой, контейнеры должны быть отделены и проверены. Подающая линия не может быть ниже минимальной начальной температуры продукта (IT), иначе температура ветви станет ниже. Критические факторы должны измеряться и регистрироваться в соответствии с методом и частотой, указанными в письменной процедуре, как это справедливо для всех реторт. Записи должны включать скорость конвейера (цепи) и проверяться не реже, чем каждые 4 часа.
Системы асептической обработки и упаковки.
Асептическая обработка представляет собой непрерывную операцию. Поведение одной части системы может повлиять на общую производительность всей системы. При асептической обработке упаковки и пищевые продукты стерилизуются в отдельных системах. Затем стерильную упаковку наполняют стерильным продуктом, закрывают и герметизируют в стерильной камере. Перерабатывающий процесс должен обеспечить коммерческую стерильность не только продукта, но и системы стерилизации продукта, упаковочного оборудования и упаковочных материалов. Прежде чем начать обработку, технологическое оборудование, упаковочное оборудование и материалы должны быть предварительно стерилизованы.
Технологическое оборудование можно предварительно стерилизовать паром или горячей водой под давлением. Упаковочное оборудование и материалы могут быть предварительно стерилизованы с использованием насыщенного пара, перегретого пара, перекиси водорода и тепла или других обработок. Все процессы должны быть валидированы. Запланированный процесс будет включать продукт, стерильные зоны продукта, упаковочную систему и упаковочные материалы. Контроль состава, такой как крахмал, размер частиц и регидратация, может изменить скорость потока продукта через стерилизационные трубки.
Необходимо контролировать скорость потока. Скорость потока не должна быть выше скорости потока, указанной в технологическом графике. Системы прямого нагрева продукта включают впрыск пара и вливание пара. Системы косвенного нагрева продукта включают пластинчатый теплообменник, трубчатый теплообменник и скребковый поверхностный теплообменник. Удерживающие трубы должны иметь наклон вверх не менее 0,25 дюйма на фут длины диаметра и наклона, соответствующих испытаниям. Ни одна часть трубки не нагревается, но может быть изолирована. Съеденная жидкая пищевая частица может получить различную степень стерильности в зависимости от продолжительности времени, в течение которого частица вращается в удерживающей трубке. Время пребывания самой быстро движущейся частицы определяется обрабатывающим процессом. Трубка-держатель должна быть сконструирована таким образом, чтобы каждая частица пищи оставалась в ней в течение определенного времени, указанного в графике процесса.
Другое оборудование и средства управления включают устройства индикации температуры и регистраторы. Устройства индикации температуры должны соответствовать требованиям, должны быть проверены на точность, иметь записи о калибровке и лампочку рядом с самописцем. Регистратор должен быть точным, а лампочка должна располагаться на выходном конце удерживающей трубки. Процесс может иметь несколько мест расположения отводных клапанов на случай падения температуры или падения давления продукта в регенераторе продукта. Генераторы регенерации продукта в продукт используются для одновременного охлаждения стерилизованного продукта и нагревания нестерилизованного продукта. Давление стерилизованного продукта больше, чем давление нестерилизованного продукта. Устройства противодавления, клапаны или отверстия могут использоваться для поддержания давления и предотвращения испарения продукта в целом. Если давление в системе падает, вода в изделии превращается в пар.
Системы с ручным управлением полагаются на просмотр производственных журналов и диаграмм записи для проверки соблюдения графика процесса. Автоматизированные системы предотвращают упаковку нестерильного продукта. Операции должны быть проверены при запуске, следуя запланированному процессу, обеспечивая контроль температуры процесса в самой холодной точке после трубы и определяя, как предприятие предотвращает отклонения во время переключения с воды на продукт. Эксплуатационные записи включают в себя устройство индикации температуры на конце выдерживающей трубки, устройство регистрации температуры на конце всей трубки, регистратор-контроллер температуры на выходе из конечного нагревателя, запись перепада давления в регенераторе, расход продукта, контроль стерильного воздуха в резервуаре, производительность пропаривающих уплотнений и записи о предварительной стерилизации.
Возможные отклонения от процесса включают падение температуры и удержание трубки, потерю перепада давления в обычном генераторе, потерю давления стерильного воздуха или другой защиты в расширительном резервуаре, потерю стерильного воздуха/газа в стерильных зонах, критические факторы в технологическом графике, выходящие за пределы спецификации, или скорость насоса с регулируемой скоростью слишком высока. Асептическая обработка должна включать письменные процедуры очистки и повторной стерилизации системы. Если процедура повторной стерилизации отличается от процедуры запуска, проверку процедуры осуществляет уполномоченный орган процесса. Факторы, которые следует учитывать при повторной обработке, включают: ранее обработанный продукт может иметь другие характеристики текучести из-за крахмала или связующих веществ. Проверьте, будут ли затронутые партии перерабатываться отдельно, вместе или смешиваться с новым продуктом.
Упаковка также должна быть стерилизована с использованием систем стерилизации предприятия. Например, банки и крышки можно стерилизовать перегретым паром. Асептическая система нацелена на те же микроорганизмы, что и типичные коммерческие стерильные консервы с низким содержанием кислоты. Асептические системы состоят из средств для нагрева пищевых продуктов, насоса синхронизации, удерживающей трубки и системы охлаждения. Перед наполнением трубку, расположенную ниже по потоку от удерживающей трубки, необходимо довести до коммерческой стерильности. Термический процесс пищевых продуктов осуществляется в камере хранения путем контроля скорости потока, времени пребывания и температуры. Асептические зоны машин создают и поддерживают стерильную зону наполнения и укупоривания. Для обработки упаковочных материалов или поверхностей машин используются стерилизующие агенты, такие как тепло, химикаты, облучение или комбинация обработок.