Растет спрос на продукты, сохраняющие срок годности. Изменение образа жизни потребителей привело к тому, что потребители, испытывающие нехватку времени, стали искать удобные и быстрые в приготовлении продукты. Но им также требуется широкий ассортимент полезных, питательных и ароматных продуктов в различных типах тары. Розничные продавцы реагируют на это требование и расширяют ассортимент своей продукции, призывая производителей увеличить сроки хранения и использовать различные типы тары.
Современные потребители отказываются от продуктов с высокой степенью обработки в пользу продуктов, которые выглядят свежими и натуральными. Продукты, в которых используются химические добавки, содержится большое количество соли или кислот, а также продукты, обработанные с высокой степенью нагрева, подвергаются особому давлению со стороны изменения потребительских предпочтений.
Компании, работающие с мировыми брендами или производящие продукцию под собственной торговой маркой, знают, что ассортимент продукции необходимо менять на многих уровнях, чтобы удовлетворить местный спрос и потребности розничных продавцов. Эти изменения касаются не только рецептуры продукта и маркировки, но и параметров упаковки и обработки. Стальные банки, пакеты-реторты, пластиковые бутылки, стеклянные бутылки и кувшины, пластиковые бидоны и лотки теперь предлагают маркетингу широкий спектр возможностей для создания новых и уникальных брендов.
Внешний вид и форма упаковки играют важную роль в маркетинговом поиске путей и средств повышения привлекательности товаров широкого потребления для потребителей и розничной торговли. Но, в конечном счете, именно технологическая линия должна обеспечивать высокое качество продукции и обеспечивать постоянный контроль за безопасностью. Потребность в технологической гибкости остается под вопросом.
Стерилизация пищевых продуктов
Стерилизация с помощью тепла — одна из многих технологий, применяемых для увеличения срока хранения продуктов в упаковке. Альтернативой может быть ультрапастеризованная обработка и асептический розлив (для жидких продуктов), а также охлаждение и заморозка (для жидких и/или твердых продуктов). Линии для стерилизации пищевых продуктов бывают двух основных видов: асептические линии и линии для упаковки в контейнеры.
На асептической линии стерильный контейнер заполняется стерильным продуктом в стерильных условиях. Это непрерывный процесс, который обычно ограничивается жидкими продуктами с мелкими частицами.
С другой стороны, стерилизация в контейнерах — это проверенная технология, которая обеспечивает безопасность и эффективность пищевых продуктов с низким содержанием кислот и обеспечивает их стабильность при хранении (рН > 4,5). Нестерильный контейнер заполняется нестерильным продуктом и герметично закрывается в нестерильных условиях. Затем продукт стерилизуется внутри контейнера, проходя через технологическую линию стерилизации. Существует два типа технологических линий стерилизации: ротационные и гидростатические стерилизаторы непрерывного действия и автоклавы периодического действия.
Ротационные и гидростатические стерилизаторы непрерывного действия преобразуют постоянный поток контейнеров в непрерывный процесс. Эта система обеспечивает непрерывную загрузку, обработку и выгрузку контейнеров с продуктами. С помощью направляющих контейнеры перемещаются через ряд корпусов или колонн для предварительного нагрева, варки, охлаждения под давлением и остывания каждого отдельного контейнера, выходящего из системы.
Стерилизаторы непрерывного действия, как правило, используются для обработки больших объемов продуктов в одинаковых по типу и размеру емкостях. Эти автоклавы обеспечивают кратковременное приготовление при высокой температуре и быстрое и эффективное охлаждение в автоматическом режиме непрерывного действия. Каждая упаковка готовится и охлаждается одинаковым образом и проходит один и тот же термический процесс, что обеспечивает неизменное качество продукта. Сокращение времени обработки помогает сохранить натуральный вкус, питательные вещества и внешний вид продукта.
В автоклавах периодического действия контейнеры с продуктами складываются в корзины или обрешетки. Непрерывный поток контейнеров поступает на накопительный стол к загрузчику корзин. Заполненные корзины формируют ряд продуктов и перемещаются в автоклав для термической обработки. После завершения цикла корзины покидают автоклав и выгружаются на конвейер для дальнейшей обработки. Автоклавы могут быть легко сконфигурированы для работы с большим количеством типов контейнеров и обработки широкого спектра рецептур продуктов.
Автоклавы периодического действия обеспечивают высокую гибкость использования продукта и тары, поскольку для каждого цикла в автоклавах используется своя рецептура. Порцией № 1 может быть горошек в банке, порцией № 2 — соус в пакетике, а порцией № 3 — напиток в стеклянной бутылке. Современные автоклавы для порционного приготовления могут быть сконфигурированы для выполнения нескольких процессов, что обеспечивает максимальную гибкость кухонных комбайнов.
Автоматизация процесса формирования корзин, доставки, загрузки/разгрузки приводит к созданию автоматизированной системы стерилизации порций. Из загрузчика ящиков заполненные ящики транспортируются в зону загрузки порций, где формируется полная загрузка автоклава. Затем транспортировочная тележка доставляет этот груз к одному из автоклавов, и он автоматически загружается в нее. После завершения цикла стерилизации грузы загружаются обратно в транспортировочную тележку и затем транспортируются в зону разгрузки партии. При такой установке системы управления отдельными функциями автоклавной линии синхронизируются с помощью усовершенствованной системы связи.
Автоматизированные автоклавные камеры снижают трудозатраты и увеличивают производительность. Наличие считывателей для отслеживания состояния корзин позволяет системе отслеживать статус стерилизации каждой партии продукта и обеспечивать цифровую запись для контроля качества и соблюдения нормативных требований. В целом, стерилизаторы непрерывного действия обеспечивают высокую воспроизводимость и стабильность. С другой стороны, периодическая стерилизация часто обеспечивает большую гибкость в отношении продукта, тары и производства.
Хотя рецептура продукта играет важную роль при стерилизации, именно термический процесс в конечном итоге влияет на качество готового продукта. Точное проектирование термического процесса для вашего конкретного продукта является отправной точкой в поиске наиболее подходящего автоклава.
Проектирование термического процесса — это прежде всего безопасность продукта
Целью обработки автоклавов является получение товарной стерилизации с помощью нагрева. Хотя термический процесс предназначен для уничтожения или обезвреживания неактивных организмов, вызывающих порчу, некоторые бактерии могут выжить в этом процессе, поэтому при нормальных условиях хранения продукт безопасен, но не обязательно стерилен. Значение Fo обычно используется для сравнения термообработки и описывает количество времени, необходимое для уменьшения популяции микроорганизмов в 10-12 раз. Например, для C. botulinum время нагревания в 3 минуты при температуре 121°C (250°F) сокращает популяцию на этот коэффициент.
Чтобы обеспечить коммерческую стерильность, вся пищевая масса в контейнере должна выдерживаться при требуемой температуре в течение требуемого времени. Однако длительное воздействие тепла влияет на качество готового продукта. Чем выше температура, тем быстрее происходит вымирание и, следовательно, тем меньше требуется выдержка. Большинство переработанных продуктов выиграют от высокотемпературного и кратковременного процесса. Еще один аспект, который следует учитывать, — это теплопередача внутри контейнера для продукта: время, необходимое для достижения температуры термической обработки (время выдержки) в самой холодной точке контейнера. Очевидно, что различные формы и типы контейнеров требуют специальных тепловых решений.
В процессе автоклавирования тепло должно передаваться продукту через стенки контейнера. Различные типы упаковки имеют разные значения теплопроводности: металлическая имеет самую высокую теплопроводность, а пластиковая — самую низкую. Следует учитывать и другие важные факторы, например объем емкости, вязкость продукта и начальная температура продукта перед загрузкой в автоклав.
И наконец, нужно ли перемешивать ваш продукт? Действительно, некоторые продукты выигрывают от перемешивания во время термического процесса для лучшего конвекционного нагрева и защиты продукта, находящегося ближе всего к поверхности, от «пригорания» при более высоких температурах. Автоклавы для порционного приготовления также могут содержать вращающиеся стойки, которые перемешивают продукт последовательно. Это ускоряет теплопередачу в продуктах, которые текут, перемешивая содержимое за счет перемещения пузырьков воздуха, которые образуются за счет пространства на поверхности. Без этого пузырька использование системы перемешивания для продуктов в твердой упаковке практически невозможно.
В заключение отметим, что при определении оптимального теплового процесса необходимо учитывать два аспекта. Существует микробиологический аспект, когда нам необходимо знать, какова сопротивляемость конкретного организма, вызывающего озабоченность, чтобы определить необходимое количество тепла. На этапе обработки мы определяем, сколько тепла передается продукту в контейнере. Объединение этих двух точек зрения позволяет нам получить необходимый тепловой процесс.
Проектирование теплового процесса
Запланированный процесс определения температуры и давления во время процесса стерилизации. Давление внутри контейнера с продуктом повышается из-за расширения продукта, повышения давления паров и нагрева воздуха в свободном пространстве. Для сохранения целостности контейнера это явление необходимо компенсировать за счет избыточного давления на этапах приготовления, заваривания и охлаждения.
Процесс распыления пара и воды
Технология пароводяного распыления является стандартной для стационарных и перемешивающих автоклавов периодического действия. Пар подается непосредственно на дно автоклава для быстрого и равномерного вспенивания. Струи воды, распространяющиеся по всей длине корпуса, интенсивно перемешивают пар и воду и обеспечивают равномерное распределение температуры. Ключом к функциональности пароводяного распылителя является возможность перекачивать технологическую воду и турбулентно разбрызгивать ее по всему автоклаву. Вода возвращается в корпус через специально разработанные форсунки, которые «распыляют» ее на очень мелкие капли или пар. Форма распыления из форсунок имеет конусообразную форму, что создает перекрывающиеся формы распыления по всей поверхности автоклава и практически не оставляет мертвых зон. Эта технология обеспечивает равномерную термообработку всех емкостей, обеспечивая при этом эффективный противовес давлению, создаваемому внутри упаковки.
Высокочувствительные датчики температуры и давления, высококачественные пропорциональные регулирующие клапаны и контуры ПИД-регулирования обеспечивают точное управление процессом в течение всего цикла стерилизации. Для обеспечения максимальной безопасности продукта автоклава в стандартной комплектации оснащены абсолютным расходомером и аналоговым датчиком контроля уровня воды. Процесс распыления пара и воды обеспечивает микроохлаждение. Этот контролируемый и плавный переход от стерилизации к охлаждению позволяет избежать теплового удара или неконтролируемого перепада давления. Для других, более специфических типов продуктов, опция turbo-cool увеличивает холодопроизводительность, что сокращает время охлаждения и повышает производительность. Автоклавы, оснащенные технологией пароводяного распыления, считаются наиболее универсальными для всех типов упаковок для выдержки.
Эффективное перемешивание
Автоклавы могут быть дополнительно оснащены эффективным перемешивающим устройством. Контейнеры устанавливаются в корзины горизонтально. Затем корзины осторожно встряхиваются в горизонтальном направлении в процессе перемешивания. Это возвратно-поступательное перемешивание обеспечивает оптимальное перемещение содержимого и значительно улучшает конвекционный нагрев в контейнере. Лабораторные испытания показали, что эффективное перемешивание обеспечивает большее перемещение жидкости и частиц внутри контейнера, что приводит к более быстрой передаче тепла, уменьшению образования комков и лучшему перемешиванию частиц и жидкости. Кроме того, эффективное перемешивание снижает инвестиционные затраты, затраты на техническое обслуживание и потребление энергии в процессе перемешивания по сравнению с непрерывным перемешиванием или качающимся перемешиванием.
Системы рекуперации энергии
Пароводяные автоклавы могут быть оснащены системами энергосбережения для экономии воды, химикатов для водоподготовки и электроэнергии. Уменьшенный объем технологической воды. Для уменьшения объема технологической воды автоклав может быть оснащена дополнительным всасывающим патрубком, который позволяет снизить уровень воды во время обработки. Это значительно сокращает количество технологической воды и, следовательно, расход пара и нагрузку на градирню.
Предварительный нагрев технологической воды
Еще одна дополнительная система предварительного нагрева технологической воды экономит энергию и обеспечивает стабильную производительность процесса при приготовлении продуктов в теплом или горячем виде. Как это работает? Тепло от горячей охлаждающей воды используется для предварительного нагрева холодной технической воды перед началом процесса стерилизации.
Косвенный нагрев с помощью пароводяного теплообменника
Вместо прямого впрыска пара технологическая вода для рециркуляции проходит через пароводяной теплообменник. Это позволяет собирать конденсат и возвращать его в автоклав, избегая дорогостоящей подпитки и предварительного подогрева питательной воды для автоклава.
Новая конструкция также обеспечивает лучшее распределение тепла в статическом режиме или в режиме перемешивания благодаря запатентованному способу подачи технологической воды. Система подает воду к встроенным в барабан распылительным трубам через поворотную муфту, расположенную внутри корпуса. Таким образом, технологическая вода следует за продуктом, устраняя эффект сдвига и обеспечивая более глубокое проникновение воды в загрузку. Конфигурация форсунки со смещением обеспечивает равномерное распределение воды по всей поверхности контейнера.
Эта инновационная технология распыления воды обеспечивает превосходное распределение температуры и значительную экономию энергии и охлаждающей воды. Кроме того, уникальная концепция распыления позволяет работать на высоких оборотах (до 20), обеспечивая при этом превосходное распределение температуры. Поскольку срок службы автоклава составляет не менее 25 лет, экономия энергии и воды имеет особое значение для снижения производственных затрат на переработанную тару.
Возможность использования в нескольких процессах
Технология доступна в режиме распыления пара и воды, а также в режиме полного или частичного погружения в воду, что обеспечивает полную гибкость контейнера и процесса. Погружение в воду для обработки на высоких оборотах и контейнеров, требующих плавучести. Частичное погружение для герметичных жестких контейнеров с минимальной пропускной способностью. Комбинируя различные режимы обработки в одной машине, вы получаете максимально экономичную и бережливую обработку каждой упаковки/продукта.
Последовательное выполнение технологического процесса
Время обработки при высоких температурах сокращается. Это влечет за собой необходимость точного управления процессом. Более серьезной проблемой становится отклонение во времени, давлении или температуре при кратковременной обработке при высокой температуре. Аналогичным образом, процесс охлаждения также влияет на качество и безопасность готового продукта.
Каждый автоклав оснащен локальным контроллером с сенсорным экраном, который контролирует программу стерилизации и позволяет вносить изменения в процесс стерилизации. Системы управления термическим процессом, как правило, контролируют работу системы стерилизации, состоящей из одной или нескольких автоклавов периодического действия, на центральном компьютере. Они выполняют самотестирование и проверяют все полевые устройства и датчики перед запуском.
Контроллер также осуществляет централизованный контроль и автоматически регистрирует отклонения температуры без вмешательства оператора. Дополнительное программное обеспечение для отслеживания летальности в режиме онлайн позволяет корректировать отклонения в процессе на основе онлайн-расчета температуры. Система управления термическим процессом оснащена центральным компьютером, что упрощает управление установкой автоклава.
Технологические рецепты редактируются и управляются на этом главном компьютере. Технологические данные надежно хранятся в зашифрованном виде, а доступ к различным функциям основной системы защищен паролем. Комплексное программное обеспечение обеспечивает точное выполнение запрограммированных режимов стерилизации, таких как запрограммированные температурные перепады на этапах приготовления и охлаждения, температура во время приготовления в начале приготовления и т.д., что уменьшает разбрасывание пены. Созданные записи о технологиях соответствуют требованиям HACCP.
Автоматизированные системы стерилизации периодического действия
В пищевой промышленности наблюдается тенденция к переходу от небольших автоклавов к более крупным корпусам для повышения эффективности и безопасности продукта. Большие емкости подразумевают большие корзины, с которыми невозможно работать вручную. Большие корзины просто слишком громоздки и тяжелы для перемещения одним человеком. Необходимость обращаться с этими огромными корзинами открывает дорогу для ABRS. ‘Автоматизированные автоклавные системы периодического действия» (ABRS) — это полностью автоматизированная интеграция всего оборудования, предназначенного для транспортировки корзин от места загрузки к стерилизационным автоклавам, а затем к месту разгрузки и зоне выдержки упаковки. Глобальная система погрузочно-разгрузочных работ может контролироваться системой отслеживания корзин/поддонов.
Транспортные системы
Доступны различные варианты транспортировки полных/пустых корзин к автоклавам/из них: стационарным транспортером, челночным транспортом по рельсам или транспортными средствами с автоматическим управлением (AGV). Все автоклавы можно заказать со встроенными конвейерами для автоматической загрузки/выгрузки в корзину. Конвейеры изготовлены из нержавеющей стали и предназначены для интеграции с внешними конвейерами. Shuttle — это автоматизированная система доставки в корзину, которая доставляет и собирает партии. Челнок интегрирован с конвейерной системой погрузчика/разгрузчика. Автоматизированная управляемая машина (AGV) — это машина, работающая без гусениц. На AGV установлена короткая секция конвейера, которая соединяется с погрузчиком 11 для сбора корзин для стерилизации.
С помощью конвейера AGV корзины перемещаются от загрузочных конвейеров к порционным автоклавам для приготовления при высокой температуре. После завершения цикла стерилизации автоклав автоматически открывается, и AGV отправляется на разгрузку. Для извлечения корзин и доставки их к разгрузчику или буферному конвейеру требуется машина AGV. Машины AGV также доставляют пустые корзины на буферные конвейеры и с них. Управляющая программная система AGV Manager координирует все перемещения транспортных средств и взаимодействует с производственным программным обеспечением завода для облегчения перемещения корзин.
Система отслеживания корзин/поддонов
Благодаря эффективной системе слежения за корзинами и технологическими партиями продуктов вся работа ABRS поддерживается на должном уровне. BTS не только координирует все перемещения корзин, но и записывает все данные и отслеживает отклонения во времени перед обработкой. Отличительной чертой BTS являются штрих-коды, которые идентифицируют корзины в ключевых местах процесса во время их перемещения: загрузка (время заполнения для отслеживания времени выдержки), в реторте, начало и завершение процесса, а также выгрузка. BTS отмечает любую аномалию (например, корзины с другим продуктом, нестерилизованный или неправильный продукт при загрузке и т.д.). В этом случае для выпуска отмеченного продукта требуется разрешение на контроль качества. Визуализация на экране обеспечивает хороший обзор системы, так что только небольшое число операторов могут следить за работой системы с несколькими автоклавами.