В некотором смысле, процесс стерилизации прошел долгий путь с момента своего появления. Тем не менее, по сути, процесс остался прежним. Основная концепция — нагревание продуктов, подверженных микробной порче, в герметичных контейнерах для продления срока годности — остается принципом действия, который определяет и ограничивает технологический процесс. Хотя рецептура играет важную роль в производстве этих продуктов, именно процесс в конечном итоге влияет на качество готового продукта. При разработке нового продукта необходимо соблюдать тонкий баланс между тремя факторами: безопасностью, качеством и экономичностью.
Безопасность превыше всего
Хотя стерилизация в автоклавах, возможно, и не отличается от некоторых более современных методов консервирования пищевых продуктов, она все же является сложной технологией. Безопасность — это самое главное. В то время как ошибки при обработке в других областях могут негативно сказаться на качестве продукции и, в худшем случае, на вашей карьере, просчеты в процессе обработки могут привести к чьей-то смерти.
Целью обработки в автоклавах является промышленная стерилизация с применением тепла. Наибольшую озабоченность вызывает Clostridium botulinum, газообразующий анаэроб, который вырабатывает смертельный экзотоксин. Кроме того, необходимо обезвредить все присутствующие микроорганизмы, вызывающие порчу. Хотя термический процесс предназначен для уничтожения или инактивации этих микроорганизмов, некоторые бактерии могут выжить в процессе обработки, поэтому продукт безопасен, но не обязательно стерилен.
«Коммерческая стерилизация — это инактивация микроорганизмов, имеющих значение как для общественного здравоохранения, так и для порчи при нормальных условиях хранения», — утверждает Дженни Скотт, главный микробиолог центра технологий переработки и микробиологического анализа Национальной ассоциации производителей пищевых продуктов, расположенного в Вашингтоне, округ Колумбия. «Clostridium botulinum является наиболее термостойким организмом в области общественного здравоохранения значение. Но большинство термических процессов направлены на инактивацию порченых организмов с учетом того, что они будут более устойчивыми, чем C. botulinum. В большинстве случаев вы имеете дело с Clostridium sporogenes.»
В дополнение к гнилостной порче, вызываемой этим и подобными организмами, необходимо учитывать другие виды порчи, в первую очередь, кислую порчу или порчу «Т.А.» (термофильные анаэробы, не продуцирующие сероводород). Если споры термофильны, они могут выжить в процессе переработки. В обычных условиях это не вызывает проблем. Однако, если переработанный продукт хранится при повышенных температурах в течение длительного времени, может произойти порча из-за недостаточного охлаждения или высоких температур хранения.
«Для классического «горячего процесса» коэффициент стерильности равен 3, в то время как для обычного коммерческого процесса стерильности он составляет порядка 5-6″, — объясняет Скотт.
— Есть некоторые термофильные организмы, которые очень устойчивы к нагреванию — их температура составляет порядка тридцати градусов.
Проще говоря, для целей данного обсуждения значение F — это количество минут, необходимое для уничтожения микроорганизма при температуре 250°F. Это зависит от конкретного микроорганизма. Значение Fo описывает количество времени, за которое микробная популяция уменьшается в 10-12 раз. Для C. botulinum время нагревания в 2,45 минуты при температуре 250°F сокращает популяцию на этот показатель. Значение Fo используется для сравнения термообработки.
Это объясняет, почему некоторые из переработанных продуктов, использовавшихся военными во время недавней войны в Персидском заливе, подвергались порче. Термическая обработка, которой подвергались эти продукты, не была рассчитана на длительное хранение в горячем состоянии. Оставшиеся теплолюбивые организмы обнаружили, что высокие температуры хранения способствуют их росту. Чтобы предотвратить порчу, продукты, предназначенные для хранения в горячих условиях, такие как термоупаковки, требуют более тщательной обработки, чем обычные продукты.
Нагревание
Чтобы обеспечить коммерческую стерильность, вся пищевая масса должна выдерживаться при требуемой температуре в течение требуемого времени. Поскольку длительное воздействие тепла влияет на качество готового продукта, как правило, отрицательно, это часто учитывается при разработке продукта и технологического процесса.
«При выборе процесса термообработки мы должны быть уверены, что продукт безопасен, — говорит Терри Хейлигер, менеджер по термической обработке, FMC Corporation, Мадера, Калифорния. — Качество приготовления должно отойти на второй план. В зависимости от ограничивающих факторов — типа оборудования, продукта или упаковки — иногда приходится идти на компромиссы, чтобы добиться надлежащей летальности».
На скорость теплопередачи и, следовательно, на время, в течение которого продукт должен подвергаться воздействию тепла, влияют следующие важные факторы: тип технологического процесса, конструкция оборудования, размер и форма контейнера, вязкость продукта, содержание твердых частиц и свободное пространство.
Обеспечение безопасности продукции при одновременной оптимизации ее качества может осуществляться несколькими способами, в зависимости от ограничивающих факторов. Но сначала несколько слов о термической опасности и теплопередаче.
Чем выше температура, тем быстрее происходит вымачивание и, следовательно, тем меньше требуется выдержка. Этот метод широко используется при пастеризации и становится все более распространенным при обработке в автоклавах.
«Соотношение таково, что если ваша убойная сила при температуре 250°F равна единице, то при температуре 268°F она равна десяти», — объясняет Хейлигер. — Это значительно сократит время приготовления, и большинство переработанных продуктов выиграют от высокой температуры и короткого времени приготовления».
Второе явление, на которое следует обратить внимание, — это процесс теплопередачи. В автоклавных контейнерах, после прохождения тепла через контейнер за счет теплопроводности, пища может нагреваться двумя способами. Теплопроводность подходит для продуктов в твердой упаковке, таких как тыква и корм для собак, или для продуктов с твердыми частицами. Конвекционный нагрев лучше всего использовать для продуктов или порций пищи, обладающих некоторой текучестью.
Для продуктов с теплопроводным нагревом центр контейнера является самой медленной точкой нагрева, и время, необходимое для достижения температуры термической обработки — время приготовления — значительно больше, чем для продуктов, обработанных с помощью конвекционного теплообмена. В продуктах, нагреваемых исключительно с помощью конвекции, самая холодная точка находится вблизи дна контейнера. Однако для многих продуктов не существует единого режима теплопередачи, и температуру остывания необходимо определять, измеряя различные точки в банке с помощью термопар.
«При выборе термообработки необходимо учитывать два аспекта», — советует Остин Гэвин, главный научный сотрудник отдела переработки в NFPA. «Существует микробиологический аспект — мы должны знать, какова устойчивость конкретных микроорганизмов, вызывающих беспокойство. От этого зависит необходимое количество тепла. Что касается обработки, мы собираемся применить полученные знания и определить, сколько тепла получает продукт. Сочетание этих двух факторов дает нам термический процесс.»
«Существует два типа методов расчета, — продолжает Гэвин. Один из них — формульный, а другой — численный. Формульный метод использует данные о проникновении тепла и, основываясь на математической формуле, определяет скорость нагрева продукта и прогнозирует летальные исходы. Численный метод основан на свойствах теплопередачи продукта и, по сути, заключается в расчете температуры по численной формуле.»
После определения летального исхода необходимо провести термическую обработку с использованием фактических условий процесса, чтобы подтвердить ее достоверность. Используются два метода: измерение температуры с помощью термопар или микробиологическая проверка с уменьшением количества спор или упаковки с инокуляцией.
«В промышленности термопары, вероятно, являются наиболее широко используемым инструментом», — отмечает Хейлигер. «Но есть определенные случаи, когда вы хотели бы использовать биологические методы — например, если трудно воспроизвести точный продукт в лабораторных условиях по сравнению с коммерческими, или если сложно провести исследования проникновения тепла в коммерческих условиях. Возможно, кого-то не устраивают данные, полученные с помощью термопары. В одном продукте мы получали большие комки сухого зерна, поэтому мы приготовили немного модифицированного продукта, чтобы убедиться, что внутри комка достаточно влаги. Я всегда стараюсь напоминать людям, что мы не пытаемся стерилизовать наконечники термопар».
P-P-P-Параметры
Все эти критические моменты влияют на требуемую термообработку. Требуемая термообработка влияет на конечный продукт. Таким образом, параметры термообработки напрямую влияют на качество готового продукта. В рамках допустимых временных и температурных рамок существует возможность оптимизировать процесс, сам продукт и упаковку.
При приготовлении консервированного горошка чрезмерный нагрев вреден; в случае с запеченной фасолью трудно получить слишком много полезного продукта — для надлежащего приготовления продукта требуется интенсивный нагрев. В лучших традициях «ограбь Питера, чтобы заплатить Полу» достижение микробиологической стабильности путем автоклавирования происходит за счет потери вкуса, текстуры и питательных веществ. Витамин С и тиамин довольно легко разлагаются под воздействием тепла, как и многие природные пигменты, такие как хлорофилл и ликопин.
«Разрушение микроорганизмов прогнозируется на основе значения z или скорости реакции при изменении температуры на 18°F и более, что существенно повлияет на качество компонентов», — утверждает Марк А. Уэберсакс, доктор философии, профессор и заместитель председателя департамента пищевых наук и нутрициологии Мичиганского государственного университета, Восточный Лансинг. «Если вы посмотрите на температурные режимы, доступные для обеспечения микробиологической стабильности, а они варьируются от 240 до 280 °F, то продолжительность процесса при температуре 240 °F составит около 50 минут. При этом вы потеряете около 50% тиамина в кукурузе, приготовленной в сливочном стиле. Если бы вы провели процесс с эквивалентной летальностью при температуре 270°F, то это заняло бы две-три минуты, и вы потеряли бы всего около 5% тиамина. Скорость разрушения витаминов, а также других факторов качества зависит от температуры и не зависит от микроорганизмов. Это может обеспечить микробиологическую стабильность продуктов и улучшить их качество при более высоких температурах процесса.»
Поскольку нагревание разрушает многие факторы, влияющие на качество, ограничение времени выдержки имеет смысл с точки зрения качества. Первое, что приходит на ум, — это исключить этап бланширования фруктов и овощей. В конце концов, высокая температура во время автоклавирования достаточна для инактивации ферментов. Хотя это действительно так, есть более важные причины для продолжения этого шага.
Бланширование перед автоклавированием служит нескольким целям. Наиболее важным является удаление газов из тканей. Это повышает уровень вакуума в контейнере и уменьшает количество кислорода, что увеличивает срок хранения. Дополнительная бланшировка размягчает продукт, что облегчает его начинку и служит этапом предварительного подогрева перед повторной порцией.
«Кроме того, как правило, плотность бланшированного продукта будет выше, если вы замените газ водой», — отмечает Uebersax. — Когда вы спрашиваете, нужна ли вся эта предварительная подготовка, ответ неизменно оказывается «да».
Поскольку бланширование является обязательным, нам необходимо изучить процесс, продукт и упаковку, чтобы определить, какие параметры позволят оптимизировать конечный продукт как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения качества. Эти три параметра тесно взаимосвязаны — процесс может определять упаковку или продукт, который можно использовать, и наоборот. В зависимости от того, подходит ли продукт для существующего оборудования или нет, могут быть предложены некоторые варианты.
Ответный отчет
В то время как «бабушка» может использовать для консервирования кастрюлю на плите, производители готовят свои продукты в герметично закрытых автоклавах. Но, как и «бабушка», автоклавы бывают разных видов. Эти варианты определяют скорость нагревания и, следовательно, качество готового продукта.
Перегонные кубовые автоклавы — это горизонтальные или вертикальные системы периодического действия, которые стерилизуют продукт с помощью пара. Скорость теплопередачи продукта, будь то теплопроводность или конвекция, определяет продолжительность процесса нагрева. Охлаждающей средой является вода. Часто требуется избыточное давление, чтобы предотвратить деформацию или иное нарушение целостности упаковки из-за внутреннего давления внутри упаковки.
Обычно продукт загружается в ящики для транспортировки, хотя существуют модели без ящиков. Они предназначены для автоматизации процесса обработки и могут также обеспечить некоторую экономию энергии.
«В последнее время большое внимание уделяется автоклавам без ящиков, поскольку они могут использовать преимущества регенерированного охлаждения», — отмечает Уэберсакс. «Банки загружаются в предварительно нагретую воду, которая служит в качестве подушки. После заполнения вода удаляется с помощью подачи пара. Обычно эта вода хранится в изолированном сосуде и используется повторно. После приготовления давление снижается. Затем вы просто открываете автоклав, и продукты попадают в охлаждающий канал. Если у вас есть серия таких устройств, и каждое из них находится на разной стадии процесса, то это квазинепрерывная система, состоящая из устройства для заливки и закаточного устройства».
Порционные автоклавы также могут содержать вращающиеся полки, которые перемешивают продукт последовательно. Это ускоряет теплопередачу в продуктах, которые текут, перемешивая содержимое за счет движения пузырьков воздуха, создаваемых свободным пространством. Из-за отсутствия этого пузырька использование этой системы для производства продуктов в твердой упаковке практически не дает преимуществ.
«Пузырьки свободного пространства — это, по сути, то, что перемешивает продукт: чем больше свободного пространства, тем интенсивнее перемешивание и тем быстрее нагревается продукт», — сообщает Гэвин. «Непрерывное перемешивание само по себе более эффективно, чем непрерывное перемешивание, которое является более эффективным средством, чем статический процесс. Но при таком разнообразии конструкций автоклавов на карту поставлено нечто большее, чем продолжительность термического процесса. Производители заинтересованы в урожайности, производительности и тому подобном».
Автоклавы непрерывного действия повышают производительность и снижают трудозатраты, а также увеличивают скорость теплопередачи жидких продуктов. В наиболее распространенной конструкции цилиндрическая емкость подается через механический запорный клапан и подается через автоклав по горизонтальной спиральной системе транспортировки. Как правило, банки вращаются вокруг своей оси на протяжении части спирали. Два типа вращения обеспечивают перемешивание, увеличивая объем пузырьков и улучшая теплоотдачу.
Разновидность этого типа автоклавов фиксирует банки на месте, исключая осевое вращение. Воздушный пузырь проходит через контейнер по эллиптической траектории, что значительно увеличивает скорость теплопередачи. Этот метод позволяет повысить качество за счет сокращения времени приготовления очень вязких продуктов в больших емкостях, таких как кукурузное пюре в банках № 10.
Гидростатические автоклавы — это вертикальные системы, в которых водяной столб используется в качестве парового клапана. Высота водяного столба противодействует давлению пара в паровом куполе. Для давления пара 15 фунтов на квадратный дюйм требуется водяной столб высотой 33 фута. Конвейерная цепь опускает банки в подогретую воду, температура которой постепенно повышается до 225-245°F. Это является преимуществом для емкостей, подверженных термическому удару. Они проходят через паровую камеру для соответствующей термической обработки и выходят через другой водяной канал, постепенно охлаждаясь и снова сводя к минимуму тепловой удар. Эти автоклавы могут включать в себя несколько цепей для обработки различных размеров или одновременного использования различных скоростей. Некоторые производители могут предусмотреть способ перемешивания.
Существует ряд других конструкций автоклавов непрерывного действия, в которых контейнеры входят и выходят через один и тот же запорный клапан. Это обеспечивает перемешивание за счет перемещения контейнеров по направляющей через камеру высокого давления.
По словам Хейлигера, основными критериями, которые будут определять выбор конкретного типа автоклавов, являются:
Форма и тип контейнера
Цилиндрический контейнер можно использовать практически в любых системах. Контейнеры необычной формы и пакеты-реторты требуют специальной конструкции.
Тип продукта
На выбор влияют конвекционный нагрев, теплопроводный нагрев и перемешивание продуктов. «Для продуктов, которые очень чувствительны к пригоранию, лучше использовать систему перемешивания или непрерывного вращения», — говорит Хейлигер. «С другой стороны, продукты, которые нагреваются исключительно за счет теплопроводности, не требуют перемешивания. Однако, несмотря на это, мы смогли обеспечить нормальную обработку некоторых продуктов в гидростатической или стационарном автоклаве в непрерывном вращающемся стабилизаторе при более высокой температуре и более коротком времени. Они обеспечивают достаточную подвижность продуктов, чтобы они не подгорели при такой высокой температуре».
Требуемая производительность
Чем выше производительность, тем эффективнее использовать непрерывную систему.
Энергоэффективность
Поскольку срок службы автоклава составляет минимум двадцать лет, а многие из них все еще используются в течение пятидесяти с лишним лет, по словам Хейлигера, экономия энергии может быть значительной в течение всего срока службы автоклава. С точки зрения качества часто бывает желательно сократить время, в течение которого продукт подвергается нагреванию. Существует несколько областей, в которых следует обратить внимание на возможные недостатки. Например, в то время как перемешивание может способствовать перемешиванию продукта и теплопередаче, чрезмерное перемешивание может привести к возникновению центробежной силы, которая заставит содержимое оставаться неподвижным, особенно при непрерывном перемешивании. Более высокие температуры, используемые при кратковременных процессах, также создают ряд потенциальных проблем. Одна из проблем заключается в переваривании или пригорании продукта ближе к поверхности, поэтому перемешивание имеет решающее значение для получения приемлемого продукта.
«Как правило, процессы при более высоких температурах протекают быстрее, и это подразумевает необходимость более строгого контроля», — предупреждает Uebersax. «Если учесть количество летальных исходов, которое применяется в единицу времени, то летальность накапливается гораздо быстрее, чем при более низких температурах. Отклонение во времени или температуре, когда вы находитесь при высокой температуре в течение короткого времени, становится более серьезной проблемой. Вероятность ошибки значительно меньше.»
Некоторые из наиболее значительных достижений в области автоклавирования за последнее время были достигнуты в области нагревательной среды. Способ охлаждения также влияет на качество и безопасность готового продукта.
«Хотя охлаждение обычно не учитывается при расчете теплового процесса, — объясняет Гэвин, — формула шара предполагает некоторые допущения относительно охлаждения, поэтому она является неотъемлемой частью расчета. Однако она учитывает только часть охлаждения — формула шара очень консервативна».
«Включение охлаждения в термический процесс также означает, что у вас будет больше критических факторов, которые необходимо учитывать в вашем процессе», — добавляет Скотт. «Каждый раз, когда вы оптимизируете процесс, появляется все больше факторов, которые становятся критическими контрольными точками».
Для охлаждения, как правило, требуется регулировка давления, чтобы внешнее давление не падало намного быстрее, чем давление газов в свободном пространстве. Если давление не выровнять, контейнер может прогнуться или выпятиться.
«Охлаждению, вероятно, уделяется не так много внимания, как следовало бы», — отмечает Хейлигер. «Основное внимание уделяется стерилизации, но есть продукты, которые могут быть чувствительны к способу охлаждения. Если продукт нуждается в хорошем распределении ингредиента или твердых частиц, охлаждение при вращении или перемешивании, вероятно, позволит получить более однородный продукт, чем при стационарном охлаждении».
По словам консультанта по термической обработке и регулированию Уильяма Коффина, существуют и другие нежелательные эффекты, которые могут возникнуть при недостаточном охлаждении.
«Недостаточное охлаждение может заметно повлиять на качество продукта», — говорит он. «Все контейнеры должны быть охлаждены до температуры ниже 100°F. Мало того, что вы можете получить некачественный продукт из-за перегорания в штабеле, но я также наблюдал довольно серьезную термофильную порчу некоторых продуктов, температура в центре которых достигала 140°F.»
Другая проблема, которая может возникнуть при использовании технологии охлаждения, — это последующее загрязнение продуктов. По словам Скотта, некоторые из них возникают из-за дефектов упаковки или закатки, но некоторые связаны с тем, что состав для закатки может быть немного текучим при повышенных температурах.
«При охлаждении в банке все еще сохраняется вакуум», — отмечает она. «Что-то может попасть внутрь даже через хорошо заделанный шов. Вы пытаетесь свести к минимуму вероятность того, что то, что попало внутрь, содержит микроорганизмы. Это является основной причиной хлорирования охлаждающей воды.»
Добавление ингредиентов
Фактическая рецептура продукта влияет на требуемую термическую обработку. Можно использовать ряд методов, позволяющих сократить время приготовления и, таким образом, улучшить качество готового продукта. Некоторые из них были рассмотрены в статье «Стабильность при хранении: вопрос качества», опубликованной в июньском выпуске журнала «Дизайн пищевых продуктов» за 1994 год.
Поскольку конвекционный нагрев и вязкость жидкости значительно сокращают время, необходимое для достижения требуемой внутренней температуры, использование крахмалов и смол, разжижающих при нагревании, улучшает теплоотдачу. Некоторые специальные крахмалы и многие другие смолы в горячем виде менее вязкие, а при охлаждении густеют до первоначальной консистенции. При усилении перемешивания разжижающие свойства при сдвиге могут также способствовать увеличению скорости теплопередачи. Как уже упоминалось, в системах такого типа может потребоваться особое внимание к процедурам охлаждения, если требуется равномерное распределение частиц в готовом продукте.
Еще одна область, позволяющая снизить потребность в тепловой обработке, — это оптимизированные пищевые системы. Они сочетают в себе такие параметры, как pH, Aw, содержание растворенных веществ и другие характеристики, которые повышают микробиологическую опасность данного термического процесса.
«Например, консервированные грибы почти всегда подкисляются для сохранения текстуры», — говорит Коффин. «Существует несколько способов производства. Одна компания предлагала систему, в которой используется комплекс органических кислот, что позволяет сократить время термической обработки и при этом практически не привносит кислотного привкуса».
В некоторых процессах используется комбинация ингредиентов, упаковки и технологических приемов для улучшения показателей качества продукции. Например, система Veri-Green (r), разработанная Continental Can, сочетает в себе высокотемпературную и кратковременную стерилизацию, бланшировку с высоким (12,0) рН и банки со специальным покрытием для улучшения вкуса и текстуры овощей.
Размер и количество частиц также влияют на теплопередачу. Если частицы слишком крупные, они препятствуют конвекции продукта. Чем их больше, тем больше они ограничивают поток и увеличивают время, необходимое для достижения требуемого уровня температуры. Кроме того, центры нагрева твердых ингредиентов нагреваются за счет теплопроводности — чем они больше, тем дольше время приготовления.
Даже свойства самих ингредиентов часто приходится изменять, чтобы приспособить их к использованию в автоклаве. Например, при пропускании через автоклав обычных макаронных изделий лапша часто получается переваренной. По словам Роберта Вермилена, вице-президента A. Zerega’s Sons, Inc., Fair Lawn, Нью-Джерси, для успешного приготовления макаронных изделий необходимо учитывать три важных фактора: форму, размер и ингредиенты.
«Толщина стенок и форма влияют на то, насколько хорошо макароны хранятся — кусочки меньшего размера и с более толстыми стенками гораздо лучше подходят для приготовления в автоклаве», — объясняет он. «Использование 100%-ной манной крупы или муки твердых сортов помогает сохранить макароны твердыми и снижает содержание крахмала в готовом продукте. Добавление яичного белка и глицерилмоностеарата, которые разрешены Федеральными стандартами качества для макаронных изделий, может обеспечить дополнительные преимущества».
Чтобы избежать переварки, макароны из автоклава должны впитывать влагу медленнее, чем те, которые предназначены для домашнего использования. Увеличенная густота и дополнительные ингредиенты замедляют процесс приготовления. Яичный белок увеличивает содержание белка, который образует нерастворимую в воде пленку. Это задерживает гранулы крахмала, замедляя желатинизацию. глицерилмоностеарат в сочетании с амилозой образует нерастворимые комплексы, которые минимизируют миграцию крахмала на поверхность и снижают водопоглощение после приготовления.
Особенности упаковки
Стекло и металл использовались в качестве упаковочных материалов для автоклавов с момента их появления. В этом столетии технологии производства пластмасс предоставили нам более широкий выбор — от гибких пакетов до жестких контейнеров. Выбор упаковки определяется целым рядом факторов: стоимостью, внешним видом, конечным назначением (например, возможностью использования в микроволновой печи), совместимостью продукта и — вероятно, наиболее распространенным ограничивающим фактором — самим автоклавом.
Не все упаковки можно использовать во всех автоклавах. Большинство автоклавов могут работать с цилиндрическими контейнерами. Пакеты или нецилиндрические контейнеры нельзя использовать в системе непрерывного вращения. Стекло может разбиться от термического удара или чрезмерного давления. Технологические условия могут привести к деформации пластика или потере его герметичности. Большинство пластмасс не выдерживают нагревания при температуре около 250 ° F.
«Более легкие материалы, даже банки тонкого размера, требуют обработки под избыточным давлением как при нагревании, так и при охлаждении. В большинстве стерилизационных установок в качестве теплоносителя используется пар», — объясняет Хейлигер. «Температура пара при давлении 15 фунтов на квадратный дюйм составляет около 250°F. Когда контейнер нагревается, внутреннее давление превышает это значение. Контейнер с тонкими стенками нуждается в дополнительном давлении. Поэтому вы используете сжатый воздух. Вы должны убедиться, что воздух перемешан, чтобы он не стал изолятором вокруг контейнера. Один из способов — погрузить контейнеры в воду, тогда воздух будет находиться поверх воды. Некоторые производители используют паровую смесь, циркулирующую с помощью вентилятора. Некоторые используют для перемешивания горячую воду. Каждый из этих методов обеспечивает несколько иную теплоотдачу.»
Чтобы автоклавируемые пакеты не расширялись и не лопались во время автоклавирования, их необходимо хранить в стеллажах или ограничителях. Удаление воздуха из упаковок также уменьшает их расширение и помогает им оставаться герметичными.
Стекло имеет особые требования к нагреву и охлаждению. Он выдерживает разницу температур примерно в 100°F, прежде чем растрескается.
«Банки почти всегда варят в воде. Вы можете готовить их на пару, но для этого требуется повышенное давление воздуха», — говорит Коффин. «Необходимо тщательно контролировать температуру, иначе в автоклаве будет полно битого стекла. Мы не используем боросиликатное стекло, но я верю, что в будущем мы сможем использовать совершенно другую технологию для производства стеклянной упаковки».
Пищевые продукты в пластиковой упаковке, как правило, дороже в производстве, чем в металлической или стеклянной. Вопреки распространенному мнению, дело не в том, что стоимость упаковки значительно выше, а в затратах на производство и обеспечение качества.
«На большинстве термосвариваемых упаковок требуется 200%-ная проверка швов», — говорит Хейлигер. «Количество бракованных изделий огромно. Одна из самых больших проблем заключается в том, что, поскольку это герметизация горячим способом, вы должны поддерживать поверхность абсолютно чистой и без загрязнений. Это сложно сделать в процессе розлива».
В процессе розлива тепло должно передаваться продукту через стенки контейнера. Разная упаковка обладает разной теплопроводностью, в том числе металлическая — самой высокой, а пластиковая — самой низкой.
«Хотя эти материалы обладают разной теплопроводностью и различными изоляционными свойствами, геометрия оказывает гораздо большее влияние на теплопередачу», — отмечает Uebersax. «В частности, в случае с пакетами, если вы уменьшите толщину, чтобы теплопередача к центру происходила намного быстрее, вы действительно сможете получить продукт с гораздо меньшей степенью переработки».
На втором плане
Хотя отраслевые эксперты сходятся во мнении, что автоклавирование пищевых продуктов является зрелой технологией, это не означает, что она находится в состоянии застоя. Как известно, ученым и инженерам всегда можно найти возможности для совершенствования. Тем не менее, с точки зрения обработки, возможности несколько ограничены.
«В автоклавной системе существует не так уж много способов охлаждения и нагрева», — отмечает Хейлигер. «Вы можете использовать пар, пар с воздухом, водяные аэрозоли и аэрозоли со смесью воды и воздуха. В коммерческом использовании нет ничего революционного, за исключением того, что все большее распространение получают альтернативы чистому пару. Примерно пятнадцать лет назад никто даже не говорил о паре пар/воздух. Всю жизнь людей учили не допускать попадания воздуха в автоклав.»
Однако в настоящее время изучаются другие технологии. В процессе приготовления используются различные способы использования микроволн — для бланширования, предварительного нагрева или даже для использования всего источника тепла. В настоящее время затраты на электроэнергию не делают этот вариант практичным. Кроме того, по-прежнему требуется определенное давление, чтобы довести температуру до приемлемого технологического уровня.
Определенный интерес представляют и другие, атермические, методы стерилизации. Для стерилизации пищевых продуктов можно использовать облучение, но оно приводит к некоторому ухудшению качества продукта, в том числе к потере витаминов и потере вкусовых качеств. Чрезвычайно высокое давление может привести к разрушению и инактивации микроорганизмов. Исследователи используют для этого давление около 600 атмосфер, и, по словам Хейлигера, этот метод дает определенные результаты в отношении продуктов с высоким содержанием кислоты. Недостатком этого метода является то, что давление не инактивирует ферменты в продуктах.
В области термической обработки все шире используется компьютеризация. Компьютеризация не только привела к новым достижениям в расчетах термической обработки (см. «Компьютерное моделирование: решения для проектирования продуктов» в июльском выпуске журнала «Дизайн пищевых продуктов» за 1993 год), но и улучшила сбор данных, управление процессом и методы испытаний.
«Компьютеризация — это еще одно важное изменение, которое мы наблюдаем», — отмечает Гэвин. С помощью компьютеризированного управления вы сможете быстрее оптимизировать процессы и исключить ошибки оператора».
Таким образом, хотя может оказаться невозможным воспроизвести вкус и текстуру свежесобранного персика в переработанном продукте, существуют некоторые способы улучшить этот процесс.