Изобретение в 1920 году вращающегося стерилизатора непрерывного действия под давлением, которое привело к автоматизации и унификации процесса приготовления консервированных продуктов, а также к значительной экономии рабочей силы и топлива на консервном производстве, решило проблему, которая годами не давала покоя инженерам. Проблема заключалась в следующем: Как подавать непрерывный поток наполненных герметично закрытых банок в камеру высокого давления, наполненную паром; равномерно нагревать содержимое и готовить банки в течение заданного периода времени; затем извлекать и охлаждать их под давлением тем же непрерывным потоком. У этой проблемы был еще один аспект.
Стандартным способом приготовления или стерилизации консервированных продуктов был закрытый автоклав. Банки вручную укладывали в сетчатые корзины и ставили в автоклав, который затем закрывали и наполняли паром. Продукт был приготовлен и охлажден, после чего корзины были извлечены из автоклава. В дополнение к высокой трудоемкости — до 15 человек — и непрерывному перемешиванию, система автоклавирования требовала длительного времени для того, чтобы тепло проникло в центр неподвижных банок.
Следовательно, было желательно немного взбалтывать банки, чтобы сократить время настаивания. Решение было разработано компанией Anderson-Barngrover Company из Сан-Хосе и ее главным инженером Альбертом Р. Томпсоном, которые в последующие годы разработали и запатентовали не только базовые механизмы, но и целый ряд улучшений и доработок. В 1928 году компания Anderson-Barngrover Manufacturing Company, которая выросла из скромного завода на Уэст-Джулиан-стрит в огромный комплекс, занимающий обе стороны улицы, объединилась с соседней компанией John Bean Spray Pump Company, расположенной через несколько домов от нее.
Вскоре после этого новая фирма приобрела компанию Sprague Sells Corporation в Хупестоне, штат Иллинойс, и сформировала корпорацию Food Machinery Corporation, спонсором которой стала компания John Bean organization. К 1972 году компания стала многопрофильным предприятием, и название было изменено на FMC Corporation. Решением проблемы непрерывной стерилизации консервов стала серия из трех устройств, каждое из которых было построено на основе предыдущего. Первое из них было представлено в 1913 году. Для непрерывного процесса приготовления это были варочные панели Anderson-Barngrover с регулируемой загрузкой и охладителем.
Несмотря на длинное и громоздкое название, он решил, по крайней мере, часть проблемы, связанной с непрерывным процессом приготовления, и сразу же завоевал успех в консервной промышленности. Машина состояла из длинного прямоугольного резервуара для приготовления пищи, обогреваемого паром, с рядом шиберных заслонок, расположенных через равные промежутки вдоль одной стороны, и разгрузочного конвейера, проходящего под заслонками и ведущего ко второму, меньшему по размеру, охлаждающему резервуару.
Поступающие банки поступали в конце и перемещались по резервуару с помощью барабана и спирального устройства. Барабан состоял из каналов по всей его окружности, достаточно широких, чтобы по бокам и по всей длине резервуара мог располагаться ряд банок. Он вращался внутри плотно прилегающей неподвижной спирали Т-образного сечения, витки которой были расположены на расстоянии длины банки друг от друга, образуя дорожку, которая удерживала банки в своих каналах и медленно продвигала их вперед по мере вращения барабана.
Отличительной особенностью мультиварки были шиберные заслонки, их “переменная загрузка”. Банки можно вынимать из варочной панели через любое из этих отверстий и перемещать в холодильную камеру. Назначение регулируемой загрузки состояло в том, чтобы обеспечить механическое регулирование времени приготовления для приготовления различных видов консервированных продуктов. Плита барабана был предназначен для работы на постоянной скорости (работает от ремня и шкива от надземных Джек вала) и, поскольку он действует при атмосферном давлении, температура приготовления был более или менее стабильным в Точка кипения воды, который ушел, время в конфорками как только практическую переменной.
Стерилизатор достиг, по крайней мере, части конечной цели. Это была автоматическая варочная панель непрерывного действия, которая могла принимать наполненные герметичные банки с механизированных линий и обрабатывать их без использования ручного труда. Эл Томпсон подал заявку на патент в 1913 году и получил его в 1917 году. Машины с различными вариациями, в том числе цилиндрические емкости с изменяемыми входными отверстиями, оставались в линейке консервного оборудования компании на протяжении почти 30 лет, и многие из них используются до сих пор.
Один из критиков сообщает, что атмосферная варочная панель, однако, не справилась со своей задачей в полной мере, поскольку Дэниел Дж. Тренч из компании Sprague Canning Machinery Company, Хупстон, штат Иллинойс, в статье о кукурузном оборудовании, написанной для журнала “Сувенирная история консервной промышленности», опубликованного журналом «Canning Trade» к Национальному съезду консервистов в Балтиморе в 1914 году, отметил: «На самых ранних этапах развития отрасли окончательная стерилизация (консервированных продуктов) выполнялась в соответствии с требованиями законодательства. консервы) готовили путем длительной варки на водяной бане.
Позже этот процесс был сокращен за счет использования высокотемпературной кальциевой (хлоридной) ванны. Затем появился процесс в закрытом автоклаве или под давлением, который в основном используется в настоящее время. В последние годы предпринимались настойчивые усилия по совершенствованию устройства, которое будет работать автоматически и обеспечивать непрерывную стерилизацию (в частности, машины для перемешивания), которые столкнулись со многими механическими трудностями и в дальнейшем показали, что существует четкий предел перемешивания, который может применяться при обработке кукурузы, и все же избегайте гранулирования крахмала и т.д. в банке.
“Непрерывная автоматическая стерилизация кукурузы под высоким давлением по-прежнему остается одним из неудовлетворенных требований (консервной) промышленности”. Но это было на подходе. Первая машина, работающая под давлением В 1915 году Андерсон-Барнгровер и Эл Томпсон представили свою первую роторную машину, работающую под давлением. Это был массивный цилиндр длиной около 20 футов и диаметром 5 футов, изготовленный из клепаной котельной плиты. В передней части резервуара, на каждом конце, находились два тяжелых скользящих клапана, напоминающих затвор гигантской винтовки с затвором, которые действовали как паровые затворы, впуская банки с одного конца и выпуская их с другого.
Барабан и спираль (спираль, прикрепленная к внутренней части резервуара) перемещали банки через паровую камеру под давлением. Машина заработала, и было продано несколько банок, но она была медленной (около 50 банок в минуту) и громоздкой. Инженеры Anderson-Barngrover вернулись к своим чертежным доскам. Вместо скользящих клапанов Томпсон сконструировал оригинальный поворотный карманный клапан, что-то вроде вращающейся двери сбоку, для приема входящих банок и подачи их в каналы барабана.
Такой же клапан использовался на разгрузочном конце, здесь ему помогала вращающаяся звездочка, установленная под концом барабана и синхронизированная таким образом, что острие звездочки проталкивалось вверх через отверстие в каждом канале, поднимая банку с барабана и помещая ее в карман разгрузочного клапана. Третья плита A-B была представлена в 1920 году, и эта была настоящей новинкой. Точно синхронизированный паропроницаемый карманный клапан точно и своевременно помещал банки в каналы барабана, а соответствующий выпускной клапан на другом конце с помощью вспомогательной звездочки так же ловко извлекал их обратно.
Корпус варочной панели был соединен непосредственно с корпусом охладителя высокого давления на выпускном конце. Он был того же диаметра, что и варочная панель, и немного короче, также изготовлен из нержавеющей стали, и в нем использовалась та же механическая система перемещения. Банки отправлялись из варочной панели непосредственно в холодильник. Холодильник был частично заполнен водой и воздухом под давлением, чтобы предотвратить разбухание или лопание банок при охлаждении.
Долгожданный автоматический процесс приготовления под давлением был практически завершен. Система Anderson Barngrover обеспечивала непрерывное приготовление банок с продуктами под давлением при высокой температуре в течение короткого времени…и сразу же охлаждал их под давлением… это обеспечивало почти идеальную однородность, каждая банка обрабатывалась точно так же, как и все остальные. И это было быстро — до 400 банок в минуту. Кроме того, вращательное движение обеспечивало мягкое перемешивание. Во время нижней трети оборота барабана банки выпадали из своих каналов и катились на ободках по дну резервуара, удерживаемые на месте спиралью и краями канала.
Это привело к тому, что небольшие пузырьки воздуха в каждой банке начали перемещаться по продукту, перемешивая его и способствуя более равномерному прогреву внутри, что еще больше сократило время приготовления. Когда, наконец, был представлен долгожданный стерилизатор непрерывного действия, он более чем оправдал ожидания.
• Это сократило трудозатраты на приготовление пищи с 15 до 1 человека.
• Это снизило расход пара на 50%.
• Благодаря этому стерилизатор обеспечивает равномерную температуру на протяжении всего срока службы банки. Вариации практически исключены.
• В результате получается продукт более высокого качества, благодаря чему консервы приобретают лучший цвет, вкус и текстуру.
Первым крупным рынком сбыта нового стерилизатора стала промышленность сгущенного молока. Молоко — один из самых сложных продуктов для консервирования. Его необходимо тщательно разогревать и готовить при перемешивании, чтобы избежать изменения цвета, вкуса и других повреждений продукта. Новые стерилизаторы непрерывного действия A-B были протестированы для приготовления молочных консервов, и, хотя они оказались успешными, они позволили получить продукт, отличающийся от более вязкого молока, к которому привыкла публика.
Чтобы соответствовать традиционным молочным продуктам, компания Thompson разработала корпус предварительного нагрева с последовательными камерами, который поэтапно нагревал банки перед стерилизацией под давлением, и корпус-охладитель, который производил то же самое в обратном порядке. Кроме того, компания разработала способ устранения протечек — простое расположение двух выпуклых дисков с пространством для банок между ними.
Обычные банки, поступающие из подогревателя со слегка раздутыми краями, зацеплялись бы за вращающиеся диски и поднимались бы на взлетно-посадочную полосу, в то время как банки с утечкой с плоскими краями проходили бы через систему и выпадали из нее. Датчики были установлены между подогревателем и варочной панелью и в конце холодильника в обратном порядке, где проходили бы обычные банки с плоскими краями, в то время как те, у которых концы оставались вздутыми, выбрасывались.
Специальные молочные линии были переданы в аренду производителям сгущенного молока, и к 1928 году компания Anderson Barngrover отметила в своем каталоге, что эти машины были установлены практически во всех крупных молочных компаниях. Использование ротационного стерилизатора для консервирования общего назначения неуклонно росло, но более медленными темпами, и хотя каталог 1928 года был изобилен тестовыми заявлениями о его эффективности при приготовлении различных видов продуктов, он не завоевал доминирующего положения в отрасли до 1950-х годов, когда компания стала известна как FMC.
Сорока годами ранее “материнская” компания FMC была основана в Сан-Хосе на другом изобретении в области пищевой промышленности. В 1888 году Уилл Андерсон запатентовал “Сливовое пюре” — ручное устройство из навесных корзин и рычагов для погружения свежесобранного чернослива в горячий едкий раствор для предотвращения брожения, когда чернослив раскладывали сушиться на солнце. Первые из них он построил вручную на арендованном участке леса, и бизнес был известен как «W. C. Anderson, товары для садоводства». В 1897 году была основана компания Anderson Prune Dipper Company, которая переехала в собственное помещение.
В 1901 году Андерсон нанял блестящего молодого инженера-самоучку Альберта Р. (для компании Riley) Томпсон, 21 год, для помощи в разработке оборудования, которое варьировалось от садовых культиваторов до складских тачек. Компания оказалась втянутой в патентный спор с конкурирующим производителем ковшиков для чернослива, компанией Barn grover-Hull Company, и в 1902 году они урегулировали спор, объединившись в компанию Anderson-Barn grover.
Два года спустя они сконструировали свое первое консервное оборудование — сироповыжималку, которая одновременно заполняла 12 банок. Она приводилась в действие ножной педалью, а высота заливки регулировалась оператором на глаз. В 1910 году компания построила новый завод на Уэст-Джулиан-стрит, 333 в Сан-Хосе, который должен был стать ее штаб-квартирой на следующие 70 лет. Годом позже компания John Bean Spray Pump Company переехала в здание, расположенное несколькими домами ниже по улице. Это были две крупнейшие производственные компании в Сан-Хосе. В 1928 году они были объединены и составили основу корпорации Food Machinery Corporation, а затем и корпорации FMC. Уилл Андерсон стал председателем правления, а Эл Томпсон — главным инженером.
Производство расширяется за рубежом
После Второй мировой войны началась массовая установка “новых” автоматических систем приготовления пищи, и в последующие десятилетия они распространились по всему миру. Производство плит было начато на заводе FMC в Европе в 1954 году, а вскоре после этого — в Австралии и Южной Африке. В 1946 году компания основала исследовательскую лабораторию пищевых продуктов в Сан-Хосе, чтобы помочь производителям консервов разработать временные и температурные режимы для производства самых разнообразных консервированных продуктов. Исследователи подсчитали, что за 35 лет существования компании процессы, протестированные лабораторией, были использованы для производства 5 триллионов банок продуктов питания без опасности для населения.
Компания FMC и ее предшественники построили около 1550 установок для стерилизации под давлением, подавляющее большинство из которых представляют собой современную линию по сборке стерилизаторов под давлением на реконструированном заводе в Сан-Хосе. Кухонные плиты изготавливались здесь в течение 60 лет. некоторые из них до сих пор эксплуатируются. Известно, что они используются в 25 странах: США, Канаде, Мексике, Панаме, Венесуэле, Бразилии, Перу, Австралии, Новой Зеландии, Филиппинах, Малайзии, Таиланде, Сингапуре, Японии, Великобритании, Франции, Германии, Италии, СССР, Иране, Израиле, Кении, Южной Африке, Китай и Голландия.
По оценкам, они производят около 43 миллиардов банок в год. Это далеко не то же самое, что в прежние времена, когда производители консервов часто складывали свои банки снаружи здания для охлаждения на случай, если некоторые из них взорвутся. Понятие “Консервирование” берет свое начало в 1810 году, когда парижский кондитер Николя Аппер был награжден премией в размере 12 000 франков, присужденной 15 годами ранее революционным правительством Франции любому, кто сможет разработать способ хранения продуктов в контейнерах.
Апперт терпеливо работал в течение этих лет, готовя различные продукты в стеклянных банках с пробковыми крышками. Он назвал этот процесс аппертизацией. Разработка ротационного стерилизатора под давлением, который привнес автоматизацию в промышленность, во многом стала кульминацией искусства упаковки, начатого Николасом Аппертом более 170 лет назад. Признание Американским обществом инженеров-механиков этого изобретения международной вехой в области машиностроения является хорошей данью уважения первопроходцам, которые его разработали. По мере развития технологии появлялись усовершенствования.
Сварка заменила заклепки; приводной шкив уступил место электродвигателю и зубчатому редуктору. В 1940-х годах для корпусов были приняты стандарты напорных резервуаров ASME, и рабочее давление возросло с 20 до 33 фунтов на квадратный дюйм и выше. Но базовая конструкция машины остается неизменной на протяжении 62 лет, что является ярким свидетельством продуманности ее конструкции и эффективности ее функционирования. По крайней мере, один ученый, доктор Э. Э. Фри, в 1937 году назвал изобретение консервирования одним из семи важнейших изобретений человечества, присоединившись к таким доисторическим открытиям, как использование семян и управление огнем (наряду с изобретением керамики, письменности, стандартов о мерах веса и микробной теории Пастера). В мире с растущим населением, половина которого голодает, эта оценка кажется все более и более верной. И звание “Благодетель человечества”, присвоенное Николасу Апперту, вполне может относиться к людям, которые руководят основанной им отраслью.