2. Эксгаустирование

Эксгаустирование) (от англ. exhaust – разрежать, выкачивать, вытягивать) – процесс удаления воздуха из наполненных продуктом банок перед их герметизацией.

При фасовке консервов вместе с плодами, овощами и заливкой в банки попадает воздух. Подсос воздуха в жидкие и пюреобразные продукты происходит и при перекачивании их насосом на розлив. Воздух содержится также в межклеточных пространствах плодов и овощей. Чем ниже температура продукта и заливки при фасовке, тем больше вносится в ними воздуха в банку.

Наличие воздуха в банке может привести к следующим нежелательным последствиям:

- При последующей тепловой обработке происходит разрушение биологически активных веществ, в частности витамина. Разрушение происходит в несколько стадий. Сначала восстановленная форма под действием кислорода переходит в дегидроформу путем отнятия молекулы воды. Дегидрированная форма витамина С также является биологически активной, но она не термоустойчива и разрушается с образованием щавелевой и три-оксимасляной кислот.

- Наличие кислорода может вызвать коррозию металлической тары в процессе стерилизации и хранения консервов. Ввиду пористости жесть консервных банок имеет оголенные точки стали, в которых продукт соприкасается не только с оловом, но и с железом. В кислой среде один из металлов становится анодом. Он вытесняет из растворов кислот водород и переходит в продукт. Водород выделяется на катоде, реагирует с имеющимся в банке кислородом и процесс коррозии продолжается.

- Оставшийся в банке кислород способствует также развитию остаточной микрофлоры, т.е. спор микроорганизмов, которые не были уничтожены при тепловой обработке. Это приводит к порче продукта.

- Присутствие воздуха в банках приводит к возникновению в них высокого давления в процессе стерилизации. При стерилизации консервов к давлению водяного пара, образующегося в банке при нагреве, прибавляется давление за счет расширения продукта при нагревании и оставшегося воздуха. Это может привести к деформации жестяных банок или же срыву крышек со стеклянных.

Увеличение давления внутри банок зависит от вида консервов, размера банок и материала тары, поэтому удалению воздуха из банок с продуктом перед герметизацией придается большое практическое значение. Применяют тепловое, механическое, а иногда совместное эксгаустирование.

Тепловое эксгаустирование заключается в нагревании банок с продуктом до их герметизации. При этом в результате нагревания воздух выходит из продукта, а водяные пары, упругость которых повышается, вытесняют его из банки.

Тепловое эксгаустирование проводится в аппаратах, которые называются тепловые эксгаустеры. В этих аппаратах банки, прикрытые сверху крышками, передвигаются с помощью транспортирующего устройства и подвергаются действию острого пара. Проходя через эксгаустер в течение 8-10 мин., банки с продуктом нагреваются до температуры 80-85 ⁰С. Тепловое эксгаустирование происходит и в процессе наполнения банок предварительно прогретым продуктом или во время заливки подготовленного сырья горячим сиропом, рассолом, маринадом и т.д.

Для теплового эксгаустирования консервов используется также инфракрасное излучение. Физическая основа такого способа тепловой обработки пищевых продуктов заключается в следующем. Поток инфракрасного излучения при взаимодействии с материалом преобразуется в тепло. При этом прогревается не весь продукт, а только поверхностный слой. Выделяющиеся из верхнего слоя водяные пары вытесняют из паровоздушного пространства воздух. Прогревание продукта происходит за несколько секунд. Способность материала поглощать инфракрасные лучи зависит от его оптических свойств и длины волны излучения.

Инфракрасному излучению в спектре электромагнитных волн соответствует диапазон этих волн от 0,76 до 750 мкм. Его условно можно разделить на три группы: длинноволновый – 750-25 мкм; средневолновый – 25-22,5 мкм; коротковолновый – 2,5 – 0,76 мкм. Желательно, чтобы поток инфракрасного излучения проникал так можно глубже в продукт, поэтому для обработки используют коротковолновую часть спектра, который обладает максимальной проникающей способностью.

Для большинства пищевых продуктов максимальная по эффективности воздействия длина волны находится на уровне 1 мкм. При этом глубина проникновения инфракрасных лучей составляет: для моркови 1,5 мм; картофеля 6 мм; томатной пасты 1 мм; говядины 4-6 мм.

Н ебольшая глубина проникновения, с одной стороны, является недостатком этого способа тепловой обработки, так как нельзя прогреть продукт в большом объеме. Но, если стоит задача прогревания только поверхностных слоев, то, создавая высокую плотность энергии (60 кВт/м²) и сосредотачивая лучистую энергию в небольшом объеме, можно в течение короткого времени повысить температуру продукта до высоких значений.

Для теплового эксгаустирования наиболее подходят электрические излучатели. Они представляют собой трубчатые кварцевые лампы накаливания. Схема облучения с консервами инфракрасными лучами показана на рисунке 67. Подлежащие эксгаустированию банки накрывают крышками, они проходят по транспортеру через туннель эксгаустера. Вдоль боковых стен расположены ИК-излучатели с длиной волны 1,0-1,4 мкм. В зоне инфракрасного излучения продукт эксгаустируется 20-60 с. Так как стекло хорошо пропускает ИК-лучи в коротковолновой части спектра, то излучение легко проникает в банку и поверхностные слои, находящиеся непосредственно вблизи тары, хорошо прогреваются. Для получения направленного потока лучистой энергии лампы располагают в фокусе параболических алюминиевых отражателей, которые могут поворачиваться, и расположены с наклоном к вертикальной оси под углом 60-65 ^о. Благодаря этому одновременно прогреваются поверхностный слой продукта и металлическая крышка. После выхода из туннеля банки сразу же укупориваются.

Механическое эксгаустирование – заключается в отсасывании воздуха из банки с помощью вакуум-насоса. Этот процесс осуществляется на ваккум-закаточных машинах, в камере которых, опережая процесс закатывания, создается разрежение. При этом воздух отсасывается из банки, а банка тут же герметизируется.

Механическое эксгаустирование не требует специального оборудования, так как совмещено с процессом укупоривания тары. Но при реализации этого способа возникают определенные трудности, это снижает эффективность процесса механического эксгаустирования.

Максимальная величина вакуума, который может быть достигнут в камере вакуум-закаточных машин, обычно не превышает 0,086 МПа (650 мм рт.ст.). Степень возможного эксгаустирования поэтому не может превышать 86 %

(650:760) * 100 = 85,5 %

Даже этот не очень высокий вакуум можно применять только для ограниченного числа продукции. Плоды в атмосфере с пониженным давлением воздуха увеличиваются в объеме из-за расширения воздуха, который содержится в межклеточном пространстве растительной ткани. Это приводит к увеличению объема уложенного в банку сырья и вытеснению жидкой части консервов из банки. Это явление называется явлением ваккумного расширения и характеризуется коэффициентом вакуумного расширения. Он представляет собой увеличение объема плодов при вакуумизации в процентах к первоначальному объему.

К_в.р. = [(V₂ – V₁):V₁]* 100

где: К_в.р. – коэффициент вакуумного расширения, %

V₁ и V₂ – объем плодов до и во время вакуумизации, см³.

Плоды и овощи неодинаково расширяются, попадая в разреженную атмосферу. Это зависит от количества воздуха, находящегося в межклеточном пространстве и разной эластичности клеточных стенок. Одни виды сырья значительно увеличиваются в объеме, другие не увеличиваются совсем.

Для соблюдения необходимого соотношения жидкой и твердой части консервов и предупреждения потерь заливки дифференцируют величину механического вакуума в зависимости от коэффициента вакуумного расширения.

Для плодов с низким значением коэффициента вакуумного расширения используют остаточное давление около 0,080 -0,086 МПа. Для плодов со средним и высоким значением коэффициента вакуумного расширения остаточное давление рекомендуется на уровне 0,030-0,060 МПа. При этом степень возможного эксгаустирования составляет только 33- 59 %.

Величина вакуума в банках, укупоренных под механическим разрежением, через 20-30 мин после герметизации оказывается меньше своего первоначального значения. Это явление называется вакуумным поглощением. Объясняется это тем, что воздух при вакуумном расширении в момент закатки не успевает выйти из межклеточного пространства и выходит уже после того, как банка укупорена. При этом давление в ней увеличивается, и вакуум как бы поглощается. В некоторых случаях вакуум к началу стерилизации может полностью исчезнуть.

Явление вакуумного поглощения характеризуется в количественном отношении коэффициентом вакуумного поглощения (К_в.п.).

К_в.п. = W_к – W_н

где: W_к – вакуум в банке через 30 мин после укупоривания на вакуум-закаточной машине;

W_н – вакуум в банке в момент закатки.

Величина коэффициента вакуумного поглощения для разных плодов неодинакова. Для многих видов сырья значение этого коэффициента находится в пределах 0,4-0,6.

С учетом этого коэффициента получается, что при помощи механического эксгаустирования к началу стерилизации можно создать в банке небольшой вакуум (остаточное давление 0,07-0,08 МПа). Степень эксгаустирования при этом не превышает 25 %.

Явления вакуумного расширения и поглощения относятся только к консервам, в состав которых входят плоды и овощи, содержащие в своих тканях воздух. В мясных и рыбных консервах воздуха нет, а также нет его во многих продуктах переработки плодов и овощей, например в соках, поэтому для таких продуктов механическое эксгаустирование является очень эффективным.

Явления вакуумного расширения и поглощения можно ослабить, производя бланширование растительного сырья, т.е. удалив часть воздуха еще до укладки плодов в тару.

Для эффективного удаления воздуха из банок перед герметизацией можно воспользоваться обоими способами эксгаустирования (применение вакуум-закаточных машин при герметизации предварительно подогретых банок).