книги из ГПНТБ / Ильченко, С. Г. Технология и технохимический контроль консервирования учебник

С т е р и л и з а ц и я

Стерилизация в полном смысле этого слова предполагает аб­ солютное обеспложивание, уничтожение всех без исключения микроорганизмов и их спор. Такую стерилизацию применяют, например, для хирургических инструментов и лабораторной посуды, а также при изготовлении питательных сред для микро­ биологических анализов.

Для консервов подобная стерилизация практически непри­ емлема. Чтобы убить все микроорганизмы и разрушить все спо­ ры, пришлось бы нагревать продукт до очень высокой темпера­ туры или в течение длительного времени, в результате чего зна­ чительно пострадала бы его пищевая ценность.

Жесткий режим стерилизации вызывает разложение хими­ ческих веществ, входящих в состав сырья, и нарушает структуру ткани. Продукт разваривается, ухудшается его вкус и снижает­ ся питательность. С повышением температуры увеличивается давление в банке при стерилизации и процесс усложняется.

Таким образом, добиться уничтожения всех микроорганиз­ мов и их спор, не ухудшив заметно качества продукта, нельзя. Вместе с тем споры некоторых сапрофитных микроорганизмов, находясь в консервах в небольших количествах, не могут актив­ но развиваться и портить продукт или вредно отражаться на здоровье человека. Поэтому в консервах допускается наличие сапрофитов типа Вас. Subtilis (сенная палочка) и Вас. mesentericus (картофельная палочка), споры которых отличаются к то­ му же большой устойчивостью к высокой температуре.

Из этого, однако, не следует, что присутствие сапрофитов в консервах не имеет значения. Сенная и картофельная палочки являются гнилостными микроорганизмами и способны вызвать разложение пищевых продуктов. В консервах споры этих микро­ организмов не развиваются, так как находятся в неблагоприят­ ных условиях. Малая концентрация спор, остающихся после стерилизации, герметичность тары, не допускающая нового за­ ражения, отсутствие достаточного количества воздуха в банке, а иногда и значительная активная кислотность продукта препят­ ствуют их развитию.

В консервах недопустимо присутствие патогенных (болезне­ творных) микроорганизмов и ботулинуса, а также не должно быть никаких признаков порчи, вызванной деятельностью ми­ кроорганизмов. Следует добиваться увеличения процента сте­ рильных банок, чего можно достигнуть не произвольным изме­ нением режима стерилизации, а улучшением санитарного состо­ яния сырья и условий переработки, а также ускорением техно­ логического процесса.

Режим стерилизации определяется температурой, до которой подогреваются консервы, и временем выдержки при этой тем­ пературе. С повышением температуры в арифметической про-

50

трессии время стерилизации уменьшается приблизительно в гео­ метрической прогрессии. Желательно применять возможно более высокие температуры, так как при этом значительно сокращает­ ся продолжительность процесса и, следовательно, увеличивается производительность аппаратуры. Кроме того, длительное нагре­ вание при сравнительно невысоких температурах вызывает бо­ лее заметное изменение продукта, чем кратковременное при высокой температуре. Однако слишком высокие температуры при стерилизации могут привести к ухудшению качества продук­ та и созданию недопустимо большого давления в банках. Обыч­ но консервы разных видов пастеризуют или стерилизуют при 80—120° С. В настоящее время разработаны новые высокотем­ пературные (125— 135° С) режимы стерилизации, что позволило резко сократить продолжительность процесса.

Разработка режима стерилизации для каждого вида консер­ вов начинается с выбора температуры в зависимости от актив­ ной кислотности продукта. В среде с pH ниже 4,5 термостойкие бактерии развиваются плохо. Основная микрофлора таких про­ дуктов — плесени и дрожжи — погибает при сравнительно не­ большом нагревании. Поэтому кислотные продукты (плодовые

овощных консервов) стерилизуют при более высоких темпера­ турах, установленных для каждого вида отдельно.

Когда температура выбрана, можно определить продолжи­ тельность стерилизации. При нагревании банок с продуктом в воде или паром нужная температура не устанавливается сразу во всех частях тары. Сначала прогреваются периферийные слои, находящиеся ближе к поверхности банки, затем тепло проникает внутрь продукта, и, наконец, температура в центре банки дости­ гает заданной (следует иметь в виду, что практически темпера­ тура в центре банки на 1—2° С ниже температуры в стерилиза­ ционном аппарате). Поэтому в стерилизации можно различать два периода: I — проникновение тепла к центру банки до дости­ жения температуры стерилизации и II —выдержка при опреде­ ленной температуре, необходимая для прекращения жизнедея­ тельности микроорганизмов («смертельное время»). Это деление в значительной степени условно, так как уже при прогревании ■банки, а также при охлаждении после стерилизации цроисходит частичное отмирание микроорганизмов.

Режимы стерилизации консервов могут быть установлены на основе математического анализа кривых прогреваемости консер­ вов в соответствии с формулой Б. Л. Флауменбаума

F = x p(kFi+ k Ft + .. . + k Pn ),

51

ратуры в стерилизаторе и в центре банки в процессе стерилизации и перевод­

Интервал времени в данном случае составляет 5 мин, а сумма ft,с-равна

2,18. Поэтому F-эффект данного режима стерилизации равен 2,18-5=10,9 мин. Для некислотных консервов, к которым относится, в частности, «Зеленый го­ рошек», необходимый F-эффект составляет в среднем 4,5—6,0. Следовательно, указанный режим стерилизации обеспечивает двойной запас стерилизующего эффекта.

На продолжительность проникновения тепла в центр банки влияют начальная температура консервов, материал, толщина и размер тары, вид продукта и состояние банки в процессе сте­ рилизации.

Жесть имеет небольшую толщину — 0,18—0,36 мм — и высо­ кий коэффициент теплопроводности — 46—52 В т/(м ’ К), или 40—45 ккал/(м • ч •0 С ). Стекло отличается большей толщиной —

52

2—6 мм — и меньшим коэффициентом теплопроводности — 0,7— 0,9 Вт/(м-К), или 0,6—0,8 ккал/(м • ч • ° С ). Тепло передается продукту во время стерилизации тем быстрее, чем тоньше стен­ ки тары и больше коэффициент теплопроводности, поэтому кон­ сервы в жестяных банках прогреваются значительно быстрее, чем в стеклянных. Колебания толщины жести незначительны и благодаря ее высокой теплопроводности так мало отражаются на скорости прогревания консервов, что этот фактор можно не принимать во внимание. Стеклянная же тара плохо проводит тепло, и толщина ее стенок заметно сказывается на времени проникновения тепла в центр банки.

С увеличением размеров тары ее удельная поверхность (при­ ходящаяся на единицу объема) уменьшается, поэтому большие банки прогреваются медленнее, чем малые. При одинаковом объеме плоские банки небольшой высоты прогреваются быстрее, чем высокие с небольшим диаметром.

Время прогревания в значительной степени зависит от кон­ систенции консервов. В жидких консервах (плодово-ягодных со­ ках или консервах, состоящих из продукта, залитого рассолом либо сахарным сиропом невысокой концентрации) при нагрева­ нии происходит конвекция жидкости, при этом тепло быстро пе­ редается во все части банки и консервы равномерно прогрева­ ются. Чем выше вязкость продукта, тем меньше конвекционные токи и медленнее прогревается содержимое банки. Наконец, при определенной вязкости практически прекращается конвекция, и передача тепла происходит лишь за счет теплопроводности про­ дукта. Замедляется конвекция в сахарных сиропах высокой кон­ центрации и особенно в растворах крахмала.

Теплопроводность консервируемого продукта уменьшается с увеличением его плотности, зависящей от вида сырья и от ме­ тода его предварительной обработки.

Теплообмен можно интенсифицировать искусственно, вра­ щением банки в процессе стерилизации. Особенно эффективно перемешивание сказывается на продуктах негустой (но и не жид­ кой) консистенции. Вращение банок не ускоряет прогрева гу­ стых продуктов (мясной паштет, томат-паста), мало сказывается оно и на жидких продуктах (плодовые соки без мякоти), одина­ ково хорошо проводящих тепло независимо от перемешивания. Для продуктов средней густоты (соки с мякотью) при вращении банок продолжительность стерилизации значительно сокра­

щается.

Если консервы представляют собой густую массу, в которой тепло распространяется по законам теплопроводности, то началь­ ная температура значительно влияет на скорость нагревания продукта и при повышении ее от 20—40 до 60—80° С продолжи­ тельность прогревания уменьшается на 15—20%. При стерили­ зации продуктов, хорошо проводящих 'тепло (при помощи кон­ векционных токов жидкой части), начальная температура мепь-

S3

ше сказывается на скорости прогревания. Однако и такие про­ дукты рекомендуется расфасовывать нагретыми, чтобы умень­ шить их начальную обсемененность микроорганизмами.

Для лабораторного контроля скорости прогрева продукта в банке при стерилизации используют термопары. Концы одной из них помещают в центре банки, а остальных — в тех слоях, про­ грев которых подлежит проверке.

Данные, характеризующие скорость проникновения тепла в центр банки, могут быть представлены графически. Для этого на оси абсцисс откладывают время прогревания, на оси орди­ нат — соответствующую ему температуру в центре банки. При соединении полученных точек получают кривую, по характеру

мальный термометр, который укладывают вместе с продуктом так, чтобы шарик его находился в центре банки, затем закаты­ вают ее и стерилизуют. После стерилизации банку вскрывают и по термометру узнают, какой максимальной температуры дости­ гал продукт в ее центре.

Длительность «смертельного времени» для микроорганизмов зависит от их концентрации, т. е. от количества в единице про­ дукта, а также от температуры и вида продукта.

Чтобы не допустить нежелательных изменений консистенции и химического состава консервов, режим стерилизации устанав­

эффективность стерилизации зависит не только от правильного проведения этого процесса, но и от санитарного состояния сырья и производства, от режима технологического процесса и отсутст­ вия простоев в работе.

Продолжительность прогревания и отмирания микроорганиз­ мов устанавливают в лабораторных условиях, разрабатывая для каждого вида консервов, с учетом вида и размера тары, форму­ лы стерилизации, которыми (после соответствующего утверж­ дения) руководствуются в промышленных условиях. Под фор­ мулой стерилизации понимают условную запись данных, харак­ теризующих режим процесса. Наиболее простая формула стери­ лизации имеет такой общий вид:

А —В —С

где А — время, в течение которого температура в стерилизационном аппарате

доводится до заданной величины, мин; за этот отрезок времени кон­ сервы, хотя и нагреваются, но не достигают температуры стерили­ зации;

В— время собственно стерилизации, в течение которого в автоклаве под­ держивается постоянная температура t° С, мин; температура содер­ жимого банки приближается к температуре стерилизации, а затем остается практически постоянной;

5 4

Для разных видов консервов, расфасованных в ту или иную тару, в формуле стерилизации вместо букв указываются опреде­ ленные цифровые величины. На рис. 13 режим стерилизации представлен графически.

Продолжительность стерилизации, мин

Продолжительность стерилизации, мим

При стерилизации паром консервов в жестяной таре (глав­ ным образом мясных) иногда пользуются следующей четырех­ членной формулой:

а—А—В —С

t

где а — время продувки автоклава, в течение которого воздух из него вытес­

няется паром, мин; остальные буквы имеют то же значение, что и в предыдущей формуле.

Для компенсации значительного внутреннего давления, раз­ вивающегося в банке при стерилизации, процесс ведут по сле­ дующей формуле:

А—В —С

где р — противодавление, создаваемое в автоклаве для компенсации внутрен­

него давления, возникающего в банках при стерилизации, кПа (ат). Под противодавлением понимают сумму давлений греющего пара или воды и избыточного давления, создаваемого при помощи сжатого воздуха или воды, которую подают в автоклав под напором.

Техника стерилизации может быть различной в зависимости от вида тары, в которую расфасован продукт, и от температуры

стерилизации.

55

Для стерилизации используют аппараты двух типов: работа­ ющие при атмосферном и при повышенном давлении. И те и другие могут быть как периодического, так и непрерывного дей­ ствия.

Стерилизацию консервов в жестяной таре при температуре, не превышающей 100° С, ведут в открытых аппаратах (ваннах или автоклавах), оборудованных барботерами. Аппарат запол­ няют водой так, чтобы она покрывала загружаемые банки с про­ дуктом. Подают в барботер пар и нагревают воду до 80—100° С. После этого при помощи электротали или другого подъемного механизма загружают в автоклав (ванну) корзины с банками. Температура воды при этом несколько падает. Продолжая по­ давать пар, воду в течение времени А доводят до температуры стерилизации и выдерживают банки положенное время В, а за­ тем охлаждают их водой.

Во избежание разваривания продукта нужно быстро охла­ дить консервы (за время С) до температуры 40—45° С и выгру­ зить банки из воды. Если больше охладить банки, то они могут покрыться ржавчиной. Охлаждать можно в стерилизационных аппаратах, выпустив горячую и подавая холодную проточную воду. Для экономии горячей воды эти процессы целесообразно проводить в разных аппаратах, применяя для охлаждения банок ванну или открытый автоклав с холодной проточной водой.

Стерилизацию консервов в жестяной таре при температуре выше 100° С проводят в автоклаве с герметической крышкой, привинчиваемой к корпусу аппарата при помощи барашков. Распространение в консервной промышленности получили верти­ кальные автоклавы (рис. 14). Значительно реже, главным об­ разом на рыбоконсервных заводах Дальнего Востока, исполь­ зуют горизонтальные автоклавы. Для их загрузки банки укладывают на тележки, которые по рельсовому пути подают в аппарат.

Чтобы обеспечить нужную температуру (превышающую 100° С), производят стерилизацию насыщенным паром или во­ дой под давлением. В вертикальных автоклавах консервы в же­ стяной таре стерилизуют паром следующим образом. Корзины с банками загружают в автоклав, закрывают его крышку и за­ винчивают барашки. Открывают продувочный вентиль на крыш­ ке аппарата, и, пустив в автоклав пар, вытесняют воздух. Иног­ да автоклав продувают при открытой крышке, а остаток воздуха удаляют через продувочный вентиль, закрыв крышку. Время па продувку предусматривается четырехчленной формулой стери­ лизации (время а). Если стерилизуют по трехчленной формуле, то продувку производят до появления пара из продувочного вентиля, на что затрачивают около 10 мин.

Необходимость продувки вызвана тем, что воздух — плохой проводник тепла и снижает скорость прогревания консервов. Кроме того, он создает добавочное давление в автоклаве, нару­

56

шающее соответствие между давлением насыщенного пара и температурой.

По окончании продувки вентиль закрывают и начинают по­ степенный подъем пара, в течение времени А, доводя темпера­ туру до указанной в формуле стерилизации (t). Быстрый подъ­ ем пара недопустим, так как резкое повышение давления в ав­ токлаве может вызвать деформацию корпусов банок. Чем круп­ нее банки, тем легче они деформируются, поэтому при стерили­ зации больших банок пар поднимают в течение более продол­ жительного времени.

В течение времени В в автоклаве поддерживают постоянную температуру t, предусмотренную формулой стерилизации, и по­ стоянное давление. Закончив стерилизацию, пар спускают по­ степенно (за время С). Быстро спускать пар нельзя, так как1

Рис. 14. Вертикальный автоклав для стерилизации консервов (а)

57

при этом резко увеличится перепад давления в банке и в авто­ клаве. В результате возможна деформация концов и даже раз­ рыв продольного шва банки.

После спуска пара крышку автоклава открывают и охлаж­ дают банки холодной проточной водой. Эти операции можно совместить, если после стерилизации подавать в автоклав сжа­ тый воздух, а затем под напором холодную воду. Так как под действием холодной воды пар быстро конденсируется и давле­ ние в автоклаве резко падает, давление воздуха должно быть достаточным для компенсации давления в банках. По мере ох­ лаждения банок давление в них падает, и воздушное давление в автоклаве постепенно снимают.

Иногда банки после стерилизации не охлаждают и прово­ дят так называемый «горячий контроль» герметичности: если кон­ цы горячей банки вздуты, то она герметична. В негерметичных банках пары и воздух выходят через отверстие и концы опада­ ют. Горячий контроль применяют для консервов, не боящихся разваривания, которое может быть вызвано медленным воздуш­ ным охлаждением банок.

Консервы в стеклянной таре стерилизуют независимо от тем­ пературы процесса следующим образом. Автоклав заполняют водой с таким расчетом, чтобы она покрывала загружаемые банки, и подогревают ее до температуры, примерно на 10° С превышающей температуру банок с продуктом. В нагретую во­ ду загружают корзины с банками, герметично закрывают крыш­ ку автоклава и в течение положенного времени (А) постепенно (во избежание боя) повышают температуру до пределов, уста­ новленных формулой стерилизации, одновременно повышая про­ тиводавление (р). Противодавление для предотвращения срыва крышек создают водой или сжатым воздухом. При работе с во­ дяным противодавлением под крышкой автоклава оставляют слой воздуха («воздушную подушку»). Противодавление возни­ кает в связи с расширением воды от нагревания и образованием конденсата от греющего пара. Для создания воздушного проти­ водавления в автоклав подают через барботер сжатый воздух.

Когда необходимая температура и противодавление достиг­ нуты, в автоклаве поддерживают постоянный режим в -течение времени собственно стерилизации (В). По окончании стерили­ зации прекращают подачу пара и для охлаждения банок посте­ пенно подают холодную воду, одновременно выпуская горячую Во избежание боя банок холодную воду подают сверху через барботер в крышке автоклава так, чтобы она не попадала непо­ средственно на тару. Более тяжелая холодная вода опускается вниз, постепенно охлаждая банки. Отработанная вода отводит­ ся снизу. Противодавление в процессе охлаждения постепенно снимают.

Автоклав должен быть оборудован манометром и термомет­ ром, который устанавливают в патроне, заполненном минераль­

58

ным маслом. Для записи режима процесса стерилизации исполь­ зуют термографы и барографы.

Система автоматического регулирования (САР), которой оборудуют автоклавы, позволяет провести стерилизацию точно по заданному режиму.

Загрузку и выгрузку банок из автоклавных корзин нередко производят вручную. Иногда автоклавную корзину помещают в бассейн с водой и подают банки транспортером. Вода смягчает удар при падении банок, предупреждая их деформацию или бой. Однако при таком способе загрузки емкость корзин исполь­ зуется неполностью.

Погрузочные и разгрузочные работы на данном процессе ме­ ханизируют, применяя автоклавные корзины с подвижным дном. Корзину с поднятым до верха днищем устанавливают на гид­ равлический подъемник так, чтобы края ее находились на уров­ не стола-накопителя для закатанных банок. Со стола банки механически подаются в корзину, заполняя один ряд. Его на­ крывают стальным листом и опускают днище для загрузки вто­ рого ряда банок. Далее операции повторяются. После стерили­ зации корзину с банками снова ставят на гидравлический подъемник. Днище ее поднимают, и верхний ряд банок механи­ чески выгружается на стол; опять поднимают днище и выгру­ жают следующий ряд банок и т. д.

Погрузчик другой конструкции имеет электромагнитную го­ ловку, которая поднимает со стола накопителя и загружает в автоклавную корзину сразу целый ряд банок. Затем последова­ тельно загружают остальные ряды банок. Аналогично произво­ дится разгрузка автоклавных корзин после стерилизации.

Ротационный стерилизатор-охладитель непрерывного дейст­ вия для консервов в жестяной таре состоит из горизонтального неподвижного цилиндра, на внутренней поверхности которого имеется спираль. В цилиндре вращается барабан с ребрами, между ними помещаются банки определенного размера. Под действием трения о спираль наружного цилиндра банки враща­ ются вокруг своей оси и одновременно перемещаются по спира­ ли. Продолжительность стерилизации регулируют изменением частоты вращения барабана. Для подогрева в аппарат подают барботирующий пар. Охладитель устроен так же, как стерили­ затор, но не имеет барботера. Охлаждают банки проточной водой.

Стерилизатор-охладитель непрерывного действия для консер­ вов в стеклянной таре состоит из транспортера, передвигающего тару с продуктом последовательно через зоны нагрева и охлаж­ дения. Подогрев производится горячей водой (погружным или оросительным способом) либо нагретым воздухом. Охлаждение осуществляется трехступенчатым орошением водой с постепенно падающей температурой. Первые две ступени охлаждения могут быть достигнуты обдуванием холодным воздухом.

Аппарат такого типа, используемый на ордена Ленина кон-

59