Пастеризація та стерилізація

У харчовій промисловості для подовження термінів зберігання харчових продуктів використовують різні способи обробки: ультрафільтрація, стерилізація, пастерилізація, інфрачервоне та ультрафіолетове опромінення, обробка ультразвуком застосування консервантів та антиоксидантів тощо.

Для забезпечення довготривалого зберігання продуктів в герметичній споживчій тарі необхідно здійснити пастеризацію або стерилізацію, в результаті чого припиняється життєдіяльність мікроорганізмів.

Теплова обробка продукції при температурі до 100 ⁰С називається пастеризацією та здійснюється при атмосферному тиску.

Теплова обробка при теипературі понад 100 ⁰С називається стерилізацією.

Для того, щоб не було розгерметизації банок під дією внутрішнього тиску, цей процес проводиться під надлишковим тиском, який створюється водою, парою або пароповітряною суміш’ю.

Температуру та тривалість теплової обробки встановлюють в залежності від виду мікроорганізмів, кислотності продукту, хімічного складу консервів, умов проникнення тепла та розмірів банок.

Режим стерилізації умовно можна записати у вигляді формули:

(А – Б - В) × Р× а / Т,

де А – час, протягом якоготемпература в апараті підвищується до температури стерилізації, хв;

Б – тривалість стадії стерилізації, хв;

В – тривалість стадії охолодження, хв;

Р – протитиск у апараті, МПа;

А – продування (тривалість видалення повітря за допомогою пари з корпусу апарата), хв.

Нині в консервній, м’ясній, молочній промисловості для стерилізації продуктів використовують апарати періодичної та безперервної дії – автоклави.

Застосовуються два типи вертикальних автоклавів: двох- та чотирьохкошикові. Зустрічаються також одно- та трьохкошикові.

Двохкошиковий вертикальний автоклав /рис. 1 дод. 24/ складається з вертикального циліндричного зварного корпусу 3, кришки 4, кошиків 10, програмного регулятора 9, арматури для підключення до магістралі пари, води, повітря та відведення конденсату.

На корпусі встановлено манометр 8, термометр 7 та датчик програмного регулювання 9. У нижній частині корпусу розташований кільцевий барометр 11 для подачі пари чи стисненого повітря та зливний патрубок зі стаканом.

Фланці кришки та корпусу притискаються за допомогою пристрою 2, який складаєть з 15-ти секторних захватів, які в свою чергу закріплені на кільці з пружинної листової сталі та важільної системи для стягування та розведення поясного зажиму. На кришці передбачені штуцери для запобіжного клапану 5, який спрацьовує при величині тиску більше 0,35 МПа та пробро-спускного клапану 6.

Кришка 4 оснащена зрівноважувальним пристроєм 1, що зменшує зусилля при її відкриванні та закриванні.

Пара та повітря подаються в нижню частину автоклава; відведення води здійснюється у верхній або нижній частині; подача води для охолодження – у верхній частині.

Парова стерилізація здійснюється наступним чином.

Наповнені банками циліндричні дірчасті сталеві кошики місткістю 500 л, встановлюють в автоклав один на другий, герметизують за допомогою кришки 4, після чого відкривається продувний кран та паровий вентиль, що сприяє видаленню з автоклава повітря. При появі пари кран закривають та ведуть нагрівання продукту до встановленої температури. Тривалість нагрівання встановлюється заданим режимом стерилізації. Після закінчення процесу стерилізації паровий вентиль закривають та поступово знижують тиск і температуру, випускаючи при цьому пару через продувний вентиль. Оброблені банки проходять стадію охолодження до температури 40 - 50⁰С в самому автоклаві або на відкритому повітрі.

Горизонтальний автоклав /рис. 2 дод. 24/ складається з корпусу 1, який з торцевих сторін має кришки 2, що герметично закриваються за допомогою зажимного пристрою 3. Всередині корпусу встановлено барботер 4 для пари та змонтована спеціальна колія для переміщення візків з оброблюваним продуктом. Горизонтальні автоклави виготовляють на один, чотири і шість візків та конструктивно вони відрізняються лише довжиною. Аналогічно вертикальним автоклавам горизонтальні комплектуються відповідними контрольно-вимірювальними приладами та комунікаціями.

Наявність двох кришок дає можливість завантажувати продукцією апарат з одного боку, а розвантажувати з протилежного, що в свою чергу забезпечує поточність технологічного процесу.

Продуктивність автоклава розраховується за формулою:

G = n_б / τ_ц, банок/сек,

де n_б – кількість банок, що завантажується в автоклав;

τ_ц – тривалість повного циклу роботи автоклава,с.

Стерилізатори безперервної дії мають ряд переваг порівняно з періодичними. Такі апарати суттєво знижують витрати ручної праці, дають можливість створити високопродуктивні потокові лінії виробництва продуктів з високим ступенем механізації та автоматизації, скорочують тривалість стерилізації за рахунок інтенсифікації теплообмінних процесів, забезпечують рівномірни та постійний режим стерилізації.

Автоматичні стерилізатори безперервної дії за принципом обробки поділяються на роторні з гідростатичним тиском та горизонтальні з пластинчатим конвеєром.

Роторний стерилізатор безперервної дії /рис. 3 дод. 24/ складається з горизонтального циліндричного корпусу 1, виготовленого з листової сталі, всередині якого змонтовано циліндричний барабан (ротор) 2. На зовнішній поверхні ротора паралельно до його осі прикріплено полоси 3, між якими розташовуються банки. На внутрішній поверхні корпусу закріплена направляюча спіраль 5, крок якої відповідає висоті банок. Введення посуди в середовище з підвищеним тиском та виведення їх в середовище з атмосферним тиском здійснюється за допомогою завантажувального 6 та розвантажувального 7 пристроїв.

Стерилізатор працює наступним чином. Банки 4 подаються в барабан 2 завантажувальним пристроєм 6. При обертанні ротора банки переміщуються поступово по направляючій спіралі 3 від одного кінця апарату до іншого. При цьому створюється обертальний рух банок одночасно з барабаном навколо його та власної осі. Корпус стерилізатора при цьому заповнюється гарячою водою чи парою. Барабан приводиться в обертальний рух з двох сторін валу, що виключає можливість його деформації. Зміною числа обертів ротора (0,5÷0,6об/хв) регулюють тривалість процесу стерилізації.

Після закінчення стерилізації оброблені банки за допомогою розвантажувального пристрою 3 направляються в охолоджувач, який має аналогічну стерилізатору будову та принцип дії.

Пластинчатий стерилізатор безперервної дії /рис. 4 дод. 24/ складається з: 1 – стерилізатор; 2 – охолоджувач; 3 – пластинчатий конвеєр; 4 – завантажувальний пристрій; 5 – розвантажувальний пристрій; 6 – привід стерилізатора та охолоджувача; 7 – варіатор швидкостей; 8 – насос циркуляції води на охолодження; 9 – передаючий пристрій; 10 – піднімальний пристрій.

Конструкція стерилізатора включає прямокутний горизонтальний корпус, закритий з торцевих сторін кришками. Всередині корпуса розташований пластинчатий конвеєр, ланцюг якого переміщується по спіралі, опускаючись при цьому в першій частинічи піднімаючись в другій частині на висоту банки при кожному переході з однієї зірочки на іншу.

Банки розташовуються вертикально на верхній частині першого транспортера і рухаються вниз по спіралі згори вниз. При переході ланцюга на другу частину транспортера банки рухаються по спіралі знизу вгору. З верхньої стрічки другої частини транспортера банки направляються в охолоджувач, де вони охолоджуються струменями води в трьох зонах при різних температурах води.

Кількість банок, що одночасно знаходяться в барабані стерилізатора безперервної дії визначаються з формули:

М = z · n, шт,

де z – кількість витків спіралі;

n - кількість банок.

Продуктивність стерилізатора розраховується за формулою:

, банок/сек,

t_c – тривалість стерилізації, сек.

У харчовій промисловості для пастеризації харчових продуктів використовуються пастеризаційні установки безперервної дії різних типів.

Деаератор-пастеризатор /рис. 1 дод. 25/ має три секції (пастеризації, регенерації та охолодження) та складається з пластинчатого апарата (пастеризатора) 2, насоса 8, вакуум-насоса 7, витримувача 5, майданчика 6, бойлера 3, зрівноважувального бака 4, дозатора 1 та насоса 9 для гарячої води.

Деаератор-пастеризатор працює наступним чином. Продукт, що підлягає пастеризації, із збірника подається в бак 4, звідки під дією вакуума всмоктується в деаратор та через сопло направляється на скляну кришку. Розтікаючись по поверхні кришки, продукт стікає по перфорованому циліндрі та деарується. Потім продукт насосом подається в секцію регенерації, де холодний продукт підігрівається пластинами, нагрітими потоком гарячого продукту, що рухається назустріч. Далі продукт поступає в секцію пастеризації апарата, де нагрівається до температури 87⁰С, звідки поступає у витримувач, де знаходиться 72 с. Через автоматичний клапан продукт направляється в секцію регенерації, де значну частину свого тепла віддає поступаючому холодному продукту. Охолоджений в секції регенерації продукт поступає в секцію водяного охолодження, де охолоджується до температури 20 ÷ 25 ⁰С.

Для пастеризації рідких харчових продуктів, розфасованих в тару, використовують тунельні пастеризатори безперервної дії зрошувального типу.

Тунельний пастеризатор зрошувального типу представлений на рис.2 дод.25.

1, 2 – завантажувальний пристрій; 3, 9 – конвеєри; 4, 7 – зрошувальні пристрої; 5 – розподілення води; 6 – верхні з’ємні кришки; 8 – вивантаження пляшок; 10 – насос для циркуляції води із зони попереднього підігрівання в зону охолодження; 11 – насос для циркуляції води із зони охолодження в зону попереднього підігрівання; 12 – трубопровід для вирівнення рівню води; 13 – переливний отвір; 14 – отвір для спуску води; 15 – резервуар з водою.

Пастеризатор складається з довгого металевого тунелю прямокутної форми, всередині якого пляшки ланцюговим або колосниковим конвеєром 3 переміщуютьсям в бік розвантажувального пристрою 8. У нижній частині знаходяться збірники води з різною температурою, а у верхній частині – резервуар 15 та розподільчі пристрої 4, 7 для рівномірного зрошування пляшок. Циркуляція води здійснюється за допомогою насосів 10 та 11.

Продуктивність пастеризаторів безперервної дії визначається:

П = τ_п· k_з· G, пл/год,

де G – продуктивність розливально-закупорювальної лінії, пл/год;

k_з – коефіцієнт запасу пропускної спроможності пастеризатора, k_з = 1,2;

τ_п – тривалість перебування тари в пастеризаторі, год.