Диссертация (Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве), страница 4

Давление в автоклаве с атмосферным следуетвыравнивать постепенно с заданной интенсивностью, не допуская сокращенияустановленного промежутка времени. Снижение давления занимает тем большевремени, чем выше была температура при стерилизации и чем больше размерыбанок. Особенно это важно при использовании стеклянной тары [28].300120250100200150100500Температура, oCДавление, кПа19bcad8012603400BA20102030C5060708040Продолжительность обработки, мин1 – график изменения температуры греющей среды;901001102 – график изменениятемпературы продукта; 3 – график изменения давления внутри банки; A – времянагревания теплоносителя и продукта паром в автоклаве; В – время стерилизациипродукта; C – время охлаждения продукта холодной водой; a – началостерилизации; (b – c) – выдержка при заданной температуре; d – охлаждение.Рисунок 1.2 - Графики изменения температуры и давления в процессестерилизацииВо избежание излишних затрат времени на выравнивание давления этуоперацию осуществляют с использованием холодной воды, подавая ее в автоклавпод тем же давлением, которое установилось к концу стерилизации, и постепенноснижая его до атмосферного.

Продолжительность выравнивания давленияуменьшается вследствие более быстрого охлаждения консервов.Продолжительность снижения температуры и давления, т. е. параметр С ввыражениях (1.1) и (1.2), зависит от типа и размеров банок, а также оттемпературы стерилизации и регламентируется инструкциями.Значения параметров А и С являются заданными величинами, поэтомусоздание формулы стерилизации сводится к определению величины В, как20функции изменяющейся температуры внутри банки в течение времени,обеспечивающего гибель микроорганизмов. Расчет производят по методу Боллаили по модульному методу [88].Глубокиеисследованиявобластиопределенияфактическогостерилизующего эффекта провѐл Б.

Л. Флауменбаум. Он предложил упрощенныйметод, в котором стерилизующий эффект (F-показатель) приводится к тому,который мог быть получен в предположении, что выдержку производят приэталонной температуре 121,1 °C, которая мгновенно достигается и такжеснижается [81].В настоящее время о термоустойчивости микроорганизмов при высокихтемпературах судят по соответствующим кинетическим константам. Полученныеконстанты дают возможность приближѐнными методами учесть стерилизующийэффект (F-эффект) отдельных отрезков времени тепловой обработки и определитьобщую летальность процесса стерилизации.

Найденное значение сравнивают снормой летальности и, в случае необходимости, корректируют данный режимстерилизации таким образом, чтобы фактическая летальность его равнялась илибыла больше нормативного значения [82, 98, 100].Формулы стерилизации для каждого вида консервов утверждаютсясоответствующим ГОСТом. При необходимости разработки новых режимовстерилизации консервов или пересмотра существующих проводятся исследованиясучастиемзаказчика(предприятия-изготовителя)иразработчика.Разработчиками режимов, как правило, являются лаборатории, обеспеченныеквалифицированными кадрами, соответствующей аппаратурой, приборами,материалами и реактивами.

Чаще всего разработкой режимов производстваконсервовзанимаютсянаучно-исследовательскиеинститутыпищевойпромышленности [11].В консервной промышленности основным способом для предохраненияпищевых продуктов от порчи является тепловая стерилизация, при которойпродуктвгерметическиукупореннойтареподвергаютнагреваниюдоуничтожения микроорганизмов. В последнее время предложены новые методы21обработки продуктов, также основанные на подавлении жизнедеятельностимикроорганизмов [9,94] такими как: воздействие токами высокой частоты,воздействие инфракрасными и ионизирующими излучениями, применениеультразвуковыхколебаний,применениеантибиотиковиферментов,использование химических консервантов и антисептиков.

Однако тепловаястерилизация консервов в герметичной таре по-прежнему останется основнымспособом промышленного производства консервов [62].1.3 Оборудование для стерилизации консервовБольшая частьмашин и аппаратов в пищевой промышленностипредставлена как преобразователи пищевых сред. Большую часть из этогооборудования составляет оборудование для ведения тепломассообменныхпроцессов. Как отмечалось ранее, для обеспечения длительного храненияконсервов необходимо осуществить их стерилизацию, в результате чегопроисходит инактивация микроорганизмов внутри банок с продуктом.

Тепловуюобработку продукции при температуре до 100°C называют пастеризацией, а притемпературе свыше 100°C называется стерилизацией. Стерилизация, в отличие отпастеризации, проводится при избыточном давлении внутри автоклава.Стерилизаторы и пастеризаторы относятся к аппаратам для тепловойобработки пищевых продуктов с последующей выдержкой их при определеннойтемпературе.Данноеоборудованиеосуществляеттепло-массообменныепроцессы, которые вызывают сложные физико-химические и структурномеханическиеизменения,проникновениемтеплотысвязанныевпродукт,споверхностнымдлягибелиилиобъемныммикроорганизмовспредотвращением их развития в продукте. Однако этот процесс также приводит кизменению агрегатного и структурного состояний продукта, размягчениюрастительных тканей, что способствует их разрушению и экстрагированиюнеобходимых веществ, что необходимо учитывать при технологическом процессе.22Существуют непрерывно работающие и периодически действующиеаппараты для стерилизации пищевых продуктов (рисунок 1.3) [12].Аппараты для прогревания консервов в тареОткрытые приатмосферном давленииЗакрытые при давлениивыше атмосферногоПериодическиработающиеНепрерывнодействующиеПериодическиработающиеАвтоклавы Гидроста- Ротор- Трансстатические ные портѐрныеВанныНепрерывнодействующиеРотор- Трансные портѐрныеРисунок 1.3 - Классификация оборудования для пастеризации и стерилизацииконсервовСтоит отметить, что аппараты открытого типа в промышленностиприменяются редко.

Они используются для пастеризации соков в стеклянныхбутылках с корончатыми крышками и при консервировании томатных продуктовв жестяной таре.Для высокопроизводительных производств, с производством большихпартий однотипной продукции, используются установки непрерывного действия,которые разделяются на три группы: роторные установки, установки сгидростатическим противодавлением и установки с пластинчатым транспортѐром.В роторных стерилизаторах непрерывного действия [3]при вращенииротора банки вращаются вместе с ним, направляемые спиралью, поступательноперемешаются к месту выгрузки. Кроме того, катясь по нижней части корпуса,банки силой терния вовлекаются во вращательное движение вокруг своей оси.Таким образом, стерилизуемая банка участвует в трех видах движения, чтоускоряет ее прогрев. Особенностью такойстерилизации консервов являетсяотсутствие стадии подъема температуры в стерилизаторе, так как температура в23нем постоянная для данного продукта и принятого режима стерилизации.Поступающаявстерилизаторбанкасразупопадаетподвоздействиемаксимального температурного перепада.

Перемешивание нагреваемого продуктаблагодаря подвижности банки интенсифицирует процесс нагрева и способствуетуменьшению продолжительности стерилизации.Преимущества по сравнению с автоклавами периодического действия [5]:уменьшается продолжительность стерилизации;более простой контроль за режимом стерилизации;улучшается вкус и внешний вид некоторых видов консервов; так,например, в паштете и других похожих продуктах благодаря перемешиванию вовремя стерилизации более равномерно распределен жир и жидкая фаза.К недостаткам роторных стерилизаторов следует отнести:необходимость оснащать агрегаты сложными механизмами, припомощи которых осуществляется передача банок из среды с одним давлением всреду с другим давлением;в результате износа трущихся деталей происходит утечка пара;возможность стерилизовать банки только одного типа и размера.Последнегонедостаткалишеныгидростатическиестерилизаторынепрерывного действия [3].

В них закатанные банки можно вводить через водянойзатвор из среды с атмосферным давлением, в среду с давлением вышеатмосферного и наоборот. Подача банок при этом может производиться безшлюзовых затворов, так как гидростатическим затвором является столб воды.Недостатком всех гидростатических стерилизаторов непрерывного действияявляется возможность стерилизовать банки только одного размера и большиегабариты (высота до 40м) при расчѐте агрегата на создание противодавления,необходимого для стерилизации банок в стеклянной таре.Уменьшить высоту гидростатического стерилизатора с 35-40 до 5-7 метровможно благодаря применению схемы ступенчатого повышения давления отатмосферного до того значения, которое необходимо при стерилизацииконсервов.

При этом весь корпус агрегата разделяется на ряд отсеков, давление в24которых отличается на одну и ту же величину.Так же можно выполнятьудержание крышки на горлышке стерилизуемой стеклянной банки с помощьюспециальных термомеханических или механических прижимов. Однако всѐ этоприводит к усложнению конструкции стерилизатора и к дополнительнымпроблемам при обслуживании и эксплуатации.В стерилизаторах с пластинчатым транспортером [3] внутри камеры припомощи специальных направляющих банки в вертикальном положении медленнопродвигаютсячерезкамеру,заполненнуюпаром.