Технология производства желатина

Понятие о формуле стерилизации. Мгновенно нагреть консервируемый продукт до требуемой температуры с тем, чтобы выдержать определенное время отмирания микроорганизмов, невозможно. Банки загружают в аппараты периодического или непрерывного действия, прогревают установку и банки до температуры стерилизации, проводят стерилизацию в течение периода отмирания микроорганизмов, после снижения температуры аппарата банки выгружают, и цикл повторяется. Условную запись теплового режима аппарата, в котором стерилизуются консервы, называют формулой стерилизации. Для аппаратов периодического действия эта запись имеет вид:

                                      (A + B+С)/T,                                                      (1.2)

где А - продолжительность прогрева автоклава от начальной температуры до температуры стерилизации, мин; В - продолжительность собственно стерилизации, мин; С - продолжительность снижения температуры до уровня, позволяющего производить разгрузку аппарата, мин; Т - заданная температура стерилизации, ⁰C.

Принимая  во внимание, что мясопродукты обладают значительно меньшей теплопроводностью, чем тара, при расчетах формулы стерилизации тепловое сопротивление банок (даже стеклянных) не учитывают.

Выводы, имеющие существенное значение при определении необходимых условий стерилизации:

температура содержимого консервов в процессе нагрева изменяется во времени, причем консервы по объему прогреваются неравномерно;

при идентичных условиях нагрева жидкая часть консервов прогревается быстрее плотной;

наиболее  трудно прогревается точка, расположенная несколько выше геометрического центра банки, так как теплопередача со стороны крышки тормозится (в невакуумированных консервах) наличием воздушного пузыря в незаполненном пространстве консерва;

температура по времени в центральной зоне консерва изменяется иначе, чем в самом аппарате (автоклаве).

Таким образом, значение величин А, В, С и Т в формуле стерилизации характеризует лишь режим работы аппарата и не отражает степени эффективности действия параметров термообработки на консервируемый продукт.

Несмотря  на различия в характере изменения  температуры по времени в центре консерва и в автоклаве (греющей среде), между ними существует зависимость при постоянных условиях (вид, размер, форма тары, состав и теплофизические свойства продукта): уровень температуры в центре банки является функцией температуры греющей среды. Эта зависимость лежит в основе методов графоаналитического расчета формул   стерилизации, обеспечивающих установление  таких   параметров   теплового   режима греющей среды (температуры и продолжительности), которые бы создавали необходимый уровень термовоздействия для наиболее труднопрогреваемой (центральной) части банки.

Рассматривая  величины, входящие в формулу стерилизации, можно заметить, что величину Т выбирают как максимально допустимую температуру для данного вида консервов (т. е. вызывающая наименьшие изменения качественных показателей продукта), а значения А и С зависят в основном от конструктивных особенностей автоклава. Величина А является функцией размеров аппарата и разности между заданной температурой стерилизации и начальной температурой консерва. Чем выше начальная температура содержимого банки, тем меньше времени А требуется для ее прогрева до необходимого уровня Т.

Так как технические  характеристики автоклавов различаются незначительно, а температура продукта регламентируется условиями фасования на относительно постоянном уровне, значение величины А будет зависеть лишь от объема и вида тары. В связи с этим при работе на вертикальных автоклавах пользуются постоянными заданными значениями А: для жестяных банок вместимостью до 1 кг - 20 мин, для банок большей вместимости - 30 мин, для стеклянных банок вместимостью 0,5 кг - 25 мин, вместимостью I кг - 30 мин.

Значение величины С обусловлено  необходимостью выравнивания давления в отстерилизованной банке с атмосферным перед разгрузкой автоклава. Пренебрежение этапом снижения давления приводит к необратимой деформации жестяных банок или к срыву крышек со стеклянной тары.

Нагрев продукта в процессе стерилизации (этапы А и В) сопровождается увеличением внутреннего давления внутри банки, величина которого складывается из парциальных давлений водяных паров, воздуха и газов, выделяющихся из продукта под действием термообработки, а также давления, вызываемого тепловым расширением продукта. Величина избыточного внутреннего давления в герметичном объеме банки зависит от содержания влаги в содержимом банки, степени вакуумирования консервов, степени расширения продукта в результате нагрева (1,04-1,07), а также от коэффициента заполнения банки и степени увеличения объема тары вследствие теплового расширения материала и вспучивания концов банок.

 Необходимое для разгрузки автоклава снижение давления в аппарате до атмосферного по окончании стерилизации приводит к увеличению перепада давлений в банке и автоклаве, так как консервы сохраняют высокую температуру. По этой причине давление выравнивают постепенно, подавая в автоклав холодную воду под давлением, равным установившемуся в нем к концу стерилизации. В результате быстрого охлаждения консервов внутреннее давление падает, что позволяет осторожно понижать давление в самом автоклаве. Конечная температура охлаждения для жестяных банок перед их выгрузкой из автоклава установлена в пределах 40-45 ⁰С.

Период времени, необходимый для снижения давления в аппарате (величина С),   регламентируется   технологическими инструкциями, зависит от вида, типа, размеров банки и температуры стерилизации и составляет в среднем   20-40 мин. Необоснованное сокращение периода снижения температуры и давления в автоклаве приводит к образованию дефектов ба нок («птичек», «хлопуш» и г. д.).

Вопрос сокращения длительности цикла стерилизации частично может быть решен за счет использования стерилизаторов непрерывного действия, например гидростатических, в которых отпадает необходимость предварительного прогрева аппарата, две величины (А +В) образуют одну (В'), и формула стерилизации приобретает вид (В'+C)/T. Применительно к аппаратам периодического действия значение Т зависит от вида консервируемого продукта. Величины А и С являются постоянными для данного автоклава и типа консерва. Таким образом, основная задача при расчете формулы стерилизации заключается в определении величины В как функции переменной температуры в центре банки в период отмирания микрофлоры. 

Определение форму л ы с т е р и л и з а ц и и по величине стерилизующего  эффект а. Используя в качестве критерия эффективности стерилизации степень инактивации микроорганизмов, формулу стерилизации определяют практическим, аналитическим и графическим методами.

В соответствии с практическим методом (методом заражения) в консервируемое сырье вводят определенное количество наиболее распространенного, термоустойчивого вида бактерий и при постоянных значениях А, С и Т, изменяя продолжительность В в широком диапазоне, определяют опытным путем (по степени инактивации микрофлоры) необходимый режим стерилизации. Данный метод трудоемок, дает большую ошибку.

При использовании  аналитического и графического методов перед расчетом задаются следующими теоретическими предпосылками:

споры микроорганизмов начинают отмирать в консерве при достижении температуры (в центре банки) в 100 ⁰С, причем их инактивация происходит в течение всего периода воздействия повышенных температур;

скорость  отмирания спор зависит от температуры  нагрева;

общий эффект отмирания представляет собой сумму  отдельных, достигаемых в каждой точке термограммы (при температурах выше 100 ⁰С) стерилизующих эффектов;

Сущность аналитического метода заключается в установлении зависимости между температурами в автоклаве и в центре банки, на основе чего коррелируют режимы работы автоклава и условия отмирания микроорганизмов в консерве. Использование аналитического метода возможно лишь при условии прогрева консервов путем теплопередачи, когда зависимость между логарифмом разности температур в автоклаве и временем нагрева выражается прямой линией. Практическое применение аналитического метода требует определения значений некоторых величин, входящих в расчетную формулу, экспериментальным путем.

Наиболее  распространен и точен графический метод расчета формулы стерилизации, основанный на построении термограммы стерилизации консерва (по центральной зоне), определении полученного общего эффекта инактивации спор (F_ЭФФЕКТ) и сопоставлении последнего с нормативным расчетным эффектом (F₀). Понятие стерилизующего эффекта было введено в консервное производство для приведения равных режимов к единому сравнимому показателю, представляющему интегральный эффект от действия температуры и продолжительности стерилизации. Стерилизующий эффект (Fэффект) - это показатель надежности режима стерилизации консервов, выраженный в минутах, при определенной (условной) температуре. В качестве условной принята температура 121,1 ⁰С (250 ⁰F).

Таким образом, под F_ЭФФЕКТ данного режима понимают продолжительность абстрактного равноценного режима стерилизации, проводимого при условии, что содержимое банки мгновенно прогревается от исходной температуры до 121.1 ⁰С и выдерживается при этой температуре в течение данного времени, после чего температура немедленно снижается.

В соответствии с  изложенными  принципами расчет производят следующим образом.

На первом этапе задаются постоянными значениями А, С и Т экспериментальной (предполагаемой) формулы стерилизации, вместимостью и формой банки, видом продукта, типом преобладающей в сырье микрофлоры, ее начальной и конечной (допустимой для готового консерва) концентрацией. Величину В устанавливают произвольно. В центральную зону продукта вводят термопару и, осуществляя работу автоклава по исследуемой формуле стерилизации, через определенные интервалы времени (обычно 5 мин) регистрируют изменение температуры в консерве и строят термограмму. При этом каждому участку термограммы (лежащей выше 100 ⁰С), характеризуемому значениями температуры и продолжительности, будет соответствовать определенный стерилизующий эффект.

Общий эффект стерилизации спор (Fэффект) для экспериментальной формулы стерилизации представляет собой сумму элементарных стерилизующих эффектов, достигаемых в каждой точке кривой нагрева и охлаждения консервов. Графически величина F_ЭФФЕКТ на термограмме выражена площадью, в зонах температур выше 100 ⁰С и состоящей из элементарных площадей-трапеций. Рассчитав площадь каждой трапеции и, определив их сумму, можно найти величину F_ЭФФЕКТ. Допуская некоторую погрешность и используя формулу приближенного интегрирования по методу прямоугольников, находят значение  эффекта стерилизации. 

  F_{ЭФФЕКТ =} К_F d =  y₁K_F1 + y₂K_F2 +…y_nK_Fn    y(K_F1 + K_F2 + K_Fn)         (1.3)

где F_ЭФФЕКТ – эффект стерилизации, К_F — высота прямоугольников; d - основание прямоугольника, равное интервалу времени замера температуры (y=5 мин), у - продолжительность действия на микроорганизмы данной температуры, мин.

Определение величины площади F_ЭФФЕКТ. еще не дает возможности оценить степень стерилизующего действия каждого участка термограммы (различающихся по значениям температуры) и режима в целом, а нуждается в аналитическом перерасчете реальных времени и температуры к времени действия эталонной температуры. В качестве эталонной температуры микробиологи всех стран мира принимают температуру 121,1 ⁰С, что соответствует 250 ⁰F. Следовательно, перерасчет заключается в установлении F-отрезка 121,1 градусного времени, эквивалентному по действию на микроорганизмы отрезку времени при любой данной температуре. Перерасчет осуществляют с помощью коэффициента приведения Kf. Значение коэффициента приведения фактического времени отмирания спор в каждой точке термограммы (при температурах обычной стерилизации в интервале от 100 до 120-125 ⁰С) к времени стерилизации при эталонной температуре (121,1 ⁰С) определяют пи формуле (1.6):

                                    K_F = 1/10^{(121,1- t)/z},                                         (1.4)

где K_F – коэффициент приведения, t —температура в момент измерения, ⁰С; z — параметр, характеризующий устойчивость выбранной тест-культуры к нагреву, ⁰С.

Ранее при рассмотрении кинетики снижения микробиологической обсемененности пищевых продуктов под воздействием температур различного уровня было показано, что величину z находят по углу наклона кривых отмирания в «полулогарифмических ординатах» температура - время отмирания. Экспериментально установлено, что величина z составляет для Cl. botulinum 10 ⁰C, Cl. sporogenes - 9,5 ⁰С, термофильных бактерии - 10 ⁰С.

Принимая во внимание, что в формуле расчета значении переводных коэффициентов Kf для данного вида микроорганизмов величина z остается постоянной, при определениях К_F можно пользоваться справочными таблицами.

По приведенным коэффициентам Kf рассчитывают стерилизующий эффект на термограмме

                                          F_{ЭФФЕКТ =}  y K_F ,                                               (1.5)

где  F_ЭФФЕКТ - стерилизующий эффект , y – продолжительность действия на микроорганизмы данной температуры, мин, K_{F –} коэффициент приведения фактического  времени отмирания спор в каждой точке термограммы.