docSterowanie procesem obróbki termicznej konserw sterylizowanych
download 
Reklamacja Transkrypt
Sterowanie procesem obróbki termicznej konserw sterylizowanych
44 maszyny i technologie Sterowanie procesem obróbki termicznej konserw sterylizowanych Konserwy sterylizowane należą do wyrobów zamkniętych w opakowaniach hermetycznych i poddanych obróbce cieplnej w temperaturze powyżej 100° C (apertyzacja), co decyduje o ich długim terminie przydatności do spożycia. Stosunkowo długi okres trwałości konserw sterylizowanych wynika więc z: • hermetycznego zamknięcia wyrobu w szczelnym opakowaniu, • zastosowania temperatury sterylizacji, która unieszkodliwia drobnoustroje. Skuteczność i efektywność sterylizacji Funkcją dawki cieplnej w czasie sterylizacji poza uzyskaniem jałowości handlowej konserw jest ponadto retencja niektórych składników (witaminy, białko) oraz w mniejszym stopniu charakterystyczne cechy sensoryczne wyrobu. Istotną kwestią staje się więc możliwość kontroli stopnia dogrzania konserw tak, aby pochłonęły one optymalną dawkę ciepła gwarantującą maksymalną redukcję liczby mikroorganizmów, a zarazem uzyskały pożądane cechy sensoryczne. Prawidłowo przeprowadzony proces sterylizacji powinien powodować zabicie lub uszkodzenie komórek wegetatywnych i przetrwalników drobnoustrojów w stopniu gwarantującym trwałość konserw. Skuteczność destrukcyjnego działania temperatury na drobnoustroje uzależniona jest od jej wysokości i czasu oddziaływania na produkt. Optymalnym warunkiem przebiegu sterylizacji jest więc doprowadzenie takiej ilości ciepła, która zagwarantuje bezpieczeństwo produktu pod względem zdrowotnym, a zarazem zapewni dobrą jakość wyrobu i wysokie jego cechy sen- soryczne. Nadmiernie przegrzane termicznie konserwy charakteryzują się większym wyciekiem cieplnym oraz gorszymi cechami sensorycznymi przy jednocześnie zbyt dużym zużyciu energii przy ich obróbce. Z kolei niedogrzanie jest przyczyną rozwoju mikroorganizmów, które przeżyły proces obróbki cieplnej, co prowadzić może do zagrożeń natury zdrowotnej. Do zjawiska przegrzania lub niedogrzania konserw często prowadzi operowanie wyłącznie czasem trwania ogrzewania w procesie sterylizacji przy zadanej temperaturze. Głównymi przyczynami uzyskiwania przy takim sterowaniu procesem konserw o nieodpowiedniej jakości i trwałości jest zróżnicowany ich skład surowcowy wsadu, różne wielkości i kształt opakowań oraz nieskuteczne odpowietrzenie. Optymalizacja i ekonomizacja procesów sterylizacji doprowadziła do wprowadzenia mierników, które pozwalają jednoznacznie określić stopień wyjałowienia konserw bez konieczności przeprowadzania kosztownych oraz pracochłonnych i czasochłonnych badań poprodukcyjnych. Największe znaczenie praktyczne mają testy polegające na określeniu tzw. wartości sterylizacyjnej Fo, która jest mierzona w minutach. Jest ona sumą efektów letalnych, działających przez określony czas w temperaturze powyżej 90°C na obrabiany termicznie produkt. Za jednostkę wartości sterylizacyjnej (Fo = 1 min) przyjmuje się ogrzewanie przez czas 1 minuty w temperaturze odniesienia 121,1°C (250° F) przy założonym współczynniku dla sterylizacji wynoszącym z = 10°C. Za mięsny trwały produkt sterylizowany (konserwy pełcd. str. 46 46 maszyny i technologie ne) uważa się konserwy obrabiane termicznie do wartości sterylizacyjnej Fo ≥ 3 min. Proces sterylizacji konserw pełnych przebiega najczęściej w temperaturze 117 - 130°C do uzyskania założonej wartości sterylizacyjnej. Gwarantuje to unieszkodliwienie form wegetatywnych oraz przetrwalników drobnoustrojów mezofilnych z rodzaju Bacillus i Clostridium, w tym traktowanych jako wskaźnikowe Clostridium botulinum. Zniszczenie form przetrwalnikowych beztlenowych bakterii z rodzaju Clostridium, (w tym Clostridium botulinum) gwarantuje, że wszystkie inne formy drobnoustrojów mezofilnych są również pozbawione aktywności życiowej. Warunkiem niezbędnym uzyskania takiej jałowości jest prowadzenie procesu sterylizacji w temperaturze powyżej tzw. minimum botulinowego, które przyjmuje się na poziomie minimalnym wynoszącym 110°C. Warunki prowadzenia sterylizacji konserw pełnych, dając im jałowość handlową nie unieszkodliwiają jednak termofilnych drobnoustrojów z rodzaju Bacillus (np. Bacillus stearotermophillus). W praktyce produkcyjnej dla konserw mięsnych przyjmuje się jako skuteczne osiągnięcie wartości Fo w zakresie 4,0 - 5,5. Wynika to często z konieczności uzyskania właściwej przydatności kulinarnej poprzez zastosowanie dłuższej obróbki, a także z wyeliminowania ewentualnych zagrożeń i nieprzewidzianych zakłóceń mogących występować w czasie sterylizacji. Należą do nich: • brak precyzyjności pomiaru Fo, • różna dystrybucja ciepła w czasie obróbki, • nieoptymalny załadunek autoklawu, • wadliwa kinetyka procesu sterylizacji. Właściwie przeprowadzona sterylizacja gwarantuje, że pełne konserwy sterylizowane można przechowywać nawet do 4 lat w temperaturze maksymalnie 25°C, co uniemożliwia rozwój drobnoustrojów termofilnych z rodzaju Bacillus i Clostridium namnażających się w zakresie temperaturowym 40 - 75°C. W grupie konserw sterylizowanych wyróż- nia się konserwy określane terminem ,,trzy - czwarte", które najczęściej zawierają wsad wrażliwy na silne ogrzewanie. Produkty te są autoklawowane w temperaturze 105 - 108°C do osiągnięcia wartości Fo = 0,6 - 0,8. Jednak w celu uzyskania najwyższej jałowości handlowej tą grupę konserw poddaje się sterylizacji w temperaturze powyżej minimum botulinowego (110- 115°C) do uzyskania F ≤ 1,2. Nie przekraczanie granicznej temperatury 115°C umożliwia osiągnięcie wysokiej jakości konserw, co przejawia się stabilnością galarety, brakiem przebarwień oraz ciemnego zabarwienia krwi w przypadku jej dodania. Parametry obróbki termicznej tej grupy konserw powodują zniszczenie form wegetatywnych drobnoustrojów oraz przetrwalników bakterii mezofilnych z rodzaju Bacillus. Mogą jednak pozostawać w wyrobach przetrwalniki drobnoustrojów z rodzaju Clostridium łącznie z proteolitycznymi szczepami Clostridium botulinum, które są szczególnie groźne w konserwach o wysokiej wartości pH, dużej aw i przy braku stosowania azotynów. Z tego względu konserwy ,,trzy - czwarte" należy przechowywać w temperaturze nie wyższej niż 10°C przez okres maksymalnie wynoszący 12 miesięcy. Konserwy sterylizowane pełne oraz ,,trzy czwarte" po zakończonej obróbce termicznej należy poddawać szybkiemu schładzaniu, aby wyeliminować ewentualne ryzyko rozwoju termofilnych przetrwalnikujących drobnoustrojów pozostających po obróbce w produkcie. W autoklawie należy osiągnąć w krótkim czasie temperaturę poniżej 40°C. Konserwy sterylizowane określane terminem tropikalnych są to wyroby poddawane obróbce termicznej do uzyskania wartości Fo = 12 - 15. Takie parametry apertyzacji eliminują termofilne drobnoustroje z rodzaju Bacillus i Clostridium. Uzyskana w ten sposób jałowość tych konserw pozwala na przechowywanie ich w szerokim zakresie temperatur, nawet powyżej 40°C. Jednak ich czas magazynowania cd. str. 48 48 maszyny i technologie w takich warunkach temperaturowych nie powinien przekraczać jednego roku. Przy tak wysokich temperaturach występuje fizykochemiczna abiotyczna degradacja wsadu konserw pogarszająca zdecydowanie ich jakość. Shelf Stable Products (SSP) Produkcja konserw w systemie SSP polega na zastosowaniu tzw. ,,technologii przeszkodowych". Efektem tego jest możliwość przechowywania konserw bez typowych warunków chłodniczych mimo zastosowanej łagodnej obróbki termicznej prowadzonej do uzyskania wewnątrz opakowań temperatury maksymalnie 110°C. Opakowaniem są najczęściej tworzywa polimerowe. W ten sposób osiąga się inaktywację mikroorganizmów w ich formie nieprzetrwalnikowej przy jednoczesnym pozostaniu często w wyrobie przetrwalników z rodzaju Bacillus i Clostridium. Do stabilności takich produktów przyczyniają się dodatkowe czynniki (przeszkody). Wzrostowi niekorzystnych szczepów drobnoustrojów zapobiega się poprzez dostateczne zmniejszenie wartości aw, pH i Eh. Dla skutecznej obróbki takich konserw w tworzywach polimerowych trzeba zapewnić aw poniżej wartości 0,97 (produkty z azotynem) lub poniżej 0,96 (najlepiej 0,95) w przypadku produktów bez azotynów. Poza tym wartość pH należy sprowadzać do poziomu poniżej 6,5 a potencjał oksydoredukcyjny (czynnik Eh) powinien być jak najmniejszy, co ogranicza rozwój Bacillusów tolerujących niską aktywność wody w produkcie. Z tworzyw polimerowych stosowanych jako osłonki utrzymanie takich parametrów umożliwia stosowanie polimeru PVDC (polichlorek winylidenu). W przypadku produkcji konserw SSP przy osiągnięciu temperatury wewnątrz opakowania na poziomie 80 - 90°C dla wsadów o aw poniżej 0,95 oraz wartości pH ≤ 5,0 uzyskuje się produkt, który można przechowywać przez 12 miesięcy w temperaturze 20°C niezależnie od rodzaju zastosowanego opakowania. Obniżenie wartości pH wsadu konserw SSP można dokonywać poprzez dodatek kwasów organicznych (wyroby w galaretach) oraz GDL-u. Osiągnięta w ten sposób wartość pH na poziomie 5,4 - 5,6 hamuje już znacząco namnażanie się bakterii z rodzaju Clostridium i Bacillus. Termostatowanie Próba termostatowa będąca testem inkubacyjnym jest zabiegiem określającym skuteczność procesu sterylizacji prowadzonej w oparciu o pomiar wartości sterylizacyjnej Fo. Wynik ujemny (brak bombażu mikrobiologicznego) świadczy o skuteczności procesu wyjałowienia w czasie sterylizacji. Test badawczy przeprowadza się przez przetrzymywanie konserw przez 7 dni w temperaturze 37°C lub przez 10 dni w temperaturze 35°C. Czynniki decydujące o skuteczności sterylizacji Na skuteczność procesu sterylizacji wpływa wiele czynników, do których należą: • parametry obróbki (temperatura, czas), • skład i właściwości produktu (konsystencja, wielkość rozdrobnienia, dodatki płynne), • przeciwciśnienie w czasie obróbki, • wielkość załadunkowa autoklawu, • masa produktu netto i wielkość wolnych przestrzeni w opakowaniach, • umieszczenie produktu w autoklawie (ułożenie, przekładki), • temperatura początkowa wsadu konserwy, • czasokres oczekiwania na proces sterylizacji, • działanie osprzętu autoklawu (pompa wodna, przewody wodno - parowe), • zakażenie wyjściowe masy wsadowej i właściwości mikroflory, • stopień odpowietrzenia napełnionych opakowań, • rodzaj zastosowanych opakowań, cd. str. 50 50 maszyny i technologie • rodzaj autoklawu (sposób rozchodzenia się ciepła, rotacja konserw), • zabiegi technologiczne utrwalające lub stymulujące biologiczny skutek ogrzewania, • właściwości fizykochemiczne i chemiczne ogrzewanej masy wsadowej konserwy, • sposób przenikania ciepła w opakowaniach. Sterowanie procesem sterylizacji Organizacja procesu sterylizacji Każda obróbka cieplna, w tym sterylizacja, powinna być prowadzona według określonych procedur i przy przestrzeganiu wymaganych warunków oraz parametrów procesu. W praktyce produkcyjnej różne wielkości dawki cieplnej uzyskuje się w wyniku zastosowania kombinacji parametrów czasu i temperatury procesu wyjaławiania. Wielkość aplikowanej dawki w czasie sterylizacji uzależniona jest od osiągnięcia jałowości handlowej konserw, a stopień unieszkodliwienia drobnoustrojów zależy również od ich odporności cieplnej. Równocześnie działanie wysokiej temperatury powoduje ponadto inaktywację aparatu enzymatycznego wsadu konserwy i zmianę jego właściwości sensorycznych. Dla procesu sterylizacji istotne efekty letalne uzyskuje się powyżej wartości progowej TL = 90°C. Wzrost energii kinetycznej wskutek jej dostarczania powoduje postępującą inaktywację drobnoustrojów, w tym również form przetrwalnikowych. Efekty te kumulują się w czasie działania wysokiej temperatury powyżej wartości TL aż do osiągnięcia założonej wartości sterylizacyjnej Fo. Proces obróbki konserw sterylizowanych dzieli się na: • fazę ogrzewania, • fazę stacjonarną, w której temperatura wewnątrz opakowań jest zbliżona do temperatury na zewnątrz, • fazę chłodzenia. Sterowanie procesem obróbki termicznej kon- serw sterylizowanych jest możliwe przez regulowanie: • temperatury czynnika grzejnego w fazie ogrzewania, • czasu trwania fazy ogrzewania, • temperatury trwania fazy stacjonarnej, • czasu trwania fazy stacjonarnej, • temperatury czynnika chłodzącego, • czasu trwania fazy chłodzenia. Sterowanie procesem sterylizacji powinno zapewnić skuteczne wyjałowienie konserw w strefie krytycznej na poziomie zapewniającym ich trwałość przy zachowaniu pożądanych cech sensorycznych. Wymiernym wyróżnikiem pomiarowym staje się założona wartość sterylizacyjna Fo, której osiągnięty poziom dla danej grupy konserw daje gwarancję uzyskania jałowości handlowej. Warunki ciśnieniowe prowadzenia sterylizacji Obok temperatury i czasu trwania zasadniczą rolę w procesie sterylizacji odgrywa ciśnienie panujące w autoklawie. Powstające ciśnienie wewnątrz opakowań w czasie obróbki przekracza wielkość ciśnienia środowiska grzejnego, co prowadzi do wytworzenia się różnicy ciśnień oddziaływującej na efekt całego procesu. Bezpiecznie powstałą różnicę ciśnień wytrzymują elastyczne opakowania metalowe (puszki cylindryczne i okrągłe). W przypadku pozostałych opakowań (słoje, puszki kształtowe, pudełka z blachy aluminiowej, pudełka polimerowe) należy koniecznie minimalizować pojawiającą się różnicę ciśnień poprzez równoważenie ciśnienia w opakowaniach stosując sprężone powietrze lub wodę pod dużym ciśnieniem (tzw. przeciwciśnienie). Stosowanie odpowiedniego przeciwciśnienia eliminuje ewentualne bombaże techniczne oraz uszkodzenie i deformację opakowań (zrywanie wieczek, pękanie słoi, samoodkręcanie się wieczek, pękanie opakowań polimerowych). Nadmierny wzrost przeciwciśnienia wytwa- 52 maszyny i technologie rzanego w autoklawie prowadzi już jednak do niekorzystnych oddziaływań na opakowania, przejawiających się wgięciem płaszcza puszek i wtłoczeniem wieczek do środka opakowania. Odporność opakowań metalowych na wyboczenia i wygięcia rośnie wraz z grubością blachy, wytrzymałością jej na rozciąganie oraz ze zmniejszającym się promieniem wieczka- denka i zmniejszającą się wysokością opakowania w stosunku do jego średnicy. Dla różnych konstrukcji wieczek metalowych krytyczna różnica ciśnień decydująca o odkształcaniu się opakowania kształtuje się w zakresie158 - 275 kPa. W przypadku wieczek opakowań aluminiowych wartość krytyczna ciśnienia wynosi ok. 95 kPa. W czasie sterylizacji konserw w opakowaniach szklanych krytyczna różnica ciśnień może być zmniejszana wskutek zdolności niektórych zamkniętych opakowań do samoodpowietrzania się w czasie procesu obróbki cieplnej (słoje Twist - Off). W opakowaniach takich w czasie następującego po sterylizacji wytworzenia się podciśnienia następuje trwałe hermetyczne zamknięcie. Zbyt mała różnica ciśnień przy jednoczesnym nadmiernym wypełnieniu słoi może jednak prowadzić w czasie obróbki do niekorzystnego ubytku masy zawartości konserwy. Właściwa wielkość przeciwciśnienia podczas procesu sterylizacji umożliwia więc skuteczność przeprowadzenia całego procesu eliminując występowanie niekorzystnych uszkodzeń opakowań, ich rozhermetyzowanie, a zarazem gwarantuje skuteczne i szczelne zamknięcie słoi Twist - Off. Kształtuje się ono w zależności od rodzaju opakowań, stanu termicznego wsadu, jego konsystencji oraz stopnia odpowietrzenia na poziomie wynoszącym 160 - 350 kPa. Zbyt niska wartość przeciwciśnienia w autoklawie może być przyczyną deformacji opakowań metalowych oraz ubytków zawartości z niektórych typów opakowań (słoje Twist Off). Na wielkość ciśnienia w opakowaniach w czasie sterylizacji wpływa wolna przestrzeń nie wypełniona produktem w czasie napełniania określana jako przestrzeń dylatacyjna. Umożliwia ona łatwą rozszerzalność cieplną zawartości konserw chroniąc je przed powstawaniem bombażu technicznego, ubytkami masy, uszkodzeniem wieczek oraz warunkuje możliwość mieszania płynnej zawartości przy rotacji opakowań. Istota odpowietrzania napełnionych opakowań Odpowietrzanie napełnionych masą wsadową konserw jest zabiegiem pożądanym technologicznie. Efektem usunięcia powietrza z opakowań jest uzyskanie wysokiej jakości konserw, ich dobrej trwałości, zabezpieczenie przed nadmiernym destrukcyjnie działającym wzrostem ciśnienia w opakowaniach oraz w niektórych przypadkach osiągnięcie hermetyczności zamknięcia po zakończonej obróbce w autoklawie (słoje Twist - Off). Usunięcie powietrza z napełnionych opakowań można uzyskać stosując jeden z następujących zabiegów techniczno - technologicznych: • zamykanie opakowań w warunkach próżniowych, • napełnianie opakowań na gorąco, • odpowietrzanie cieplne (immersyjne), • wtrysk żywej pary do napełnionych opakowań, • prowadzenie obróbki umożliwiającej odpowietrzenie w autoklawie. Zamykanie napełnionych opakowań w warunkach próżniowych odbywa się z wykorzystaniem zamykarek umożliwiających uzyskanie próżni na poziomie sięgającym 90%. Zamykanie opakowań napełnianych na gorąco jest zabiegiem dotyczącym tylko niektórych asortymentów konserw (produkty w sosach, dania gotowe). Konserwy uważa się za zamykane na gorąco wówczas, gdy temperatura wsadu w chwili zamykania wynosi 55°C. Jednak 54 maszyny i technologie bardziej pożądaną temperaturą zamykania na gorąco jest 65°C, a nawet jeśli istnieje możliwość osiągnięcia poziomu 80°C. Im wyższe temperatury napełnianego wsadu tym istnieje możliwość szybszego wprowadzenia opakowań do strefy ciśnieniowej urządzeń do sterylizacji, co jest bardzo istotne w autoklawach o pracy ciągłej. Odpowietrzanie cieplne znajduje zastosowanie do produktów nagrzewających się przez konwencję (produkty w zalewach i sosach). Ta metoda odpowietrzania jest najbardziej skuteczna po nagrzaniu wsadu w opakowaniach do temperatury ok. 82°C w łaźni wodnej lub komorze parowej, po czym następuje zamykanie opakowań. Skuteczne usunięcie powietrza można osiągnąć poprzez bezpośredni wtrysk żywej pary, która wypierając powietrze z przestrzeni dylatacyjnej napełnionych opakowań i następnie skraplając się powoduje wytworzenie podciśnienia rzędu 0,04 - 0,07 MPa w momencie zamykania odpowietrzonych opakowań (zamykanie w strumieniu pary). Proces odpowietrzania napełnionych opakowań szklanych typu Twist - Off można osiągnąć w autoklawie sterując odpowiednio procesem obróbki. Sterylizację należy wówczas prowadzić do osiągnięcia temperatury wsadu 85°C pod ciśnieniem nie przekraczającym 0,1 MPa. Wzrost ciśnienia w autoklawie powinien następować dopiero po uzyskaniu przez wsad obrabianych konserw temperatury 70°C. Samoodpowietrzaniu się słoi poddawanych obróbce w autoklawie sprzyja prowadzenie procesu w przeciwciśnieniu nie przekraczającym wartości 0,17 MPa. Warunki skutecznego schładzania konserw Zalecana końcowa temperatura schłodzonych konserw w autoklawie mieści się w przedziale od 32 do 43°C. Dolny zakres tego przedziału wyznacza zdolność opakowań do wyschnięcia, co jest ważne ze względu na możliwość korozji (elementy metalowe opakowań) i eliminację zakażenia wtórnego. Natomiast górny poziom wyklucza wzrost często przeżywającej mikroflory termofilnej. Schładzanie konserw do temperatur niższych wymaga już mechanicznego dodatkowego suszenia metalowych powierzchni opakowań. Proces chłodzenia konserw w autoklawie należy prowadzić tak, aby zniwelować ciśnienie panujące w opakowaniach. Eliminuje to niekorzystne odkształcenia w postaci wyboczeń (bombaże techniczne) oraz wgięcia opakowań (denka, wieczka, płaszcze puszek). Jednak schładzanie konserw do pożądanej temperatury ze stałym przeciwciśnieniem w całym okresie może wywierać niekorzystne oddziaływanie na opakowanie z powodu postępującej redukcji w nich ciśnienia. Może to prowadzić do deformacji opakowań (wgniecenia). Programując prace sterylizacji trzeba uwzględnić pewien wzrost wartości sterylizacyjnej Fo w fazie schładzania konserw po zakończonej sterylizacji i to niezależnie od rodzaju opakowania oraz metody ogrzewania w autoklawie (metoda zanurzeniowa, natryskowa, parowa). Badania dowodzą, że przyrost wartości sterylizacyjnej pojawiający się w fazie chłodzenia, stanowiący część końcowej wartości Fo może w zależności od zastosowanego reżimu ogrzewania wynosić w praktyce nawet ⅓ zmierzonej i zdefiniowanej wartości Fo. Autor: dr inż. JERZY WAJDZIK
