Этап такой то

Закономерности процессов стерилизации

Консервация
Теги: консервация заготовки на зиму закрутка консервы
  Зависимость между временем и температурой стерилизации.

Эффект стерилизации баночных консервов обусловливается надлежащим выбором двух взаимно связанных между собой величин:

а) температуры стерилизации для полного уничтожения не только вегетативных форм микроорганизмов, но и их спор, а также
б) длительности поддержания наивыгоднейшей температуры.

Температуру и длительность стерилизации выбирают так, чтобы обеспечить эффект стерилизации и сохранить высокую пищевую ценность продукта.

Сложность явлений стерилизации продуктов, подвергающихся весьма значительным физико-химическим изменениям, зависящим от их состава и факторов термического на них воздействия, не позволяет установить исчерпывающие формулы для расчета температуры и продолжительности стерилизации.

Рядом исследований режима стерилизации было установлено, что температура, необходимая для уничтожения определенного вида микроорганизмов, изменяется в арифметической прогрессии, а время для уничтожения микроорганизмов (смертельное время) изменяется в геометрической прогрессии.

Выбор температуры стерилизации зависит от состава и видов микроорганизмов, которые в процессе стерилизации должны быть уничтожены.

Воздействие температуры должно продолжаться определенное время, достаточное для гибели микроорганизмов, и называется “смертельным временем”.

Прежде чем провести стерилизацию продукта в консервной банке при определенной температуре, необходимо прогреть продукты до достижения температуры стерилизации в центре консервной банки.

Скорость проникновения тепла в банку, зависящая от времени, в течение которого требуемая температура будет достигнута в центре банки, в общем виде определяется по формуле:
dv = dt/dz 

где: dv — изменение скорости;

dt — изменение температуры;

dz — изменение времени, соответствующее изменению температуры.

Время нагревания и стерилизации содержимого консервной банки находится в зависимости от ряда факторов, к числу которых относятся: влияние начальной температуры содержимого банки, размер банки, материал и толщина поверхностей банки, характер и род теплоносителя, положение банки во время прогревания и стерилизации, вязкость и плотность содержимого банки, величина рН и характер и количество микроорганизмов.

Влияние начальной температуры на скорость прогревания оказывается весьма значительным, когда тепло передается содержимому банки путем одной только теплопередачи.

баночные консервы

Последнее имеет место тогда, когда консистенция содержимого банки очень плотная или очень вязка и когда, следовательно, исключается влияние конвекционных токов. Когда начальная температура банки повышается, скорость проникновения тепла уменьшается вследствие уменьшения разности температур между теплоносителем и содержимым банки.

Но так как количество тепла, которое в данном случае нужно подвести, уменьшается, то время прогревания не увеличивается, а также уменьшается.

Влияние размеров банки на скорость проникновения тепла в консерв сказывается нижеследующим образом: чем больше размеры банки, тем стерилизация ее требует большего времени.

В том случае, когда размеры банки изменяются вместе с ее объемом, уменьшение скорости прогревания объясняется тем, что увеличение поверхности банки меньше увеличения объема и отношение поверхности к объему F/V (удельная поверхность) будет меньше.

Если же взять две цилиндрические банки, у которых изменяются не только высоты, но и диаметры донышек, то уменьшение скорости прогревания банки будет иметь место не только за счет уменьшения удельной поверхности, но и за счет увеличения пути прохождения тепла от боковой поверхности к центру банки.

Время проникновения тепла к центру банки изменяется приблизительно пропорционально квадрату радиуса основания банки, что может быть выражено уравнением:

Приводим необходимые расчетные данные для практически применяемых размеров консервных банок.

Определяемые величины
Номера банок
1
2,5
9
10
Диаметр в мм = 2 r
71,5
73
73
100
100
100
153
Высота в мм = h
92
91
63
112
47
68
163
Отношение — r/h
0,389
0,401
0,579
0,446
1,062
0,736
0,469
Коэффициент K
1,389
1,401
1,579
1,446
2,062
1,736
1,469


Из этой таблицы видно, что наибольшая скорость прогревания будет у банки № 7а, у которой коэффициент К наибольший.

Для нецилиндрических банок — квадратных, трапецеидальных, овальных и т. п. — наибольшее количество тепла передается к центру банки через ту поверхность, среднее расстояние от которой до центра банки является наименьшим.

На скорость проникновения тепла от теплоносителя к содержимому банки оказывают также влияние материал и толщина поверхностей тары.

Чем больше теплопроводность материала тары и чем меньше толщина ее поверхности, тем больше скорость проникновения тепла к содержимому банки.

Количество тепла, затрачиваемое на нагревание консервной банки, может быть выражено уравнением:
Q = KFΔt. 

где: Q — общее количество тепла, затрачиваемого на нагревание;

К — суммарный коэффициент теплопередачи;

F — поверхность банки;

Δt — разность конечной и начальной температур содержимого банки.

Если Q отнести к единице времени, скорость проникновения тепла через единицу поверхности можно выразить формулой:

Q/F = KΔt 

Таким образом, при определенной разности температур, т. е. когда Δt = const, скорость проникновения тепла пропорциональна суммарному коэффициенту теплопередачи К. Величина коэффициента теплопередачи тары консервной банки, определяемого по формуле Пекле, зависит от материала тары и толщины ее поверхности. Чем меньше коэффициент теплопроводности материала тары и чем больше толщина ее стенок, тем меньше будет коэффициент теплопередачи.

Положение банки во время стерилизации оказывает также большое влияние на скорость процесса.

Если банка во время прогревания и стерилизации вращается или встряхивается, содержимое банок перемещается, в нем появляются конвекционные токи и температура быстрее выравнивается.

Прогревание и стерилизация в автоклавах с вращающимися банками проходят значительно быстрее, чем в автоклавах, в которых банки остаются неподвижными: в особенности это явление обнаруживается в консервах с более жидкой консистенцией 

Вязкость консерва является одним из факторов, оказывающих влияние на скорость прогревания содержимого банки.

Из веществ, наиболее часто применяющихся при изготовлении баночных консервов и влияющих на вязкость консервов, сахар, соль и другие кристаллоиды в слабом растворе мало влияют на скорость проникновения тепла.

Сахар в больших концентрациях вызывает изменение вязкости продукта, но при высоких температурах стерилизации вязкость сахарного сиропа значительно уменьшается. Необходимо отметить, что увеличение вязкости и уменьшение теплопроводности при увеличении концентрации сахарного сиропа компенсируется подавляющим действием его на микроорганизмы.

Поэтому задерживающее влияние соли и сахара на продолжительность стерилизации столь незначительно, что с ним можно и не считаться.

Что же касается влияния концентрации коллоидов на скорость проникновения тепла в содержимое банки, то установлено, что коллоидные вещества проводят тепло медленно.

Так, исследования влияния концентрации крахмала на скорость проникновения тепла в центр банки показали, что эта скорость уменьшается пропорционально увеличению концентрации крахмала в пределах до 6%, а при дальнейшем увеличении концентрации приближается к скоростям, устанавливающимся при условии полного отсутствия конвекционных токов.

Плотность консерва также чрезвычайно важный фактор, определяющий скорость его прогревания.

С увеличением плотности содержимого банки уменьшается его теплопроводность. Плотность консерва зависит от содержания в нем сухих веществ и от метода обработки сырья до наполнения им консервной банки.

Уплотнение таких продуктов, как мясо, происходит в результате предварительной варки в связи с денатурацией белков и в результате простого. уплотнения при закладке в банки.

Влияние активной кислотности среды, характеризуемой концентрацией водородных ионов (рН) на продолжительность стерилизации, выяснено выше.

В зависимости от рН все консервируемые продукты делят на четыре условные группы: высококислотные с рН 3,7 и ниже, кислые с рН от 3,7 до 4,5, полукислые с рН от 4,5 до 6 и некислые с рН выше 6.

Для низкокислотных и кислых продуктов из анаэробных микроорганизмов наибольшее значение имеет гнилостная группа, причем особое положение в этой группе занимает патогенный организм В. botulinus. Гнилостные анаэробы могут дать ненормальное развитие в продуктах с рН 5—4,5 и вызвать порчу их без газообразования.

Во время стерилизации рН изменяется.

У большинства продуктов за время стерилизации рН уменьшается за счет образования С02, H2S и других веществ кислотного характера. Исследование показало, что для мяса рН при стерилизации не уменьшается, а даже несколько вырастает, что и необходимо учитывать при установлении продолжительности стерилизации мясных консервов.

Влияние количества содержащихся в консерве в начальный момент микроорганизмов на скорость стерилизации значительно.

Установлено, что выбор режима стерилизации зависит не только от термостойкости микроорганизмов, но и от их концентрации. Так, например, установлено, что чем больше спор в продукте, тем больше времени требуется для их гибели, при этом, однако, скорость их разрушения, т. е. количество спор, погибающих в единицу времени, будет увеличиваться.

Эта зависимость указывает на необходимость установления надлежащего санитарно-гигиенического режима на всех этапах консервного производства.

Чем меньше будет обсеменение продукта до стерилизации, тем эффективнее и быстрее пройдет процесс стерилизации.

Главной причиной порчи консервов является негерметичность банок. На герметичность банки оказывает влияние давление, установившееся во время стерилизации внутри банки, и давление вне банки.
Давление внутри банки есть сумма парциальных давлений — паров воды, воздуха, газов, выделившихся из продукта, и самого продукта при нагревании, и может быть выражено формулой:

P = Р1 + Р2 + Р3 + Р4 

где: Р—суммарное давление в банке во время стерилизации;

Р1 — давление водяных паров;

Р2 — давление воздуха;

Р3 — давление газов, выделившихся из продукта;

Р4 — давление продукта при нагревании.

Величина Р1 зависит только от температуры стерилизации, как величина парциального давления одной из составляющих газовой смеси.

Величина- Р2 находится в зависимости от температуры закатки, температуры стерилизации и наличия и характера свободных пространств в банке.
Чем выше температура консерва во время закатки, тем больше из него удалено воздуха и тем меньше величина Р2; чем выше температура стерилизации, тем больше Р2, чем больше остается незаполненных свободных пространств в банке, тем больше общее содержание в банке воздуха и тем больше величина Р2.

Величина Р3 зависит от свойств продукта, подвергающегося стерилизации.

На образование газообразных веществ из продукта оказывают влияние как процессы переработки сырья до стерилизации, так и то, насколько правильно проведен самый процесс.

Если при подготовке сырья глубоко зашли ферментативные процессы и процессы порчи под влиянием микроорганизмов, во время процесса стерилизации будет иметь место более интенсивное выделение газообразных продуктов распада. То же явление обнаружится при неправильном режиме стерилизации.

Накопление же газообразных веществ ведет при нагревании к увеличению их объема и давления.

Величина Р4 зависит от количества продукта и от изменения его объема в связи с повышением температуры. Так, например, объем таких продуктов, как бобовые, крупы, увеличивается, в объем мясных и рыбных продуктов, наоборот, уменьшается в связи с денатурацией белков.

Избыточное давление внутри банки зависит главным образом от оставшегося в ней воздуха.
Для того, чтобы снизить давление в банке при стерилизации, нужно в максимальной степени удалить из нее воздух.


Автор:  Сергей Челноков
Показать все статьи


Похожие Статьи

Мастер&повар - кулинарная школа




Вход


Вспомнить пароль Регистрация
x Поделится Email Распечатать