13.20. Техніка стерилізації консервів

Апарати, призначені для стерилізації консервів, називають стерилізаторами (автоклавами).

За принципом дії автоклави бувають періодичної та безперерв­ної дії. За конструктивним виконанням автоклави поділяють на вертикальні і горизонтальні. Горизонтальні і вертикальні автокла­ви використовують для стерилізації консервів у всіх видах тари.

Залежно від того, за якої температури відбувається стериліза­ція, консерви стерилізують (пастеризують) у відкритих апаратах за атмосферного тиску або в герметичних з протитиском.

Вертикальні стерилізатори періодичної дії. Найуніверса- льнішими стерилізаційними апаратами, які дають змогу здійсню­вати стерилізацію (пастеризацію) консервів за атмосферного або надлишкового тиску, з використанням як нагрівального середо­вища гарячої води, пари або пароповітряної суміші, придатні для стерилізації консервів у жерстяній, скляній або полімерній тарі будь-яких розмірів та алюмінієвих тубах, є періодично діючі вер­тикальні автоклави.

Автоклави виготовляють однокорзинними типу К7-ФЦК/2-7, двокорзинними Б6-КА2-В-2 (Б6-КАВ-2) або чотирикорзинними Б6-КА2-В-4 (Б6-КАВ-4).

Двокорзинний автоклав (рис. 13.24) має вигляд вертикальної циліндричної сталевої посудини зі сферичною кришкою і днищем. Зовні автоклав вкритий шаром теплоізоляції. Верхня частина ав­токлава має сталеве кільце з канавкою для ущільнювальної про­кладки. У нижній частині посудини розміщено барботер і зливний штуцер. Корзини місткістю 0,9 туб (м³) встановлюються в автокла­ві на спеціальні опори для корзин за допомогою електротельферів.

Кришка призначена для герметизації автоклава за допомогою відкидних фіксуючих болтів та баранцевих гайок. Для прискорен­ня процесу герметизації деякі конструкції автоклавів мають спе­ціальні поясні затискачі (див. рис. 13.24, І). На фланці верхньої частини циліндра автоклава передбачено кільце трапецієпо­дібного перерізу, у яке встановлено прокладку. Під час повороту

важеля поясний затискач стягує сегменти. При сходженні сегме­нти похилими контактними поверхнями передають зусилля на фланці і притискують кришку до циліндричної частини автоклава.

1 — циліндричний корпус; 2 — противаги; 3 — кришка; 4 — баранцеві гайки; 5 — сталева сітка; 6 — термометр; 7 — хрестоподібний барботер; 8 — днище; 9 — зов­нішній металевий пояс; 10, 12 — фланці; 11 — корпус автоклава; 13 — сегменти; 14 — поясний затискач

Після герметизації автоклава здійснюють стерилізацію згідно з формулою стерилізації, контролюючи темп нагрівання, темпера­туру і тиск. Процес стерилізації відбувається, як правило, за до­помогою автоматичного керування за заданою програмою. Темпе­ратуру в автоклаві підвищують плавно за час, зазначений у фор­мулі стерилізації.

Нагрівальним середовищем в автоклавах періодичної дії є во­дяна пара або гаряча вода.

Стерилізація парою без протитиску. Цей спосіб можна ви­користовувати для консервів у жерстяній тарі місткістю до 500 см³. Водяна пара при контакті з холодною поверхнею банок конденсується і віддає значну кількість теплоти (2,86* 10⁶ Дж/кг за тиску 9,8-10⁴ Па) і при цьому має високий коефіцієнт тепловіддачі, що може призвести до термічного бою скляних банок. Тому стери­лізацію парою здійснюють лише для консервів у жерстяних бан­ках з невеликою місткістю. Наявність високих надлишкових тис­ків у банках місткістю понад 500 см³може спричинити деформу­вання кришок і денець або порушення герметичності банок.

Водночас стерилізація парою створює рівномірніше темпера­турне поле в середині автоклава. Іншою особливістю пари є стала температура конденсації, що дає змогу вести процес стерилізації, регулюючи тиск нагрівальної пари. При цьому теплоносій передає свою теплоту банкам, що забезпечує швидке нагрівання банок і рівномірне поширення теплоти по всьому об’єму автоклава.

Процес стерилізації відбувається так. Корзини, наповнені бан­ками, завантажують в автоклав і подають пару для витискання основної маси повітря з нього. Потім автоклав герметизують, від­кривають випускний кран на кришці для видалення залишків повітря та зливний кран для видалення конденсату. Після вида­лення повітря (з крану на кришці виходить лише пара) закрива­ють випускний та зливний крани. Під час підвищення температу­ри стерилізації періодично видаляють конденсат. Темп нагріван­ня і підтримання температури стерилізації в автоклаві регулюють подаванням пари і спусканням конденсату.

Після закінчення власне стерилізації припиняють подавання пари і для запобігання порушенням герметизації банок поступово, за час С, зазначений у формулі стерилізації, випускають з авто­клава пару і залишок конденсату. Зниження тиску і температури в автоклаві контролюють за показаннями термометра і маномет­ра. Швидке зниження тиску в автоклаві призводить до розриву банок по поздовжньому шву, порушення герметичності закатних швів на кришках і денцях, утворення «пташок» та ін. Після охоло­дження і зниження тиску до атмосферного автоклав відкривають і корзини з банками вивантажують.

Можливе охолодження холодною водою (до 40 °С), що подаєть­ся зверху на банки, в автоклаві перед вивантаженням корзин.

Стерилізація консервів гарячою водою з протитиском.

Перед завантаженням корзин з банками в автоклав заливають воду, так щоб вона на 10 — 15 см покривала верхній шар банок. Температура води перед завантаженням корзин із скляними бан­ками має бути лише на 10 — 15 °С вище за температуру продукту. Жерстяні банки можна завантажувати в гарячу воду (70 — 80 °С).

Після герметизації автоклава в нього подають пару і одночасно відкривають випускний кран на кришці автоклава для витиснен­ня повітря. На початку виходу з крана пари його закривають і підвищують температуру до температури стерилізації. Одночасно з підвищенням температури регулюється тиск у середині автоклава.

Під час стерилізації періодично (через 15 — 20 хв) видаляють су­міш пари і повітря, яке подається знизу автоклава для вирівню­вання температури по всьому об’єму автоклава.

Після закінчення стадії нагрівання та власне стерилізації припи­няють подавання пари і поступово відкривають кран для подавання в автоклав стисненого повітря і, після витіснення пари, холодної во­ди. Подавання в автоклав холодної води під тиском забезпечує крім охолодження консервів ще й протитиск в апараті. Гарячу воду випу­скають через зливний штуцер.

Консерви у жерстяній тарі охолоджують з протитиском до тем­ператури 40 — 45 °С протягом 20 — 30 хв. Тиск в автоклаві підтри­мують сталим протягом 10 — 15 хв стадії охолодження, а потім його поступово знижують до атмосферного протягом останніх 15 — 20 хв.

При стерилізації консервів у жерстяній та скляній тарі в пері­одично діючому автоклаві з протитиском використовують про­грамні регулятори температури і тиску ПРП-2 і ПРП-2У. Вони забезпечують регулювання режиму процесу стерилізації згідно із заданою програмою з відхиленням температури ±1,5 °С і тиску ±10 кПа, а також реєстрацію режиму процесу оброблення кон­сервів.

Горизонтальні стерилізатори періодичної дії. Процес сте­рилізації в горизонтальних стерилізаторах відбувається аналогіч­но стерилізації у вертикальних апаратах.

Завантаження горизонтальних стерилізаторів сітками з бан­ками здійснюється на спеціальних візках по спеціальних рейках, змонтованих на підлозі. Завдяки цьому для монтажу автоклавів не потрібні шахти, а також монорейки з електроталлю для заван­таження корзин. Наявність двох кришок дає змогу завантаження здійснювати у стерилізаційному відділенні, а розвантаження — у складі готової продукції.

В Україні поширені горизонтальні автоклави «Ротомат» фірми «Сторк» та автоклав Ф1-ТМП (місткість 0,3 туби). Стерилізатор «Ротомат» (рис. 13.25) призначений для стерилізації консервів у жерстяній та скляній тарі за температури до 140 °С і тиску до 0,6 МПа. Теплове оброблення можна здійснювати водою, парою і водою або тільки парою.

Для економії теплоти стерилізатори мають два горизонтальних циліндри­чних корпуси з теплоізо­ляцією.

Нижній корпус з одного або з двох торців має гер­метизуючі кришки та рота­ційний барабан, який може обертатися з частотою 15 —

50 хв^-1 або періодично по­вертатися на 180° згідно з програмою. Після заван­таження барабана сітками з банками і фіксації сіток барабан (власне стериліза­тор) герметизується за до­помогою кришки.

Над стерилізатором паралельно розміщується другий ци­ліндр — бойлер для нагрівання води та акумуляції її при охоло­дженні консервів. Під час проведення стерилізації в бойлер пода­ється пара для підігрівання води і створення протитиску в стери­лізаторі.

Після закінчення процесу стерилізації, одночасно з подаван­ням холодної води для охолодження консервів гаряча вода пере­качується в бойлер до певного рівня. Надлишок води відводиться в каналізацію. Після охолодження консервів і видалення води з автоклава його розгерметизовують, розвантажують і після частко­вого санітарного оброблення знову завантажують новими сітками з консервними банками. Після фіксації банок і герметизації сте­рилізатора гарячу воду з бойлера переливають у стерилізатор. Цикл повторюється.

Автоклав має два насоси, які подають гарячу воду під час охо­лодження, і циркуляційний насос, який створює циркуляцію води під час стерилізації. Це сприяє створенню рівномірного темпера­турного поля по всьому об’єму стерилізатора, а також підвищенню швидкості прогрівання консервів під час нагрівання й охоло­дження на заключній стадії оброблення.

Апарат має пульт керування з мікропроцесорним керуванням та прилади, що регулюють і реєструють режим стерилізації.

Стерилізатори «Ротомат» виготовляють місткістю 2, 3 або 4 сіт­ки, які встановлюють на спеціальні візки.

Значною перевагою горизонтальних стерилізаторів фірм «Ат- мос», «Сторк» та ін. порівняно з вертикальними є також можли­вість перевертати сітки з банками з денця на кришку і навпаки, що дає змогу за рахунок перемішування вмісту дещо підвищити температуру стерилізації. Дослідженнями доведено, що при змен­шенні тривалості стерилізації якість консервів підвищується.

Стерилізатори безперервної дії. Крім стерилізаторів пері­одичної дії для виробництва консервів застосовують стерилізатори безперервної дії. За конструктивними особливостями їх поділяють на роторні, лінійні, або гідростатичні (гідропневматичні).

Роторні стерилізатори призначені для стерилізації консер­вів у жерстяній тарі. Для стерилізації консервів за температури понад 100 °С стерилізатор має три нерухомих горизонтально роз­міщених циліндричних корпуси, які встановлені паралельно і призначені відповідно для підігрівання, стерилізації та охоло­дження консервів. У середині корпусів на валах встановлені бара­бани, поверхні яких паралельні внутрішній поверхні корпусів і мають прикріплені паралельно осі сталеві смуги. Відстань між смугами дорівнює діаметру банок. На внутрішній циліндричній поверхні нерухомого корпусу закріплені спіральні напрямні зі штабової сталі. Крок спіралі дорівнює діаметру банок. Між спі­раллю на корпусі і смугами на нерухомому барабані незначна від­стань (рис. 13.26).

Банки завантажують за допомогою ланцюгового елеватора че­рез впускний клапан. Банки скочуються на рухомий барабан і розміщуються між сусідніми смугами. При обертанні барабана банки ковзають по нерухомій спіралеподібній напрямній на кор­пусі й переміщуються вздовж рухомого барабана. Після підігрі­вання вмісту до 98 °С банки з першого корпусу через герметизую­чий клапан передаються у стерилізатор і при обертанні ротора переміщуються до другого кінця. Під час переміщення банки за рахунок тертя по нерухомій спіралі обертаються навколо своєї осі. Після стерилізації вони через герметизуючий клапан передаються в корпус охолодження, де охолоджуються до 30 — 40 °С за надли­шкового тиску повітря. Із корпусу охолодження банки виванта­жуються через герметизуючий клапан.

Банки підігрівають і охолоджують водою, стерилізують у сере­довищі водяної пари, тиск якої підтримується автоматично відпо­відно до температури стерилізації.

Основним недоліком роторних стерилізаторів є те, що вони призначені для стерилізації консервів у жерстяній тарі лише од­ного розміру. Під час обертання вміст банок перетирається і част­ково втрачає свою структуру, а бульйон стає каламутним. Через різкий перепад тисків і температури при переході банок із корпу­су в корпус банки можуть деформуватися; олово на їхніх попереч­них швах спрацьовується.

Роторні стерилізатори КСЖ для банок № 14 (продуктивність 24 банки за хвилину) та СН-1 для банок № 9 (продуктивність 65 ба­нок за хвилину) широкого не застосовують.

Лінійні стерилізатори фірми «Мазер і Платт» за принци­пом дії аналогічні роторним, але банки транспортуються пластин­частими ланцюговими конвеєрами, які рухаються по вертикаль­них спіралях в окремих корпусах. Як і в роторних стерилізаторах,

а — загальний вигляд; б — завантажувальний клапан; в, г — розвантажувальний клапан; 1 — корпус; 2 — ротор; 3 — спіралеподібна напрямна; 4 — завантажува­льний клапан; 5— ланцюговий елеватор-живильник; 6 — розвантажувальний клапан

при надходженні банок із стерилізатора в охолоджувальний кор­пус температура і тиск у середині банок високий. Різкий перепад температур і тиску під час охолодження може спричиняти дефор­мування банок. Щоб запобігти цьому, банки охолоджують посек- ційно (1 — 4 секції). У першій секції банки охолоджують гарячою водою, в інших температура поступово знижується. Після остан­ньої секції консерви вивантажуються охолодженими до 35 — 40 °С. Продуктивність лінійних стерилізаторів 11 — 90 банок за хвилину.

Стерилізатори з гідростатичним тиском. На консервних заводах великої продуктивності більш поширеними є гідростатич­ні стерилізатори (рис. 13.27). їх використовують для стерилізації консервів у тарі з різних матеріалів і різної форми. Гідростатичні стерилізатори мають відносно просту будову і високу продуктив­ність (до 1500 банок за хвилину). Сучасні гідростатичні стериліза­тори мають п’ять колон (шахт) прямокутної форми заввишки

13,5 — 16,0 м. У середині колони рухається безперервний ролико­вий дволанцюговий кон­веєр із сітчастими носіями для банок.

Консерви надходять до завантажувального меха­нізму стерилізатора, який розміщує їх у носії для банок, і по першій колоні транспортуються в другу, яка заповнена водою. Ви­сота стовпа води має бути достатньою для зрівнова­ження тиску стерилізації.

Стовп води заввишки 10 м створює надлишковий тиск 0,1 МПа, якого достатньо для здійснення процесу стерилізації парою за тем­ператури 120 °С. У міру опускання носіїв з банка­ми у другій колоні зверху вниз банки поступово про­гріваються до температури стерилізації. Тиск, який утворюється в банках при нагріванні, компенсується за рахунок постійного збі­льшення висоти стовпа води у міру переміщення носіїв до низу колони по­переднього нагрівання.

Після попереднього прогрівання банки надходять у третю ко­лону — камеру стерилізації, заповнену насиченою парою. Каме­ра має випускний вентиль для випускання повітря. Температура в камері відповідно до р — Т-діаграми визначається тиском стов­па води у другій та четвертій колонах. Консерви рухаються в ка­мері зверху вниз протягом часу, потрібного для стерилізації кон­сервів.

Після стерилізації консерви із стерилізаційної камери надхо­дять знизу в колону охолодження, де температура і тиск зменшу­ються у міру піднімання носіїв з банками вгору. На виході з охо­лоджувальної колони вміст банок охолоджений до 75 — 80 °С. На­далі банки опускаються вниз і охолоджуються водою в камері до­даткового охолодження до температури 40 — 50 °С. Після цього консерви механізмом розвантаження звільняються з носіїв і над­ходять на ділянку гарячого сортування.

Рух води в колонах 1 і 3 має зворотний напрямок руху банок. Холодна вода, що надходить у колону 3 зверху, підігрівається за рахунок тепла консервів і перекачується в колону 2. З цієї колони вода відводиться через переливний пристрій і її можна використо­вувати на технічні потреби.

Основним недоліком гідростатичних стерилізаторів є велика висота приміщень для їх установлення (до 25 м), значні площі че­рез потребу мати басейн для охолодження води. Крім того, час пе­ребування консервів у зоні попереднього нагрівання, як правило, незначний, унаслідок чого тиск, що утворюється в тарі, значно відстає від тиску у камері стерилізації. При вході банок у камеру стерилізації виникає максимальна різниця тисків (до 0,12 МПа), яка поступово зменшується у міру прогрівання банок у камері стерилізації. І навпаки, під час переміщення банок у зоні охоло­дження різниця тиску в банках і охолоджувальному середовищі збільшується, досягаючи значень того самого порядку, що і при нагріванні, поки вміст не буде охолоджений.

Ці недоліки, незважаючи на простоту конструкції і обслугову­вання гідростатичних стерилізаторів, заважають впровадженню їх у м’ ясній промисловості.