способ консервирования жидких или пастообразных продуктов питания

Формула изобретения

1. Способ консервирования жидких или пастообразных продуктов питания обработкой давлением, включающей повышение давления свыше 0,2 МПа (2 кгс/см²), выдержку под давлением с растворением в продукте инертных по отношению к нему газов и быстрое снижение давления ниже атмосферного путем создания возможности истечения консервируемому продукту или передающей ему давление жидкости, отличающийся тем, что перед обработкой давлением из консервируемого продукта или его наибольшей по объему составной части удаляют кислород и не допускают его попадание в продукт при дальнейших технологических операциях, а средняя скорость снижения давления составляет не менее 10 МПа/с [100 (кгс/см²)/с] на участке от не более 80% давления выдержки и не менее давления насыщенного раствора газа в консервируемом продукте до атмосферного.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку давлением ведут при постоянной температуре.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после обработки давлением консервируемый продукт выдерживают не менее 4-х ч при температуре не более 15°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к консервированию водосодержащих веществ растительного и животного происхождения, в частности продуктов питания, преимущественно жидких или пастообразных, а также воды.

Известен способ консервирования жидких или пастообразных продуктов питания обработкой давлением, включающий повышение давления свыше 0,2 МПа (2 кгс/см²), выдержку под давлением с растворением в продукте инертных по отношению к нему газов и быстрое снижение давления /1/.

Уничтожение микроорганизмов согласно данному способу осуществляется созданием высококонцентрированного раствора, убивающего микроорганизмы газа путем нагнетания его в емкость с консервируемым продуктом, и быстрым снижением давления. Быстрое снижение давления уменьшает давление и (или) время выдержки, то есть носит вспомогательный характер - принципиально консервирование может быть осуществлено и без него. Для создания высококонцентрированного раствора требуется значительное количество газа. Например, хорошие результаты получаются при использовании двуокиси углерода, которая имеет очень хорошую растворимость - при давлении 1 МПа (10 кгс/см²) в единице объема воды можно растворить около 15 объемов газа. Выпуском консервирующего газа в данном случае технически сложно создать такую скорость снижения давления, чтобы она стала доминирующим фактором процесса консервирования. Недостатком такого способа консервирования является пониженное качество консервируемых продуктов из-за их загрязнении примесями, содержащимися в газах. Данный способ не может использоваться для консервировании продуктов в способных к деформации емкостях, например в пластмассовых бутылках.

Известен способ консервирования жидких или пастообразных продуктов питания обработкой давлением, включающий повышение давления свыше 0,2 МПа (2 кгс/см²), выдержку под давлением с растворением в продукте инертных по отношению к нему газов и быстрое снижение давления ниже атмосферного путем создания возможности истечения консервируемому продукту /2/.

Данный способ обеспечивает более высокую степень уничтожения микроорганизмов за счет перепада давлений. Однако здесь также используется большое количество двуокиси углерода - 32 г/дм³, что соответствует 16 объемам газа в одном объеме продукта, и это не позволяет полностью устранить недостатки предыдущего способа.

Известен способ консервирования жидких или пастообразных продуктов питания, включающий повышение давления свыше 0,2 МПа (2 кгс/см²), выдержку под давлением с растворением в продукте инертных по отношению к нему газов и быстрое снижение давления ниже атмосферного путем создания возможности истечения консервируемому продукту или передающей ему давление жидкости /3/.

Уничтожение микроорганизмов по этому способу осуществляется прежде всего за счет быстрого снижения давления. Например, он может применяться для консервирования продуктов в способных к деформации емкостях, а здесь уничтожение микроорганизмов высококонцентрированным раствором газа весьма затруднительно, так как заполнение емкости достаточным количеством консервирующего газа создаст значительные трудности при складировании и транспортировке продукции. Наибольшая скорость снижения давления имеет место сразу после полного открытая вентиля, а затем она резко снижается из-за уменьшения перепада давлений и бурного выделения растворенных в продукте газов. Это или снижает эффективность консервирования, так как для более полного уничтожения микроорганизмов требуется высокая скорость во второй части процесса снижения давления, или требует больших проходных сечений и крупногабаритных вентилей и (или) повышенных объемов консервирующего газа. Поэтому все же в данном способе трудно обеспечить уничтожение или инактивизацию всех микроорганизмов. Поэтому для повышения эффективности используется нагрев консервируемых продуктов во время заключительного этапа выдержки пол давлением и последующего быстрого снижения давления до температуры не более 100^oС.

Задача, решаемая данным изобретением, - повышение качества и срока хранения консервируемых продуктов при использовании недорогого оборудования.

Техническим результатом заявленного способа консервирования является снижение требуемого количества консервирующего газа при снижении температуры и продолжительности нагрева, что позволяет решить поставленную задачу.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе консервирования жидких или пастообразных продуктов питания обработкой давлением, включающей повышение давления свыше 0,2 МПа (2 кгс/см²), выдержку под давлением с растворением в продукте инертных по отношению к нему газов и быстрое снижение давления ниже атмосферного путем создания возможности истечения консервируемому продукту или передающей ему давление жидкости, перед обработкой давлением из консервируемого продукта или его наибольшей по объему составной части удаляется кислород и не допускается его попадание в продукт при дальнейших технологических операциях, а средняя скорость снижения давления составляет не менее 10 МПа/с [100 (кгс/см²)/с] на участке от не более 80% давления выдержки и не менее давления насыщенного раствора газа в консервируемом продукте до атмосферного. Также обработку давлением ведут при постоянной температуре. Кроме того, после обработки давлением консервируемый продукт выдерживают не менее 4-х часов при температуре не более 15^oС.

Газ во время выдержки растворяется в консервируемом продукте и проникает в протоплазму микроорганизмов, а во время быстрого снижения давления стремится выделиться оттуда. Это приводит в одном случае к разрыву оболочек и гибели микроорганизмов, в другом - к их временной или полной инактивизации. Быстрое снижение давления нужно именно тогда, когда газ начинает выделяться из жидкости. Если же давление снижать медленно, то газ пройдет через оболочку, не повредив ее. Чтобы газ растворялся быстрее, выдержку ведут при давлении, большем давления, при котором газ и консервируемый продукт создали бы насыщенный раствор. Поэтому в первый период снижения давления газы из жидкости и тем более из микроорганизмов, где давление выше чем в окружающей среде, не выделяются. Вследствие чего в данный период давление можно снижать и медленно. Это облегчает задачу достижения высокой скорости во втором периоде снижения давления, например, за счет энергии перепада давлений в первом периоде и (или) позволяет снизить сложность применяемого оборудования. Обработка давлением воздействует прежде всего на вегетативные формы микроорганизмов, однако споры многих микроорганизмов не погибают. В данном случае для многих продуктов наибольшую опасность представляют споры плесеней и дрожжей. Однако они не могут развиваться при отсутствии кислорода. Поэтому, если перед обработкой давлением из консервируемого продукта удалить кислород, хотя бы частично, то возможность прорастания спор плесеней резко сократится, и срок сохранности консервируемого продукта увеличится. Все это позволяет снизить объем консервирующих газов, а также температуру и продолжительность нагрева, что повышает качество консервируемых продуктов.

Повышенная эффективность уничтожения микроорганизмов позволяет отказаться от нагрева консервируемого продукта во время заключительного этапа выдержки под давлением и последующего быстрого снижения давления.

Эксперименты показывают, что выдержка консервируемого продукта после обработки давлением при температуре не более 15^oС в течение не менее 4-х часов позволяет увеличить эффективность консервирования. По-видимому это объясняется тем, что многие термофильные микроорганизмы, имеющие толстую оболочку, обработкой давлением не уничтожаются, а лишь повреждаются - и выдержка в неблагоприятных условиях "добивает" их.

Для повышения надежности уничтожения микроорганизмов обработку давлением можно проводить несколько раз.

На фиг. 1 и 2 изображены установки для осуществления предлагаемого способа консервирования, поясняющие возможность его осуществления.

На фиг.1 изображен один из вариантов установки для консервирования снижением давления путем истечения консервируемого продукта. Установка содержит прочный резервуар 1 с подводящим патрубком 2, через который подается консервируемый продукт 3 в виде распыленной струи 4. Патрубок 5 служит для подачи консервирующего газа 6. К нижней части резервуара присоединен трубопровод 7, по которому отводится раствор 8 консервируемый продукт-газ. В трубопроводе на выходе установлен вакуумирующий насадок 9, из которого раствор выходит в виде струи 10. Для подогрева раствора 8 используется теплообменник 11.

На фиг.2 изображена установка для консервирования со снижением давления путем истечения жидкости, передающей давление консервируемому продукту. Установка состоит из прочного резервуара 1, который сверху герметично закрывается крышкой 2 при помощи болтовых креплений 3. Внутри резервуара находятся способные к деформации емкости 4 с консервируемым продуктом и требуемым количеством консервирующего газа. Крышка 2 имеет впускной 5 и выпускной 6 патрубки с вентилями 7 и 8 для впуска и выпуска передающей давление консервируемому продукту жидкости 9. Выпускной патрубок 6 закрыт пробкой 10.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В резервуар 1 (фиг.1) через патрубок 2 и отверстия в корпусе в его торце подается под избыточным давлением свыше 0,2 МПа (2 кгс/см²) консервируемый продукт 3, из которого предварительно, частично или почти полностью удален кислород воздуха; а через патрубок 5 - консервирующий, инертный по отношению к продуктам питания газ 6. Газ 6 растворяется в струе 4 распыленного консервируемого продукта, а также на его поверхности. Далее раствор 8 консервируемый продукт-газ поступает в трубопровод 7. Во время нахождения раствора в резервуаре 1 и трубопроводе 7 газ проникает в протоплазму микроорганизмов. При движении жидкости по трубопроводу раствор 8 подогревается с помощью теплообменника 11 до температуры не более 100^oС, например с 10 до 60^oC. После прохождения раствора консервируемый продукт-газ через вакуумирующий насадок 9 давление падает ниже атмосферного, и в струе 10 газ выделяется из раствора и из микроорганизмов, что ведет разрыву их оболочек и гибели. Предварительный нагрев жидкости облегчает разрыв оболочек, так как при более высокой температуре в зоне вакуумирования увеличивается объем выделяющихся газов. После вакуумирования продукт, выходящий из трубопровода 7, может быть в антисептических условиях разлит в специальные емкости.

Общее падение давления на входе в трубопровод 7, в самом трубопроводе, в теплообменнике 11 происходит достаточно медленно, а в вакуумирующем насадке 9 очень быстро; последнее и обеспечивает высокую эффективность процесса консервирования. Следует отметить, что средняя скорость снижения давления от давления выдержки до атмосферного здесь будет невысокой. Регламентация высокой скорости снижения давления только на участке от не более 80% давления выдержки до атмосферного существенно упрощает конструкцию и стоимость установки. Если бы ставилась задача достичь средней скорости снижения давления не менее 10 МПа/сек [100 (кгс/см²)/сек] на участке от давления выдержки до атмосферного, то для поддержания давления на требуемом уровне пришлось бы увеличить диаметр и сократить длину трубопровода 7 и увеличить габаритные размеры теплообменника 11, а в трубопроводе поставить дополнительный насос.

На установке со снижением давления путем истечения жидкости, передающей давление консервируемому продукту (фиг.2), консервирование происходит следующим образом.

В резервуар 1 устанавливают емкости 4 с консервируемым продуктом, из которого предварительно удален растворенный в нем кислород, и закрывают его крышкой 2 с помощью болтовых соединений 3. При закрытом вентиле 8 и пробке 10 через впускной патрубок 5 и вентиль 7 подают какую-нибудь жидкость, например воду. По достижению давления свыше 0,2 МПа (2 кгс/см²), например 1 МПа (10 кгс/см²), выдерживают при этом давлении определенное время, которое зависит от количества и состава консервирующего газа, требуемой степени уничтожения микроорганизмов, количества повторов циклов обработки давлением. Давление жидкости в резервуаре 1 через стенки способных к деформации емкостей 4 передается консервируемому продукту и консервирующему газу, поэтому газ растворяется в жидкости и проникает в протоплазму микроорганизмов. После выдержки открывают пробку 10, закрывают вентиль 7 и быстро открывают вентиль 8. Сила упругости стенок резервуара 1, консервируемого продукта и самой жидкости 9 старается вытолкнуть ее из резервуара. Этому препятствует прежде всего сила инерции столба жидкости, находящегося в выпускном патрубке 6 перед вентилем 8, что уменьшает скорость снижения давления. При снижении давления до определенного уровня из консервируемого продукта начинает бурно выделяться консервирующий газ; это, а также снижение разницы давлений способствует уменьшению скорости снижения давления. Однако данную негативную тенденцию, хотя бы частично, компенсирует поток жидкости в патрубке 6, набравший к этому моменту достаточно большую скорость. Затем он же создает отрицательное давление в жидкости 9, в результате чего внутри емкостей 4 создается вакуум, и в консервируемом продукте происходит описанное выше уничтожение и инактивизация микроорганизмов. То есть энергия перепада давлений от 100 до не более 80% давления выдержки используется для увеличения скорости снижения давления на нижнем, самом важном участке и для создания вакуума. Чтобы увеличить описанный эффект, целесообразно использовать жидкость 9 с повышенной кавитационной прочностью, например специально очищенную и дегазированную воду. Подогрев консервируемого продукта может осуществляться теплообменником, встроенным в резервуар 1 или за счет температуры окружающей среды, если она выше начальных температур емкостей 4 с продуктом и жидкости 9.

В условиях интенсивной эксплуатации даже такие надежные вентили как шаровые могут из-за износа пропускать жидкость. Поэтому в промежуток времени между закрытием вентиля 7 и открытием вентиля 8 давление в резервуаре может медленно снижаться, и, в целом, скорость снижения давления выдержки может быть также как и на установке, изображенной на фиг.1, небольшой.

Количество консервирующего газа зависит от его свойств, прежде всего растворимости в воде и варьирует в пределах 20...100% от объема консервируемого продукта; но может быть больше и существенно меньше. Давление выдержки может в несколько раз превышать давление насыщенного раствора газа в консервируемом продукте. То есть нижний предел, после которого скорость снижения давления должна быть не менее 10 МПа/с [100 (кгс/см²)/с] может быть равен 20...30% от давления выдержки. В этом случае давление начала регламентируемо высокой скорости его снижения лучше брать в пределах 40...70% давления выдержки. Время выдержки - не менее 5 мин.

Удаление кислорода из консервируемого продукта может быть осуществлено различными известными способами - выдержкой продукта под вакуумом, или в атмосфере инертного по отношению к продуктам питания газа. Для приготовления напитков в данном случае может быть использована кипяченая и охлажденная без контакта с воздухом вода. Необходимо устранить возможность попадания кислорода в консервируемый продукт при дальнейших технологических операциях, например при разливе в тару. Для высокой степени удаления кислорода следует произвести выдержку под вакуумом, затем под давлением инертных газов и снова под вакуумом. В данном случае можно использовать устройство, изображенное на фиг. 1, а окончательное консервирование провести по одному из описанных выше способов.

Консервирующий газ должен быть инертным по отношению к продуктам питания и иметь невысокую растворимость в воде. Для этих целей хорошо подходит дешевый азот, может также использоваться аргон, а также смеси азота с аргоном, двуокисью углерода и другими газами, кроме кислорода.

Для консервирования описанным способом лучше всего подходят продукты растительного происхождения, особенно содержащие природные консерванты, например органические кислоты. В некоторых случаях, особенно при консервировании без нагрева в продукт могут добавляться искусственные консерванты, воздействующие только на определенный класс микроорганизмов. Такие консерванты могут быть заметно безопаснее для организма человека чем консерванты широкого действия.

Консервирование без нагрева продуктов питания во время заключительного этапа выдержки под давлением и последующего снижения давления лучше всего проводить на установке, изображенной на фиг.2. Здесь в ряде случаев может быть повышено качество консервируемых продуктов, так как на нем может негативно отразиться нагрев даже до 60^oС.

Выдержку продукции не менее 4-х часов при температуре не более 15^oС целесообразно проводить в случае консервирования в способных к деформации емкостях без нагрева или с небольшим нагревом во время заключительного этапа обработки давлением.

Источники информации

1. Патент ФРГ DE 3734025 С2.

2. Русанова Л.А. Совершенствование технологии консервирования плодоовощного сырья на основе интенсивных методов снижения микробиальной контаминации. Дис. - Краснодар, 1998.

3. Патент РФ RU 2170046 С2.