Технология улучшения микробиологических показателей «Up&Down»
Технология стерилизации «Up&Down» - технология улучшение микробиологических показателей продуктов с использованием микроволнового нагрева и последующего вакуумного охлаждения.
Проведенные исследование микробиологической чистоты широкого спектра продуктов доказывают эффективность стерилизации и пастеризации продуктов по данной технологии. Наша технология особенно эффективна при обработке сухих растительных продуктов, которые обычно имеют существенное микробиологическое загрязнение (например, лекарственные травы и специи).
Компания «Синергис» разработала и внедрила в производство технологию стерилизации продуктов «Up&Down», которая основана на быстром нагреве, выдержке и быстром охлаждении продукта. Эта технология с успехом реализуется в выпускаемом оборудовании «Универсальная установка микроволновой вакуумной обработки продуктов «Родник». Данная технология уникальна тем, что позволяет производить стерилизацию продуктов и пастеризацию продуктов, которые плохо поддаются обработки существующими методами, а также позволяет обрабатывать уже упакованные продукты непосредственно в таре. Краткое описание этой технологии приведено ниже.
Известно, что улучшение микробиологических показателей пищевых продуктов и лекарственного сырья может быть достигнуто за счет нагрева продукта или экспозиции в ионизирующих электромагнитных излучениях (рентгеновское, гамма-лучи или высокоэнергетические электронные пучки). Такие материалы как сушеные травы, специи, отруби, мука и т.п. трудно нагреть, особенно в упакованном состоянии. Эти продукты, будучи сухими и пористыми, являются хорошими теплоизоляторами и плохо поддаются нагреву. Для того чтобы нагреть их до температур, достаточных для гибели бактерий, конвективным путем или инфракрасным излучением требуется значительное время, либо большой тепловой напор (высокая температура теплоносителя), губительные для органолептических показателей. Использование ионизирующих излучений является дорогим методом стерилизации, требующим логистических издержек, связанных с транспортировкой продуктов к специализированным организациям. Кроме того, обработка таких продуктов ионизирующими излучениями приводит к частичному распаду органических соединений, что ухудшает органолептику. Например, у продуктов может появиться запах сероводорода.
Электромагнитное излучение микроволнового диапазона (длина волны 12.5см) является неионизирующим, поэтому не обладает прямым стерилизующим эффектом. Энергия кванта микроволнового излучения в тысячу раз меньше даже такого «мягкого» излучения как инфракрасное. Микроволновое излучение не может разрушить даже очень слабые связи в молекулах. Оно производит свое воздействие на вращение дипольных структур материала, что приводит к нагреву последнего. С этой точки зрения улучшение микробиологических показателей может быть достигнуто только за счет перегрева до температур, достаточных для уничтожения тех или иных бактерий. Для полной стерилизации эта температура составляет 140oС, для многих бактерий порогом является температура порядка 85oС. Однако не все продукты могут выдержать такие температуры, особенно длительное время.
Для решения противоречивых требований мы предлагаем применять следующую технологию стерилизации (пастеризации):
Первый этап:
«Быстрый» микроволновый нагрев материала, упакованного в воздухо- и паро-проницаемую упаковку до температуры порядка 85-90oС. Скорость нагрева определяется мощностью микроволнового излучения, массой и влажностью обрабатываемого продукта. В установке «Родник» нагрев крафт мешка с продуктом массой 20 кг до температуры 80-90oС производится за 4-7 минут.
Существенным преимуществом микроволнового нагрева является его объемность. Сухие пористые продукты с влажностями 8-16% прогреваются в глубину на десятки сантиметров. Микроволновое излучение не воздействует на полимерные и бумажные упаковочные материалы. Это делает возможным обрабатывать уже упакованные продукты, вплоть до полноразмерных крафт мешков.
Нагрев на данном этапе желательно проводить при давлении выше атмосферного. Повышенное давление повышает температуру кипения воды, что исключает процесс интенсивной сушки материала.
Второй этап:
Выдержка нагретого продукта при высокой температуре. На этом этапе продукт выдерживается при высокой температуре заданное время для уничтожения большего числа бактерий. В установке «Родник» на этом этапе обработки возможно поддерживать температуру продукта за счет микроволнового нагрева низкой мощности, который компенсирует остывание продукта за счет испарения и конвекции.
Третий этап:
Резкое понижение давления в камере до 50-10 мм.рт.ст., вызывающего интенсивное испарение влаги из продута, а значит и охлаждение обрабатываемого продукта до температуры 25-40oС. При этом снижение влажности в продукте будет составлять 2-5%, в зависимости от исходной влажности и степени испарения. Каждый процент убыли влаги дает охлаждение на 12-15oС. Уменьшение влажности в дальнейшем будет способствовать снижению скорости роста бактерий. Если уменьшение влажности не желательно, или если исходный продукт очень сухой (влажность 4-6%), то целесообразно увлажнять продукт перед обработкой. Это позволит увеличить скорость нагрева на первом этапе обработки, и оставить влажность продукта на исходном уровне к окончанию процесса.
Если продукт упакован в тару с полиэтиленовым вкладышем, необходимо обеспечить нарушение целостности этого вкладыша, иначе это произойдет самопроизвольно в процессе нагрева или откачки. Если это прошитый нитками мешок, то в месте сшивки такое нарушение целостности уже имеется.
Для более сильного охлаждения, можно использовать напуск в камеру холодного воздуха, углекислоты, аргона или других инертных газов. «Пропитка» газом при этих условиях легко достижима и потребует малых объемов, т.к. газ будет поступать в свободное от воздуха пространство между частицами материала. Такое наполнение будет способствовать увеличению длительности хранения продукта.
В установке откачка воздуха производится водокольцевым вакуумным насосом. Время вакуумирования и остывания продукта, при обработке крафт мешка с 20 кг обрабатываемого материала, составляет 5-7 минут.
Дополнительным стерилизующим эффектом обладает быстрое изменение температуры возрастание, а затем снижение температуры на этапе нагрева и охлаждения - так называемый «тепловой удар». Для некоторых видов бактерий такое изменение температуры губительно.
На рисунке представлены типовые графики температуры при стерилизации пищевых продуктов по технологии «Up&Down» в установке «Родник» (ссылка на страницу установки). Представленные данные получены с использованием терморегистраторов iButton, которые были размещены непосредственно в обрабатываемых продуктах. На графиках видны все этапы: нагрев до высокой температуры, выдержка нагретого продукта, и охлаждение.
На рисунке представлены результаты лабораторных исследований, демонстрирующие результаты технологии пастеризации «Up&Down» на примере сухих специй и их смесей. Из рисунка видно, что уменьшение количества дрожжей составляет до 2,5 – 3 порядков.
Метод пастеризации (стерилизации) по технологии «Up&Down» прошел многочисленные испытания и апробацию и успешно реализуется на нашем оборудовании на ряде российский предприятий по производству фармацевтических средств, специй, пищевых продуктов и добавок.
Предлагаемый нами метод пастеризации и стерилизации продуктов по технологии «Up&Down» вы можете реализовать используя следующее серийное оборудовании:
Универсальная установка микроволновой вакуумной обработки продуктов «Родник»
Технология «Up&Down» легко реализуется в установке «Родник». В данной установке можно создать до 100 рецептов обработки различных продуктов, с различными сочетаниями температур нагрева, времени выдержки и скоростью охлаждения, оптимальными для вашего продукта. Установка позволяет обрабатывать продукт уже запакованный в тару.
Технологическая линия «MicroTerm»
Технологическая линия «MicroTerm» была разработана для одного из крупных международных концернов. Линия «MicroTerm» реализует технологию «Up&Down» и предназначена для улучшения микробиологических показателей растительного фармацевтического сырья. Данная технологическая линия рассчитана на обработку больших партий продуктов в непрерывном режиме. Производительность технологической линии «MicroTerm» составляет до 250 кг/час. В своем составе она имеет системы предварительного увлажнения сырья, систему дозированной подачи продукта, микроволновый блок, климатическую камеру, вакуумную камеру и вакуумную систему, чистую камеру. Работа линии автоматизирована.
