Асептическое консервирование представляет собой стерильный розлив охлажденного стерильного сока в стерильную тару. При этом продукт и тару стерилизуют отдельно, а затем в условиях, исключающих возможность попадания микроорганизмов (асептических), стерильный, предварительно охлажденный продукт помещают в стерильную тару и герметически укупоривают ее стерильными крышками.
Этот способ можно рассматривать как дальнейшее развитие и усовершенствование метода горячего розлива, при котором сводятся к минимуму нежелательные изменения качества сока под действием высокой температуры, так как продукт не только мгновенно нагревается, но и также быстро охлаждается.
Метод асептического консервирования соков получил широкое распространение во многих странах для фасования продуктов как в разные виды мелкой тары, так и в резервуары вместимостью от 20 до 200 т.
Установки для асептического консервирования с розливом в мелкую тару обычно включают трубчатый или пластинчатый теплообменник с тремя секциями - нагревания, стерилизации и охлаждения; устройство для стерилизации тары и крышек; наполнительно-укупорочный блок, помещенный в изолированную камеру, и средства автоматического контроля и регулирования процесса.
В теплообменнике продукт в тонком слое быстро нагревается до температуры 120-135 °С, выдерживается при этой температуре несколько секунд и затем сразу охлаждается до 25-30 °С. Эти теплообменники рекомендуется применять при асептическом консервировании соков и других невязких продуктов. При консервировании пюреобразных полуфабрикатов, которые могут давать пригар на поверхности нагрева, необходимо применение теплообменников с очищаемой поверхностью нагрева.
Теплообменный аппарат состоит из двух теплообменных корпусов с очищаемой поверхностью, выдерживателя и системы продукто- и паропроводов, смонтированных на общей раме.
Каждый теплообменный корпус представляет собой двустенный цилиндр, в кольцевом зазоре которого проходит греющий пар или охлаждающая вода. Внутри корпуса размещен вращающийся барабан, к наружной поверхности которого крепятся диаметрально расположенные ножи. Вал барабана соединен со шкивом электропривода. Торцевые концы корпуса закрыты крышками, наружная поверхность покрыта изоляцией. На корпусе размещены патрубки для подачи и отвода продукта, греющего пара и конденсата.
Выдерживатель представляет собой горизонтальную цилиндрическую емкость. Обрабатываемый продукт подается насосом в первый теплообменник, проходит в кольцевом пространстве между вращающимся барабаном и внутренней стенкой корпуса. Ножи барабана перемещают продукт, сообщая ему турбулентное движение, и снимают с поверхности греющей стенки прилегающий слой продукта, что обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи и равномерное нагревание всей массы продукта.
Продукт, пройдя последовательно два теплообменника, нагревается с 45-50 до 125-130 °С, затем при этой температуре находится 60 с в выдерживателе и выходит из аппарата через подпорный клапан с исполнительным механизмом. Температура нагревания регулируется автоматически.
Еще более эффективны пароконтактные теплообменные аппараты, в которых теплоноситель подается непосредственно в продукт. Контакт пара с продуктом возможен двумя способами: вводом пара под давлением в массу продукта (инжекционные аппараты) и вводом продукта в виде капель, струй или тонкой пленки в атмосферу пара температурой, близкой к конечной температуре продукта (инфузионные аппараты).
Струйный инжекционный теплообменник применяется в линии асептического консервирования томата-пасты и фруктовых пюреобразных полуфабрикатов.
Теплообменник представляет собой цилиндрический корпус с патрубком для подачи продукта и двумя патрубками для подачи пара. Парораспределитель имеет вид стакана с отверстиями и перфорированной трубкой. Между стаканом и трубкой образуется полость для прохождения продукта. Стакан выполнен в виде набора шайб, отверстия в которых имеют форму каналов, оси которых направлены тангенциально к внутренней окружности шайб. Каждая шайба имеет с одной стороны цилиндрический выступ, а с другой - впадину. При сборке выступ одной шайбы входит во впадину смежной, шайбы стягивают болтами так, что выходные отверстия располагаются в шахматном порядке.
Для турбулизации потока продукта на трубке закреплена винтовая направляющая. Продукт, двигаясь тонким слоем между стаканом и перфорированной трубкой, интенсивно смешивается с паром, достигая заданной температуры. В теплообменниках данного типа должен использоваться очищенный пар во избежание загрязнения продукта.
Существует много установок для асептического консервирования жидких и пюреобразных продуктов с последующим розливом охлажденного стерильного продукта в мелкую тару, контейнеры разной вместимости, бочки, бидоны, крупные резервуары и т. п. За рубежом при фасовании в мелкую тару преимущественно применяют металлическую и полимерную тару, которую легче стерилизовать, чем стеклянную.
Выпускается широкая гамма установок для асептического консервирования жидких продуктов с разной плотностью и вязкостью. По применяемому температурному режиму установки делятся на два основных класса: (высокая температура короткое время) и (ультравысокая температура). Установки первого класса предназначены для стерилизации продуктов при температуре 95 °С с выдержкой при этой температуре 60 с, установки второго класса работают при температурах 135-140 °С с выдержкой 4 с.
Для асептического консервирования соков с рН менее 4,5 предназначены установки двух модификаций: для соков без мякоти и для соков с мякотью. Принцип действия обеих установок одинаков, различие состоит только в конструкции пластинчатого теплообменника. В установке для соков с мякотью теплообменник имеет более широкие каналы между пластинами со стороны продукта, что обеспечивает свободное течение частичек мякоти и устраняет риск их оседания или пригорания.
Производственный цикл работы на установках для соков без мякоти делится на четыре этапа: стерилизация установки, стерилизация продукта, асептическое промежуточное промывание, безразборная мойка. Асептическое промежуточное промывание осуществляют в том случае, когда необходимо переключение установки на обработку другого продукта без остановки линии.
Вначале стерилизуют саму установку путем прокачивания горячей воды через всю систему в течение 30 мин и только после этого подают продукт. Сок перекачивается насосом из бака в третью секцию пятисекционного пластинчатого теплообменника, где он нагревается теплом выходящего стерилизованного продукта. Сок с мякотью проходит деаэратор и гомогенизатор. Сок без мякоти сразу переходит в четвертую секцию пастеризатора, где дополнительно нагревается выходящим горячим соком и поступает в секцию стерилизации, где нагревается горячей водой до 95 °С. Вода нагревается путем ввода острого пара через эжектор.
Сок с температурой стерилизации находится в трубчатом выдерживателе 60 с, затем проходит четвертую и третью секции теплообменника, где охлаждается поступающим холодным соком. Окончательное охлаждение сока осуществляется холодной водой во второй и первой секциях теплообменника.
В установке для асептического консервирования соков другой конструкции все теплообменные аппараты выполнены по типу двух концентрично расположенных змеевиков. Греющим агентом здесь является горячая вода и применяется принцип регенерации теплоты.
Поступающий сок входит в секцию регенерации, где нагревается выходящим соком с 10 до 70 °С. В секции стерилизации сок нагревается горячей водой до 95 °С и переходит в секцию регенерации, где охлаждается поступающим соком до 35 °С. В секции охлаждения сок охлаждается водой до 20 °С. Производительность установки 8000 л/ч. Перед началом работы установка стерилизуется горячей водой температурой 140 °С, которая циркулирует по всей системе.
Простерилизованный асептическим способом сок затем может разливаться с соблюдением асептических условий в мелкую тару как готовый продукт или загружаться на хранение в крупные, предварительно стерилизованные резервуары для последующей переработки.
Для асептического консервирования и хранения соков и пюреобразных полуфабрикатов в крупных резервуарах предназначены специализированные установки.
Для асептического консервирования и хранения соков-полуфабрикатов в крупных емкостях была создана установка с резервуарами вместимостью 20-50 м3 каждый. В начале работы установку стерилизуют паром. Продукт накапливается в емкости предварительного резервирования, откуда винтовым насосом направляется через подогреватель в деаэратор с вакуум-насосом.
Из деаэратора вторым винтовым насосом продукт прокачивается по всей системе, включающей фильтр, стерилизатор, выдерживатель, охладители, и направляется в резервуар.
При нарушении температурного режима на выходе из стерилизатора установка автоматически переключается на режим циркуляции продукта, который, выходя из выдерживателя, охлаждается в теплообменнике.
Переход станции стерилизации с режима циркуляции на режим стерилизации также происходит автоматически, если температура продукта после подогревания соответствует задаваемому режимом значению.
На каждом резервуаре устанавливаются индивидуальные фильтры для очистки воздуха. На воздушной линии, кроме того, размещается один общий бактериологический фильтр.
Изготавливается оборудование для асептического консервирования яблочного сока в сборниках вместимостью 24 м3. Каждый сборник представляет собой горизонтальный цилиндрический резервуар на трех опорах, изготовленный из стали с внутренним защитным покрытием из эпоксидной смолы, снабженный штуцерами для спуска промывных вод и подачи сока, сжатого воздуха и пара, люком для осмотра и санитарной обработки и консолью для установки асептической арматуры.
Асептическая арматура состоит из гнутой трубы диаметром 25 мм, один конец которой присоединяется к паровому штуцеру резервуара, а второй заканчивается горизонтальным отрезком, имеющим три патрубка с кранами для установки манометра, фильтра для очистки воздуха и подключения к паропроводу. Резервуары устанавливаются в два этажа, на консоль нижнего резервуара для удобства обслуживания монтируется арматура верхнего резервуара. Резервуары крепятся на свободно лежащих опорах: нижней, размещенной на полу, и промежуточной, установленной на нижний резервуар.
В состав установки, кроме резервуаров входит оборудование для стерилизации сока и воздуха, компрессор с ресивером для подачи сжатого воздуха в резервуар и сборник для сока.
Резервуары моют 1,5 %-ным раствором кальцинированной или 1 %-ным раствором каустической соды и промывают чистой водой. Мойку производят моечной машиной с насосом, подача которого составляет не менее 25 м3/ч при давлении 0,06 МПа.
Индивидуальные фильтры для бактериологической очистки воздуха присоединяют к резервуарам и стерилизуют вместе с ними, а центральный воздушный фильтр стерилизуют раз в сезон, если воздухопроводы и арматура не разбирались.
Резервуары после мойки стерилизуют паром в течение 2 ч после достижения конденсатом, выходящим из нижнего вентиля, температуры 95 °С. Стерилизация должна проводиться при давлении в резервуаре 0,05 МПа. Периодически (через 20-30 мин) индивидуальные фильтры продувают в течение 3-5 мин паром. После окончания стерилизации верхние и нижние вентили на резервуарах закрывают и в резервуар подают сжатый воздух через общий и индивидуальные бактериологические фильтры до тех пор, пока основная часть водяных паров не сконденсируется и резервуар не остынет. В резервуаре все время поддерживается давление 0,05 МПа. При охлаждении резервуара подача стерильного воздуха прекращается, когда давление воздуха в резервуаре достигнет 0,05 МПа. Затем все вентили закрывают и резервуар оставляют под давлением воздуха до заполнения.
Перед заполнением резервуара продуктом стерилизуют трубопроводы для подачи продукта и станцию стерилизации паром или водой, которая циркулирует при температуре стерилизации по всей линии. По окончании стерилизации воду выпускают и начинают подачу продукта. Во вторую секцию стерилизатора при этом начинают подавать охлаждающую воду.