Факторы, влияющие на время проникновения теплоты в глубину продукта

К факторам, влияющим на время проникновения теплоты в глубину продукта, относятся: физические свойства продукта; физические свойства материала тары, толщина стенки банки и ее геометрические размеры; начальная и конечная температура продукта; температура стерилизации; состояние покоя или движения банки при стерилизации [5].

К физическим свойствам продуктаотносится консистенция, которая характеризуется густотой, плотностью и вязкостью.

Жидкие пищевые продукты за счет конвективного способа передачи теплоты прогреваются быстрее, чем густые и твердые продукты, в которых теплота передается кондуктивным способом. Если консервы состоят из жидкой и твердой фазы, то теплота передается обоими способами. На рисунке 2.3 показаны интенсивности прогревания жидких и густых консервов. Как видно из рисунка, кривые нагревания состоят из трех участков: А – равномерный прогрев продукта и автоклава до температуры стерилизации, В – поддержание постоянной температуры стерилизации, С – охлаждение продукта и автоклава.

τ, мин

Т, 0С

Рисунок 2.3 – Графики прогреваемости консервов при стерилизации: 1 – жидкие продукты; 2 – густые продукты [5].

Указанный на графике ход температурной кривой называется режимом или формулой стерилизации:

где А – продолжительность нагрева продукта в банке и автоклава до температуры стерилизации, мин; В – продолжительность собственно процесса стерилизации, мин; С - продолжительность охлаждения продукта в банке и автоклава, мин; Т – температура стерилизации, ⁰С.

В случае, когда при нагреве в банках создается избыточное давление, необходимо создать аналогичное давление снаружи, для того, чтобы избежать срыва крышек. В этом случае в формулу стерилизации будет входить и значение давления:

Физические свойства материала тары и толщина стенки банки. Поскольку в автоклаве продукт стерилизуется в таре, то вида материала тары и его толщина влияют на продолжительность нагрева. Теплота, прежде чем проникнуть в продукт, должна преодолеть сопротивление стенки тары σ, зависящее от толщины стенки δ и ее теплопроводности λ.

Толщина жестяной тары δ_ж очень мала и находится в пределах 0,0002-0,0003 м, а теплопроводность λ_ж имеет довольно высокое значение и находится в пределах 47-52 Вт/(м·К). Тогда термическое сопротивление стенки жестяной тары ( = ) будет небольшим:

.

Отсюда следует, что колебания толщины стенки жестяной банки не будут существенно влиять на термическое сопротивление жестяной банки.

Толщина стенки стеклянной банки δ_ст гораздо толще жестяной и лежит в пределах от 2 до 6 мм, а теплопроводность стекла λ_ж, наоборот, незначительна – 0,6-0,9 Вт/(м·К). Тогда термическое сопротивление стеклянной стенки σ_ст будет значительным:

,

что говорит о том, что колебания толщины стенки будут значительно отражаться на ее термическом сопротивлении.

Геометрические размер тары. Чем больше геометрические размеры тары, тем дольше необходимо прогревать продукт, т.е. тем больше постоянная термической инерции f_h тары, которую можно определить по формуле [5]:

где - известная постоянная термической инерции для данного, экспериментально проверенного случая с тарой, диаметр которой равен d₁; - искомая постоянная термической инерции для другой тары, диаметр которой равен d₂; k₁, k₂ – коэффициенты для данных банок, величины которых определяются отношением высоты банки к ее диаметру (h/d).

Начальная и конечная температура продукта. Чем выше начальная температура продукта, тем короче время прогрева продукта до температуры стерилизации, особенно для густых продуктов. С повышением конечной температуры, т.е. температуры стерилизации, возрастает время прогрева продукта.

Состояние покоя или движения банки во время стерилизации. Если во время стерилизации банка вращается, что способствует перемешиванию содержимого банки, и, следовательно, ускорению переноса теплоты, продолжительность прогрева банки сокращается. Вращение банок при стерилизации осуществляется в роторных аппаратах. В зависимости от конструкции роторного аппарата банка может вращаться вокруг своей или внешней оси. При вращении вокруг внешней оси банки перемешивание внутри продукта наиболее интенсивное. За счет ротационной стерилизации происходит сокращение времени стерилизации, т.е. сокращение времени теплового воздействия, что способствует лучшему сохранению качества продукта. Для каждого конкретного продукта необходимо подбирать частоту вращения аппарата. С другой стороны, вынужденное перемешивание продукта иногда способствует снижению его качества. Например, при ротационной стерилизации зеленого горошка происходит вымывание крахмала из зерен, из-за чего заливка становится мутной.

Рисунок 2.4 – Схематическое изображение ротационного автоклава [3].

Рисунок 2.4 показывает влияние некоторых параметров на процесс стерилизации (вид продукта, размер банки, движение банки).

время, мин

время, мин

время, мин

Рисунок 2.5 – Влияние вида продукта, размера тары и движения тары на стерилизационный процесс [3].