Нагрев жидкого продукта

Главной проблемой стерилизации твердых и вязких продуктов в таре является низкая скорость проникновения в глубину продукта или критическую точку. При длительном процессе стерилизации наблюдаются ухудшение питательных и органолептических показателей продукта возле стенок тары.

Обработка при более высоких температурах в течение более короткого времени возможна, если жидкий продукт стерилизуется перед его наполнением в предварительно стерилизованную тару в стерильных условиях. Это является основой для UHT-обработки - ультравысокотемпературной обработки (асептическая обработка). Высокое качество UHT-продуктов сопоставимо с качеством замороженных и облученных продуктов, но UHT-обработка имеет важное дополнительное преимущество – срок хранения продукта без замораживания составляет как минимум 6 месяцев.

Основные ограничения UHT-обработки – стоимость и сложность оборудования, связанные с необходимостью стерилизовать тару, трубопроводы и емкости, поддерживать стерильный воздух и поверхности наполнителей, а также высокие навыки обслуживающего персонала.

Оборудование, используемое для UHT-обработки имеет следующие характеристики:

- рабочая температура выше 132 ⁰С;

- обработке подвергается относительно маленький объем продукта при большой поверхности теплообмена;

- поддержание турбулентности продукта при пропускании через тепловую поверхность;

- использование насосов для обеспечения постоянной подачи продукта;

- постояннная очистка теплообменной поверхности для поддержания высокой скорости теплопереноса и снижения пригорания продукта.

Оборудование для UHT-обработки в зависимости от способа подачи тепла подразделяется на прямоточные, непрямоточные пластинчатые теплообменники, трубчатые теплообменные системы.

Рисунок 3.4 - Схема прямоточного UHT теплового оборудования [3].

Впрыскивание пара

Прямоточная система

Пар, полученный из питьевой воды, при давлении 965 кПа в мелко распыленной форме, достигнутой с помощью парового инжектора, вводится в предварительно нагретый жидкий продукт (76⁰С) для того чтобы быстро нагреть его до 150 ⁰С (рис. 3.5). После соответствующего времени выдержки (например, 2,5 с) продукт быстро охлаждается в вакуумной камере до 70 ⁰С, и конденсированный пар и летучие вещества продукта удаляются. Поэтому влагосодержание продукта возвращается приблизительно к первоначальному значению.

Главные достоинства этой системы:

· это один из самых быстрых методов нагревания и охлаждения, поэтому подходит для большинства термочувствительных продуктов;

· удаление летучих веществ является достоинством в случае обработки некоторых продуктов (например, молока).

Недостатки:

· данный метод подходит только для продуктов с низкой вязкостью;

· относительно слабый контроль условий обработки;

· возможно затруднение в поддержании стерильности в частях оборудования с низким давлением;

· обязательное требование использования пара из питьевой воды, что повышает затраты на производство;

· регенерация энергии составляет менее чем 50% по сравнению с непрямоточным способом (90%);

· низкая приспособляемость для переработки различных видов продукта.

Нагнетание пара

В сосуде, находящимся под давлением, продукт распыляется в свободно падающую пленку в паре высокого давления (450 кПа). Он нагревается до 142-146 ⁰С за 0,3 с, и выдерживается в течение 3 с в трубопроводе перед быстрым охлаждением в вакуумной камере до 65-70 ⁰С (рис. 3.5). Тепло, выделенное при быстром охлаждении, используется для предварительного нагрева подаваемого материала. Для контроля температуры, давления, уровня, скорости потока, работы клапана и порядка чистки используется микрокомпьютер.

Преимущества:

· жидкость не контактирует с более горячими поверхностями, поэтому пригорание продукта исключается;

· почти мгновенное нагревание продукта до температуры пара и очень быстрое охлаждение, что приводит к высокому сохранению органолептических показателей и питательных веществ продукта;

· лучший контроль условий переработки по сравнению со случаем впрыскивания пара;

· риск локального перегрева продукта ниже;

· метод более подходит для продуктов с более высокой вязкостью.

Основной недостаток помимо недостатков метода парового впрыскивания - это забивание распылительных форсунок.

Применение теплообменников (пластинчатые и трубчатые теплообменники) описано в деталях для процесса пастеризации.

Схематическое изображение непрямоточного оборудования нагрева показано на рисунке 3.6.

а) б)

Рисунок 3.5 – Различные конфигурации введения пара: а – впрыскивание; б – нагнетание [3].

Рисунок 3.6 - Схема непрямоточного UHT теплового оборудования [3].