Стерилизация паром и пастеризация готовых пищевых продуктов. Пастеризация воды питьевой
Система и способ для пастеризации воды и выработки энергии
Изобретение относится к области пастеризации воды и выработки энергии с использованием турбины. Система включает в себя подсистему выработки энергии и подсистему пастеризации воды, которые объединены вместе следующим образом. Подсистема выработки энергии содержит турбогенератор. Воздух (или другая подходящая рабочая текучая среда) проходит через турбогенератор и вырабатывает энергию известными методами. Перед подачей воздуха в турбину его нагревают для повышения скорости воздуха, что способствует выработке большего количества энергии. Подсистема пастеризации сточной воды содержит один или большее количество теплообменников, по меньшей мере, один из которых подключен для приема потока горячего воздуха, выходящего из турбины. Тепло воздушного потока, выходящего из турбины, используют для пастеризации более холодной сточной воды, протекающей внутри теплообменника. Изобретение позволяет получить питьевую воду из сточной воды при минимальных энергетических затратах. 8 н. и 38 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, вообще, к очистке воды и, в частности, к пастеризации воды и выработке энергии с использованием турбины.
Уровень техники
Традиционные способы очистки сточной воды включают хлорирование, обработку ультрафиолетовым (UV) излучением и ультрафильтрацию. К сожалению, каждый из этих способов имеет определенные недостатки.
Хлорирование включает в себя обработку воды хлором или соединением хлора. Если концентрация хлора достаточно высокая, очищенная вода имеет склонность к плохому запаху и вкусу. Некоторые люди не любят запах и вкус даже небольшого количества хлора. Кроме того, хлорирование может быть вредным для здоровья. Если источник воды содержит гуминовые соединения, образующиеся в результате разложения органических веществ, таких как листья, трава, древесина, отходы животноводства, то в процессе хлорирования такой воды могут быть получены тригалометаны (ТНМ). Поскольку ТНМ очень редко сопутствуют грунтовой воде, в основном они доставляют проблему при использовании источников поверхностной воды. Управление по охране окружающей среды считает, что продолжительное потребление воды из источников, содержащих ТНМ на уровне более 0,10 миллиграмм на литр, является потенциальным источником раковых заболеваний.
Обработка воды воздействием ультрафиолетового излучения (UV-излучения) усложнена и связана с интенсивным техническим обслуживанием. Она сопряжена с использованием UV-ламп, которые необходимо периодически менять. Кроме того, при обработке UV-излучением для фокусирования UV-излучения на воду часто использует рефлекторы. Эти рефлекторы время от времени необходимо очищать. Помимо того, в большинстве случаев желательно, чтобы поток воды, проходящей через камеры UV-обработки, был ламинарным, чтобы обеспечить равномерность облучения воды UV-лучами. Это требует использования отражателей и камер для обработки специальной конструкции, что увеличивает стоимость обработки воды.
Фильтрация включает в себя пропускание потока воды через ряд фильтров. Подобно обработке UV-излучением, процесс фильтрации связан с интенсивным техническим обслуживанием. Фильтры необходимо периодически очищать и/или заменять. Кроме того, фильтрация зачастую является медленным процессом.
Еще одним известным способом очистки воды является пастеризация. Она включает в себя нагревание воды до температуры, по меньшей мере, 65-77°С. Процесс пастеризации, как правило, проводят в случае низких расходов воды, характерных, например, для палаточных лагерей и других удаленных сельских местностей. Для пастеризации воды с помощью солнечного тепла иногда используют небольшие мобильные солнечные пастеризационные установки или солнечные камеры термообработки. Вообще говоря, в большинстве случаев очистки воды в крупных масштабах пастеризацию не используют из-за высоких затрат, связанных с нагреванием больших количеств воды.
Раскрытие изобретения
Предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения предоставляют новую возможность синтеза методов получения энергии и пастеризации воды, осуществляемых ранее независимо друг от друга. В иллюстрируемом примере воплощения для пастеризации больших количеств воды используется отработанная теплота турбогенератора.
В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает систему (комбинированную установку) для выработки энергии и пастеризации воды, содержащую турбину, силовой генератор, теплообменник и источник теплоты. Турбина приспособлена для подачи в нее потока рабочей текучей среды, а поток текучей рабочей среды организован таким образом, чтобы вращать лопасти и выходной вал турбины. Силовой генератор присоединен к выходному валу турбины и преобразует вращение выходного вала в энергию. Теплообменник имеет первую и вторую внутренние камеры. Первая камера выполнена для приема рабочей текучей среды, выходящей из турбины, в то время как вторая камера выполнена для приема воды, например неочищенной или даже частично нагретой сточной воды, поступающей от источника коммунально-бытовой сточной воды. Камеры теплообменника выполнены таким образом, что обеспечивают теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и водой во второй камере. Теплота передается от горячей рабочей текучей среды к сравнительно холодной воде для того, чтобы желательным образом повысить температуру воды, по меньшей мере, до температуры ее пастеризации. Источник теплоты приспособлен для передачи тепла рабочей текучей среде, протекающей через турбину и первую камеру теплообменника. Обычно источник тепла передает тепло рабочей текучей среде выше по потоку от теплообменника. В предпочтительном примере воплощения источник теплоты передает тепло текучей рабочей среде как выше по потоку, так и ниже по потоку от турбины.
В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает систему (комбинированную установку) для получения электрической энергии и пастеризованной воды, включающую в себя турбогенератор и теплообменник. Турбогенератор приспособлен для преобразования скоростного потока рабочей текучей среды в электрическую энергию. Теплообменник имеет первую и вторую внутренние камеры, разделенные по текучим средам. Используемый здесь термин "разделенная по текучим средам" относится к камерам, имеющим такую конструкцию, что текучие среды, протекающие через камеры, не могут смешиваться друг с другом. Первая внутренняя камера приспособлена для приема потока отработанной рабочей текучей среды из турбогенератора, в то время как вторая камера приспособлена для приема воды. Камеры выполнены с возможностью теплообмена между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и водой во второй камере. В частном случае использования данная система, кроме того, содержит тепловой источник, предназначенный для подвода тепла к рабочей текучей среде, поступающей в турбогенератор.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения обеспечивается способ выработки энергии и получения пастеризованной воды. Создают поток рабочей текучей среды (в иллюстрируемом примере воплощения - газ), протекающей через турбогенератор. Этот поток приводит турбогенератор в действие, в результате чего вырабатывается энергия. После выхода рабочей текучей среды из турбогенератора ее направляют в первую из двух внутренних камер теплообменника, разделенных по текучим средам. Камеры выполнены таким образом, что между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и водой во второй из двух камер происходит процесс теплообмена. Рабочая текучая среда в первой камере находится при температуре, большей, чем температура пастеризации воды. Воду подают во вторую камеру теплообменника, причем вода первоначально холоднее, чем температура ее пастеризации. Воде, протекающей через вторую камеру, создают возможность поглощать тепло от рабочей текучей среды, протекающей в первой камере. При этом расход воды через вторую камеру теплообменника регулируют таким образом, чтобы температура воды повышалась до температуры пастеризации.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ получения электрической энергии и пастеризации воды. Через турбогенератор прокачивают воздух, который приводит этот турбогенератор в действие, и в результате вырабатывается электрическая энергия. Тепло от воздуха, после его выхода из турбогенератора, передается воде для повышения ее температуры, по меньшей мере, до температуры пастеризации воды.
В целях обобщения настоящего изобретения и преимуществ, достигаемых по отношению к известным аналогам, конкретные цели и преимущества изобретения отмечены выше и, кроме того, отмечены ниже. Следует, конечно, понимать, что нет необходимости в том, чтобы все указанные выше цели и преимущества достигались в любом частном случае воплощения изобретения. Поэтому, например, специалистам в данной области техники ясно, что изобретение может быть воплощено или реализовано таким путем, при котором достигается или оптимизируется одно преимущество или целый ряд преимуществ из указанных здесь, при этом достижение других целей или преимуществ, которые могут быть указаны или могут предполагаться, не является необходимым.
Подразумевается, что все эти примеры воплощения находятся в пределах границ объема раскрытого здесь изобретения. Эти и другие примеры воплощения настоящего изобретения будут хорошо понятны специалистам из нижеследующего подробного описания предпочтительных примеров осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, при этом данное изобретение не ограничивается каким-либо описанным конкретным предпочтительным примером (примерами).
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая систему пастеризации воды и получения энергии в соответствии с предпочтительным примером воплощения настоящего изобретения.
Фиг.2 - схематическое изображение теплообменника, используемого в предпочтительных воплощениях настоящего изобретения.
Фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая воплощение изобретения, в котором газ брожения (биогаз), выделяющийся из сточной воды, используют как дополнительный источник теплоты в прямоточной камере сгорания, и
Фиг.4 - блок-схема, иллюстрирующая воплощение изобретения, в котором газ брожения, выделяющийся из сточной воды, смешивают с природным газом, используемым в качестве сжигаемого топлива.
Осуществление изобретения
Хорошо известный способ получения электрической энергии заключается в создании высокоскоростного потока текучей среды, например пара или воздуха, проходящего через турбогенератор. Обычно турбогенератор содержит турбину, соединенную с электрогенератором. Турбина снабжена лопатками и имеет выходной вал. Электрогенератор обычно содержит вал, который может быть соединен с выходным валом турбины. На валу генератора смонтированы электромагниты для преобразования энергии вращения вала в электрическую энергию. Как правило, рабочую текучую среду приводят в состояние перегретого газа (сильно нагретого газа) для получения более высокой скорости протекания газа через турбину. Текучая среда протекает через лопатки турбины и производит вращение валов турбины и электрогенератора. Вследствие движения магнитов изменяется электромагнитное поле и генерируется электрический ток. Обычно электрогенератор снабжен дополнительными средствами для сбора и накопления электрической энергии. Следует отметить, что существуют более совершенная аппаратура и методы, основанные на указанных основополагающих принципах получения электрической энергии
В предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения для пастеризации воды используют теплоту рабочей текучей среды, после того как эта нагретая текучая среда приводит в действие турбогенератор. Таким образом, предпочтительные воплощения изобретения реализуют благоприятную возможность взаимно усиливающего действия известных процессов выработки энергии и пастеризации воды.
На фиг.1 представлена блок-схема, иллюстрирующая систему 5, предназначенную для пастеризации воды и выработки энергии в соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения. Система 5 включает в себя подсистему 6 для пастеризации воды и подсистему 8 для выработки энергии, каждая из которых на фиг.1 обведена штриховыми линиями. Как отмечено выше, подсистема 6 пастеризации воды принимает сброс 12 сточной воды и производит чистую пастеризованную воду 30. Одновременно подсистема 8 вырабатывает электрическую энергию за счет перегретого потока текучей рабочей среды, например воздуха или воды (но предпочтительно воздуха), проходящего через турбогенератор 61. Предпочтительно, как было отмечено выше, подсистема 6 пастеризации воды использует отработанную теплоту подсистемы 8 выработки энергии. Эта отработанная теплота представляет собой часть энергии, которая может быть легко отведена от подсистемы 8 генерации энергии, что приводит к взаимно усиливающему эффекту для этих двух подсистем.
Нижеследующее подробное описание начинается с раскрытия структурных элементов системы 5, после чего дается пояснение работы этой системы.
Основными элементами подсистемы 6 пастеризации воды являются первый теплообменник 16, второй теплообменник 20 и промежуточная емкость 24. Кроме того, подсистема 6 содержит ряд трубопроводов для соединения указанных элементов. Далее раскрывается конструктивная схема подсистемы 6.
Первый теплообменник 16 подсоединен к четырем водяным трубопроводам, как было отмечено выше. Используемый здесь термин "трубопровод" относится к одному или более проточным каналам или полостям, которые могут иметь какой-либо размер и конфигурацию из числа их большого возможного разнообразия. Первый теплообменник 16 содержит две внутренние камеры, разделенные по текучим средам. Первая камера служит каналом, размещенным между трубопроводом 14 для входа сточной воды и трубопроводом 18 для нагретой воды, в то время как вторая камера служит каналом, размещенным между трубопроводом 26 для пастеризованной воды и трубопроводом 28 для выхода очищенной воды. Хотя на фиг.1 это не отражено, две камеры первого теплообменника 16 предпочтительно выполнены так, как это известно в области конструирования теплообменников, чтобы улучшить теплообмен между текучими средами, проходящими через теплообменник. Предпочтительно эти две камеры выполнены с большой площадью поверхности взаимного контакта, что способствует большей эффективности теплообмена между ними.
На фиг.2 схематически показан теплообменник 80, который является подходящим для использования в предпочтительных воплощениях настоящего изобретения. Теплообменник 80 является подходящим особенно для использования в качестве первого теплообменника 16 и/или второго теплообменника 20 (описаны ниже), показанных на фиг.1, а также для какого-либо дополнительного теплообменника, который может быть необходимым. Теплообменник 80 содержит две камеры А и В, отделенные друг от друга по текучим средам посредством контактной разделительной поверхности 82. Теплообменник 80 содержит входные патрубки 84 и 88 и выходные патрубки 86 и 90. Камера А соединена с входным патрубком 84 и выходным патрубком 86, а камера В соединена с входным патрубком 88 и выходным патрубком 90. Хотя на фиг.2 представлено двухмерное изображение, ясно, что данный теплообменник имеет пространственную конструкцию. По существу камеры А и В являются трехмерными камерами. Несмотря на то, что камера В, показанная на фиг.2, состоит из двух частей, понятно, что камера В представляет собой одну непрерывную камеру, как и камера А. Хотя контактная поверхность 82 на схематическом изображении показана в виде двух простых линейных отрезков, понятно, что на самом деле контактная поверхность 82 предпочтительно имеет определенную конфигурацию, позволяющую получить большую площадь поверхности контакта между камерой А и камерой В, что способствует большей эффективности теплообмена между ними. Эти две камеры разделены. Поэтому текучая среда 1 может проходить через камеру А с помощью входного патрубка 84 и выходного патрубка 86, а текучая среда 2 - через камеру В посредством входного патрубка 88 и выходного патрубка 90, причем без какого-либо перемешивания этих двух текучих сред внутри теплообменника 80.
Как показано на фиг.1, второй теплообменник 20 подсоединен к двум водяным трубопроводам и двум воздушным трубопроводам так, как это описано ниже. Подобно первому теплообменнику 16 второй теплообменник 20 содержит две внутренние камеры, разделенные по текучим средам. Первая камера служит каналом, расположенным между трубопроводом 18 предварительно нагретой воды и трубопроводом 22 для пастеризованной воды. Вторая камера служит каналом, расположенным между входным трубопроводом 66 и трубопроводом 68 для отвода воздушного потока. Хотя на фиг.1 и не показано, эти две камеры второго теплообменника 20 предпочтительно выполнены таким образом, как это известно в технике конструирования теплообменников, чтобы улучшить теплообмен между средами, протекающими внутри двух камер. Предпочтительно, чтобы конфигурация камер обеспечивала большую площадь поверхности контакта одной камеры с другой, что способствует улучшению теплообмена между ними.
Трубопровод 22 для пастеризованной воды служит каналом, соединяющим второй теплообменник 20 с промежуточной емкостью 24. Трубопровод 26 для пастеризованной воды соединяет промежуточную емкость 24 с одной из внутренних камер первого теплообменника 16, как это было отмечено выше. Один или более водяных трубопроводов подсистемы 6 пастеризации может быть полностью или частично теплоизолирован, чтобы предотвратить потери или притоки тепла. В одном из воплощений изобретения теплоизолированы все трубопроводы. Конечно, предпочтительно отсутствие теплоизоляции между камерами в каждом из теплообменников.
Основными элементами подсистемы 8 для выработки энергии являются источник топлива 42 (предпочтительно природный газ), газовый компрессор 46, нагнетатель 41, камера 50 воспламенения газа, турбогенератор 61 и прямоточная камера сгорания 64. Кроме того, подсистема 8 содержит ряд трубопроводов для соединения указанных элементов подсистемы. Ниже дано пояснение конструктивного выполнения подсистемы 8. Источник 42 газообразного топлива подсоединен к газовому компрессору 46 и прямоточной камере сгорания 64 с помощью трубопровода 44 подачи несжатого газа. Источник 42 газообразного топлива предпочтительно содержит природный газ, например метан, пропан или бутан или другие газы, которые могут быть использованы. Газовый компрессор 46 подсоединен к камере 50 воспламенения топлива посредством трубопровода 48 подачи сжатого газа. Камера 50 воспламенения газа, помимо того, подсоединена к воздушному трубопроводу 52 и воздушному трубопроводу 54 входа в турбину. В иллюстрируемом примере воплощения изобретения нагнетатель 41 служит для подачи воздуха 40, всасываемого через входной патрубок 39 в воздушный трубопровод 52. Камера воспламенения 50 предпочтительно снабжена воспламенителем природного газа (не показан), например генератором искрового (электрического) зажигания, генератором пламени или другой подобной аппаратурой. Трубопровод 54 входа воздуха в турбину соединен со входом турбогенератора 61. В иллюстрируемом примере воплощения изобретения турбогенератор 61 содержит турбину 56, имеющую выходной вал 58, соединенный с электрогенератором 60. Используемый в настоящем изобретении "турбогенератор" представляет собой комбинацию турбины и электрогенератора, при этом выходной вал турбины приспособлен для привода во вращение электрогенератора.
Выход текучей среды из турбины 56 соединен с прямоточной камерой сгорания 64 посредством воздухоотводящего трубопровода 62. Воздушный поток, выходящий из турбины 56 и поступающий в воздушный трубопровод 62, иногда здесь называется отходящим (отработанным) газом турбины. Прямоточная камера сгорания 64 соединена также с вышеупомянутым воздушным трубопроводом 66, который направляет воздух ко второму теплообменнику 20. Трубопровод 68 отвода воздуха соединен также со вторым теплообменником 20 и ведет к выхлопной трубе 70 для выброса воздуха в окружающую среду. Устройство 72 предпочтительно обеспечивает непрерывный контроль качества воздуха в отводящем воздушном трубопроводе 68 для непрерывного мониторинга выбросов в атмосферу (СЕМ-мониторинг), известное в уровне техники. Для предотвращения потерь теплоты или теплопритоков один или более чем один воздушный трубопровод подсистемы 8 для выработки электроэнергии может быть полностью или частично теплоизолирован. В одном из примеров воплощения теплоизолированы все трубопроводы.
Далее будет раскрыто функционирование всей системы 5 в соответствии с предпочтительным примером осуществления данного изобретения. Как было отмечено выше, подсистема 8 выработки энергии преобразует энергию потока перегретого воздуха в электрическую энергию. Воздух 40 при комнатной температуре (например, 15°С) или близкой к ней нагнетают через воздушный трубопровод 52 в камеру 50 воспламенения газа. Одновременно природный газ под манометрическим давлением, равным приблизительно 7 атм протекает от источника 42 по трубопроводу 44 несжатого до высокого давления газа к газовому компрессору 46. Компрессор 46 сжимает газ до значительно более высокого манометрического давления (например, 22,3 атм) с тем, чтобы газ после воспламенения имел значительно более высокую способность тепловыделения. Сжатый газ по трубопроводу 48 поступает в камеру 50 воспламенения газа. В камере 50 воспламенения газа сжатый природный газ смешивается с воздухом 40. Средства зажигания природного газа (не показаны) воспламеняют сжатый природный газ, смешанный с воздухом 40, за счет чего в воздух поступает большое количество выделяемой теплоты сгорания. В результате воздух в камере 50 воспламенения газа перегревается (сильно нагревается), а его давление повышается. В этих условиях перегретый воздух (содержащий отработанные пары, образовавшиеся при воспламенении газа) протекает с высокой скоростью через входной воздушный трубопровод 54 в турбину 56. Высокоскоростной поток перегретого воздуха приводит во вращение лопатки турбины, производя за счет этого вращение выходного вала 58. Электрогенератор 60 преобразует это вращение в электричество вышеуказанным образом.
После протекания перегретого воздуха через турбину 56 он проходит через выходной воздушный трубопровод 62 в прямоточную камеру сгорания 64. Прямоточная камера 64 принимает природный газ, поступающий по трубопроводу 44 для несжатого газа. В альтернативном примере воплощения в прямоточную камеру сгорания 64 может поступать поток сжатого газа из трубопровода 48 для сжатого газа. Подобно камере 50 воспламенения газа прямоточная камера сгорания 64 предпочтительно включает воспламенитель природного газа (на показан), например электрический (искровой) генератор зажигания, генератор пламени или другое подобное устройство. Внутри прямоточной камеры сгорания 64 природный газ поджигают для передачи воздуху дополнительного количества теплоты при его протекании дальше вперед по трубопроводу 66 в одну из двух внутренних камер второго теплообменника 20. Понятно, что в этом случае наличие прямоточной камеры сгорания 64, хотя она и предпочтительна, не требуется. Внутри второго теплообменника 20 воздух заметно охлаждается за счет теплообмена с холодной водой так, как это описано ниже. Охлажденный воздух выходит и поступает во второй теплообменник 20 через воздушный отводящий трубопровод 68. Охлажденный воздух выбрасывают в окружающую среду через выхлопную трубу 70. Для удовлетворения требований стандартов по выбросам вредных веществ в атмосферу второй теплообменник 20 предпочтительно снабжен катализаторами, способствующими очистке воздуха перед его выбросом в окружающую среду через выхлопную трубу 70. Предпочтительно для снижения выброса окиси азота (NOx) используют катализатор с избирательным каталитическим восстановлением (SCR-катализатор). SCR-катализатор может быть использован вместе с восстанавливающими веществами, например соединениями на основе аммиака или мочевины. Кроме того, могут быть использованы и другие катализаторы, обеспечивающие соответствие вредных выбросов принятым стандартам, например катализаторы на основе СО из числа известных в уровне техники. Как было отмечено выше, для непрерывного контроля качества воздуха и обеспечения стандарта по вредным выбросам для выбрасываемого в окружающую атмосферу через выхлопную трубу 70 предпочтительно используют систему 72 СЕМ.
При функционировании всей системы 5 подсистема 6 пастеризации воды пастеризует сброс 12 сточной воды путем прокачки сточной воды 12 через теплообменники 16 и 20. Перед входом в подсистему 6 пастеризации воды сброс 12 сточной воды находится при комнатной температуре или близкой к ней (например, 55,5-59°С). Сточная вода 12 втекает в одну из двух внутренних камер первого теплообменника 16 через трубопровод 14 входа сточной воды. Хотя на фигуре и не показано, но для подачи во входной трубопровод 14 сточной воды 12 может быть использован насос. В качестве альтернативы сточная вода 12 может поступать во входной трубопровод 14 только за счет гравитации с помощью, например, накопительной емкости, установленной вертикально над первым теплообменником 16. В некоторых вариантах выполнения для улавливания более крупных загрязнений из сточной воды 12 перед ее подачей в первый теплообменник 16 могут быть использованы фильтры.
Понятно, что для передачи тепла от отработанного в турбине газа непастеризованной воде могут быть использованы и другие схемы и системы. Например, в качестве альтернативы может быть использована замкнутая система циркуляции текучей среды для передачи отработанного в турбине тепла во втором теплообменнике 20 к сточной воде, протекающей внутри первого теплообменника 16. Кроме того, для проведения процесса теплообмена возможны другие схемы и системы.
Внутри одной из двух внутренних камер первого теплообменника 16 сточная вода поглощает теплоту, передаваемую от горячей пастеризованной воды, нагретой внутри другого из двух теплообменников (поясняется ниже). Это позволяет повысить температуру сточной воды до уровня пастеризации или близкого к нему (т.е. приблизительно, по меньшей мере, до 54°С, более предпочтительно до 57°С и еще более предпочтительно до 60-64,5°С). Подогретая вода затем протекает через трубопровод 18 подогретой воды в одну из двух внутренних камер второго теплообменника 20. Во втором теплообменнике 20 вода поглощает дополнительное количество теплоты от горячего воздуха, протекающего через другую внутреннюю камеру теплообменника 20. Это приводит к еще большему росту температуры воды до уровня ее пастеризации (например, по меньшей мере, до 65,5-77°С, более предпочтительно до 71°С и еще более предпочтительно до 71-71,5°С). Пастеризованная вода затем протекает через трубопровод 22 пастеризованной воды в промежуточную емкость 24. Следует отметить, что промежуточная емкость 24 может быть исключена из конструкции или перемещена вниз по ходу движения потока от трубопровода 28 для выхода воды и служить в качестве сборной емкости для последующей стадии. Пастеризованная вода по трубопроводу 26 проходит в ту внутреннюю камеру первого теплообменника 16, в которую не поступает сброс 12 сточной воды из трубопровода 14 для входа сточной воды. Как отмечено выше, горячая пастеризованная вода передает теплоту более холодной сточной воде 12, что приводит к снижению температуры пастеризованной воды, предпочтительно вновь охлаждая ее примерно до комнатной температуры (например, до 24°С). Охлажденная пастеризованная вода, представляющая собой полученную чистую воду (продукт) 30, выходит из первого теплообменника 16 через выходной трубопровод 28.
Кроме того, следует отметить, что описанная система предпочтительно снабжена регулятором расхода для регулирования расхода воды, протекающей через второй теплообменник 20. Предпочтительно расход воды через второй теплообменник 20 регулируют таким образом, чтобы вода поглощала достаточное количество теплоты от отработанного в турбине воздушного потока для повышения ее температуры до температуры пастеризации в течение периода времени, достаточного для пастеризации воды.
В одном предпочтительном примере воплощения сжигаемый природный газ, поступающий от источника 42 газообразного топлива и проходящий по трубопроводу 44 несжатого газа, имеет манометрическое давление, равное приблизительно 7 атм, и обеспечивает получение энергии приблизительно 7,0×106 кДж/ч. После сжатия в компрессоре 46 этот газ находится предпочтительно при манометрическом давлении 22,3 атм и обеспечивает получение энергии в количестве около 74,6×106 кДж/ч. В одном примере воплощения используемый турбогенератор 61 представляет собой турбогенератор типа TAURUS 70-T10301S, поставляемый на рынок фирмой Solar Turbines, Сан Диего, СА. Данный турбогенератор на высоте 60 м над уровнем моря при температуре окружающего воздуха 15°С и влажности 60% демонстрирует общую выходную мощность 7,16 кВт. При всех указанных условиях выходящий из турбины отработанный воздух в воздушном трубопроводе 62 имеет расход около 94,5 кг/ч и температуру примерно 491°С. Предпочтительно дополнительная теплота, подводимая к воздуху в прямоточной камере сгорания 64 от природного газа, поступающего по трубопроводу 44, нагревает воздух до температуры около 556°С. В предпочтительном примере воплощения охлажденный воздух, выходящий из второго теплообменника 20, имеет температуру около 121°С и отводится через выхлопную трубу 70 с расходом приблизительно 94,5 кг/ч.
В предпочтительном примере воплощения изобретения теплообменники 16 и 20 и промежуточная емкость 24 имеют такие размеры и конфигурацию, чтобы можно было пастеризовать примерно 37850 м3 сбросов 12 сточной воды в день. В другом примере воплощения система имеет размеры и конфигурацию, позволяющие пастеризовать вдвое большее количество воды в день. Специалистам будет понятно, что производительность системы 5 можно регулировать путем изменения размеров и теплопередающих характеристик теплообменников 16 и 20, за счет изменения размеров промежуточной емкости 24 и водяных трубопроводов, путем выбора в качестве топлива различных природных газов с различной теплотворной способностью и/или за счет выбора различных турбогенераторов 61 с различными параметрами отходящих газов, выходящих из турбины. В предпочтительных примерах воплощения выполнение теплообменников обеспечивает возможность пастеризации предпочтительно, по меньшей мере, 18925 м3, более предпочтительно, по меньшей мере, 37850 м3, более предпочтительно, по меньшей мере, 56775 м3 и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 75700 м3 сточной воды в день.
В предпочтительных примерах воплощения изобретения воду выдерживают при температуре пастеризации предпочтительно, по меньшей мере, 2 с, более предпочтительно, по меньшей мере, 5 с, более предпочтительно, по меньшей мере, 10 с и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 15 с. Вообще говоря, чем выше температура воды, тем меньшее время необходимо для проведения пастеризации. Предпочтительна пастеризация воды при температуре, по меньшей мере, 160°F в течение, по меньшей мере, 5 с. При температуре 93°С предпочтительное время пастеризации составляет, по меньшей мере, две секунды. Температура пастеризации воды (т.е. температура воды в водяном трубопроводе 22) предпочтительно составляет 65,5-100°С и более предпочтительно 68-93°С. Желательно проводить пастеризацию в интервале температур 65,5-77°С, поскольку более высокая температура пастеризации требует получения большего количества теплоты от подсистемы 8 выработки энергии, что вероятно, в свою очередь, увеличивает затраты в этой подсистеме и/или уменьшает ее производительность. Температура пастеризации воды предпочтительно составляет, по меньшей мере, 71°С.
Предполагается, что настоящее изобретение будет иметь особые преимущества и пользу в масштабах города. Изобретение позволяет городским коммунальным службам экономичным образом производить энергию и пастеризовать воду в местном масштабе. Вырабатываемая энергия может пополнять энергию, приобретаемую от больших энергетических компаний. Пастеризованная вода может быть использована для локальных целей. Используемая на местном или городском уровнях турбина 56 системы 5 пастеризации воды и выработки электроэнергии предпочтительно имеет относительно малый размер. В одном воплощении турбина 56 способна вырабатывать вплоть до 50 МВт электрической мощности и более предпочтительно до 1000 МВт электрической мощности. В одном предпочтительном примере воплощения система 5 пастеризации воды и выработки электроэнергии способна очищать около 757 м3 воды на мегаватт получаемой электрической мощности. Система 5 предпочтительно способна очищать предпочтительно, по меньшей мере, 378 м3/МВт и более предпочтительно по меньшей мере, 1892 м3/МВт электрической мощности. Наиболее предпочтительно система 5 способна очищать 757-5678 м3/МВт полученной электрической мощности. В одном предпочтительном воплощении данная система способна очищать 5299 м3/МВт выработанной электрической мощности.
Специалистам будет понятно, что для подсистемы 6 пастеризации воды нет необходимости в использовании двух теплообменников, как это было указано здесь. Например, сточную воду 12 можно пастеризовать, используя один единственный теплообменник, в который поступает отработанный воздушный поток из турбины (например, исключается первый теплообменник 16 и сточную воду 12 направляют непосредственно во второй теплообменник 20). Однако предпочтительно использование двух теплообменников, поскольку это значительно увеличивает производительность подсистемы 6 по пастеризованной воде. Если используется только один теплообменник, это должно увеличить температуру сточной воды 12 от комнатной температуры или близкой к ней, по меньшей мере, до температуры пастеризации 65-77°С, повышение температуры составляет около 55,5°С. Для такого значительного повышения температуры воды расход воды через один теплообменник должен быть ограничен с тем, чтобы вода могла поглотить достаточное количество теплоты от отработанного в турбине воздушного потока. В конструкции с единственным теплообменником система 5 по оценке может пастеризовать 946 м3 воды на мегаватт полученной электрической мощности. Однако при использовании двух теплообменников 16 и 20, показанных на фиг.1, возможен подогрев первым теплообменником 16 сточной воды 12 примерно до 60°С. Таким образом, второй теплообменник 20 необходим лишь для повышения температуры воды на 5,5-17°С (предпочтительно вплоть до 65,5-77°С, более предпочтительно вплоть до 71-71,5°С). Это позволяет подавать больший расход воды. По оценкам с помощью двух теплообменников система 5 может пастеризовать 5299 м3 воды на мегаватт полученной электрической мощности. Другая выгода от использования двух теплообменников заключается в том, что пастеризованная вода охлаждается до температуры, близкой к комнатной. Несмотря на то что в иллюстрируемом примере воплощения используется два теплообменника, специалистам понятно, что система 5 может включать в себя любое количество теплообменников, соединенных последовательно так, как это показано на фиг.1.
Хотя в иллюстрируемом примере воплощения для нагрева воздуха, втекающего в турбогенератор и вытекающего из него, используется природный газ, понятно, что преимущества изобретения могут быть также реализованы при использовании альтернативных источников получения тепла, например ядерной энергии или сжигаемого угля. Понятно, что для нагрева воздуха, поступающего в турбогенератор и вытекающего из него, может быть использован любой из множества различных видов энергии.
Обращаясь вновь к фиг.1, следует отметить, что система 5 для пастеризация воды и выработки энергии в подсистеме 8 выработки энергии в качестве источника топлива для нагрева рабочей текучей среды может использовать так называемый "газ брожения (биогаз)", выделяющийся из подогретой и подвергнутой окислению сточной воды. Предпочтительно сточную воду 12 подогревают и окисляют перед подачей в первый теплообменник 16. Подогрев и окисление способствуют росту бактерий и приводят к тому, что сточная вода выделяет "газ брожения", которым обычно является газообразный метан. При воспламенении газ брожения способен сообщать дополнительное тепло рабочей текучей среде.
На фиг.3 представлен один из примеров воплощений системы согласно изобретению, в котором газ брожения используют в качестве дополнительного источника теплоты для рабочей текучей среды подсистемы выработки энергии и в котором этот газ брожения направляют в прямоточную камеру сгорания 64. Сточную воду 12 предварительно собирают, накапливают к камере или резервуаре 95. Как было указано выше, сточную воду 12 подогревают и/или окисляют, чтобы газ брожения выделялся в трубопровод 96 для газа брожения, подсоединенный к газовому компрессору 97. Для увеличения тепловыделения в предпочтительном воплощении изобретения желательно осуществить сжатие газа брожения предпочтительно до уровня, сравнимого с уровнем сжатия природного газа 42 в предпочтительном примере воплощения. В предпочтительном воплощении после сжатия газа брожения в компрессоре 97 он протекает по трубопроводу 98 газа брожения в прямоточную камеру сгорания 64, где смешивается с природным газом 42, поступающим по трубопроводу 44 природного газа. В альтернативном примере воплощения изобретения компрессор 97 исключен из схемы, выполненной в этом случае предпочтительно с одним непрерывным прямым трубопроводом для газа брожения, проходящим от резервуара 95 к прямоточной камере сгорания 64.
На фиг.4 представлен другой пример воплощения изобретения с использованием газа брожения в качестве дополнительного источника тепла для рабочей текучей среды подсистемы генерации энергии, в котором газ брожения смешивают с природным газом непосредственно в источнике сжигаемого природного газа. В этом случае газ брожения из резервуара 95 по трубопроводу 99 газа брожения поступает в компрессор 100. В предпочтительном примере воплощения после сжатия в компрессоре 100 газ брожения по трубопроводу 101 подают прямо к источнику 42 природного газа. В данном воплощении газ брожения смешивают с рабочей текучей средой выше по потоку от турбины 56. В некоторых случаях подача газа брожения в турбину 56 может представлять опасность, поскольку приводит к повреждению турбины и/или может ухудшить характеристики турбины, и в этом случае воплощение, соответствующее фиг.3, более предпочтительно воплощению изобретения согласно фиг.4. Однако если опасности повреждения турбины газом брожения не существует (или когда эта опасность пренебрежимо мала), то в некоторых случаях может быть предпочтительным воплощение изобретения, представленное на фиг.4. В альтернативном примере воплощения изобретения из схемы исключен компрессор 100 и предпочтительно используется один прямой непрерывный трубопровод для газа брожения, соединяющий резервуар 95 с источником 42 сжигаемого природного газа предпочтительного примера воплощения.
Хотя настоящее изобретение было описано в контексте предпочтительных воплощений и примеров осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что данное изобретение выходит за рамки конкретных раскрытых примеров воплощения изобретения и распространяется на другие альтернативные воплощения и/или случаи использования изобретения, и очевидные модификации и их эквиваленты. Кроме того, различные особенности данного изобретения могут быть использованы отдельно или в комбинации с другими его особенностями, отличными от непосредственно описанных выше. Таким образом, подразумевается, что раскрытый выше объем настоящего изобретения не должен ограничиваться конкретными описанными примерами воплощения, а должен определяться лишь точным толкованием нижеследующих пунктов формулы изобретения.
1. Система для выработки энергии и пастеризации сточной воды, содержащая
турбину, приспособленную для подачи в нее потока рабочей текучей среды, при этом поток рабочей текучей среды организован таким образом, чтобы обеспечивать вращение лопаток и выходного вала турбины;
силовой генератор, соединенный с выходным валом турбины и выполненный с возможностью преобразования вращения выходного вала в энергию;
источник сточной воды;
теплообменник, содержащий первую и вторую внутреннюю камеры, которые отделены внутри теплообменника друг от друга по текучим средам, при этом первая камера приспособлена для приема рабочей текучей среды, выходящей из турбины, вторая камера приспособлена для приема сточной воды, поступающей из источника сточной воды, причем камеры выполнены таким образом, что они обеспечивают теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и сточной водой во второй камере, осуществляемый для повышения температуры сточной воды во второй камере, по меньшей мере, до температуры пастеризации сточной воды; и
тепловой источник, обеспечивающий подвод тепла к рабочей текучей среде, протекающей через турбину и первую камеру теплообменника.
2. Система по п.1, в которой рабочей текучей средой служит воздух.
3. Система по п.1, в которой температура пастеризации сточной воды составляет 65,5-77°С.
4. Система по п.1, в которой температура пастеризации сточной воды составляет, по меньшей мере, 71°С.
5. Система по п.1, способная пастеризовать, по меньшей мере, 757 м3 сточной воды на мегаватт полученной мощности.
6. Система по п.1, способная пастеризовать, по меньшей мере, 1892 м3 сточной воды на мегаватт полученной мощности.
7. Система по п.1, выполненная таким образом, что тепловой источник передает тепло рабочей текучей среде, втекающей в турбину.
8. Система по п.1, выполненная таким образом, что тепловой источник передает тепло рабочей текучей среде, вытекающей из турбины.
9. Система по п.1, в которой силовой генератор приспособлен для преобразования вращения выходного вала в электрическую энергию.
10. Система по п.1, в которой тепловой источник представляет собой источник горючего природного газа.
11. Система по п.1, в которой источник природного горючего газа является одним из группы веществ, в которую входят метан, пропан и бутан.
12. Система по п.10, кроме того, включающая в себя газовый компрессор с входом и выходом, при этом вход компрессора соединен с выходом источника горючего природного газа, а конструкция газового компрессора обеспечивает сжатие природного газа, получаемого от источника природного горючего газа, и подачу сжатого природного газа через выход компрессора; и камеру воспламенения природного газа, имеющую вход для природного газа, соединенный с выходом газового компрессора, и вход для рабочей текучей среды, приспособленный для приема рабочей текучей среды, при этом камера воспламенения природного газа имеет выход, соединенный с входом турбины, а камера воспламенения природного газа содержит воспламенитель природного газа, обеспечивающий воспламенение горючего природного газа для передачи тепла рабочей текучей среде в камере воспламенения природного газа.
13. Система по п.12, в которой воспламенитель природного газа, имеющийся в камере воспламенения природного газа, представляет собой электрический искровой генератор зажигания или генератор пламени.
14. Система по п.12, которая, кроме того, содержит дополнительную камеру воспламенения природного газа, имеющую первый вход, соединенный с источником горючего природного газа, второй вход, соединенный с выходом турбины, и выход, соединенный с первой камерой теплообменника, причем дополнительная камера воспламенения природного газа снабжена воспламенителем природного газа, обеспечивающим воспламенение горючего природного газа для передачи тепла рабочей текучей среде в дополнительной камере воспламенения природного газа.
15. Система по п.14, в которой дополнительная камера воспламенения природного газа представляет собой прямоточную камеру сгорания.
16. Система по п.1, в которой источником тепла является уголь.
17. Система по п.1, в которой источником тепла служит ядерная энергия.
18. Система по п.1, в которой указанный теплообменник является вторым теплообменником и которая, кроме того, включает в себя первый теплообменник, содержащий первую и вторую камеры, разделяющие текучие среды, при этом камеры первого теплообменника выполнены такими, что обеспечивают теплообмен между сточной водой, протекающей внутри первой камеры первого теплообменника, и пастеризованной сточной водой, протекающей во второй камере первого теплообменника, причем первая камера первого теплообменника имеет вход, приспособленный для приема сточной воды от источника сточной воды, и выход, соединенный с входом второй камеры второго теплообменника, а вторая камера первого теплообменника имеет вход, соединенный с возможностью приема пастеризованной сточной воды, отводимой с выхода второй камеры второго теплообменника, и, кроме того, вторая камера первого теплообменника имеет выход, приспособленный для отвода пастеризованной сточной воды.
19. Система по п.1, в которой первая камера теплообменника имеет вход, приспособленный для приема рабочей текучей среды, выходящей из турбины, и выход, приспособленный для отвода рабочей текучей среды в окружающую среду.
20. Система по п.19, которая, кроме того, содержит в первой камере теплообменника катализатор для очистки рабочей текучей среды для того, чтобы качество рабочей текучей среды, протекающей через первую камеру теплообменника, соответствовало существующим стандартам по выбросу вредных веществ.
21. Система по п.20, в которой катализатором служит СО и/или катализатор с избирательным каталитическим восстановлением.
22. Система по п.19, которая, кроме того, содержит устройство непрерывного контроля выброса вредных веществ, предназначенное для непрерывного контроля качества рабочей текучей среды, отводимой с выхода первой камеры теплообменника.
23. Система для выработки электрической энергии и пастеризации сточной воды, включающая в себя турбогенератор, конструкция которого обеспечивает преобразование кинетической энергии потока рабочей текучей среды в электрическую энергию; источник сточной воды и теплообменник, содержащий первую и вторую внутренние камеры, разделяющие текучие среды, при этом первая внутренняя камера приспособлена для получения потока рабочей текучей среды из турбогенератора, вторая внутренняя камера приспособлена для приема сточной воды от источника сточной воды, при этом выполнение указанных камер обеспечивает теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и сточной воды, протекающей во второй камере, обеспечивающий проведение процесса пастеризации сточной воды во второй камере.
24. Система по п.23, которая, кроме того, содержит источник тепла, приспособленный для передачи тепла рабочей текучей среде, поступающей в турбогенератор.
25. Система для выработки энергии и пастеризации сточной воды, включающая в себя турбину, приспособленную для подачи в нее потока рабочей текучей среды, при этом поток рабочей текучей среды организован таким образом, чтобы обеспечивать вращение лопаток и выходного вала турбины; силовой генератор, соединенный с выходным валом турбины и выполненный с возможностью преобразования вращения выходного вала в энергию; источник сточной воды; теплообменник, содержащий первую и вторую внутреннюю камеры, которые отделяют внутри теплообменника текучие среды, при этом первая камера приспособлена для приема рабочей текучей среды, выходящей из турбины, вторая камера приспособлена для приема сточной воды, поступающей из источника сточной воды, причем камеры выполнены таким образом, что они обеспечивают теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и сточной водой во второй камере; и тепловой источник, обеспечивающий подвод тепла к рабочей текучей среде, протекающей через турбину и первую камеру теплообменника.
26. Система по п.25, в которой тепловой источник приспособлен для передачи достаточного количества тепла рабочей текучей среде, протекающей через турбину и первую камеру теплообменника, так, чтобы текучая рабочая среда была достаточно нагретой для повышения температуры сточной воды, протекающей через вторую камеру теплообменника, по меньшей мере, до температуры пастеризации сточной воды.
27. Система для выработки электрической энергии и пастеризации сточной воды, включающая в себя турбогенератор, преобразующий кинетическую энергию потока рабочей текучей среды в электрическую энергию; источник сточной воды и теплообменник, содержащий первую и вторую внутренние камеры, разделяющие текучие среды, при этом первая внутренняя камера приспособлена для приема потока рабочей текучей среды, отводимой из турбогенератора, а вторая внутренняя камера приспособлена для приема сточной воды от источника сточной воды, причем конструктивное выполнение указанных камер обеспечивает теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей через первую камеру, и сточной водой, протекающей через вторую камеру.
28. Способ выработки энергии и пастеризации сточной воды, включающий создание потока рабочей текучей среды через турбогенератор, при этом поток рабочей текучей среды приводит в действие турбогенератор, в результате чего вырабатывается энергия;
подачу потока рабочей текучей среды после его выхода из турбогенератора в первую из двух внутренних камер теплообменника, разделяющих текучие среды, при этом камеры выполнены таким образом, что они обеспечивают теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и сточной водой, протекающей во второй из двух камер, причем температура рабочей текучей среды в первой камере больше, чем температура пастеризации воды;
пропускание сточной воды через вторую камеру теплообменника, при этом вода первоначально холоднее, чем температура пастеризации воды;
создание условий для поглощения сточной водой, протекающей через вторую камеру, тепла рабочей текучей среды, проходящей через первую камеру;
регулирование расхода сточной воды, протекающей через вторую камеру теплообменника, таким образом, чтобы температура воды повышалась, по меньшей мере, до температуры пастеризации, и так, чтобы по существу вся сточная вода внутри теплообменника становилась пастеризованной.
29. Способ по п.28, который, кроме того, включает в себя нагревание рабочей текучей среды перед ее поступлением в турбогенератор.
30. Способ по п.29, в котором нагревание рабочей текучей среды включает в себя смешивание рабочей текучей среды с воспламененным горючим природным газом.
31. Способ по п.30, который, кроме того, включает в себя сжатие горючего природного газа внутри газового компрессора перед его смешиванием с рабочей текучей средой.
32. Способ по п.29, в котором нагревание текучей рабочей среды включает в себя процесс поглощения рабочей текучей средой тепла сжигания угля.
33. Способ по п.29, в котором нагревание рабочей текучей среды включает в себя процесс поглощения рабочей текучей средой тепла ядерной реакции.
34. Способ по п.28, кроме того, включающий нагревание текучей рабочей среды после выхода из турбогенератора, перед ее входом в первую камеру теплообменника.
35. Способ по п.28, в котором указанный теплообменник представляет собой второй теплообменник и в котором пропускание сточной воды через вторую камеру второго теплообменника включает в себя обеспечение протекания непастеризованной сточной воды через первую из двух внутренних камер первого теплообменника, разделяющих текучие среды, при этом камеры первого теплообменника выполнены так, что обеспечивают теплообмен между непастеризованной сточной водой, протекающей внутри первой камеры первого теплообменника, и пастеризованной сточной водой, протекающей внутри второй из двух камер первого теплообменника;
обеспечение протекания непастеризованной сточной воды через первую камеру первого теплообменника с поглощением тепла от пастеризованной сточной воды, протекающей внутри второй камеры первого теплообменника;
подачу непастеризованной сточной воды, протекающей внутри первой камеры первого теплообменника, из первого теплообменника во вторую камеру второго теплообменника;
поглощение сточной водой, протекающей внутри второй камеры второго теплообменника, тепла от рабочей текучей среды, протекающей внутри первой камеры второго теплообменника так, чтобы сточная вода, протекающая внутри второй камеры второго теплообменника, нагревалась до температуры пастеризации сточной воды; и отвод пастеризованной сточной воды из второй камеры второго теплообменника и пропускание ее через вторую камеру первого теплообменника.
36. Способ по п.28, в котором температура пастеризации составляет 65-77°С.
37. Способ по п.28, в котором температура пастеризации составляет, по меньшей мере, 71°С.
38. Способ по п.28, который, кроме того, включает в себя выдержку сточной воды, протекающей через вторую камеру теплообменника, при температуре 71°С в течение, по меньшей мере, 5 с.
39. Способ по п.28, кроме того, включающий в себя пастеризацию, по меньшей мере, 757 м3 сточной воды на мегаватт полученной мощности.
40. Способ по п.28, кроме того, включающий в себя пастеризацию, по меньшей мере, 1892 м3 сточной воды на мегаватт полученной мощности.
41. Способ по п.28, который, кроме того, включает в себя нагревание и окисление сточной воды перед ее протеканием через вторую камеру теплообменника таким образом, что сточная вода выделяет газ брожения; смешивание газа брожения с рабочей текучей средой и воспламенение газа брожения, смешанного с рабочей текучей средой, с передачей тепла от газа брожения рабочей текучей среде.
42. Способ по п.41, который, кроме того, включает смешивание газа брожения с природным газом перед проведением стадии смешивания газа брожения с рабочей текучей средой.
43. Способ по п.41, который, кроме того, включает в себя сжатие газа брожения перед проведением указанной стадии смешивания газа брожения с рабочей текучей средой.
44. Способ выработки электрической энергии и пастеризации жидкости, включающий прокачивание воздуха через турбогенератор, при этом воздух приводит турбогенератор в действие и вырабатывается электрическая энергия; и передачу тепла от воздуха жидкости после его выхода из турбогенератора, с повышением температуры жидкости, по меньшей мере, до температуры пастеризации так, что, по существу, вся жидкость становится пастеризованной.
45. Способ выработки электрической энергии и пастеризации сточной воды, включающий прокачивание воздуха через турбогенератор, при этом воздух приводит турбогенератор в действие и вырабатывается электрическая энергия; и передачу тепла от воздуха после его выхода из турбогенератора сточной воде без смешивания воздуха со сточной водой так, что сточная вода становится пастеризованной.
46. Способ выработки энергии и пастеризации сточной воды, включающий генерирование электрической энергии в процессе, при котором образуется нагретая рабочая текучая среда, направление сточной воды из источника сточной воды через первую из двух камер первого теплообменника, разделенных по текучей среде, направление сточной воды из указанной первой камеры первого теплообменника через вторую камеру второго теплообменника, содержащего две внутренние камеры, разделенные по текучей среде, направление указанной нагретой рабочей текучей среды в первую камеру указанного второго теплообменника, при этом камеры второго теплообменника выполнены с возможностью обеспечивать теплообмен между нагретой рабочей текучей средой в первой камере и сточной водой во второй камере, причем указанная нагретая рабочая текучая среда в первой камере имеет температуру выше, чем температура пастеризации для сточной воды, регулирование расхода сточной воды через вторую камеру второго теплообменника, так, чтобы сточная вода нагревалась до температуры пастеризации и, по существу, вся сточная вода во втором теплообменнике стала пастеризованной, и направление нагретой пастеризованной сточной воды, выходящей из второй камеры второго теплообменника, через вторую камеру первого теплообменника, при этом камеры первого теплообменника выполнены с возможностью обеспечивать теплообмен между непастеризованной сточной водой в первой камере и нагретой пастеризованной сточной водой во второй камере с тем, чтобы непастеризованная сточная вода подогревалась перед входом во второй теплообменник.
Приоритет по пунктам:
18.11.2002 - по пп.1-5, 7, 9, 10, 19, 23-30;
08.10.2003 - по пп.6, 8, 9, 11-18, 20-22, 31-40, 44, 45, 46;
14.11.2003 - по пп.6, 8, 9, 11-18.
www.findpatent.ru
Стерилизация паром и пастеризация готовых пищевых продуктов : Spirax Sarco Россия
Влияние температуры на микроорганизмы и свойства пищевых продуктов
Различные типы варки водяным паромПроизводство готовых блюд
Альтернативные технологииВыводы
Введение
Термин «Готовое блюдо» или «готовый пищевой продукт» обычно относится к упаковкам с едой или готовым блюдам, содержащим мясную, рыбную или полностью растительную основу, требующим минимального приготовления и не требующим нагрева или варки.Как правило, такие продукты продаются в охлажденном и замороженном виде. Для потребителя понятие качества таких блюд тесно связано с их вкусом, который не должен уступать вкусовым свойствам аналогичных продуктов, приготовляемых самостоятельно. Однако на самом деле качество готовых пищевых продуктов определяется не только одними органолептическими характеристиками. Первостепенную важность имеет безопасность продукта, для обеспечения которой в процессе производства требуется специальная обработка блюда таким образом, чтобы уничтожить все содержащиеся в блюде неспороносные патогенные микроорганизмы. Для этого во время приготовления температура всего продукта должна быть поднята как минимум до 70°С. Однако многие такие блюда нагреваются до 80°С на несколько минут, чтобы выполнялись органолептические требования.
Срок хранения охлажденных готовых блюд обычно составляет от 5 до 7 дней и ограничивается ростом числа вызывающих порчу организмов, оставшихся в продукте или проникших через упаковку. Это обстоятельство ограничивает размеры партий и диктует серьезные требования в отношении обеззараживания продукта при производстве. Считается, что нагрев запечатанного продукта, содержащего мясные компоненты, до 80 – 85°С, и поддержание этой температуры в течение трех минут, приводит к тому, что срок хранения продукта увеличивается до трех недель. Такое увеличение срока хранения без снижения вкусовых и питательных свойств продукта, можно считать достижением, особенно если учесть, что его безопасность не только не уменьшилась, но даже увеличилась. Этот факт говорит о том, что усилия по усовершенствованию технологий обработки, включая пастеризацию и стерилизацию, не пропадают даром.
Проблема большинства технологий тепловой обработки заключается в сложности обеспечения равномерного нагрева, причем это относится даже к жидким продуктам. Поэтому большинство методов тепловой стерилизации связано с внутренним перемешиванием пищевого продукта в контейнере. Например, вращающийся автоклав уменьшает время стерилизации банок с 19 минут до 15 минут.
Вращающиеся в вертикальной плоскости автоклавы можно применять для обработки не только металлических банок. Готовые блюда в пластмассовых пакетах или стаканах можно подвергать воздействию паровоздушной смеси, вращая в вертикальной плоскости со скоростью от 2 до 10 об/мин. Обычно процесс пастеризации позволяет достичь уменьшения количества микроорганизмов на 6 логарифмических единиц. Для полной стерилизации требуется уменьшение количества спор ботулотоксинов на 12 логарифмических единиц.
Влияние температуры на микроорганизмы и свойства пищевых продуктов
Преимущества использования высоких температур для пастеризации и стерилизации пищевых продуктов можно понять, рассмотрев концепцию значений D и z для тепловой обработки и микроорганизмов.Тепло используется для консервирования пищевых продуктов, потому что под его воздействием изменяются естественные свойства протеинов, а значит, нарушается активность энзимов в самом продукте и в микроорганизмах. Такое разрушение обычно представляет собой реакцию первого порядка, то есть, после того как пищевой продукт нагревается до температуры, при которой уничтожаются микроорганизмы, в течение определенного времени такой же процент микроорганизмов будет уничтожен вне зависимости от того, сколько их было в начале.
Время, необходимое для уничтожения 90% микроорганизмов, называется десятичным уменьшением количества микроорганизмов, или D-показателем. Это свойство проиллюстрировано на рисунке 1 (D-показатель равен пяти минутам). За каждые 5 минут количество выживших микроорганизмов уменьшается в 10 раз. Конечно, такое поведение означает, что установить время полного уничтожения всех микроорганизмов невозможно. Поэтому обычно говорят о коммерческой стерильности, о которой мы поговорим ниже.
Десятичное уменьшение количества микроорганизмов, естественно, зависит от температуры. Измеряя D-показатели при разных температурах, можно установить время тепловой гибели, или TDT, проиллюстрированное на рисунке 2. Наклон этой кривой называется z-показателем и определяется как количество градусов Цельсия, необходимое для изменения времени десятичного уменьшения количества D в 10 раз. Эта кривая, как правило, хотя и не всегда, имеет линейный вид.
Рисунок 1. Время десятичного уменьшения количества микроорганизмов
Устойчивость микроорганизмов к тепловой обработке зависит от большого количества факторов. К этим факторам относятся тип микроорганизма и окружающие условия во время воздействия тепла, такие как рН, активность воды и состав пищевого продукта.
Рисунок 2. Кривая времени тепловой гибели с градиентом z
Процессы разрушения многих веществ, отвечающих за органолептические и питательные качества продукта, таких как витамины, пигменты и ароматические соединения, также представляют собой реакции первого порядка. В таблице 1 приведены некоторые D-показатели при 121°С, а также z-показатели для некоторых таких веществ и микроорганизмов. Самое важное, что здесь следует отметить, – то, что z-показатели для микроорганизмов, как правило, оказываются значительно ниже, чем для качества продуктов и их питательных свойств. Типичные z-показатели для пищевых патогенов составляют около 10°С, а для витаминов и пигментов они обычно находятся в диапазоне от 20 до 70°С.Следовательно, преимущества кратковременной высокотемпературной пастеризации (HTST) и других видов высокотемпературной обработки, заключающиеся в том, что при переходе к высоким температурам темп смертности микроорганизмов намного превышает скорость изменения параметров качества пищевых продуктов, означают, что пищевые продукты можно считать «безопасными» при намного меньших изменениях их органолептических свойств.
Таблица 1. Тепловые свойства некоторых питательных и чувствительных компонентов пищевых продуктов в сравнении с тепловой устойчивостью бактерий.
| Компонент | Источник | Уровень рН | z(°C) | D121(минут) | Диапазон температур(°С) |
| Тиамин | Морковное пюре | 5.9 | 25 | 158 | 109 – 149 |
| Тиамин | Гороховое пюре | Естественный | 27 | 247 | 121 – 138 |
| Тиамин | Пюре из баранины | 6.2 | 25 | 120 | 109 – 149 |
| Лизин | Продукты из соевых бобов | - | 21 | 786 | 100-127 |
| Хлорофилл а | Шпинат | 6.5 | 51 | 13.0 | 127 – 149 |
| Хлорофилл а | Шпинат | Естественный | 45 | 34.1 | 100-130 |
| Хлорофилл b | Шпинат | 5.5 | 79 | 14.7 | 127 – 149 |
| Хлорофилл b | Шпинат | Естественный | 59 | 48 | 100 – 130 |
| Антоцианин | Виноградный сок | Естественный | 23.2 | 17.8* | 20 – 121 |
| Бетанин | Свекольный сок | 5.0 | 58.9 | 46.6* | 50 – 100 |
| Каротиноиды | Паприка | Естественный | 18.9 | 0.038* | 52 – 65 |
| Пероскидаза | Горох | Естественный | 37.2 | 3.0 | 110 – 138 |
| Пероскидаза | Разные | - | 28-44 | - | - |
| Споры Clostridium botulinum, тип А + В | Разные | >4.5 | 5.5–10 | 0.1–0.3* | 104 |
| Bacillus stereothermophils | Разные | >4.5 | 7 – 12 | 4.0– 5.0 | 110+ |
Пастеризация
Хотя пастеризация представляет собой относительно мягкую тепловую обработку, в ходе которой пищевые продукты редко нагреваются более, чем до 100°С, во многих процессах пастеризации можно использовать водяной пар, который позволяет улучшать скорость обработки и общую производительность системы.Степень необходимой тепловой обработки продукта определяется D-показателем большинства теплоустойчивых энзимов или микроорганизмов. Приведем пример: процесс пастеризации молока основан на его значении D60 и на достижении уменьшения числа C. burnetti на 12 логарифмических единиц. Точно так же, процесс обработки яичной массы основан на достижении уменьшения числа S. Seftenberg на 9 логарифмических единиц. Как уже обсуждалось выше, поскольку питательные и чувствительные вещества имеют свои собственные более высокие D-показатели, кратковременная обработка при высокой температуре часто является предпочтительной. Например, условия пастеризации молока могут быть достигнуты за 30 минут при температуре 63°С (длительная пастеризация), за 15 секунд - при температуре 71,8°С (HTST), за 1 секунду - при 88°С и за 0,01 секунды - при температуре 100°С (мгновенная пастеризация).
Обработка горячей водой обычно используется при работе с продуктами, упакованными в стекло, тогда как металлические и пластмассовые контейнеры можно обрабатывать паровоздушной смесью. Паровые туннельные пастеризаторы обладают рядом преимуществ, к которым относятся более короткое время обработки и меньшая площадь, занимаемая оборудованием. Температура в зонах нагрева туннельного пастеризатора постепенно повышается путем уменьшения количества воздуха в паровоздушной смеси. В таблице 2 приведено сравнение потери витаминов молоком в ходе процесса длительной пастеризации и процесса HTST.
Таблица 2. Потери некоторых витаминов в молоке в результате длительной пастеризации и процесса HTST.
| Витамин | Метод пастеризации | |
| HTST | Длительная пастеризация | |
| Витамин В6 | 0 | 0 |
| Тиамин | 6.8 | 10 |
| Витамин С | 10 | 20 |
| Витамин В12 | 0 | 10 |
Стерилизация
В ходе стерилизации пищевой продукт подвергается воздействию достаточно высокой температуры в течение достаточно долгого времени, чтобы прекратилась активность всех микробов и энзимов. Стерилизованные пищевые продукты обычно имеют срок хранения без охлаждения, превышающий шесть месяцев. Усовершенствование этого процесса сводится к тому, чтобы уменьшить изменение свойств продукта.Время, необходимое для стерилизации пищевого продукта, зависит от устойчивости микроорганизмов и энзимов к воздействию тепла, условий нагрева, уровня рН продукта, размера контейнера и физического состояния продукта. Для того чтобы определить время обработки, нам нужно понимать как характеристики микроорганизмов, так и способы проникновения тепла внутрь продукта.Clostridium botulinum1 – самый опасный патоген, который может присутствовать в пищевых продуктах. Его уничтожение является минимальным требованием, предъявляемым к тепловой стерилизации. Мы видели, что уничтожение микроорганизмов происходит логарифмически. Вне зависимости от продолжительности воздействия тепла, невозможно создать абсолютно стерильный пищевой продукт, поэтому возникает понятие коммерческой стерильности: «Чтобы пищевой продукт мог считаться не содержащим жизнеспособные микроорганизмы, включая микроорганизмы, известные своей опасностью для здоровья, способные размножаться в пищевых продуктах при температурах, при которых, вероятно, будет содержаться продукт во время распространения и хранения» (Департамент здоровья и социального обеспечения DHSS, 1994). Например, процесс, позволяющий добиться уменьшения количества микроорганизмов на 12 логарифмических единиц в контейнере, содержащем 1000 спор, приведёт к тому, что на каждый миллиард произведенных контейнеров будет приходиться одна спора. На практике наиболее экономичные способы очистки для большинства продуктов представляют собой процессы, дающие уменьшение количества микроорганизмов от 2 до 8 логарифмических единиц.
Чтобы разобраться со временем обработки, нам нужно рассмотреть скорость проникновения тепла в пищевой продукт. Оно определяется многими факторами. Обычно коэффициент теплопередачи не является ограничивающим фактором. Скорость проникновения тепла зависит от типа продукта, размера и формы контейнера, активности движения контейнера, температуры в автоклаве.
Конечно, методом конвекции тепло передается намного быстрее, чем методом проводимости или перемешивания. При вращении банки в вертикальной плоскости часто можно увеличить скорость проникновения тепла в продукт. См. рисунок 3.
Рисунок 3. Вращение банок с продуктом в вертикальной плоскости
Различные процедуры стерилизации можно сравнивать друг с другом, рассматривая время тепловой гибели, TDT или F-показатель.
F-показатель – это время, необходимое для требуемого уменьшения общего количества микробов при данной температуре. Таким образом, этот показатель является мерой для комбинации времени и температуры для данного продукта. Часто этот показатель приводится с суффиксами, обозначающими температуру в автоклаве и z-показатель для соответствующего вида микробов. Так, F10115 означает процесс при температуре 115°С, воздействующий на микроорганизмы с z-показателем 10°С. Значение F можно определить как время, необходимое для уменьшения числа микроорганизмов в «D-показателе» раз. Следовательно,
F = D (log n1 – log n2),где n1 и n2 – начальное и конечное количество микробов. При описании процесса часто используют контрольное значение F0, которое соответствует воздействию при температуре 121°С на микроорганизмы с z-показателем 10°С.
Время обработки обычно рассчитывается математически или графически для определения общей устойчивостью продукта к времени-температуре и, как следствие, определения времени обработки, необходимого для получения данного F-показателя. Скорость проникновения тепла сильно зависит от типа упаковки. Стерилизованные продукты, как правило, хранятся в упаковках следующих четырех видов:металлические банки,- стеклянные банки или бутылки,
- гибкие пакеты,
- жесткие лотки.
Процессы при сверхвысокой температуре (UHT), или асептические процессы
Многие жидкие или полужидкие продукты при воздействии еще более высоких температур в течение еще более коротких промежутков времени достигают очень высокой степени стерилизации при минимальных изменениях продукта. Однако еще раз отметим, что основная сложность заключается в переносе тепла внутрь самого продукта. Процессы UHT также требуют очень высокой степени стерильности оборудования, атмосферы и контейнеров, которые наполняются продуктом. Поэтому системы UHT в настоящее время используются только для обработки жидких пищевых продуктов, содержащих либо не содержащих твердые частицы. Тепловая обработка перед упаковкой продукта осуществляется, например, с помощью теплообменников при температуре порядка 140°С. Это позволяет обойти трудности, связанные с размером упаковки, и такие процессы используются, например, для производства 1 тонных асептических пакетов с жидкими пищевым продуктами, такими как томатное пюре или яичная масса.Оборудование, используемое для получения условия UHT, состоит из устройств прямого метода воздействия (впрыск пара, впрыск продукта), устройств непрямого метода воздействия (пластинчатые или кожухотрубные теплообменники), а также других систем, как, например, устройства микроволнового или омического нагрева и т. д. При впрыске водяного пара мелкие пузырьки пара проникают в нагретый жидкий продукт, поднимая температуру примерно до 150°С; процесс обработки занимает 2-3 секунды. Хотя этот способ нагрева является одним из самых быстрых, а значит, особенно подходит для нагрева продуктов, чувствительных к теплу, на практике его можно применять только для обработки продуктов, обладающих малой вязкостью; кроме того, он требует тщательной подготовки пара из воды питьевого качества.
Нагнетание водяного пара представляет собой впрыск пищевого продукта в сосуд высокого давления с паром из воды питьевого качества. Температура продукта при этом повышается почти мгновенно, а время обработки, как и в предыдущем случае, составляет около трех секунд. Этот процесс проще контролировать, и он лучше подходит для обработки продуктов, обладающих высокой вязкостью.
Различные типы варки водяным паром
Устройства для варки паром можно разделить на устройства непрерывной варки, в которых тепловые процессы воздействуют на поток контейнеров, и устройства варки партиями, которые полностью закрываются перед началом теплового цикла.В общем, непрерывная пастеризация осуществляется в открытом с одного конца туннеле, в котором продукт движется на ленте и опрыскивается водяным паром или горячей водой. Туннель разделен на несколько тепловых зон (предварительный нагрев, варка и охлаждение). Такие системы используются для обработки продуктов в металлически и стеклянных банках.
С другой стороны, стерилизация обычно выполняется в системах повышенного давления, как правило, при температуре 121°С. Для этого необходимо, чтобы манометрическое давление пара было около 2 бар. Значит, стерилизаторы должны представлять собой закрытые системы. Такие устройства для паровой стерилизации партиями обычно называются автоклавами.
Пищевые продукты в металлических банках или гибких пластмассовых пакетах подвергаются воздействию высокой температуры при впрыске пара в автоклав. Часто пакеты или банки переворачиваются в вертикальной или горизонтальной плоскости. Такое вращение позволяет обеспечивать более равномерный нагрев, уменьшать время обработки и снижать потери качества из-за перегрева отдельных частей продукта. Тем не менее, этот процесс не подходит для обработки нежных или твердых продуктов. С другой стороны, постоянно увеличивается доля пластиковых упаковок, пригодных для обработки в автоклавах. Это позволяет стерилизовать продукты в полужестких пластмассовых контейнерах с многослойными пластмассовыми крышками или многослойными теплоизолированными гибкими пакетами.
Пригодная для обработки в автоклавах пластмасса, используемая для изготовления таких контейнеров, представляет собой подвергнутые экструзии и расслоению различные полимеры, включая полипропилен, полиамиды, полиэтилен-терефталат (РЕТ) и полиэтилен.
Использование тонких пакетов и тонких полужестких контейнеров обеспечивает большое соотношение между площадью поверхности и объёмом, что позволяет стерилизовать намного большее количество различных пищевых продуктов, таких как компоненты готовых блюд, соусы и т. д. Технология наполнения развита до такой степени, что предварительно сформированные пакеты из слоистого пластика можно наполнять со скоростью до 250 пакетов в минуту на одной машине .
Возможно, самое важное преимущество стерилизации водяным паром и варки в автоклавах заключается в том, что этот процесс хорошо известен, понятен, и его относительно просто автоматизировать. Большинство температурных профилей автоклавов в настоящее время контролируются компьютером. В прошлом количество обрабатываемых пищевых продуктов было ограничено из-за необходимости в жестких контейнерах, однако новые технологии упаковки теперь позволяют обрабатывать гибкие пластиковые пакеты. Самым слабым местом, по-видимому, остается необходимость в системе обработки партиями. Возможно, самое важное в данном случае - разработать поточный процесс, в ходе которого продукты в пакетах или на лотках будут непрерывно проходить через находящийся под давлением туннельный автоклав.
Производство готовых блюд
Общий вид системы
Типичная система для производства охлажденных или замороженных готовых блюд может выполнять следующую последовательность действий:- перемешивание готовых ингредиентов;
- варка всей массы ингредиентов;
- охлаждение всей массы;
- перемешивание приготовленных компонентов и добавление основы;
- упаковка готовых компонентов / смесей в пакеты для реализации;
- добавление горячей или холодной основы;
- пастеризация пакетов для распространения в охлажденном виде;
- охлаждение / замораживание пакетов;
- транспортировка на склад.
Большинство составляющих многокомпонентных продуктов требуют различных методов и разной длительности приготовления, поэтому предпочтение отдается приготовлению отдельных ингредиентов и наполнению систем в холодном виде. Варка обычно происходит в больших открытых сверху сосудах или в закрытых сосудах повышенного давления. Закрытые сосуды могут нагреваться горячей водяной рубашкой, паровой рубашкой или прямым впрыском пара. Впрыск пара обычно обладает наибольшей эффективностью и позволяет сократить время варки, но он подходит не для всех продуктов.
Из всех компонентов труднее всего варить твердые продукты, такие как кусочки красного мяса, курицы, рыбы или овощей. В большинстве коммерческих систем для передачи тепла продукту используется нагнетание воздуха или пара.
Системы приготовления замороженных полуфабрикатов и системы sous-vide
Система приготовления замороженных полуфабрикатов – это система, выполняющая полное приготовление пищевых продуктов, после которого следует быстрая заморозка и хранение. Затем продукт снова нагревается в месте употребления. Эта система часто используется в больницах и школах, а также авиаперевозчиками. Обычно продукты готовятся при температуре не менее 70°С в течение как минимум двух минут, после чего замораживаются. Срок хранения продукта после такой обработки составляет до 5 дней.Sous-vide – это разновидность замороженных полуфабрикатов. Готовый продукт распространяется в вакуумной упаковке. При изготовлении используются два подхода. В первом случае продукты готовятся частично, помещаются в вакуумную упаковку, а затем подвергаются пастеризации прямо в упаковке. Во втором случае продукты помещаются в вакуумную упаковку в сыром виде, а затем полностью или частично готовятся в упаковке. В большинстве случаев продукты до использования остаются в замороженном виде, а непосредственно перед использованием доводятся до готовности или подогреваются. Такой процесс значительно уменьшает прогорклость, вызванную окислительными процессами, и замедляет рост количества аэробных бактерий, однако при хранении в вакуумной упаковке потенциальную опасность представляет C. botulinum. По этой причине рекомендуется, чтобы все продукты sous-vide подвергались тщательной пастеризации.
Совершенствование технологий
Как обсуждалось выше, при обработке запаянных продуктов при температуре 85°С в течение трех минут срок их хранения увеличивается до 3 недель. Burfoot at al., 1998, изучили возможность получения такого результата при помощи технологии с использованием пробной микроволновой установки и обычного принудительного обдува воздухом или паром под давлением. Выводы авторов приведены в таблице 3 ниже. Пар под давлением представляет собой единственную надежную технологию, позволяющую получить описанный выше результат, не обжигая поверхность продукта.Существует несколько коммерческих микроволновых систем, разработанных, помимо прочих, компаниями APV-Baker и Microwave Systems в Великобритании, Alfastar в Швеции и Berstoff в Германии. Однако ни одна из них не получила коммерческого успеха из-за того, что стоимость либо неоднородность распределения температуры ограничивали возможности их применения.
Таблица 3. Преимущества и недостатки различных систем пастеризации
| Метод | Преимущества | Недостатки |
| Конвекция потоком воздуха | Недорого, технологически доступно | Продукт может «подгореть», изменить цвет или перевариться. Долгое время нагрева (> 120 минут пи 115°С). |
| Пар под давлением | Технологически доступно | Обработка партиями, если не использовать очень дорогое оборудование. В незапаянных упаковках на поверхности продукта скапливается конденсат. Время нагрев около 22 минут при температуре 115°С может повредить нежнымпродуктам. |
| Микроволны | Быстро: ≈ 160 секунд при 6 кВт | Высокая капитальная стоимость «подгорание», изменение цвета и неравномерный нагрев. |
Альтернативные технологии
В настоящее время разрабатываются и проходят тестирование технологии пастеризации / стерилизации / варки с более высокой скоростью, чтобы можно было производить безопасный продукт при минимальной обработке. К таким методам относятся облучение, которое стабильно дает уменьшение численности всех самых опасных патогенов на 5 логарифмических единиц, но потребители в Европе относятся к обработанным таким образом продуктам отрицательно. Другие виды тепловой обработки, такие как омический или микроволновой нагрев, позволяют добиваться необходимых для пастеризации температур внутри пищевых продуктов, однако они связаны с проблемами размера партии, стоимости и однородности распределения температуры. Другой способ пастеризации или стерилизации при более низких температурах или за меньше время заключается в использовании повышенного давления. Однако для этого требуется очень высокое давление, что резко ограничивает объёмы, которые можно обрабатывать таким образом, и требует дополнительного времени на нагнетание и сброс давления в оборудовании. В качестве иллюстрации на рисунке 4 приведен график стабильности давления-температуры для Escherichia coli (E. Coli - грам-отрицательные палочковидные бактерии, принадлежащие к семейству Enterobacteriaceae, роду Escherichia). Контур на диаграмме соответствует комбинациям температуры и давления, дающим в течение пяти минут уменьшение количества бактерий на 2 логарифмических единицы. Давление в данном случае измеряется в мегапаскалях (1 МПа = 10 бар).
Рисунок 4. Диаграмма стабильности давления и температуры для E. coli, дающих уменьшение количества бактерий на два порядка величины в течение 5 минут.
Выводы
Итак, мы рассмотрели современные вопросы, касающиеся процессов пастеризации и стерилизации готовых продуктов и блюд. Водяной пар давно считается самой популярной средой для подогрева в процессах стерилизации пищевых продуктов, таких как консервирование при помощи закрытых автоклавов. В прошлом количество обрабатываемых таким образом пищевых продуктов было ограничено из-за необходимости упаковки продуктов в жесткие контейнеры. В настоящее время коммерческая стерилизация в паровых автоклавах применяется при изготовлении все большего количества разных пищевых продуктов, в основном, благодаря появлению гибких пакетов, изготавливаемых из слоистого пластика, пригодного для обработки в автоклавах. Такие пакеты позволяют стерилизовать в паровых автоклавах тонкие упаковки жидких пищевых продуктов, которые при этом вращаются в вертикальной плоскости, что ускоряет перенос тепла внутрь упаковки. Большинство автоклавов работают при температуре около 121°С, и мы обсудили, почему желательно использовать более высокие температуры: они позволяют получать стерильные продукты при меньших изменениях органолептических и питательных свойств продуктов. В настоящее время технологии UHT (процессы при сверхвысоких температурах) позволяют использовать водяного пара в продукт или продукта в емкость с паром. В обоих случаях продукт нагревается примерно до 150°С за очень короткое время (около трех секунд). К сожалению, природа таких процессов позволяет использовать их только при обработке жидких пищевых продуктов. Наконец, степень тепловой обработки, требуемая с точки зрения безопасности, зависит от начального количества микробов в ингредиентах. Поскольку большинство мясных и овощных продуктов загрязнены микробами только на поверхности, обеззараживание поверхности водяным паром может позволить сократить время, необходимое для последующей тепловой обработки, что, в свою очередь, позволит сохранить качество конечного продукта.
________________________ 1 Clostridium botulinum - грамположительная бактерия рода клостридий, возбудитель ботулизма — тяжёлой пищевой интоксикации, вызываемой ботулиническим токсином и характеризуемой поражением нервной системы. regklapan.ru
Стерилизация и пастеризация. - Мясо и специи. Блог технолога.
Стерилизация.
Стерилизация — нагревание продукта до температуры выше 100°С, для подавления жизнедеятельности микроорганизмов либо для их полного уничтожения.
Основными источниками загрязнения консервов до стерилизации являются мясное сырье, вспомогательные материалы и специи. Обсеменение происходит при обвалке, жиловке, от инструментов, от рук рабочих, воздуха, тары и т. д.
Перед стерилизацией проводится проверка бактериальной обсемененности с целью уточнения режимов стерилизации и условий хранения продукта. Общее количество м/о в 1 г не должно превышать:
•Мясо тушеное – 200 000 микробных клеток;
•Паштет мясной – 10 000 микробных клеток.
В консервах до стерилизации могут находится токсигенные спорообразующие анаэробы Cl. botulinum и гнилостные анаэробы Cl. sporogenes, Cl. perfringens, Cl. Putrificum, термофильные микроорганизмы Bacillus coagulans и др.
Нагрев мяса при температуре 134?С в течение 5 мин уничтожает практически все виды спор. Однако воздействие повышенных температур приводит к необратимым глубоким химическим изменениям продукта. В связи с этим наиболее распространенная и предельно допустимая температура стерилизации мясопродуктов в пределах 120°С. При этом подбирают такую продолжительность нагрева, которая обеспечивает достаточно эффективное обезвреживание споровых форм микробов и резкое снижение их жизнедеятельности (? 40 мин).
Режим стерилизации определяется температурой и продолжительностью ее воздействия. Правильный режим стерилизации гарантирует высокое качество продукта, отвечающего требованиям промышленной стерильности (если в 1г продукта не более 11 клеток B. subtilis при отсутствии возбудителей ботулизма и других токсигенных форм).
Понятие о формуле стерилизации.
Банки загружают в аппараты периодического или непрерывного действия, прогревают установку и банки до температуры стерилизации, проводят стерилизацию в течение периода отмирания микроорганизмов, после снижения температуры аппарата банки выгружают, и цикл повторяется. Условную запись теплового режима аппарата, в котором стерилизуются консервы, называют формулой стерилизации. Для аппаратов периодического действия эта запись имеет вид(А+В+С)/Т
где А - продолжительность прогрева автоклава от начальной температуры до температуры стерилизации, мин; В — продолжительность собственно стерилизации, мин; С — продолжительность снижения температуры до уровни, позволяющего производить разгрузку аппарата, мин; Т—заданная температура стерилизации, °С.
Температура в центральной зоне банки отстает от температуры в автоклаве, что объясняется низкой теплопроводностью продукта. Скорость прогрева содержимого банки, в свою очередь, зависит от вида теплопередачи: в жидкой составляющей консервов теплопередача происходит быстрее; в плотной части консервов теплопередача идет более медленно.
При определении режимов стерилизации необходимо знать:
1) температура содержимого консервов в процессе нагрева изменяется во времени, причем консервы по объему прогреваются неравномерно;
2) жидкая часть консервов прогревается быстрее плотной;
3)наиболее трудно прогревается точка, расположенная несколько выше геометрического центра банки, так как теплопередача со стороны крышки тормозится (в невакуумированных консервах) из-за наличия воздушного пузыря в незаполненном пространстве консерва;
4) температура по времени в центральной зоне консерв изменяется иначе, чем в самом аппарате (автоклаве).
Таким образом, значение величин А, В, С и Т в формуле стерилизации характеризует лишь режим работы аппарата и не отражает степени эффективности действия параметров термообработки на консервируемый продукт.
Рассматривая величины, входящие в формулу стерилизации, можно заметить, что величину Т выбирают как максимально допустимую температуру для данного вида консервов (т, е. вызывающая наименьшие изменения качественных показателей продукта), а значения А и С зависят в основном от конструктивных особенностей автоклава. Чем выше начальная температура содержимого банки, тем меньше времени А требуется для ее прогрева до необходимого уровня Температуры.
Значение величины А будет зависеть лишь от объема и вида тары. В связи с этим при работе на вертикальных автоклавах пользуются постоянными заданными значениями А: для жестяных банок вместимостью до 1 кг — 20 мин, для банок большей вместимости — 30 м.ин, для стеклянных банок вместимостью 0,5 кг — 25 мин, вместимостью 1 кг — 30 мин.
Значение величины С обусловлено необходимостью выравнивания давления в отстерилизованной банке с атмосферным перед разгрузкой автоклава. Пренебрежение этапом снижения давления приводит к необратимой деформации жестяных банок или к срыву крышек со стеклянной тары.
Нагрев продукта в процессе стерилизации (этапы А и В) сопровождается увеличением внутреннего давления внутри банки. Величина избыточного внутреннего давления в герметичном объеме банки зависит от содержания влаги, степени вакуумирования, степени расширения продукта в результате нагрева, а также от коэффициента заполнения банки и степени увеличения объема тары вследствие теплового расширения материала и вспучивания концов банок.
Степень теплового расширения материала тары (особенно у стекла) всегда ниже степени теплового расширения мясопродуктов. Поэтому устанавливают регламентируемые значения коэффициентов заполнения банок: для жестяных банок — 0,85—0,95, для стеклянных — меньше.
Избыточное давление в банке по сравнению с давлением в автоклаве обусловлено в основном давлением присутствующего воздуха. Вакуумирование банок, а также прогрев содержимого консервов перед укупоркой позволяют снизить величину внутреннего давления. Уровень перепада давлений в банке и в стерилизующем аппарате не должен выходить за определенные пределы. При диаметре банки 72,8 мм значение Ркр составляет 138 кН/м2, диаметре 153,1 мм соответственно 39 кН/м2.
Для создания этих условий в автоклав при стерилизации подают сжатый воздух или воду. Противодавление лучше создавать водой, имеющей высокий коэффициент теплопроводности и одновременно служащей греющей средой.
Необходимое для разгрузки автоклава снижение давления в аппарате до атмосферного по окончании стерилизации приводит к увеличению перепада давлений в банке и автоклаве, так как консервы сохраняют высокую температуру. По этой причине давление выравнивают постепенно, подавая в автоклав холодную воду под давлением, равным установившемуся в нем к концу стерилизации. В результате быстрого охлаждения консервов внутреннее давление падает, что позволяет осторожно понижать давление в самом автоклаве. Конечная температура охлаждения для жестяных банок перед их выгрузкой из автоклава установлена в пределах 40—45°С.
Период времени, необходимый для снижения давления в аппарате (величина С), составляет в среднем 20—40 мин.
Стерилизацией не всегда достигается полное отмирание микроорганизмов. Это зависит от:
1.Чем больше термостойкий микроорганизм, тем сложнее справиться (споры сенной палочки выдерживают 130 ?С).
2.Общего количества микроорганизмов.
3.От консистенции и гомогенности продукта (в жидких консервах м/о погибают за 25 мин, а в плотных – за 50 мин.).
4.от рН
5.от наличия жира (кишечная палочка в бульоне при 100 ?С погибает за 1 сек, а в жире – за 30 сек.
6.от наличия соли и сахара.
Стерилизация в электромагнитном поле токами высокой частоты (ТВЧ) и сверхвысоких частот. Стерилизация достигается за счет образования тепла в клетках микроорганизмов под действием переменного электромагнитного поля. Стерильное мясо можно получить при нагревании до 145°С в течение 3 мин. Одновременно ТВЧ- и СВЧ-нагревы обеспечивают сохранность пищевой ценности продукта.
Стерилизация ионизирующими облучениями. К ионизирующим излучениям относят катодные лучи —поток быстрых электронов, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Ионизирующие излучения обладают высоким бактерицидным действием и способны, не вызывая нагрева продукта, обеспечить полную стерилизацию.
Продолжительность стерилизации ионизирующими облучениями — несколько десятков секунд. Однако высокая интенсивность облучения приводит к изменению составных частей мяса. После ионизационной обработки продукт внутри банки остается сырым, поэтому его нужно довести до состояния кулинарной готовности одним из обычных способов нагрева.
Стерилизация горячим воздухом. Горячий воздух температурой 120°С циркулирует в стерилизаторе со скоростью 8 - 10 м/с. Данный способ дает возможность повысить теплопередачу от греющей среды консервам , снизить вероятность перегрева поверхностных слоев продукта.
Стерилизация в аппаратах периодического действия. Наиболее распространенным типом аппаратов периодического действия для стерилизации консервов являются автоклавы СР, АВ и Б6-ИСА. Автоклавы подразделяются на вертикальные (для стерилизации консервов, выпускаемых в жестяной и стеклянной таре, паром или в воде) и горизонтальные (для стерилизации консервов в жестяной таре паром). Температуру и давление в автоклавах регулируют ручным методом или с помощью пневматических и электрических программных устройств — терморегуляторов.
В автоклавные корзины банки укладывают вручную, посредством загрузки транспортером «навалом» (в водяной ванне или без нее), гидравлическими и гидромагнитными укладчиками. Разгрузку производят, опрокидывая автоклавные корзины.
Рис. 1. Гидростатический стерилизатор А9-ФСА:
1 — камера подогрева; 2 камера стерилизации; 3 — камера первичного охлаждении; 4 — камера дополнительного охлаждения; 5 - бассейн охлаждения; 6 - механизм загрузки и выгрузки; 7 - линия слива водв в канализацию; 8 - цепной конвейер
Стерилизация в аппаратах непрерывного действия. Стерилизаторы непрерывного действия подразделяют на роторные, горизонтальные конвейерные, гидростатические. Первые два типа редко используют.
В гидростатических стерилизаторах непрерывного действия применен принцип уравновешивания давления в камере стерилизации с помощью гидравлических шлюзов.
В гидростатических стерилизаторах длина участков конвейера в зонах подогрева и охлаждения одинакова, поэтому формула стерилизации имеет симметричный вид А—В—А. Температура стерилизации поддерживается в результате регулирования положения уровня воды в камере стерилизации.
Гидростатический стерилизатор работает следующим образом. Банки загружают в банконосители бесконечного цепного конвейера, который подает их в шахту гидростатического (водяного) затвора-шлюза. После прогрева банки поступают в камеру парового стерилизатора, нагреваются до 120 °С и попадают в зону водяного охлаждения, где температура консервов падает до 75—80°С. Выйдя из гидростатического затвора, банки поступают в камеру дополнительного водяного охлаждения (40-50°С), после чего консервы выгружают из стерилизатора.
При использовании стерилизаторов непрерывного действия отпадает необходимость предварительного прогрева аппарата, поэтому две величины формулы стерилизации А и В образуют одну B` и она приобретает вид (В' + С)/Т.Пастеризация.
Пастеризация является одной из разновидностей термообработки, при которой уничтожаются преимущественно вегетативные формы микроорганизмов. В связи с этим при выработке качественных пастеризованных консервов к сырью предъявляют ряд дополнительных жестких санитарно-гигиенических и технологических требований. Для таких консервов обычно используют свинину в шкуре; контролируют величину рН сырья (для свинины рН должна быть 5,7—6,2, для говядины — 6,3—6,5). В процессе посола и созревания рекомендуется применение шприцевания рассолов, массирования и тумблирования. Сырье фасуют в эллиптические или прямоугольные металлические банки вместимостью 470, 500 и 700 г с одновременным закладыванием желатина (1%). После подпрессовки банки укупоривают на вакуум - закаточных машинах.
Пастеризацию производят в вертикальных либо ротационных автоклавах. Режим, пастеризации включает время прогрева банок при 100°С (15 мин), период снижения температуры в автоклаве до 80°С (15 мин), время собственно пастеризации при 80°С (80—110 мин) и охлаждения до 20°С (65—80 мин). В зависимости от вида и массы консерв общая продолжительность процесса пастеризации составляет 165—210 мин; период прогрева центральной части продукта при 80°С— 20-25 мин.
При пастеризации в продукте могут сохраняться термоустойчивые виды микроорганизмов, способные развиваться при температурах до 60°С, а также термофильные виды с оптимумом развития при 53—55°С. Для предотвращения повышения обсемененности микроорганизмами необходимо как можно быстрее прогревать и охлаждать банки с тем, чтобы «пройти» температурный оптимум развития микроорганизмов. Самой опасной считают температуру 50 - 68°С.
Количество желе в пастеризованных изделиях увеличивается (от 8,2 до 23,8%) с повышением температуры термообработки (от 66 до 94 °С). Однако длительный нагрев ухудшает качество не только самого продукта, но и свойства желе (крепость, способность к застудневанию). Использование температур свыше 100°С при термообработке пастеризованных консервов (в период прогрева) сопровождается ухудшением сочности продукта, рыхлостью, ухудшением консистенции.
Тиндализация представляет собой процесс многократной пастеризации. При этом консервы подвергают термообработке 2—3 раза с интервалами между нагревом в 20 - 28 ч. Отличие тиндализации от обычной стерилизации заключается в том, что каждого из этапов теплового воздействия недостаточно для достижения необходимой степени стерильности, однако суммарный эффект режима гарантирует определенную стабильность консервов при хранении.
При данном способе термообработки микробиологическая стабильность обеспечивается тем, что в процессе первого этапа нагрева, который недостаточен по уровню стерилизующего эффекта, погибает большинство вегетативных клеток бактерий. Часть из них вследствие изменившихся условий внешней среды успевает модифицироваться в споровую форму. В течение промежуточной выдержки споры прорастают, а последующий нагрев вызывает гибель образовавшихся вегетативных клеток.
Так как степень воздействия режимов пастеризации и тиндализации на составные части мясопродуктов менее выражена, чем при стерилизации, пастеризованные изделия имеют лучшие органолептические и физико-химические показатели.
Пастеризованные консервы относят к полуконсервам, срок их хранения при t = 0—5°С и ? не выше 75% 6 мес. Тиндализованные консервы, срок хранения которых при t не выше 15°С 1 год, относят к «3/4 консервам». Условная запись режима пастеризации имеет вид, аналогичный с формулой стерилизации. В нее входит несколько формул тепловых режимов с указанием периодов выдержки консервов между нагревами. Пастеризованные консервы являются деликатесным видом изделий.
meat-and-spices.com
Пастеризация молока. Как провести пастеризацию молока в домашних условиях? :: SYL.ru
Человечество всегда пыталось уметь правильно продлевать срок употребления продуктов, не уменьшая при этом его полезных свойств. В середине 19-го века великий ученый, основатель иммунологии Луи Пастер, открыл технологию пастеризации, что дало возможность обеззараживать продукты питания и значительно увеличивать срок их годности.
В современном мире большая часть жидких продуктов проходит данный процесс. Слово "пастеризованное" чаще всего мы видим в магазине на упаковке с молоком. И становится интересно, а возможна ли пастеризация молока в домашних условиях? Безусловно, да. Так давайте же попробуем подробно разобраться в данном процессе.
Пастеризация – это что?
Вначале нужно сказать о самом процессе пастеризации. Эта технология подразумевает в себе нагревание молока до 60-градусной температуры в течение получаса или же до 80 градусов, но тут время нагревания сокращается до 10-20 минут. Значит, температура пастеризации молока - 60-80 градусов, в зависимости от длительности. За этот период часть микроорганизмов погибает, а другая часть снижает активность, тем самым продлевая срок годности молочного продукта. В результате мы и получаем пастеризованное молоко. Пастеризация молока – процесс нетрудный.
Пастеризация в домашних условиях
Теперь о том, как же проводится пастеризация молока в домашних условиях. В качестве примера расскажем про длительную пастеризацию при температуре 60 градусов. Самым оптимальным будет нагревать не само молоко, а кастрюлю с водой, и уже туда поместить упаковку с молоком. При таком режиме пастеризациимолоко будет пастеризовано так же, как если бы мы кипятили его, но качество молочного продукта претерпит минимальные изменения.
Не забывайте самое главное: пастеризация молока – это разовый процесс. От второго раза молоко лучше не станет, а только потеряет часть своих полезных свойств. Также советуем вам, если вы имеете свою собственную корову, после получения парного молока произвести охлаждение. Ведь известно, что при своей температуре такое молоко уже через два-три часа начинает скисать. Пастеризация и охлаждение молока до нужной температуры помогут дольше сохранить его свежесть. Охлаждайте молоко до 10 градусов, чтобы продлить его срок.
Пастеризация молока в мультиварке
С приходом на кухню эры мультиварок пришел и новый вариант пастеризации молока. Теперь не нужно стоять все время у плиты и смотреть на часы, боясь, что молоко убежит в любую минуту, да еще при этом постоянно снимать с него пенку. Теперь достаточно нажатия пары кнопок. Для того чтобы пастеризовать молоко в любой мультиварке, необходимо влить его в кастрюлю и поставить на температуру от 60 до 80 градусов. Если молоко домашнее, то при температуре 80 градусов можно поставить таймер на 20 минут. Если же оно купленное, то лучше будет увеличить срок пастеризации для большей надежности еще минут на двадцать.
В мультиварках нового поколения появился режим "Пастеризация". Там уже достаточно просто влить молоко в кастрюлю, нажать на одну кнопку и просто ждать оповещения о завершении данного процесса. Также желательно простерилизовать банки или бутылки, куда вы будете потом сливать молоко.
Режим пастеризации. Есть ли разница?
Как уже сказано выше, от выбранной температуры зависит время процедуры. И в зависимости от этих двух факторов различают следующие виды пастеризации: ультравысокотемпературная, высокотемпературная кратковременная и длительная. Длительной пастеризацией называется процесс, который длится тридцать минут при температуре 60 градусов. Этот вид считают самым трудоемким, но и самым надежным в плане уничтожения вредных микроорганизмов.
Кратковременная высокотемпературная пастеризация проводится только в промышленных условиях, так как для данного режима нужно специальное оборудование, в котором в течение нескольких секунд молоко прогревается, после чего сразу же охлаждается. Минус данной пастеризации в том, что если ошибиться буквально на пару секунд, то можно либо провести пастеризацию не до конца, в результате чего все микроорганизмы выживут, либо передержать молоко, тем самым уничтожив все его полезные свойства. Поэтому нельзя говорить, что пастеризованное покупное молоко у любого предприятия будет одинакового качества.
Мгновенный нагрев
Есть также довольно простой метод пастеризации, который называется мгновенным нагревом. Данный процесс был разработан для матерей, которые больны ВИЧ-инфекцией, и из-за чего они не могут безопасно вскармливать своих детей. Метод заключается в том, что вначале нужно сделать водяную баню. Водяная баня делается быстро и легко. Берем две кастрюли разного размера. В кастрюлю, которая больше размером, наливаем воду и ставим разогревать на плиту, после чего ставим кастрюлю меньшего размера в большую. После этого наливаем молоко в маленькую кастрюлю, и как только вода закипает, сразу же убираем молоко, готовое к употреблению и прошедшее краткий процесс пастеризации
Пить или не пить?
Многие противники этого процесса говорят, что все полезные бактерии уничтожаются, и пить молоко после пастеризации нет никакого смысла, ведь этот метод создан лишь для того, чтобы продлить срок годности молока. Но они путают его с процессом стерилизации, где молоко нагревается до 100 градусов, и в таком режиме уничтожаются все бактерии, оставляя просто белую оболочку. При пастеризации же максимальная температура всего лишь 87 градусов, а значит, молоко сохраняет большую часть своих полезных свойств. Поэтому теперь, задаваясь вопросом о том, стоит ли делать пастеризацию молока, вы сможете определиться с ответом.
www.syl.ru
ПАСТЕРИЗАЦИЯ И СТЕРИЛИЗАЦИЯ - Сайт М. Вишневского «ЗА ГРИБАМИ»
Стерилизация, или обеззараживание, – термин очень широкий. Суть его сводится к тому, что в приготовленном продукте нужно убить все живое и враждебное: как взрослые грибки, плесени, бактерии и другие микроорганизмы, так и их споры, и прочие покоящиеся структуры, которые, как правило, устойчивее своих «родителей» и, пережив их гибель, могут дать новое поколение.
В этом смысле процессом стерилизации является и пастеризация, и тиндализация, и ультрапастеризация, и собственно стерилизация в узком смысле, и вообще любая операция, приводящая к полной или максимальной гибели вредоносных микроорганизмов, населяющих продукты. Т.е. если бы мы с вами умели давить микробов вручную, это тоже было бы одним из видов стерилизации.
Стерилизация, как вы прекрасно понимаете, применяется для обеззараживания пищевых продуктов не из-за ненависти к микроорганизмам, а для продления срока хранения продуктов, чаще жидких или содержащих значительное количество жидкости. Если продукт не является хорошим субстратом для развития плесеней и бактерий, или условия, в которых он хранится, этому не способствуют, то и в самой стерилизации необходимости нет. Например, сушеные грибы содержат столь мало влаги, что микроорганизмы развиться на них не могут. На грибах, лежащих в морозилке при температуре –18° С, тоже ничего не вырастет.
После стерилизации нельзя оставить продукт как есть, иначе он тут же будет «засеян» агрессивной микрофлорой, и все усилия пропадут даром. Именно для этого придумано закатывание (или любое другое герметичное укупоривание) стерилизованных заготовок. Более того, тара, в которую складывается обработанный продукт, тоже должна быть стерилизована. Своеобразным аналогом герметизации является заливка горячей заготовки горячим жиром (топленым животным жиром или сливочным маслом). Это создает поверх заготовки непроницаемый и непригодный для питания микробов защитный слой, наподобие закаточной крышки. Такие консервы можно накрывать просто пергаментом, не опасаясь их порчи.
Посуда для заготовок (речь идет о банках и бутылках, а также крышках и пробках к ним), нуждается либо в хорошей мойке с последующей просушкой, либо в стерилизации. В принципе, мойки с просушкой вполне достаточно. Дело в том, что при пастеризации и стерилизации банки с крышками стерилизуются вместе с заготовкой, и большой нужды в их отдельной дополнительной стерилизации нет. Стерилизация (кипячение) необходима только для крышек (и прокладок) в том случае, если банка с заготовкой не закатывается перед тепловой обработкой, а только прикрывается ими. При негерметичном закрывании (соленые и маринованные грибы) стерилизация банок также излишня, т. к. сами заготовки не стерильны.
Банки обычно моют теплой мыльной водой или раствором горчицы или питьевой соды (1 ч. л. на 1 л воды). После этого банки ополаскивают проточной водой и высушивают, поставив вверх донышками на полотенце. Если вы фанат чистоты, вымытые банки можно просушить в духовке при температуре 120-180 °С в течение 5-15 минут. Это уже стерилизация. Охлаждать банки в этом случае следует, не вынимая из духовки. При консервировании способом горячего розлива (когда в банку закладывается или заливается горячая заготовка – например, грибы вместе с кипящим маринадом) для дополнительного обеззараживания чисто вымытую банку можно хорошо прополоскать и подержать над паром (кипящий чайник).
Банки можно стерилизовать в мультиварке. Для этого вымытые банки помещают в контейнер-пароварку донышками вверх и обрабатывают в режиме «Варка на пару» 30 минут. Подходит для этих целей и микроволновая печь. При стерилизации в СВЧ в каждую банку нужно налить по 2 ст. л. воды, установить их на специальную тарелку и поставить в микроволновку на 2—3 минуты. Вода в банках закипит и простерилизует их паром. Обработанные таким образом банки можно сразу заполнять готовыми консервами.
Крышки и уплотнительные кольца нужно вымыть в слабом растворе питьевой соды или мыльной воде и ополоснуть проточной водой. Затем крышки следует кипятить на слабом огне в течение 10-15 минут. Делать это надо не ранее, чем за 2 часа до начала закатывания банок. Крышки из полиэтилена также должны быть предварительно вымыты в содовом растворе и обданы кипятком или прогреты в воде при температуре 80-85 °С. Пробки для бутылок нужно обязательно прокипятить в течение 5-10 минут для придания им эластичности. Крышки и пробки тоже можно сушить в духовке.
Теперь давайте разберемся, какими бывают виды стерилизации продуктов, а потом посмотрим, что можно с этим сделать в домашних условиях.
Самый древний метод стерилизации пищевых продуктов называется пастеризацией, по имени французского микробиолога Луи Пастера. Технология была предложена им в середине XIX века, она заключалась в одноразовом нагревании продуктов или веществ до 60 °C в течение 60 минут или при температуре 70—80 °C в течение 30 минут. Заодно из-за нагревания из продукта выходит лишний воздух, а оставшийся также стерилизуется. При такой обработке в продуктах погибают все вегетативные («взрослые») формы микроорганизмов, они, как и мы состоят из белка, а белок, каким бы он ни был термоустойчивым, при такой температуре неминуемо сворачивается, и микроорганизм погибает. Однако споры плесеней и бактерий, защищенные толстой непроницаемой оболочкой, остаются в жизнеспособном состоянии, и при возникновении благоприятных условий начинают интенсивно развиваться. Поэтому пастеризованные продукты хранят при пониженных температурах, и в течение ограниченного периода времени. Считается, что пищевая ценность продуктов при пастеризации практически не изменяется, так как сохраняются вкусовые качества и ценные компоненты (витамины, ферменты).
В настоящее время режимы пастеризации несколько изменились. В пищевой промышленности в зависимости от вида и свойств пищевого сырья используют длительную пастеризацию (при температуре 63—65 °C в течение 30—40 минут), короткую (при температуре 85—90° C в течение 0,5—1 минуты) и мгновенную пастеризацию (при температуре 98° C в течение нескольких секунд).
Пастеризация – основной вид тепловой стерилизующей обработки, который может быть применен в домашних условиях, поскольку получить температуру свыше 100° С дома без автоклава достаточно проблематично. Традиционно пастеризация проводится на водяной бане (когда банки с заготовками помещаются в кастрюлю с кипящей водой). При этом внутри заготовки достигается температура в 70-95° С, что вполне отвечает технологическим требованиям.
При этом нужно очень хорошо понимать, что по правилам пастеризация не может применяться при консервировании продуктов, т. е. при их герметизации, т. к. герметично закрытая тара является благоприятной средой для прорастания спор анаэробной (развивающейся в отсутствии кислорода) микрофлоры, в т. ч. ботулиновых бактерий. Именно поэтому соленые и маринованные грибы не закатывают, а просто негерметично закрывают пластмассовыми или завинчивающимися крышками. Еще раз. При температуре ниже 100° С выживают споры анаэробных бактерий, которые после герметизации (закатывания) прорастут и отравят вашу заготовку токсинами. Если же банку закрыть неплотно, это, с одной стороны, станет источником для аэробных бактерий и плесеней (но они куда менее опасны по сравнению с анаэробными), зато впустит в заготовку кислород, что создаст неблагоприятные условия для анаэробных бактерий и не даст им развиться.
Тем не менее, с помощью пастеризации можно добиться полной стерилизации заготовки. В целях долговременного консервирования продуктов, в особенности первоначально загрязненных землей (земля – основной источник ботулиновых клостридий), в первую очередь – грибов, применяют дробную пастеризацию — тиндализацию.
Тиндализация — способ стерилизации, предложенный в конце XIX века английским физиком Джоном Тиндалем. Он заключается в дробном нагревании жидкостей (как правило, в течение 1 часа) от двух до пяти раз с промежутками в 1-2 суток. За это время споры бактерий, выжившие при нагревании 100 °С, прорастают, и вышедшие из них вегетативные клетки бактерий погибают при последующем нагревании. При этом есть небольшая хитрость. После первой пастеризации заготовку надо убрать не в холодильник, а оставить при комнатной температуре. Таким образом, предоставив спорам бактерий и плесеням оптимальные температурные условия, мы выманиваем их, заставляем прорасти. Конечно, микробов при этом будет несравнимо меньше, чем до первой пастеризации, ведь бόльшая часть спор погибнет уже при первой обработке. На развитие плесеней и бактерий из спор потребуется 1-2 дня. После этого проводится повторная пастеризация, чтобы убить «нежданчиков». Теоретически они могут успеть оставить новые споры, которые выживут совсем уже в мизерном количестве, и тогда особо мнительные хозяйки, выдержав заготовку при комнатной температуре еще сутки-двое, могут провести третью пастеризацию. В принципе, лучше перебдеть, чем недобдеть. Некоторые промышленные стандарты предусматривают пятикратную пастеризацию (правда для фармацевтических целей). Тиндализация – очень надежный способ для консервирования (закатки), ею пользуются многие хозяйки, особенно при заготовке грибной игры и грибо-овощных смесей.
Если вы закатываете заготовку до начала обычной или дробной пастеризации, ее нужно проверить на герметичность. Для этого лучше всего поставить закатанные банки в большую кастрюлю и наполнить водой так, чтобы она закрывала тару вместе с крышками. Если банки закатаны плохо, на поверхность воды начнут выходить воздушные пузырьки. В этом случае заготовки следует закатать повторно и снова проверить на герметичность. Другой способ проверки герметичности – несколько раз прокатать укупоренные банки по столу и установить кверху дном: вблизи от места проникновения воздуха в банке обычно образуется пенка или появляются пузырьки. В этом случае следует еще немного прокатать крышку закаточной машинкой. Если банки предварительно не закатываются, их следует просто прикрыть крышками, после чего можно приступать к традиционной домашней пастеризации – на водяной бане. Заполненные и закрытые крышками банки ставят в глубокую кастрюлю, наполненную теплой или горячей водой, на дно которой положена деревянную решетку или ткань, сложенная в несколько слоев (чтобы банки не лопнули от неравномерного прогревания). Закаточные крышки для банок нужно прокипятить в течение 10–15 минут вместе с резиновыми прокладками и немедленно накрыть ими поставленные в емкость для кипячения банки. Затем кастрюлю ставят на огонь и нагревают воду до нужной температуры. Банки не должны касаться стенок бака (кастрюли) и друг друга, иначе они могут треснуть. Не стоит забывать, что за один прием можно стерилизовать только банки одинакового объема. Обработку проводят при слабом кипении воды. Пастеризуют заготовки от 10-15 минут до 1 часа и более, в зависимости от объема банок. Обычно банки емкостью до 0,5 л прогревают 10–15 минут, до 1 л – 20-30 минут, до 3 л – 30-40 минут. Отсчет времени начинают с момента достижения нужной температуры. При повторной пастеризации время тепловой обработки обычно снижают вдвое от первоначального.
После стерилизации банку вынимают из воды специальными щипцами, не сдвигая и не поднимая крышки, затем крышку закатывают или плотно закрывают. Если банка закатана до начала пастеризации, уровень воды в кастрюле при кипячении должен быть ниже уровня крышек на 1,5-2 см (т. е. соответствовать уровню продукта в банке). Время пастеризации зависит и от консистенции продукта. К примеру, жидкие грибные заготовки (соусы, экстракты), а также мелко нарезанные или мягкие грибы прогревают меньше, чем заготовки, сделанные из крупно нарезанных или цельных грибов, или грибов с плотной мякотью.
Ультрапастеризация разработана для жидких продуктов. Такой обработке обычно подвергается сырое молоко и фруктовые соки. Жидкость на 2-3 секунды нагревают до температуры 135—150 °C и сразу же охлаждают до 4—5 °C. При этом патогены и микроорганизмы уничтожаются. Молоко, например, после такой обработки пригодно для употребления 6 недель и дольше. Теоретически ультрапастеризация очень подошла бы для стерилизации грибных экстрактов и соусов, однако в домашних условиях она недостижима. И не беда, потому что в отличие от пастеризации, в продуктах, подвергшихся ультрапастеризации уже начинают частично разрушаться витамины (например, фолиевая кислота, витамины B12, С и B1).
Для традиционного (негерметичного) баночного хранения соленых и маринованных грибов пастеризация (и тем более стерилизация) не нужна. Можно стерилизовать банки, в которые они выкладываются, но в принципе это не обязательно. Соль и уксус, содержащиеся в соленых и маринованных грибах, сами по себе являются надежными консервантами и позволяют храниться заготовкам длительное время. Ту же роль играет сахар в грибном (и любом другом) варенье. Между тем стерилизовать можно любые грибы – соленые, маринованные, квашенные, жаренные, тушеные и т. п., лишь бы соблюдалась технология. В кислой среде микроорганизмы погибают быстрее и при более низкой температуре, поэтому маринованные грибы нет необходимости нагревать до 100 °С, 80-85° вполне достаточно. Существуют типы заготовок, для которых стерилизация (пастеризация, тиндализация или собственно стерилизация), является необходимым условием. В первую очередь, это грибная икра, грибо-овощные смеси, соусы и экстракты, а также грибы, заготавливаемые без консервантов (соли, уксуса) – натуральные, в собственном соку и т.п.
Стерилизация в узком смысле проходит при температуре от 100° С и выше. При этом способе тепловой обработки полностью прекращаются все биохимические процессы в продуктах и погибают все микроорганизмы и их споры и обеспечивается максимально длительное и надежное хранение. Режим стерилизации консервов зависит от емкости тары, консистенции заготовки и уровня ее кислотности. Время стерилизация для банок вместимостью 0,5 л на водяной бане при температуре 105 °С составляет 90 минут, зато при 120 °С 30 минут уже совершенно достаточно. В обычных домашних условиях стерилизация трудно достижима, т.к. кипения воды при температуре выше 100° С можно добиться только в автоклаве или специальном стерилизаторе.
Тем не менее, существует целый ряд способов получить высокую температуру на обычной кухне и провести полноценную стерилизацию.
Самым простым из них, пожалуй, является повышение температуры кипения воды за счет добавления в нее поваренной соли. Согласно законам физики, чем выше концентрация соли в растворе, тем выше температура его кипения. Чтобы повысить температуру кипения воды до 101° С, нужно добавить 66 г соли на 1 л, до 105° С — 255 г, до 110° С — 478 г. У метода нет минусов помимо колоссального расхода соли.
Есть и другой способ стерилизации — в духовке. Он применяется только для термической обработки банок, укупоренных стеклянными крышками с металлическими зажимами. Чтобы простерилизовать наполненные банки в духовке, глубокий противень заполнят водой на 2 см и размещают на нем банки с крышками, укрепленными с помощью зажимов. Противень ставят в нагретую духовку и стерилизуют банки при температуре от 140-180° С.
Микроволновая печь тоже может справиться со стерилизацией не только пустых банок, но и наполненных жидкими заготовками. Но гораздо лучше со стерилизацией любых (не только жидких) заготовок справятся скороварка и мультиварка.
В скороварке создается избыточное давление, что позволяет проводить настоящую стерилизацию при 120 °С, как в промышленных условиях. В результате время обработки по сравнению с обычной стерилизацией в кастрюле, стоящей на плите, сокращается в 2—4 раза. Чтобы простерилизовать в скороварке банки с заготовками, хорошо вымытые и высушенные банки (в обычную скороварку входит 3—4 банки емкостью 0,5 л) нужно заполнить заготавливаемыми грибами, прикрыть стерилизованными крышками и выставить на подставку, установленную в скороварке. После этого следует залить в скороварку 0,5 л горячей воды (немного ниже уровня подставки), закрыть ее крышкой и установить регулятор клапана на 120 °С. После разогревания на сильном огне (когда из-под клапана не начнет с шипением выходить пар) его следует уменьшить и стерилизовать соусы и экстракты 5-10 минут, фаршированные грибами овощи и грибо-овощные смеси - 20 минут, грибную икру - 25 минут, соленые, маринованные, тушеные, жаренные и прочие грибы – 30 минут. Простерилизованные банки следует немедленно закатать и перевернуть кверху дном. Можно стерилизовать банки уже закрытыми, но тогда их содержимое должно быть уложено таким образом, чтобы верхний слой заготовки не доходил до верха банки на 1,5 см, иначе в процессе стерилизации может сорваться крышка или лопнуть сама банка.
Сходным образом можно стерилизовать заготовки в мультиварке. Для этого нужно разместить заполненные заготовками и прикрытые крышками банки в чаше мультиварки (не забудьте выстелить дно небольшим кухонным полотенцем) и налить в нее воды ровно столько, чтобы банки оказались в ней по плечики. Для стерилизации следует воспользоваться программами «мультиповар» или «печь» с температурой 100 °С. Для банок объемом 0,5 литра 15 минут с момента закипания будет вполне достаточно. В стандартную мультиварку помещается 3 полулитровые банки. По окончании работы устройства банки закатать, перевернуть и оставить в таком положении до полного остывания.
Согласно большинству рецептов, закатанные банки оставляют для охлаждения кверху дном (это дополнительно стерилизует место прилегания крышки к банке) при комнатной температуре до полного их остывания, или даже замедляют этот процесс, укутав банки в одеяло для дополнительной самостерилизации. Но некоторые виды стерилизованных грибных консервов желательно охладить быстро, чтобы сохранить консистенцию и естественную окраску. В этом случае закатанные банки лучше выставить на балкон (во двор) или поставить в погреб или холодную кладовую. Если по рецепту требуется быстрое охлаждение, сразу после укупорки (если банки не стерилизовались укупоренными), банки нужно поставить в кастрюлю с горячей водой, в которую надо постепенно начать добавлять холодную. Делать это надо достаточно быстро, но осторожно. Когда вода станет теплой (35—40° С), банки следует переставить в другую кастрюлю, заполненную уже совершенно холодной водой.
* * *
Вместо длительных процессов пастеризации и стерилизации грибов и смесей с грибами многие хозяйки пользуются способом горячего розлива (горячей заливки). Горячий розлив не обеспечивает столь высокой степени обеззараживания, как пастеризация (и, тем более, стерилизация), но является вполне надежным и нетрудоемким. Горячий розлив подходят далеко не для всех типов консервов, однако всё, что заливается кипящим рассолом (маринование, солено-отварные грибы), или может быть перелито в банку горячим и сразу закатано (грибные солянки, заготовки для супов, икра длительного хранения и т.п.) для него вполне годится.
При горячей заливке солено-отварные грибы, у которых рассол для заливки готовится отдельно или доводится до ума после извлечения сварившихся в нем грибов, а также грибы, маринованные по способу «варка отдельно от маринада», выкладываются в банку, в которую предварительно был залит и сразу вылит кипяток, или которую только что подержали над паром, или вынули прокаленной из духовки, т.е. горячую. После этого в идеале банку надо прикрыть крышкой, накрыть полотенцем и оставить на 10—15 минут. Но можно это и не делать. В заполненную грибами банку следует влить кипящий рассол или маринад, так, чтобы он слегка перелился через край — это поможет простерилизовать горлышко банки. После этого нужно сразу же закатать банку стерилизованной крышкой, перевернуть кверху дном и проверить герметичность укупорки, укутать одеялом и оставить до полного остывания (6-10 часов).
Маринованные грибы, которые варятся в маринаде, солено-отварные грибы, идущие в банку вместе с рассолом, грибная икра, заготовки для супов, грибо-овощные смеси, содержащие много жидкости, переливаются в горячие стерильные банки сразу, целиком, кипящими, после чего немедленно укупоривают.
www.zagribami.info
Стерилизация и пастеризация
Пастеризация и стерилизация при консервировании
Большинство микроорганизмов лучше всего развивается при температурах от 15 до 40 °С. При более высокой температуре они погибают. Однако степень устойчивости микроорганизмов к тепловому воздействию неодинакова.
Наиболее устойчивы бактерии ботулинус, которые выделяют чрезвычайно ядовитый токсин.Стерилизующий эффект при консервации зависит не только от температуры, но и от кислотности клеточного сока сырья или заливки. В кислой среде микроорганизмы погибают быстрее и при более низкой температуре. Поэтому для плодов, ягод и овощей (томаты, щавель, ревень), клеточный сок которых имеет кислую реакцию, стерилизующий эффект достигается при нагревании до 100°С. Этот способ назван пастеризацией. Для овощей с пресным клеточным соком требуется стерилизация, то есть прогревание при температуре 100°С и выше. Режим тепловой обработки зависит также от вида продукции, размера тары. Консервы с твердой продукцией прогреваются дольше, чем с жидкой. Поэтому для каждого вида консервов определяют свой режим тепловой обработки.
Пастеризация является одним из самых лучших методов консервирования плодов и овощей в домашних условиях. Она дает возможность свести к минимуму потери витаминов и нежелательные изменения вкуса и внешнего вида продукции. Кроме того, продукт становится частично или полностью готовым к употреблению без дополнительной кулинарной обработки.
Пастеризацию в домашних условиях проводят в водяной бане, для чего берут бак или кастрюлю с широким дном, в которые можно поместить несколько бутылок или банок одного размера.
На дно кладут дополнительное деревянное или металлическое дно (высотой 2,5-3 см) с отверстиями, сверху покрывают его полотном. Можно воспользоваться толстой прокладкой из сложенного в 3—4 слоя полотна.
Затем в водяную баню наливают воду. Уровень ее зависит от способа укупорки. Если банки укупоривают металлическими крышками, то воду наливают с таким расчетом, чтобы уровень ее соответствовал уровню продукта в банках. Таким же образом поступают и с бутылками. Банки, укупоренные крышками с зажимами, могут быть целиком погружены в воду.В одной кастрюле пастеризуют консервы в емкостях только одного размера. Нужно помнить также, что банки и бутылки не должны
Прогревание консервов (в банках с жестяными крышками)
соприкасаться между собой и с металлическими частями кастрюли (бака).
Чтобы стеклянная посуда не лопнула, температура воды не должна быть выше температуры консервов. Для сокращения времени нагревания воды до температуры пастеризации и быстрого уничтожения ферментов плоды и овощи заливают горячим сиропом или заливкой на 1—2 см ниже краев горловины.
Банки сразу накрывают простерилизованными крышками и устанавливают в водяную баню. Пробки вкладывают в горлышки бутылок и слегка укрепляют проволокой или тонким и прочным шпагатом.
Если используют крышки с зажимами, то сразу укупоривают ими банки. Сначала накладывают резиновое кольцо, проверяют плотность его прилегания к краям горлышка, затем прикрывают крышкой и надевают специальный металлический зажим. Зажимы накладывают осторожно, чтобы не нарушить положение резинового уплотнительного кольца. Если зажимы недостаточно эластичны, то лучше использовать два, устанавливая их крест-накрест.
Процесс пастеризации в водяной бане должен быть по возможности быстрым, чтобы не допустить переваривания продукции. Воду нагревают до температуры пастеризации, указанной в соответствующем рецепте, и выдерживают при этой температуре установленное время, не прекращая подогревание. Считается, что продолжительность подогрева воды не должна превышать 15 минут для полулитровых банок и бутылок, 20 минут для одно- и двухлитровых, 25 минут для трехлитровых баллонов.
Продолжительность пастеризации и стерилизации при консервировании отсчитывается с момента достижения установленной температуры воды. Для измерения температуры используют термометр, помещенный в пробную бутылку.
После окончания процесса пастеризации или стерилизации банки и бутылки вынимают из воды специальным зажимом. Если используют обжимные металлические крышки, то укупоривают ими банки с помощью ручной закаточной машинки. Укупоренные банки несколько раз прокатывают по столу и устанавливают вверх дном до полного охлаждения.
Особый вид тепловой стерилизации — горячий розлив. Продукт прогревают до кипения, немедленно разливают в стерильную прогретую тару и укупоривают. В таре достаточной вместимости (2—3 л) запаса тепла в горячем продукте хватает для получения эффекта пастеризации.
Когда банки остынут, снимают зажимы и проверяют плотность укупорки. Если внутрь банки через прокладку входит воздух, то слышно характерное шипение. Поблизости от места проникновения воздуха в банку образуется пенка. Через некоторое время такие крышки легко открываются. В этом случае устанавливают и устраняют причину дефекта.
Если крышка открылась после охлаждения, консервы пастеризуют вторично, но на 5 минут меньше, чем указано в рецептуре. При быстром обнаружении дефекта укупорку можно провести без пастеризации, используя метод горящего алкоголя. Для этого резиновую прокладку протирают спиртом и накладывают на края горловины. В сухую крышку наливают немного спирта, поджигают, переворачивают, накрывая банку, и проверяют герметичность упаковки.
Бутылки укупоривают после окончания пастеризации и легкого охлаждения: пробки обвязывают крепким и тонким шпагатом, а затем головку бутылки окунают в расплавленный сургуч.
Полиэтиленовые крышки предварительно выдерживают несколько минут в кипящей воде, а затем закрывают ими стеклянные банки в горячем виде.
Охлаждение после стерилизации. Чтобы плоды и ягоды после стерилизации не размякли, их нужно быстро охладить. Для этого банки вынимают из стерилизатора и переносят в большую кастрюлю, куда налито немного кипящей воды. Осторожно приливают холодную воду, потом всю воду сливают и наливают только холодную. Все эти операции выполняют осторожно, чтобы банки не лопнули от резкой смены температуры.
Хранение продуктов переработки. Продукты переработки в герметичной упаковке сохраняют в домашних условиях при плюсовой температуре, лучше всего при 4—8° С. Это оптимальная температура для сохранения качества консервов: они не плесневеют и не забраживают. Нельзя допускать падения температуры ниже 0° С - стеклянные банки могут лопнуть, в консервах произойдут нежелательные изменения.
Консервы хранят в темном месте — это предохраняет продукт от изменения цвета и разрушения некоторых витаминов.
Особые требования к условиям хранения предъявляют квашеные и соленые овощи, моченые плоды и ягоды. Длительное хранение их возможно лишь при температуре около О °С.
Во время хранения периодически просматривают заготовки — не испортились ли. Употребление порченых продуктов может привести к тяжелым пищевым отравлениям.
zdorovo-tak.info
Пастеризация - это... Что такое Пастеризация?
Луи Пастер. Пастеризация — процесс одноразового нагревания чаще всего жидких продуктов или веществ до 60 °C в течение 60 минут или при температуре 70—80 °C в течение 30 мин[1]. Технология была предложена в середине XIX века французским микробиологом Луи Пастером. Применяется для обеззараживания пищевых продуктов, а также для продления срока их хранения.
При такой обработке в продукте погибают вегетативные формы микроорганизмов, однако споры остаются в жизнеспособном состоянии и при возникновении благоприятных условий начинают интенсивно развиваться. Поэтому пастеризованные продукты (молоко, пиво и др.) хранят при пониженных температурах в течение ограниченного периода времени. Считается, что пищевая ценность продуктов при пастеризации практически не изменяется, так как сохраняются вкусовые качества и ценные компоненты (витамины, ферменты)[2].
В зависимости от вида и свойств пищевого сырья используют разные режимы пастеризации. Различают длительную (при температуре 63—65 °C в течение 30—40 мин), короткую (при температуре 85—90 °C в течение 0,5—1 мин) и мгновенную пастеризацию (при температуре 98 °C в течение нескольких секунд).
Пастеризация не может применяться при консервировании продуктов, так как герметично закрытая тара является благоприятной средой для прорастания спор анаэробной микрофлоры (см.
ботулизм). В целях долговременного консервирования продуктов (в особенности загрязнённых первоначально землёй, например, грибов, ягод), а также в медицинских и фармацевтических целях применяют дробную пастеризацию — тиндализацию[3].Поведение бактерий при пастеризации
Мезофильные молочнокислые бактерии (S. lactis, S. cremoris и др.) в процессе пастеризации в основном погибают. Термофильные молочнокислые стрептококки и энтерококки (S. durans, S. bovis, S. faecalis) сохраняются в молоке после пастеризации в довольно значительном количестве. Однако их биологическая активность в процессе хранения молока при температурах ниже 8°С сравнительно низкая, и они не оказывают влияния на качество охлажденного пастеризованного молока. Термоустойчивые молочнокислые палочки также выдерживают принятые режимы пастеризации. Однако при низких температурах хранения молока они не развиваются. Их роль особенно велика в производстве кисломолочных продуктов, где повышенные температуры сквашивания и присутствие молочнокислых стрептококков стимулируют их развитие. Психротрофные бактерии в процессе пастеризации в основном погибают, хотя отдельные клетки более термоустойчивых видов могут выдерживать кратковременную пастеризацию при температурах 71—72°С-и даже 75—77°С. Эффективность пастеризации зависит от того, какие виды микроорганизмов преобладают в сыром молоке. Этот фактор, в свою очередь, определяется условиями хранения сырого молока до пастеризации. Если молоко охлаждают до температуры 0—3°С сразу после доения и хранят при этой температуре до переработки, в нем развивается преимущественно психротрофная микрофлора. Психротрофы обладают низкой термоустойчивостью, поэтому эффективность пастеризации глубоко охлажденного молока высокая (до 99,9%). Развиваясь в сыром молоке, психротрофы могут вырабатывать термостойкие липады и протеазы, не разрушающиеся при термической обработке, которые могут оказывать отрицательное влияние на качество стерилизованного молока и молочных консервов. Если молоко хранится при температурах выше 8—10°С, в нём преобладают термостойкие бактерии (энтерококки, термофильные стрептококки и др.), достигающие 50% и выше от общего количества микроорганизмов. В результате эффективность пастеризации молока бывает ниже 98%.
Источники
Примечания
См. также
Ссылки
 |
dic.academic.ru
