Спосіб термічної стерилізації м’ясопродуктів

Винахід належить до м'ясопереробної промисловості, зокрема до способів інтенсифікації технології термічної стерилізації, пастеризації та тиндалізації м'ясопродуктів у герметичній тарі (консервів), а саме до способів визначення оптимального режиму стерилізації м'ясних продуктів і може бути використаний на підприємствах по виготовленню консервів з різними формами власності для одержання високоякісних консервованих м'ясопродуктів. Для вибору оптимального режиму стерилізації, тобто температури нагріваючого середовища (температури стерилізації) та часу стерилізації, необхідно враховувати: характеристики тепловіддачі на поверхні консервної банки; теплофізичні характеристики м'ясопродуктів; початкову концентрацію та термостійкість мікрофлори; гранично допустиму температуру та час її витримки і контролювати органолептичні властивості та харчову цінність продукту. Відомий спосіб термічної стерилізації м'ясних консервів (Федоров Н.Е. Расчеты и анализ теплообмена при стерилизации мясных консервов. - М., 1968,47с.). Спосіб включає термічне нагрівання консервів при заданій сталій температурі стерилізації Т с та витримування їх при Т с у середовищі перегрітої пари під тиском протягом певного часу t ( Т с і t попередньо розраховуються) і забезпечує необхідний рівень знищення мікрофлори після закінчення процесу стерилізації. Технічний результат відомого способу проявляється у досягненні необхідного значення F -ефекту після завершення технологічного процесу. Недоліками відомого способу є: визначення F ефекту при сталій температурі за наближеною залежністю Болла (Флауменбаум Б.Л. Теоретические основы стерилизации консервов. - Киев. ун-т., 1960, 195с.) без врахування зміни температури з часом при стерилізації, що обумовлює значні неточності у визначенні стерилізаційного ефекту; завдання Т с без врахування виду і концентрації мікрофлори. Найбільш близьким за сумою суттєви х ознак до способу, що заявляється, є спосіб термічної стерилізації м'ясних консервів, який включає нагрівання м'ясопродуктів у герметичній металевій тарі циліндричної форми в середовищі перегрітої водяної пари під тиском та витримування при температурі середовища за попередньо розрахованим режимом стерилізації - при певних температурі Т с та часу стерилізації t (Патент України №31249А МПК6: А23В4/00). Технічний результат способу проявляється в результативності стерилізації досягненні F-ефекту при оптимальних енерговитратах, який отримують за рахунок того, що: визначення F ефекту проводиться на основі рівняння Ареніуса; задання Т с та t проводиться з врахуванням виду і концентрації мікрофлори. Недоліком відомого способу є відсутність чисельного прогнозування змін органолептичних властивостей та біохімічних змін у продукті під час стерилізації, що у ряді випадків може привести до погіршення органолептичних властивостей і харчової цінності отриманих консервів. Запропонований нами спосіб усуває недоліки прототипу і забезпечує більш точне визначення режиму стерилізації шляхом додаткового врахування коефіцієнту органолептичних властивостей та харчової цінності стерилізованого продукту. Спосіб забезпечує необхідний рівень знищення мікрофлори після закінчення процесу стерилізації за високих кваліметричних показників стерилізованого м'ясо-продукту. В основу винаходу поставлено завдання створити ефективний, доступний в інженерній практиці спосіб стерилізації м'ясних консервів у середовищі перегрітої водяної пари під тиском за оптимальних температури та часу нагрівання з прогнозованими високими органолептичними властивостями продукту. Технічний результат досягають створенням оптимального режиму стерилізації, що досягається шляхом задавання температури середовища Т с і часу стерилізації t, які при заданому значенні F -ефекту обчислюють за формулами: æ çA F = DHç b ç s è t= æ b ç TC çe ç è b ö ö é æ ÷ æ ÷ b ö b öù Ei ç Tк - ÷ - Ei ç Tn - ÷ ú + Ei (Tn ) - Ei( Tк )÷ + A be Tc t 3 ÷ ê ç ç Tc ÷ To ÷ ú ê è ø è øû ÷ ÷ ë ø ø; 1 Tк - Т с 1n + t3 s р , на основі наступних характеристик: коефіцієнта p , який визначають за теплофізичними характеристиками м'ясопродуктів і різницею між температурою стерилізації та їх початковою температурою; коефіцієнта s , який E b=R, визначають за теплофізичними характеристиками м’ясопродуктів та геометричними розмірами тари; де E - енергія активації виду мікрофлори, R - універсальна газова постійна; Ab = A lg e , де A - стеричний фактор мікрофлори, e - основа натурального логарифма коефіцієнта DTн - який дорівнює необхідному часу для , зменшення концентрації мікрофлори в 10 разів при фіксованій нормативній температурі Т н = 1211°С ; інтегральної показникової функції Е і (Лебедев Н.Н. Специальные функции и их применение. - М.: Физматгиз, 1963. -358с.); порогового значення температури Т n , після досягнення якої розпочинається знищення мікрофлори; температури Т к в центрі м’ясопродукту, за якої стерилізаційний F -ефект досягає нормативної величини Fн ; температури стерилізації Т с ; тривалості t3 витримування м’ясопродукту у нагріваючому середовищі після моменту досягнення у його центрі температури Т с ; та контролем органолептичних властивостей і біологічної цінності продукту шляхом розрахунку коефіцієнта їх оцінки, який відповідає температурним змінам в елементарному об’ємі упродовж часу С при T* = 100°C , за формулою: 0 1 C0 = eg( Tc - T* ) (Ei [g(T - Tc )] - Ei [g(T* - Tc )]) + 10 s Tc -T* Z0 × tc , Ei - інтегральна показникова функція; g = (ln10 / Z0 ) ; Z0 - показник, де e - основа натурального логарифма; який залежить від органолептичної властивості продукту, що розглядається; Т - кінцева температура, яка досягається на відстані 5мм від поверхні продукту; Т с - температура стерилізації; s - коефіцієнт, який визначають за теплофізичними характеристиками м'ясопродуктів та геометричними розмірами тари; tc тривалість витримування м’ясопродукту у нагріваючому середовищі після моменту досягнення температури Т с . Технічний результат проявляється в отриманні високоякісного стерилізованого м’ясопродукту з заданими органолептичними властивостями та харчовою цінністю за мінімальних енерговитрат, який відповідає вимогам санітарно-мікробіологічної безпеки. Ме ханізм позитивного ефекту забезпечується тим, що при розрахунку режиму стерилізації враховуються мікробіологічні та теплофізичні характеристики консервів і нагріваючого середовища. Під час проведення заявником патентно-інформаційного пошуку знайдено технічне рішення (Патент України №31249А), в якому є ряд суттєви х ознак, спільних із заявленим - використання попереднього визначення температурного режиму для знищення мікрофлори в м'ясопродуктах під час стерилізації. Спосіб включає їх нагрівання в герметичній металевій тарі циліндричної форми у середовищі перегрітої водяної пари під тиском та витримування при температурі середовища за попередньо розрахованим режимом стерилізації для досягнення стерилізаційного F -ефекту. Однак наявність зазначених спільних з прототипом ознак не забезпечує те хнічного результату заявленого технічного рішення. Технічних рішень, які б за сукупністю ознак повністю співпадали із заявленим способом, не виявлено. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого технічного рішення критерію винаходу "новизна". У патентній та науково-технічній інформації не знайдено технічних рішень, в яких були б описані відомості про ознаки, що відрізняють заявлений спосіб від прототипу і забезпечують досягнення технічного результату визначення параметрів оптимального режиму стерилізації шляхом використання додатково вирахуваного коефіцієнта органолептичних властивостей та харчової цінності м'ясопродуктів, що піддаються стерилізації, за формулою: Tc -T* 1 C0 = eg( Tc - T* ) (Ei [g(T - Tc )] - Ei [g(T* - Tc )]) + 10 Z0 × t c s C0 відповідає часу температурних змін в елементарному об'ємі при T* = 100°C ; e - основа натурального де логарифма; Ei - інтегральна показникова функція; g = (ln10 / Z0 ) ; Z0 - показник, який залежить від органолептичної властивості та складу білків продукту, що розглядається; Т - кінцева температура, яка досягається на відстані 5мм від поверхні продукту; Т с - температура стерилізації; s - коефіцієнт, який визначають за теплофізичними характеристиками м'ясопродуктів та геометричними розмірами тари; tc тривалість витримування м'ясопродукту у нагріваючому середовищі після моменту досягнення температури Т с . Отже заявлене технічне рішення не випливає явним чином з рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про його відповідність критерію винаходу "винахідницький рівень". Заявлений спосіб належить до способів оптимізації технології стерилізації, пастеризації та тиндалізації м'ясопродуктів у герметичній металевій тарі циліндричної форми і може бути використаний на підприємствах по виготовленню консервів з різними формами власності для одержання високоякісних консервованих м'ясопродуктів у м'ясопереробної промисловості, а тому відповідає критерію "промислова придатність". Таким чином, заявлене технічне рішення є новим, промислово придатним, має винахідницький рівень, тобто відповідає всім умовам патентоспроможності винаходу відповідно до розділу ІІ закону України "Про охорону прав на винаходи і корисні моделі" №1771-ІІІ 2000p. Здійснення способу проводять наступним чином. Визначають за відомими методиками (Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. - М.: Пищепром., 1980, 288с.) або беруть з паспортних даних характеристики стерилізаційного апарату і консервів з м'ясопродуктів, що виго товляються: 1) теплофізичні: коефіцієнти теплопровідності l , температуропровідності a , теплообміну a ; 2) мікробіологічні та біофізичні: стеричний фактор A ; енергія активації E виду мікрофлори; задане необхідне значення Fн ( F -ефекту); коефіцієнт DTн ; температура Т с нагріваючого середовища (температура стерилізації); порогове значення температури Т n після досягнення якої розпочинається знищення мікрофлори; 3) геометричні: розміри консервної банки - висота 2l та радіус R0 ; 4) органолептичні та харчової цінності: Z0 - показник органолептичної властивості або біологічної цінності. Визначають коефіцієнти p та s , виходячи з теплофізичних характеристик м'ясопродуктів, різниці між температурою стерилізації та початковою температурою у центрі консервів, геометричних розмірів тари. Всі характеристики підставляють у формулу: b b æ ö ö ç Ab æ T é æ ÷ ç C æ ÷ b ö b öù Tc F = DHç e êEi ç Tк - ÷ - Ei ç Tn - ÷ ú + Ei (Tn ) - Ei( Tк )÷ + A be t c ÷ ç ç ÷ ç ÷ Tc ø To ø ú ç s ç ê è è ÷ ÷ ë û è ø è ø t3 = 0 , а Tк табулюють у межах, дозволених ресурсом стерилізаційного апарату та за умови, що властивостями м'ясопродукту. Якщо при цьому величина F -ефекту F менша за Fн , то Tк прирівнюють до Т с і табулюють формулу за часом витримування консервів t від 0 до значення, при якому F = Fн . з 1 T - Тс t = 1n к + tc s р За формулою , розраховують час стерилізації. Tc -T* 1 C0 = eg( Tc - T* ) (Ei [g(T - Tc )] - Ei [g(T* - Tc )]) + 10 Z0 × t c s За формулою , де С0 відповідає часу температурних змін в елементарному об'ємі при T* = 100°C ; е - основа натурального логарифма; Ei - інтегральна показникова функція; g = (ln10 / Z0 ) ; Z0 - показник, який залежить від органолептичної властивості або біологічної цінності продукту, що розглядається; Т - кінцева температура, яка досягається на відстані 5мм від поверхні продукту; s коефіцієнт, який визначають за теплофізичними характеристиками м'ясопродуктів та геометричними розмірами тари; tc - тривалість витримування м’ясопродукту у нагріваючому середовищі після моменту досягнення температури Tc , розраховують коефіцієнти органолептичних властивостей та біологічної цінності продукту. Якщо кваліметричні показники продукту ви ходять за задані норми, змінюють температуру Tc нагріваючого середовища і повторюють розрахунок часу стерилізації та кваліметричних показників. Таким чином табулюють Tc у межах ресурсу стерилізаційного апарата до досягнення заданих кваліметричних показників. У результаті отримують параметри режиму стерилізації: температуру Tc та час t стерилізації, які використовуються в роботі. Спосіб термічної стерилізації застосовувався для виробництва консервів "Яловичина тушкована" 1-го сорту у циліндричній металевій стандартній тарі №9. Консерви стерилізували у камері автоклаву періодичної дії АВ-4, в нагріваючому (пароповітряному) середовищі з коефіцієнтом вологи 0,1. Для вибору режиму стерилізації встановлювали такі дані: початкова температура консервів To = 20°C ; коефіцієнт теплообміну між нагріваючим середовищем та консервами a = 700 Вт/(м 2×К); коефіцієнт теплопровідності консервів l = 0,47 Вт/(м×К); коефіцієнт -7 температуропровідності консервів a = 1.39 × 10 м 2/с; їх висота 2 l = 0,045 м, радіус R0 = 0,0367 м. Виходячи з них -3 , встановили, що p = -187,6 К, s = -1 249 × 10 с-1. Величина Z0 для оцінки білкової цінності продукту становить 30°С, усереднена величина Z0 для оцінки органолептичних властивостей - 20°С, нормативна температура T* = 100°C . Лабораторний контроль показав, що у консервах наявна мікрофлора Cl.botulinum з енергією активації E = 260681Дж/моль і в такій кількості, що для забезпечення санітарно-мікробіологічних вимог необхідно отримати стерилізаційний ефект Fн = 2,6 хв., Tn = 70°C . Параметри режиму термічної стерилізації розраховували при температурі нагріваючого середовища Tc = 121°C , підставляючи вищевказані числові дані у формулу: æ çA F = DHç b ç s è b ö æ b é ö ÷ ç TC æ æ ÷ b ö b öù e êEi ç Tк - ÷ - Ei ç Tn - ÷ ú + Ei (Tn ) - Ei( Tк )÷ + A be Tc t c ÷ ç ç ç Tc ÷ To ÷ ú ç ê è ø è øû ÷ ÷ ë è ø ø tc = 0 , а Tк табулювали в межах Tn < Tк £ Tc . Отримали, що при цьому величина розрахованого за умов, що F -ефекту F менша за Fн . Тому Tк прирівнювали до Т с і табулювали формулу за часом витримування консервів t3 від 0 до значення, при якому F = Fн . За формулою 1 T - Тс t = 1n к + tc s р розраховували час стерилізації. Отримали, що t = 87,5 хв. За формулою 1 C0 = eg( Tc - T* ) (Ei [g(T - Tc )] - Ei [g(T* - Tc )]) + 10 s Tc -T* Z0 × tc розраховували кваліметричні показники. Отримали, що для органолептичних властивостей C0 = 3620 с, а харчової цінності - C0 = 1750 с. Таким чином можна значно покращити значення кваліметричних показників табулюючи у сторону зменшення температуру стерилізації Т с . Таблиця Параметри режимів термічної стерилізації Температура стерилізації Tc , °С 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 Час стерилізації t у хв. 108 107 105 103 99 96 94 92 90 88 Харчова цінність консервів (відносна біологічна цінність за лабільністю білків до ферментативного гідролізу) у с 1168 1214 1252 1321 1321 1420 1482 1544 1616 1679 Коефіцієнт оцінки органолептичних властивостей у с 1975 2010 2133 2464 2528 2688 2920 3179 3473 3804 Прямі витрати тепла на нагрівання 1кг консервів у МДж 162 163 163 164 166 167 168 169 170 172 У таблиці подано дані отриманих параметрів режимів термічної стерилізації та кваліметричних показників. Лабораторний санітарно-мікробіологічний контроль засвідчив, що після стерилізації за вказаними режимами концентрація мікрофлори була в дозволених нормами межах. З таблиці видно, що врахування коефіцієнтів оцінки кваліметричних властивостей стерилізованого м’ясопродукту дає оптимальну температур у стерилізації 112 –113°С. При цьому прямі витрати тепла (виключно на нагрівання консервів без врахування втрат тепла у середовище) є нижчими порівняно з режимом стерилізації з Tc = 121°С прототипу на 5-6%. Лабораторний контроль показав, що порівняно з відомими способами стерилізації отримано вищі органолептичні властивості та харчову цінність (за вмістом повноцінних білків) консервів.