Przyczyny uszkodzeń zgrzewu w tackach dwukomorowych z żywnością podczas procesu sterylizacji w autoklawie
Proces sterylizacji żywności w autoklawach jest kluczowym elementem zapewniającym trwałość i bezpieczeństwo mikrobiologiczne produktów gotowych. Jednak w trakcie tego procesu często dochodzi do uszkodzeń opakowań, zwłaszcza w przypadku tacek dwukomorowych zawierających produkty o różnych właściwościach fizycznych. Celem niniejszego artykułu jest szczegółowa analiza możliwych przyczyn powstawania tych uszkodzeń, ze szczególnym uwzględnieniem zjawisk fizycznych zachodzących w trakcie sterylizacji oraz sugestie mające na celu ograniczenie ich występowania.
Charakterystyka problemu
Opakowania dwukomorowe są popularne w produkcji dań gotowych ze względu na możliwość oddzielenia składników o różnych właściwościach, na przykład składnika skrobiowego i sosu z mięsem oraz warzywami. Każda z tych substancji charakteryzuje się odmiennymi właściwościami termicznymi, lepkością oraz zdolnością do przewodzenia ciepła, co stwarza specyficzne warunki podczas sterylizacji.
Specyfika procesu sterylizacji
Sterylizacja prowadzona w autoklawach jest procesem termicznym, polegającym na poddaniu produktu działaniu wysokiej temperatury przy jednoczesnym zwiększeniu ciśnienia, co umożliwia osiągnięcie temperatury przewyższającej punkt wrzenia wody w warunkach atmosferycznych. Proces ten obejmuje trzy główne fazy:
- Grzanie: szybkie podwyższanie temperatury produktu w kontrolowany sposób.
- Przetrzymanie: utrzymanie stałej, wysokiej temperatury przez określony czas, zapewniający eliminację drobnoustrojów.
- Chłodzenie: stopniowe obniżanie temperatury i ciśnienia, aby uniknąć gwałtownych zmian mogących prowadzić do uszkodzenia opakowań.
Każda z tych faz ma swoje specyficzne wymagania, których nieprzestrzeganie może skutkować uszkodzeniem struktury opakowania.
Zjawiska fizyczne prowadzące do uszkodzeń
Najczęstszą przyczyną uszkodzeń opakowań jest powstawanie różnicy ciśnień pomiędzy wnętrzem opakowania a komorą autoklawu. Szczególnie niebezpieczne jest gwałtowne zwiększenie ciśnienia wewnątrz opakowania, które często wynika ze zjawiska znanego jako opóźnione wrzenie (ang. boiling delay).
Opóźnione wrzenie – mechanizm zjawiska
Opóźnione wrzenie polega na tym, że ciecz osiąga temperaturę przekraczającą normalny punkt wrzenia, ale nie dochodzi do natychmiastowego wrzenia. Dzieje się tak ze względu na brak odpowiednich miejsc nukleacji, czyli miejsc inicjowania pęcherzyków pary. Dopiero w momencie, gdy dojdzie do lokalnego zaburzenia (np. wstrząsu lub pojawienia się mikrocząsteczek), następuje gwałtowne wydzielenie dużej ilości pary wodnej. Proces ten powoduje szybki wzrost objętości, a w konsekwencji gwałtowny wzrost ciśnienia wewnątrz komory opakowania.
Czynniki sprzyjające wystąpieniu zjawiska
Istnieje kilka kluczowych czynników, które sprzyjają występowaniu opóźnionego wrzenia, a tym samym uszkodzeniom opakowań:
- Nierównomierność ogrzewania: Jeżeli ciepło jest dostarczane nierównomiernie, lokalne obszary mogą zostać przegrzane, co sprzyja zjawisku opóźnionego wrzenia.
- Lepkość i gęstość produktu: Sosy zawierające dużą ilość skrobi lub białek mają wyższą lepkość, co utrudnia migrację ciepła oraz pęcherzyków pary.
- Tempo ogrzewania: Zbyt szybkie ogrzewanie może powodować lokalne przegrzania produktu, zwiększając ryzyko wystąpienia zjawiska opóźnionego wrzenia.
Analiza przypadku
W analizowanym przypadku zauważono, że uszkodzenia powstają głównie w komorze zawierającej sos. W trakcie sterylizacji zarejestrowano gwałtowne wzrosty ciśnienia, które były konsekwencją opisanych wyżej zjawisk. Komora zawierająca dodatek skrobiowy nie wykazywała takich anomalii, co podkreśla specyficzną naturę warunków panujących wewnątrz komory z sosem.
Zalecenia techniczne mające na celu ograniczenie uszkodzeń
- Optymalizacja szybkości nagrzewania: Spowolnienie nagrzewania produktu, szczególnie w fazie poprzedzającej etap przetrzymania, pozwala uniknąć lokalnego przegrzania.
- Zastosowanie bardziej jednorodnych rozkładów temperatury w autoklawie: Poprawa konstrukcji autoklawu lub ułożenie opakowań w taki sposób, aby zapewnić równomierną dystrybucję ciepła (np. poziome ułożenie).
- Zmiany recepturowe: Zwiększenie udziału fazy stałej, redukcja lepkości sosu lub dodanie substancji ułatwiających nukleację mogą zmniejszyć prawdopodobieństwo wystąpienia opóźnionego wrzenia.
Podsumowanie
Szczegółowa analiza procesu sterylizacji wskazuje, że główną przyczyną uszkodzeń opakowań dwukomorowych jest gwałtowne zwiększenie ciśnienia wewnątrz produktu, wynikające ze zjawiska opóźnionego wrzenia. Rozwiązanie tego problemu wymaga dokładnej kontroli warunków procesu, modyfikacji konstrukcyjnych urządzeń sterylizacyjnych oraz optymalizacji receptur produktowych. Dzięki temu możliwe jest znaczące ograniczenie liczby uszkodzeń, zapewniając jednocześnie wysoką jakość oraz bezpieczeństwo mikrobiologiczne produktu końcowego.
Więcej informacji na temat pomiarów oraz optymalizacji ciśnienia w procesach sterylizacji żywności znajdą Państwo na stronie internetowej Biura-Naukowo-Technicznego SIGMA.