Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái

Átírás

1 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái dr. Barta, József Berki, Ferenc Gion, Béla dr. Deák, Tibor dr. Farkas, József Hergár, Emil dr. Hidegkuti, Gyula Horváth Dénesné dr. dr. Körmendy, Imre Ott, József dr. Pátkai, Györgyi Stégerné dr. Máté, Mónika dr. Török, Szilveszter dr. Vukov, Konstantin

2 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái dr. Barta, József Berki, Ferenc Gion, Béla dr. Deák, Tibor dr. Farkas, József Hergár, Emil dr. Hidegkuti, Gyula Horváth Dénesné dr. dr. Körmendy, Imre Ott, József dr. Pátkai, Györgyi Stégerné dr. Máté, Mónika dr. Török, Szilveszter dr. Vukov, Konstantin Publication date 2007 Szerzői jog 2007 dr. Barta József dr. Körmendy Imre

3 Tartalom Előszó... xv Bevezetés... xvi A sterilezés és pasztőrözés ipari technológiái Hőkezelő berendezések Hőátvitel sterilezésnél és pasztőrözésnél Konzervedények és egyéb csomagolóeszközök igénybevétele a hőkezelés alatt Tulajdonságváltozások sterilezéskor és pasztőrözéskor Aszeptikus technológia Az aszeptikus technikáról általában Az aszeptikus technika alkalmazásának feltételei, legfontosabb területei és megoldásai Különböző célú aszeptikus gyártóvonalak Az aszeptikus technika szerelvényei, kisegítő és kiegészítő berendezései Vízelvonás besűrítéssel Hővel történő bepárlás Fagyasztva sűrítés Fordított ozmózis (hiperszűrés) (reverse osmosis, counter osmosis = RO) Ozmózisos vízelvonás darabos növényi nyersanyagokból Vízelvonás szárítással Xero- és ozmo-anabiózis Az élelmiszerek vízállapota A szárítás technológiája A szárítás technológiai számításai Porlasztva szárítás A szárítás szabályozása A szárítmányok minősége iránti követelmények Vegyszeres tartósítás A témakor rövid történeti áttekintése Egészségügyi szempontok Élelmiszeripari előírások, idevonatkozó szabványok A tartósítószerek hatásmechanizmusa A tartósítószerek hatékonyságát befolyásoló tényezők A konzervipari gyakorlatban használt legfontosabb tartósítószerek Természetes és mesterséges savanyítás A tejsavas erjesztés iii

4 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái Erjesztés mesterséges beoltással Mesterséges savanyítás Romlási jelenségek Kombinált tartósítás A kombinált tartósítás fogalma és a tartósítási tényezők/hatások kombinálásának céljai A kölcsönhatások típusai, additív és szinergens hatások értelmezése Fizikai tényezők kombinációi Kémiai ágensek kombinálása Fizikai és kémiai tényezők kombinációi A további kutatás szükségessége A fontosabb termékek gyártástechnológiája Konzervipari előfeldolgozó telepek Zöldborsó előfeldolgozása Paradicsom előfeldolgozása Hagyma előfeldolgozása Szállítóeszközök mosása Gyümölcskészítmények Befőttfélék Dzsemek, ízek, lekvárok és alapanyagaik gyártása Különleges gyümölcskészítmények Gyümölcs- és zöldséglevek, sűrítmények Gyártmányféleségek Szűrt, derített levek, gyártása és továbbfeldolgozása A gyümölcslevek hőkezeléses tartósítása A gyümölcslevek fagyasztása Szörpök készítése Gyümölcslevek sűrítményei A melléktermékek hasznosítása Almalé (és sűrítmény) gyártása Színes gyümölcslevek gyártása (meggy, cseresznye, málna, szamóca, ribiszke) Rostos gyümölcslevek gyártása Zöldségkonzervek és -savanyúságok Általános ismeretek Hőkezelt zöldborsókonzerv Hőkezelt hüvelyes zöldbabkonzerv Vegyesfőzelék- és finomfőzelék-konzerv Csemegekukorica konzerv... iv

5 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái Sűrített paradicsom gyártása Lecsókonzerv Csemegeuborka konzerv Szárítmányok gyártása Általános ismeretek, szárítmányok csoportosítása Darabos és folyékony (folyósított) gyümölcs- és zöldségfélék szárítása Darabos gyümölcs- és zöldségfélék hagyományos, meleg levegős (konvekciós) szárítása Különleges táplálkozási célú gyümölcs- és zöldségalapú élelmiszerek Bébiételek és bébiitalok Cukormentes és diabetikus gyümölcs- és zöldségalapú készítmények Irodalom Irodalomjegyzék az 1. fejezethez Irodalomjegyzék a 2. fejezethez v

6 Az ábrák listája Egyszerű hidrosztatikus sterilező működési elvét szemléltető ábra. 1. dobozbeadagolás; 2. a konzervdobozt tartó szerkezet (perforált cső, serleg, vagy motollás tartó stb.); 3. szállító rendszer; 4. nyomáskülönbséget létesítő melegítő vízfürdő; 5. gőztér (gőz és levegő tere); 6. nyomáscsökkentést létesítő hűtő vízfürdő; 7. U alakú hűtővízfürdő; 8. kivezető és dobozszárító ág; 9. dobozkiadagolás OHS-3 típusú osztott hidrosztatikus berendezés működési elvét szemléltető ábra. 1. konzervedények beadagolása; 2. szállítórendszer; 3. buborékoltató tornyok; 4. konzervedények kiadagolása; M1 M6: melegítő fürdők; G: gőztér; U: U alakú hűtőfürdő; H6 H1: nyomáscsökkenést létesítő hűtőfürdők; p K1, p K2 p K5 = 0,39, 0,78, 1,18, 1,57, 1,96 bar túlnyomás; p KG = 2,35 bar túlnyomás a jelölt gőz-levegő térben Hőmérséklet és nyomás alakulása egy OHS-3 típusú osztott hidrosztatikus sterilező berendezésben, a tartózkodási idő függvényében, v = 2,6 m min 1 serlegsebességnél. 1. közeghőmérséklet (TK); 2. hőmérséklet a konzervedény hideg pontjában (Tc); 3. abszolút nyomás a közegben (PK); 4. abszolút nyomás a konzervedényben (p); A: az M1 jelű fürdőbe való belépéstől az M6 jelű fürdőből való kilépésig terjedő szakasz; B: a gőztér szakasza; C: az U jelű fürdő szakasza; D: a H6 jelű fürdő levegő-gőz terébe való belépéstől a H1 jelű fürdő vízteréből való kilépésig terjedő szakasz Forróvíztárolóval ellátott fekvő autokláv körvonalrajza. 1. autoklávköpeny; 2. az autokláv ajtaja; 3. lefúvató szelep az ajtó nyitásához; 4. zárókerék az ajtóhoz; 5. hajtómű a dob forgatásához; 6. hűtővíz-betápláló szivattyú; 7. keringtető szivattyú meleg vagy hideg vízhez ; 8. gőzbevezetőszelep az autokláv fűtéséhez; 9. gőzbevezető szelep a forróvíztároló részére; 10. biztosítószelep az autoklávban; 11. szelep a forróvíztároló feltöltéséhez; 12. forróvízleeresztő szelep a tárolóból az autoklávba; 13. leürítőcsonk; 14. forróvíztároló Forróvíztárolóval ellátott, forgódobos, fekvő autokláv kapcsolási sémája. 1. tartórekesz a konzervek részére; 2. forgódob; 3. hajtómű a dob forgatásához; 4. autoklávköpeny; 5. tartógörgő; 6. nyitható fedél; 7. forróvíztároló tartály; 8. ürítőszelep; 9. légtelenítőszelep; 10. meleg vagy hideg vizet keringtető szivattyú; 11. az összekötő vezetékbe épített szelep; 12. a túlnyomás szabályozására szolgáló levegőbevezető szelep; 13. légtelenítő szelep, nyomáscsökkentés céljából; 14. gőzbevezető szelep; 15. hűtővíz bevezető szelep Permetező rendszerű pasztőröző vázlatos felépítése. 1. beadagoló egység; 2. előmelegítő szakasz; 3. pasztőröző (melegítő) szakasz; 4. ellenáramú hűtő szakasz; 5. kiadagoló egység; 6. friss vízzel való hűtés; 7. langyos vízzel való hűtés; 8. meleg vizes hűtés; 9. vízpermetező fejek; 10. vízszivattyú; 11. szűrő a szivattyúhoz Az autoklávtéri hőmérséklet (TK) a hőkezelési idő (t) függvényében, valamint lépcsős függvénnyel való közelítése a j-ik sorszámú időszakaszon belül. Az üres körök a futtató által a szakaszok elején, ill. végén bevitt adatpárokat ábrázolják. A Biot (Bi) számok szakaszonként változhatnak Az elemi hőmérlegek módszeréhez tartozó derékszögű háló felépítése és az elemi idomok (A, I) keresztmetszetei a henger tengelyén áthaladó metszősíkban. 1. tengely; 2. csomópont; 3. palást; 4. alaplap; 5. fedőlap. A csomópontok sorszáma tengelyirányban: n, sugárirányban: l Hengeres konzervedények forgatásának és forgatva lengetésének különböző változatai: A) forgatás vagy lengetés a henger tengelye körül; B) forgatás vagy lengetés a henger tengelyével párhuzamos külső tengely körül; C) forgatás vagy lengetés a henger középpontján átmenő, de a henger tengelyére merőleges tengely körül (buktatva forgatás a középponton átmenő tengely körül); D) forgatás vagy lengetés a henger tengelyére merőleges külső tengely körül (buktatva forgatás külső tengely körül). 1. a forgatás iránya, 2. a lengetés változó irányai, 3. gáztér helyzete nyugalmi állapotban, 4. gáztér helyzete, amikor ; 5. a tehetetlenségi és gravitációs erők szempontjából vizsgált pont, α = a forgatott edény helyzetét megadó szög radiánban, a forgatástengely mindig vízszintes, x x = a konzervedényhez rögzített koordinátatengely, ω = a szögsebesség, g = gravitációs gyorsulás Az egységnyi tömegre ható gravitációs és tehetetlenségi erők eredő vektorának változása a konzervedényhez rögzített koordinátarendszerben, az ábrának megfelelően. A) forgatás olyan szögsebességnél, melynél a tehetetlenségi (centrifugális) erő egyezik a gravitációs erővel; B) lassú forgatás, vi

7 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái a tehetetlenségi erő elhanyagolható; C) forgatva lengetés. Alsó helyzetben között az edény lassul és gyorsul = 2 g értékkel, egyébként állandó ω szögsebességgel forog váltakozó irányban. Leállás és irányváltás α = 0-nál. ω szögsebességnél a centrifugális erő egyezik a gravitációs erővel. 1. a vizsgált pont (a ábrán 5-tel jelölve); 2. eredő vektor Forgatás hatása 1/1 jelű dobozba töltött konzervnél. A tartalom: fehérbab paradicsommártásban. A hőkezelés 125 C-on történt. Fordulatszámok: 0, 10, 20, 25,35 és 53 min 1 az ábrán látható számok növekvő sorrendjében Mérőberendezés dobozok belső nyomása és térfogata közötti kapcsolat meghatározására. 1. mérőedény; 2. átlátszó fal; 3. átlátszó folyadék; 4. mérőcső (meniszkusz); 5. leeresztőszelep; 6. levegővezeték; 7. elzárószelep; 8. kompresszorhoz, ill. vákuumszivattyúhoz való csatlakozással a levegő be-, ill. kivezetése; 9. manovákuum-mérő műszer; 10. hőmérő; 11. üres konzervdoboz Konzervdoboz viszonylagos térfogatváltozását a nyomáskülönbség függvényében szemléltető ábra. p: belső nyomás; pk: külső nyomás; Vf/VfA: viszonylagos térfogatváltozás Rugalmas konzervedény (konzervdoboz) és a benne levő élelmiszer térfogatának alakulása. A) zárási állapot és hőtágulás hatására megnövekedett edénytérfogat, midőn a belső és külső nyomás egyenlő; B) a hőtágulás és külső nyomásnál (pk) nagyobb belső nyomás (p) hatására létrejött állapot; 1. gáztér; 2. élelmiszer az edényben; 3. az edény határoló fala; 4. hőtágulás hatására megnőtt fal; 5. hőtágulás és nyomáskülönbség hatására deformálódott (megnőtt) fal. A z index a zárási állapotra utal A hőmérséklet (T) és két egyenérték (F0 E ) alakulása a hőkezelési idő (t) függvényében Példa átfolyó rendszerű pasztőröző melegítő egységében létrejövő mikrobapusztító hatás (vagy egyéb elsőrendű tulajdonságváltozás) számítására. A) az átlaghőmérséklet (T) a befutott felületi arány (a/a) függvényében; B) a hőcserélő sematikus ábrázolása és a jellemző műszaki adatok; C) a , ka/cqm = 2,03, azaz T = e 2,03 (a/a); 2. melegítő számításhoz felhasznált függvények. 1. a hőkezelt anyag hőfoka, egység; 3. a tartózkodási idő sűrűségfüggvénye (f/t/); 4. a túlélő mikrobák száma a kezdeti szám arányában: a tartózkodási idő (t) függvényében. = a túlélő mikrobák száma a hőkezelés előtti mikrobaszámhoz viszonyítva Közvetlen gőzbevezetéssel üzemelő hőcserélők. A) a VNIIKOP Intézet hőcserélője; B) a Kötting cég injektoros hőcserélője hígabb termékekhez; C) a Cherry-Burrel cég konstrukciója hígabb anyagokhoz; D) termékporlasztással üzemelő hőcserélő. 1. termékbevezetés; 2. a forró termék elvezetése; 3. gőzbevezetés; 4. a termék áramlását terelő spirális; 5. gőzcsatorna; 6. termékelosztó nyílások; 7. hőmérő; 8. forgó termékporlasztó; 9. kis gőzturbina; 10. keverőtér; 11. kitáplálószivattyú; 12. a nem kondenzáló gázok elvezetése Gőzinfúziós sterilező. 1. a termék bevezetése; 2. a termék elvezetése; 3. gőzbevezetés Kapartfalú hőcserélő. 1. forgó tengely, melyre a kaparókések vannak felerősítve; 2. külső fűtőköpeny; 3. fűtőfelület; 4. az áthaladó termék; 5. kaparókések; 6. a termék belépése; 7. a kondenzvíz elvezetése James Dole-féle aszeptikus rendszer. 1. gőz-túlhevítő csövek; 2. gázégők; 3. keringtető vezeték; 4., 5. töltőrések; 6. lezárt dobozok kiadagolása; 7. töltőegység; 8., 9., 10. szelepek; 11., 12. ellenőrző műszerek A) Központi szűrő; B) egyedi szűrő; 1. fűtőköpeny a szűrő kiszárításához; 2. perforált henger; 3. szűrőréteg; 4. bilincsek a szűrőszövet rögzítéséhez; 5. biztonsági szelepek; 6. kondenzvíz-leeresztő csapok; 7. a szűrendő levegő belépése; 8. a szűrt levegő kilépése; 9. fenéklemez; 10. gyűrű és bilincs Steril levegőt előállító szűrő. 1. áttört támasztóköpeny rozsdamentes acélból; 2. az előszűrést megvalósító réteg; 3. mélységi szűrő kötőanyag nélküli mikrorostokból; 4. szilikon tömítőgyűrű vii

8 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái Nagytartályos aszeptikus rendszer. 1. fogadó tartály; 2. szivattyú; 3. csöves hőcserélő; 4. hőntartó cső; 5. előhűtő; 6. véghűtő; 7. hőcserélő; 8. tartály; 9. egyedi levegőszűrő; 10. biztonsági vizet tartalmazó edény; 11. kezelő asztal Hordótöltő rendszere. A) Sterilező-hűtő blokk; B) töltő-manipuláló blokk. 1. fogadó tartály; 2. betápláló szivattyú; 3. kapart falú hőcserélők (felmelegítés); 4. hőntartó cső; 5. hűtő; 6. aszeptikus működésű kiegyenlítő tartály; 7. aszeptikus szivattyú; 8. zsáktöltő (bag in box); 9. hordótöltő; 10., 11., 12. görgős pálya; 13. CIP-rendszer Hordótöltő ( ábra 9. tételszám). 1. hordófeladás; 2. hordó helye töltéskor; 3. harang; 4. harangmozgató hidraulikus henger; 5. harang-rögzítők (alsó, ill. felső helyzetben); 6. légelszívó cső; 7. vezérlőszekrény; 8. világítás; 9. nézőablak; 10. termékbetápláló szerkezet szintérzékelő szondával Bag in box rendszerű töltőgép. 1. termékvezeték; 2. töltőfej; 3. körkamra; 4. vákuumcső; 5. jodoforadagoló cső; 6. a steril levegő vezetéke; 7. töltőcső; 8. levegő-elvezető cső; 9. hegesztő szerkezet; 10. vízhűtés; 11. a hálózati víz ki-, ill. beáramlási helyei; 12. a gőzáram vezetékei; 13. steril levegő, ill. inert gáz vezetéke A Tetra Brik rendszerű csomagolás (Svédország) elvi vázlata. 1. többrétegű fóliaszalag; 2. H2O2-t felvivő hengerpár; 3. vegyszerkiszorító hengerpár; 4. hengerpár a hajtási helyek bevasalására; 5. a fóliaszalag kettéhajtása; 6. élhajlító szerkezet; 7. steril levegőt befúvó cső; 8. a steril lé bevezető csöve; 9. hegesztő szerkezet; 10. a folyadékszint szabályozása; 11. a dobozok lezárása; 12. a dobozformázás, leválasztás; 13. a dobozfülek hajtogatása Combibloc típusú töltőgép. A) elölnézet; B) oldalnézet A CIP rendszer vázlata. 1. a mosó, ill. fertőtlenítő oldat kilépése a CIP rendszerből; 2. a cirkuláló oldat visszaérkezése; 3. a vízbetáplálás helye; 4. az elhasznált mosó, ill. fertőtlenítő oldat távozása; 5. keringtető szivattyú; 6. segédanyag-betápláló egység; 7. összekötő vezeték; 8., 9. tartályok a mosóvíz, ill. a fertőtlenítő oldat számára; 10. mintavevőcsap; 11. túlfolyók; 12. folyadékszűrő; 13. gőz betáplálás; 14. hőcserélő; 15. hőmérsékletérzékelő; 16. vegyszerkoncentráció-érzékelő; 17. elektromos vezetőképesség-érzékelő; 18. kondenzedény; 19. áramlásmérő; 20. automatikusan vezérelt pillangószelepek A különböző szórófejek alkalmazási módjai fekvő, ill. álló tartályoknál. A) permetezés 360 -ban permetező, álló fejjel; B) permetezés forgó, aszimmetrikus fejjel; C) hosszú, fekvő, esetleg szállítható tartályoknál alkalmazott megoldás; D) tipikusan messzire hordó, aszimmetrikus szórófej; E) függőleges tartály sterilezése forgó szórófej-párral Egyfokozatú bepárló elvi sémája. A) bepárló barometrikus kondenzátorral; B) félbarometrikus kondenzátor. 1. a bepárló fűtőtere; 2. páraszeparátor; 3. barometrikus kondenzátor; 4. vákuumszivattyú; 5. hűtővíz szivattyú; 6. a híglé belépése; 7. a sűrítmény eltávozása; 8. a párák távozása a kondenzátorba; 9. hűtővíz belépés; 10. kondenzvíz-kilépés Háromfokozatú egyenáramú bepárló elvi sémája. A fokozatok sorszáma lé- és gőzoldalon egyaránt érvényes. 1. az első fokozat; 2. a második fokozat; 3. a harmadik fokozat; 4. a gyümölcslé belépése; 5. a sűrítmény kilépése; 6. a 3. fokozat páráinak távozása a kondenzátorba; 7. a fűtőgőz belépése; 8. a kondenzvíz távozása az első testből Gőzsugár-kompresszorral ellátott bepárló elvi sémája. 1. bepárlótest; 2. páraleválasztó; 3. gőzsugár-kompresszor; 4. a híglé belépése; 5. a sűrítmény kilépése; 6. a nagynyomású gőz belépése; 7. a friss gőz és a visszaszívott és komprimált páragőz keveréke; 8. a páragőz visszaszívott része; 9. a páragőznek a kondenzátorba távozó része Gőzsugárral működő termokompresszor jellemzői közötti kapcsolat diagramjai. T = fűtőoldali és páratéri hőfokok különbsége, m = 1 kg friss gőzzel elpárologtatott víz mennyisége kg-ban. A görbéknél megadott nyomás a gőzsugárkompresszorba belépő friss gőz nyomása A tartózkodási idő eloszlásához tartozó sűrűségfüggvénnyel arányos jelzőanyag-koncentráció bepárlóban, különböző belépő tömegáramok mellett t = tartózkodási idő, a jelzőanyag beadásától mért idő; c = a jelzőanyag koncentrációja kilépésnél; qmb = belépő tömegáram viii

9 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái Gyümölcsök összes aromatartalmából kinyert aromaanyagok százalékos értéke (ε) az elpárologtatott víz mennyiségének függvényében. A vízszintes tengelyen P-vel az elpárologtatott víz az eredeti víztartalom százalékában található. P = 100(e 1)/e(1-wB), az (1.3.1) összefüggés jelöléseivel. 1. alma; 2. szilva; 3. szőlő; 4. fekete ribiszke; 5. körte; 6. meggy; 7. kajszi; 8. birsalma; 9. őszibarack; 10. málna; 11. fekete szeder; 12. szamóca Gömbvákuum-üst vázlatos metszete. 1. anyagtér; 2. fűtőtér; 3. keverő; 4. cseppleválasztó; 5. terelőlemez PR típusú besűrítő. 1. úszós szintszabályozó; 2. ejtőgyűrű; 3. forralócsövek; 4. cseppfogó; 5. félbarometrikus kondenzátor; 6. úszós szintszabályozó; 7. vízszivattyú; 8. cseppleválasztó; 9. vákuumszivattyú; 10. léátemelő szivattyú; 11. forralócsövek a léoldali második fokozatban; 12. külső ejtőcső; 13. szállító keringtető csiga a sűrítmény részére; 14. beépített refraktométer; 15. sűrítménykitápláló szivattyú; 16. kitápláló szelep Magyar UT-F típusú bepárló, a Rossi cég (Olaszország) licencének átvétele alapján. 1. gőzoldalon első, léoldalon második fokozat; 2. gőzoldalon második, léoldalon harmadik fokozat; 3. gőzoldalon második, léoldalon negyedik fokozat (végsűrítő); 4. gőzoldalon harmadik, léoldalon első fokozat; 5. félbarometrikus kondenzátor; 6. gőztelítő; 7. kondenzvíz-tartály; 8. cirkuláltató szivattyúk a különböző mértékben besűrített anyag részére; 9. áttápláló szivattyú; 10. a beépített refraktométer keringtetőszivattyúja; 11. a sűrítmény kitáplálószivattyúja; 12. kondenzvíz-szivattyú; 13. vízszivattyú; 14. vákuumszivattyú. Belépő anyagok: G = gőz, H = hűtővíz, L = híglé. Kilépő anyagok: C = hűtővíz + lecsapott párák, K = kondenzvíz a gőzoldali első fokozatból, S = sűrítmény A Wiegand cég (német) egyenáramú, kétfokozatú, párakompressziós, esőáramú bepárlója, vákuumos hűtéssel ellátva. 1. első fokozat; 2. második fokozat; 3. gőzsugár-kompresszor; 4. expanziós hűtőedény a sűrítmény részére; 5. vákuum-rendszer kondenzátorral; 6. híglé-belépés; 7. sűrítmény-kilépés; 8. friss gőz belépései Az APV cég (Anglia) esőfilmes, lemezes bepárlójának működési elve. 1. a híglé belépése; 2. bal oldali termékszekció; 3. gőzszekció; 4. páraleválasztó egység; 5. az elősűrítmény szivattyúja; 6. az elősűrítmény belépése a jobb oldali termékszekcióba; 7. gyűjtőedény a végsűrítmény részére; 8. sűrítménykitápláló szivattyú; 9. fűtőegység; 10. elősűrítmény és pára a leválasztóba; 11. végsűrítmény kitáplálása (a párák a 4 jelű páraszeparátorba kerülnek); 12. gőzbelépés; 13. kondenzvíz-kilépés Az Alfa-Laval cég (Svédország) Convap típusú bepárlójának vázlata. A) működési vázlat; B) a bepárlótest keresztmetszete. 1. bepárlótest; 2. páraleválasztó; 3. forgó kaparó-szerkezet; 4. sűrítendő anyag belépése; 5. sűrítménykilépés; 6. párák a kondenzátorhoz; 7. a fűtőgőz belépése; 8. a kondenzvíz eltávozása; 9. kaparókés; 10. a hőcserélő henger köpenye Az Unipektin cég ( Svájc) kétfokozatú ellenáramú sűrítővel kombinált aroma-visszanyerő és töményítő berendezése. 1. gőzoldalon első bepárló fokozat; 2. gőzoldalon második fokozat, léoldalon első fokozat; 3. páraleválasztók; 4. páravezeték az aromavisszanyeréshez; 5. lemezes hőcserélő; 6. desztilláló oszlop; 7. felületi kondenzátor; 8. aromahűtő; 9. gázhűtő; 10. gázmosó; 11. a híglé belépése; 12. a sűrítmény (aromaszegény) kilépése; 13. a gőzoldali második fokozat párakondenzátumának vezetéke a desztilláló oszlopba; 14. a fenékvíz (luttervíz) kilépése; 15. az aromakoncentrátum elvezetése; 16. nem kondenzálható gázok elvezetése; 17. a fűtőgőz belépése; 18. a hűtővíz kilépése Néhány élelmiszeripari anyag fagyáspontja (T) a vízoldható szárazanyag-tartalom (a, refr. %) függvényében. 1. szacharózoldat; 2. kávékivonat; 3. almalé, 4. szamócalé, 5. ribiszkelé és sűrítménye Példa gyümölcslé két lépésben történő sűrítésére a vízkifagyasztás módszerével. A diagram a fajlagos entalpia változását mutatja a 0 C hőfokú oldatéhoz képest ( h). X a szárazanyag-tartalom tömegtörtje százalékban kifejezve Grenco rendszerű fagyasztva sűrítő elvi sémája. 1. kapart felületű hűtő; 2. kristálynövelő egység; 3. mosóoszlop; 4. perforált dugattyú; 5. fűtés; 6. expanziós edény; 7. betápláló szivattyú; 8. keringtető szivattyú; 9. a gyümölcslé belépése; 10. a hűtőközeg belépése; 11. a sűrítmény kilépése; 12. a megolvadt jég kilépése Különböző besűrítési eljárások relatív energiaköltségei (r) az elektromos energia árára vonatkoztatott gőzár (R) függvényében, r = 1 t víz elvonásának gőz + elektromos energia költsége, osztva az 1 t gőz költségével. R = 1 t gőz ára, osztva 1 kwh elektromos energia árával fokozatú ix

10 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái ellenáramú kifagyasztásos sűrítő (ws = 0,33), 2. 4 fokozatú, mint az 1 jelű (ws = 0,66), 3. 3 fokozatú termikus, 4. 4 fokozatú termikus, 5. 3 fokozat + gőzsugár kompresszor, 6. 6 fokozatú termikus, 7. 3 fokozat + mechanikus párakompresszor Néhány vizes oldat ozmózisnyomása (π) a szárazanyag-tartalom tömegtörtjének (ws) függvényében. 1. NaOH-oldat; 2. NaCl-oldat; 3. glükóz-, fruktózoldat; 4. szacharóz-, laktózoldat; 5. fehérjék Kétfokozatú, a fordított ozmózis (RO) elvén működő berendezés elvi sémája. 1. az első sűrítő fokozat; 2. második sűrítő fokozat; 3. cirkuláltató szivattyúk; 4. nagy nyomású betápláló szivattyú; 5. nyomásszabályozó szelep; 6. a sűrítendő anyag (pl. paradicsomlé) belépése; 7. a sűrítmény kilépése; 8S a permeátum (víz) távozása Élelmiszerek szorpciós izotermái Mérőkészülék működési elve szorpciós izoterma felvételéhez A szorpciós hiszterézis jelensége Tárolási feltételek meghatározása szorpciós izotermából A nedvesség eloszlása síklapban szárításkor. X: az anyag nedvességtartalma t időpontban; Xs: felületi anyagnedvesség; Yg: a levegő nedvességtartalma; Vs: felületi légnedvesség Nedves anyag száradási görbéje. 1. kezdeti nedvességtartalom (Xk); 2. a nedvességtartalom eloszlása t időpontban; 3. átlagos nedvességtartalom t időpontban; 4. végnedvesség; 5. kezdeti szakasz; 6. állandó sebességű szakasz; 7. kritikus átlag-nedvességtartalom (Xc); 8. a csökkenő sebesség szakasza; 9. egyensúlyi nedvességtartalom (Xe) Száradási sebességi görbe az idő függvényében Száradási sebességi görbe a nedvesség függvényében Száradó anyag átlaghőmérséklete az idő függvényében Az anyag méretének hatása a száradás folyamatára Tárcsás porlasztó. A) tengely; B) az anyag betáplálása; C) radiális csatorna; D) elosztó Tárcsás porlasztó permetfelhője Fúvókás porlasztó vázlatos metszete Fúvókás porlasztó permetfelhője Dobszárító berendezés. 1. Hő bevezetése; 2. levegő betáplálása; 3. forgató berendezés; 4. a levegő visszakeringtetése; 5. nyers termék betáplálása; 6. kilépő levegő; 7. késztermék A sótartalom (%-ban kifejezett tömegtört) a kiegyenlítődéshez szükséges idő (d = nap) függvényében A fizikai jellemzők alakulása az uborkaerjesztésnél, az idő függvényében (d = nap). 1. a levegő térfogata; 2. szemcsesűrűség; 3. az uborka térfogata; 4. az uborka tömege (kiindulási tömeg 1000 g) A sótartalom (%-bán kifejezeti tömegtört) hatása az uborka fizikai jellemzőinek viszonylagos értékére (kiindulási érték: 100%) A cukortartalom (%-ban kifejezett tömegtört) alakulása az idő függvényében uborka erjesztésekor Az összes savtartalom (%-ban kifejezett tömegtört), a ph-értékek és a gáztartalom alakulása uborka erjesztésekor az idő (d = nap) függvényében A főbb mikrobacsoportok darabszám-koncentrációjának változása, az idő (d = nap) függvényében az uborka erjesztésekor. A függőleges tengelyen a darabszám-koncentráció 10-es alapú logaritmusa látható Két különböző tartósítási eljárás (tényező) kombinált hatását szemléltető izobol diagram xa, xb: az A és B eljárás önmagában legkisebb hatásos adagjához viszonyított adagjai x

11 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái Borsócséplő telep elrendezési vázlata. 1. zöldtermény-adagoló; 2. borsócséplő gépek szalmakihordóval; 3. keresztirányú szemgyűjtő szalag; 4., 6. hattyúnyakas elevátor; 5. utótisztító rosták; 7. szemgyűjtő tartályok; 8., 10. szállítószalagok; 9. szecskázógépek; 11. szecskagyűjtő tartályok; 12. kapcsolóirányító egység Stabil zöldborsócséplő gép működési vázlata. 1. etető-felhordó; 2. külső dob; 3. belső cséplődob a lapátsorokkal; 4. fő gyűjtőszalag; 5. nyomóventilátor; 6. törekszalag; 7. szalmarázó; 8. szalmakihordó; 9. gyűjtőtartály Paradicsomelőfeldolgozó gépsor elrendezési vázlata. 1. fogadógarat; 2. rögelválasztó garat; 3. iszapleválasztó; 4. előválogató; 5. szennyelhordó szalag; 6. öblítőgarat; 7. selejtező; 8. hulladékelhordó szalag; 9. mosó-tisztító berendezés; 10. szín szerinti válogató; 11. sárga és zöld bogyókat szállító szalag; 12. piros bogyókat felhordó elevátor; 13. roppantó-zúzó; 14. előtároló tartály; 15. kapcsolószekrény; 16. vezérlőasztal Folyamatos üzemű iszapleválasztó-víztisztító berendezés működési vázlata. 1. csővezeték; 2. ciklon; 3. ülepítő; 4. csillapító és elosztó csővezeték; 5. ülepítő-gyűjtő; 6. lemezes iszapleválasztó; 7. visszavezető cső A hagymamanipuláló gépsor vonalas elrendezési vázlata. 1. felhordó az adagoló garattal; 2. szennyeződésleválasztó; 3. selejtező; 4. tisztítóberendezés; 5. minőség szerinti válogató; 6. méret szerinti osztályozó; 7. ülepítőciklon; 8. vezérlőasztal; 9. tartályládák Ládamosógép. 1. felhordó szállítószalag; 2. billentő-adagoló (állítható vezetőlemezekkel); 3. a szállító láncok feszítő szerkezete; 4. szállító lánc; 5. törmelékgyűjtő kocsi; 6. lúgoldat-szállító szivattyú; 7. lúgtartály; 8. hőfokszabályozó; 9. vízvezetékek; 10. gőzvezeték; 11. a forró víz tartálya; 12. szivattyú a forró víz részére; 13. hajtóműszabályozó szerkezet; 14. kiadó-billentő szerkezet (állítható vezetőlemezekkel); 15. fúvókák (rozsdamentes, cserélhető kivitelben); 16. ablak; 17. szűrőlemez a lúgtartályhoz; 18. csatlakozó csonk a páragőzök elvezetéséhez Tartálykocsik mosóállomásának vázlatos felülnézete Az ábrán látható lineáris méretek mm-ben értendők Cukoroldatok viszkozitása (η) a hőmérséklet (T) függvényében, különböző, százalékban kifejezett tömegtörteknél Előírt (megengedett) legkisebb és legnagyobb hőkezelési idők (t) a hőmérséklet (T) függvényében gyümölcslevek bepárlásánál. 1. oxidáló enzimek inaktiválásának legkisebb ideje; 2. hidroxi-metil-furfurol képződés legnagyobb hőkezelési ideje; 3. antocián színezékek legnagyobb hőkezelési ideje Gyártóvonal zöldborsó feldolgozásához. 1. fogadótartály; 2. felhordó; 3. flotációs mosógép; 4. felhordó; 5. osztályozó berendezés; 6. borsószivattyú; 7. vízleválasztó; 8. előfőző; 9. szelektor; 10. felhordó; 11. töltő levező egység; 12. zárógép; 13. hidrosztatikus sterilező berendezés Gyártóvonal zöldbab feldolgozásához. 1. fogadó-adagoló berendezés; 2. szállítószalag; 3. serleges felhordó; 4. légfúvásos szelektor; 5. mosógép; 6. fürtbontó-előhegyező gép; 7. átadószalag; 8. véglevágó berendezés; 9. válogatószalag; 10. serleges felhordó; 11. szeletelőgép; 12. szelektáló berendezés; 13. serleges előfőző; 14. vibrációs szelektáló; 15. serleges felhordó; 16. töltő-levező egység; 17. zárógép; 18. osztott hidrosztatikus sterilező Gyártóvonal csemegekukorica feldolgozásához. 1. teherkocsi felhajtó; 2. fogadótartály; 3. kihordószalag; 4. felhordószalag; 5. keresztirányú elosztó szalag; 6. háncslevél-lehúzó szerkezet; 7. átadószalag; 8. felhordószalag; 9. válogatószalag; 10. hibás csöveket elhordó szalag; 11. elosztó-szalag; 12. kukoricamorzsoló gépek; 13. úsztatóvályú a lemorzsolt szemek részére; 14. szemgyűjtő tartály szivattyúval; 15. habflotációs mosóberendezés; 16. légszelektor; 17. szállítószalag; 18. töltő-levező berendezés; 19. gép az előzáráshoz; 20. vákuumos dobozzáró; 21. osztott hidrosztatikus sterilező Előfeldolgozó állomás paradicsomzúzat készítéséhez. 1. billenőtartályos pótkocsi; 2. aknába helyezett mosóberendezés; 3. kihordó szalag; 4. válogatószalag; 5. hulladékelhordó szalag; 6. görgős mosó; 7. rendezőszalag; 8. szín szerinti osztályozó berendezés; 9. zöld és sárga bogyók elhordószalagja; 10. piros bogyók továbbítószalagja; 11. elevátor; 12. paradicsomroppantó (-zúzó); 13. durva fokozatú áttörőgép; 14. zúzat-tartály; 15. tartály a teherkocsikon levő szállítótartályok töltésére Gyártóvonal paradicsomsűrítmény készítéséhez. 1. szállítótartály; 2. lefejtőtartály; 3. fogadótartály; 4. zúzatelőmelegítő; 5. tartály a meleg zúzat részére; 6. passzírozó-állomás (3 fokozattal); 7. tartály a passzírozott lé részére; 8. előmelegítő; 9. gőztelítő a bepárlóhoz; 10. a bepárló első fokozata; 11. a bepárló 2. és 3. fokozata; 12. tartály a sűrítmény részére; 13. püré-sterilező; 14. töltőgép; 15. zárógép; 16. kondenzvízgyűjtő tartályok; 17. párák elvezetése a gőzoldali utolsó fokozatból a kondenzátorhoz xi

12 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái Konzervgyár lecsógyártó gépsora. 1. kefés mosógép; 2. csumakinyomó berendezés; 3. kefés mosógép; 4. csumaleválasztó; 5. válogatószalag; 6. felhordó; 7. magelválasztó; 8. továbbítószalag; 9. csíkvágó gép; 10. felhordó; 11. előfőző berendezés; 12. keverőtartály (paradicsommártás + paprikacsíkok keverése); 13. keverékszivattyú; 14. ikerfejes töltőgép; 15. zárógép; 16. hidrosztatikus sterilező Gyártóvonal csemegeuborka konzerv gyártásához. 1. előmosó; 2. kefés mosógép; 3. felhordó; 4. melegvizes mosógép; 5. kefés mosógép; 6. felhordó; 7. válogatószalag; 8. üvegfeladás; 9. vibrációs töltőgép; 10. asztal a töltőtömeg kiegyenlítésére; 11. keverőberendezés; 12. gőzinjektálással létesített vákuum mellett működő zárógép; 13. alagútpasztőröző Vákuumos hengerszárító. 1. a folyékony élelmiszer felhordása; 2. acélszalag; 3. fűtött henger; 4. hűtött henger; 5. a szárítmány kiadagolására szolgáló zsilip; 6. vákuum alatt levő kamra; 7. elszívás a vákuumszivattyú irányába; 8. infravörös sugárzók; 9. lekaparó kés Vákuum alatt üzemelő szalagszárító folyadék és pép jellegű élelmiszerekhez. 1. vákuum alatti hengeres tartály szárítószalagokkal és fűtőtestekkel; 2. keverős tartály betáplálószivattyúval; 3. szárítmánykitápláló zsilipek; 4. vákuumrendszer; 5. szárítmányőrlő berendezés A Niro cég porlasztva szárító berendezése paradicsompor gyártásához. 1. sűrítménybetápláló szivattyú; 2. porlasztófej; 3. szárító-kamra; 4. hűtőszalag; 5. vibrációs szita; 6. edény a szárítmány részére; 7. evakuálózáró egység; 8. léghevítő rendszer; 9. légelosztó; 10. levegőelszívó csonk; 11. porleválasztó ciklon, elszívó ventilátorral; 12. léghűtésű köpeny; 13. légkondicionáló egység; 14. csomagolótér Habosítva porlasztó szárítóberendezés. 1. tartály a sűrítmény részére; 2. szivattyú; 3. előmelegítő; 4. szivattyú; 5. kompresszoros légbekeverő egység; 6. porlasztó fúvóka; 7. szárítókamra; 8. porkiadagoló szerkezet; 9. ventilátor és léghevítő a szárító levegő részére A porlasztva szárítás filter mat (szűrő réteges) változata. 1. táptartály; 2. szivattyú; 3. porlasztófej; 4. porlasztó kamra; 5. szitaszövetből kialakított szállítószalag; 6. a forró levegő bevezetése; 7. száraz levegő bevezetése; 8. anyagréteg; 9. levegőelvezetések; 10. a szárítmány kilépése Binder-féle szalagos szárító keresztmetszete. 1. meleg levegő bevezetés; 2. a távozó levegő; 3. visszacirkuláltatott levegő; 4. hőcserélő A Proctor-Schwartz-féle háromszakaszú szalagos szárító. A) felülnézet; B) oldalnézet; C) keresztmetszet; D) szabályozható terítőszerkezet az anyag betáplálásánál. 1. lengő terítőszerkezet a betáplálásnál; 2. kefés szalagmosó; 3. porlasztásos szalagmosó; 4. leszedő-henger; 5. tüskés lazító; 6. szalagütögető szerkezet; 7. a szárítmány kilépése; 8. gázégős léghevítő változat; 9. gőzhevítéses változat; 10. szabályozható terítőszerkezet A kilépő levegő hőtartalmának hasznosítása folyadék közvetítésével. 1. a távozó levegő gáz-folyadék rendszerű hőcserélője; 2. a beszívott levegő folyadék gáz rendszerű hőcserélője; 3. léghevítő (kalorifer); 4. szárítóberendezés A kilépő levegő hőtartalmának hasznosítása levegő-levegő rendszerű hőcserélővel. 1. szárítóberendezés; 2. léghevítő ventilátorral; 3. elszívó ventilátor a távozó levegő részére; 4. hőcserélő (a távozó levegő hőtartalmát a belépő szárítólevegőnek adja át) xii

13 A táblázatok listája Hidrosztatikus sterilező berendezésekre vonatkozó néhány adat OHS ( Hunister ) berendezések főbb adatai Az OHS-3 típusú osztott hidrosztatikus berendezés főbb műszaki adatai Egyes csomagolóeszközök kritikus terhelésnek kitett részei és a kritikus értékek típusai Csomagolószerekre vonatkozó néhány kritikus érték a szakirodalom alapján(12, 27, 55) Néhány konzervipari anyag sűrűsége a hőmérséklet függvényében és köbös hőtágulási együtthatója(55, 115) ρ = a bt, [T Néhány hőkezelésnek kitett csomagolóanyag köbös hőtágulási együtthatója (0< αvf) 20 és 130 C között(55, 96) Konzervekben előforduló gázok néhány fizikai jellemzője Különféle zárási módok jellemzői A szakirodalomban ajánlott F0-értékek Heiss és Eisner(35) nyomán Vízelvonásos tartósítás műveletei és jellemzői Sűrítmények vízaktivitása Egyszerű bepárlási (besűrítési) folyamatban szereplő anyagmennyiségek (tömegek) számítására szolgáló összefüggések. A sűrítési arányt (e) ismertnek tételezzük fel Néhány gyümölcslésűrűség (ρ, kg m-3) tömegtört (w) hőfok (T, C) összefüggése Gyümölcs- zöldséglevek és sűrítményeik reológiai jellemzése Vizes cukoroldatok forrpontemelkedése a tömegtört függvényében 0,1 M Pa 1 bar nyomáson Hőátadási tényezők irányértékei Bepárlók gőzigénye, 1 kg víz elpárologtatásához szükséges gőz kg-ban Átlagos tartózkodási idők különféle bepárlótípusoknál Néhány gyümölcssűrítmény szokásos szárazanyag-tartalma Zöldség- és gyümölcsvelők jellemzői és sűríthetősége Egyes gyümölcslevek aromáinak relatív illékonysága (αa) 90%-os aromakihozatalnál az elpárolgási hányad függvényében Szárazanyag-veszteségek különféle fagyasztva sűrítő berendezésekben Néhány élelmiszer víztartalma Szárítóberendezések szabályozásának lehetőségei A tartósítószerként alkalmazott gázok hatékonyságát befolyásoló tényezők(75) (av: vízaktivitásnak a hatékonyságot biztosító tartománya) Fűszerek fitomicid hatású vegyületei(75) A nyomás hatása az uborka fizikai jellemzőire Kémiai változatok az erjedés alatt; * mg/100 g Az uborka és a káposzta mikroflórájának összetétele A tejsavbaktériumok erjesztésének savas termékei Az ecetsav szaporodásgátló hatása Az ecetsav és a konzerválószerek tartósító hatása Koronadugóval zárt palackokban a pasztőrözés alatt uralkodó maximális nyomás xiii

14 Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái Szacharóz- és invertcukor-oldatok százalékban kifejezett tömegtörtjeinek összetartozó értékei Abbé refraktométeren mért azonos törésmutatók mellett Telített cukoroldat töménysége a hőmérséklet Zöldborsókonzervek szem-méretei és az elnevezések Zöldborsókonzervek zsengeségi osztályai Zöldborsó előfőzésénél alkalmazott paraméterek Zöldborsókonzervek tipikus töltési és sterilezési adatai Zöldbabkonzervek tipikus töltési és sterilezési adatai refr.%-os sűrített paradicsomkészítmények tipikus töltési és hőkezelési adatai Natúr lecsókonzerv töltési és hőkezelési adatai Konzervipari célra használt uborka méretei és elnevezése Csemegeuborka-konzerv fűszereinek mennyisége g-ban, 100 db konzervhez Csemegeuborka-konzervek töltési és hőkezelési adatai Különböző szárítási eljárások összehasonlítása (A nyíl a növekvő költségek és a javuló minőség irányába mutat.) Előfőzve, előfőzés nélkül, valamint kénezve szárított zöldségfélék felsorolása Csecsemők és kisgyermekek legfontosabb ásványianyag- és vitaminszükséglete (mg)(48) Hozzáadott tápanyagot tartalmazó bébiételek megengedett legmagasabb vitamin és ásványi anyag mennyiségei(44) Bébiételek és italok szennyező anyagainak felső határértékei (μg/kg)(45) xiv

15 Előszó A Növényi nyersanyagok hőközléses tartósító technológiái c. könyv célja a téma mérnöki szintű és tankönyv mélységű tárgyalása. A könyv szintetizálja a technológiai eljárások megértéséhez szükséges egyes élelmiszer-kémiai, mikrobiológiai, élelmiszer-ipari művelettani és gépészeti, valamint csomagolástechnikai tudnivalókat. Ez a könyv túlnyomóan hőközléses ipari tartósító eljárásokkal foglalkozik, azonban néhány egyéb eljárás ismertetésének is helyet adtunk: vegyszeres tartósítás, mesterséges és természetes savanyítás, kombinált tartósítás. Alapvető ismereteket nyújt a különböző nyersanyagok feldolgozásával kapcsolatos technológiai folyamatok elsajátításához. Az eljárások között nem szerepel a hűtőipar tevékenységi körébe tartozó tartósítóipari hűtés és fagyasztás témaköre. A könyv az egykori Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem Élelmiszeripari Karán 1990-ben kiadott Konzervtechnológia II. kötet (szerkesztők: dr. Körmendy Imre és dr. Török Szilveszter) átdolgozásával jött létre. Néhány fejezet kimaradt vagy lerövidült, új fejezetek és részek egészítik ki a könyvet. A szerzői gárda is kiegészült, az élelmiszertudomány területeiről különböző szakmai háttérrel rendelkező tizennégy szakember írta e könyvet. A könyv egyidejűleg szól az egyetemi hallgatókhoz, a feldolgozástechnológia területén működő szakemberekhez, vállalkozókhoz és tudományos kutatókhoz. A szerkesztők xv

16 Bevezetés A táplálék tartósításának célja az élelem megszerzésének és elfogyasztásának térben és időben való különválasztása. A latin Conserve szó megőrzést jelent. A gyűjtögetés, halászat, vadászat útján szerzett táplálék aszalását, szárítását, sózását, füstölését, savanyítását, erjesztését, hűtését az évezredekkel ezelőtt élt népek ugyanúgy alkalmazták, mint a mai legprimitívebb fokon álló néptörzsek. A civilizált társadalom már nem elégszik meg a mindennapi táplálék megszerzésével, hanem a táplálkozástudomány ismereteinek tudatos alkalmazásával a napi fehérje-, zsír-, szénhidrát-, ásványi só-, vitamin szükséglet kielégítésének követelményét támasztja a tartósítóiparral szemben. A tartósítóipar nyersanyagainak megtermelése földrajzi-, talaj- és klimatikus adottságok függvénye. Ahol ezek a feltételek hiányoznak, ott a lakosság kedvezőbb adottságok mellett termett, tartósított termékeket igényel. Így a tartósító tevékenység nemzetközi fontosságot nyert. A magyar tartósítóipar a gyümölcs- és zöldségnyersanyagból a félkész- és késztermékek széles választékát állítja elő. Késztermékek gyümölcs nyersanyagból: A gyümölcsök többségét az ipar befőttek, dzsemek és ízek formájában tartósítja, kisebb jelentőségűek a puding gyümölcsök, vegyes saláták, gyümölcsbólék. Egyre népszerűbbek a csökkentett cukortartalmú energiaszegény, valamint a cukorhelyettesítőkkel édesített diabetikus készítmények. Dzsem- és ízgyártáshoz félkész termékként steril pulpok és velők szolgálnak. A gyümölcsitalok csoportját a hőkezeléssel tartósított 100%-os gyümölcslevek és az előírás szerinti gyümölcshányaddal készülő nektárok alkotják. Vízzel hígítható ital-alapanyagként szolgálnak a különféle gyümölcsszörpök. Vízelvonásos tartósítással állítják elő gyümölcsökből a különböző aszalványokat és szárítmányokat. Késztermékek zöldség-alapanyagból: A zöldségkonzervek csoportját a natúr (cukros-sós felöntőlével készült) készítmények súlyozzák. Igen változatos megjelenésben és ízesítéssel készülnek a saláták, a különféle savanyított és marinált zöldségek. A zöldségkonzerven belül önálló gyártmánycsoportnak tekintjük a paradicsomkészítmények választékát. A paradicsom sokféle formában (hámozott és hámozatlanparadicsom, ivóié, sűrítmény, lecsó, vegyes savanyúság, paradicsompor, ketchup és mártások) hasznosul. A szárítmányok legfontosabb alapanyagai a levélzöldségek és a paprika, de készülnek szárított termékek gyökér és gumós zöldségekből, és egyéb zöldségnövények részeiből is. Félkésztermékek gyümölcsökből: Sűrítményeket főleg bogyósok és alma szűrt, derített levéből állítanak elő. A gyümölcsvelő vagy püré a gyümölcsök áttört natúr húsát tartalmazó készítmény. Tartósítása aszeptikus technikával történik. xvi

17 Bevezetés A gyümölcspulp darabos gyümölcsöket tartalmazó féltermék. Félkésztermékek zöldségekből: A zöldség-félkésztermékek legfontosabbika a sűrített paradicsomvelő. Tartósítása hőkezeléssel vagy aszeptikus technológiával történik. Speciális készítmények: Önálló gyártmánycsoportot képeznek a natúr, valamint a tejjel, hússal komplettált gyümölcs-, zöldségalapú bébiételek, bébiitalok. Egyre nagyobb a választéka az ételízesítőknek, mártásoknak, önteteknek. A szárítóüzemek termékein alapulnak a levesporok és egyéb por-alapú ételkiegészítők. Mennyiségét tekintve kisebb jelentőségű, de a nyersanyagok és konyhatechnikai eljárások sokfélesége miatt igen nagy számú gyártmányt képvisel a hőkezelt,fogyasztásra kész ételek röviden készételek csoportja. Jellemzőjük, hogy a zöldségféléken kívül általában húst is tartalmaznak. A hús- és halkonzervek csoportja hideghúsokat, krémeket, étel konzerveket foglal magában.(147) xvii

18 1. fejezet A sterilezés és pasztőrözés ipari technológiái Az ebben a pontban közölt anyag alapozó jellegű ismeretekre épült(51, 146) és főleg az azokat felhasználó és meghaladó ipari eredményeket, vagy az ipari eljárásokhoz (is) felhasználható elméleti eredményeket tartalmaz. A konzervipari gyakorlat általában sterilezésnek hívja a (részben) 100 C felett végbemenő hőkezelést és pasztőrözésnek a 100 C alatti hőkezelést. A mikrobapusztító hatás szempontjából viszont pasztőrözés csak a vegetatív formák elölését jelenti, hőfokra való tekintet nélkül, míg sterilezésnél a spórás formák többsége is elpusztul. A kettős értelmezés a gyakorlatban nem okoz félreértést a kiegészítő információk alkalmazásával Hőkezelő berendezések A hőkezelő berendezések csoportosítása A csoportosítást különböző szempontok szerint végezhetjük: 1. Csomagolt egységekre való bontás állapotában, vagy egységekre való bontás nélküli hőkezelés: 1.1. Konzervedénybe, vagy más csomagolószerbe csomagolt anyag hőkezelése Fém csomagolószerek (acél-, alumínium dobozok, fém tubusok) Üveg csomagolószerek (konzerves üvegek, palackok) Műanyag csomagolószerek (kemény, félkemény műanyag dobozok, műanyag tasakok és ezek fémekkel történő kombinációi) Tartályok (nagy és közepes űrtartalma tartályok, hordók, kannák) 1.2. Anyagok átfolyó rendszerben való hőkezelése a töltést és zárást megelőzően 1.3. Az 1.1. és 1.2. szerintiek kombinálása 2. A hőkezelésnél alkalmazott hőmérséklet szempontjából: 1

19 C felett üzemelő berendezések C alatt üzemelő berendezések 3. A hőkezelésnél alkalmazott nyomás szempontjából: 3.1. A berendezésben a nyomás túllépi a légköri nyomást 3.2. A berendezésben a nyomás nem lépi túl a légköri nyomást 4. Az üzemvitel szempontjából: 4.4. Szakaszos üzemű berendezések 4.2. Folytonos üzemű berendezések 5. A tartózkodási idő szempontjából: 5.1. A determinált tartózkodási idővel rendelkező berendezések 5.2. Indeterminált tartózkodási idővel rendelkező berendezések (ezek csak az 1.2. és 1.3. szerinti esetben fordulnak elő) 6. A hevítés és hűtés fizikai alapjai szerint: 6.1. A hevítés és hűtés túlnyomóan konvektív, ill. fázisváltozással járó hőközléssel történik a közeg oldalán A hőkezelt anyag és a hőközlés közege egymástól el van választva (fém fallal) A hőátadó, vagy -felvevő közeg folyadék (víz, olaj, speciális oldat) A hőátadó, vagy -felvevő közeg gőz (víz-gőz, hűtőközeg gőze) A hőátadó, vagy -felvevő közeg gáz (levegő, füstgáz stb.) A szerintiek kombinációja A hőkezelt anyag és a hőátadó, vagy -felvevő közeg egymással keveredik 6.2. A hevítés túlnyomóan hősugárzással történik 2

20 6.3. A hevítés hőgerjesztéssel történik (dielektromos hevítés): Nagyfrekvenciás hevítés (10 50 MHz) Mikrohullámú hevítés ( MHz) Minden fajta csomagolószerbe töltött élelmiszert hőkezelő berendezés teljesítménye számítható az alábbi formulával:. Itt V a berendezés belső térfogata, mely a közegekkel, konzervekkel és szállítószerkezettel stb. van kitöltve (m3), W 1 db konzervedény térfogata (m3), N az időegységben hőkezelt konzervedények száma (min 1), t a hőkezelési idő (összidő, min.), Φ a térfogatkitöltési tényező, a berendezésben egyidejűleg levő konzervedények térfogata osztva a berendezés belső térfogatával. Azonos konzervre vonatkozóan általában az a berendezés előnyösebb, melynek nagyobb a térfogatkitöltési tényezője és kisebb a hőkezelési idő. Az előző a konstrukció megfelelő kialakítására, az utóbbi a hőkezelés intenzitására utal Hidrosztatikus sterilezők Hidrosztatikus sterilezőkben a konzervedények melegítésére szolgáló gőztérben uralkodó nyomással az edények be- és kivezetésére szolgáló vízoszlopok nyomása tart egyensúlyt. A bevezetésre szolgáló oszlop(ok) egyúttal melegítésre, a kivezetésre szolgáló oszlop(ok) egyúttal hűtésre is szolgálnak. A gőztérbe nyomás alatti levegőt vezetve, ott a hőmérséklethez tartozó vízgőztenziónál nagyobb nyomás is elérhető. Egyik legegyszerűbb hidrosztatikus sterilező felépítésének elvét az ábra szemlélteti. 3

21 ábra - Egyszerű hidrosztatikus sterilező működési elvét szemléltető ábra. 1. dobozbeadagolás; 2. a konzervdobozt tartó szerkezet (perforált cső, serleg, vagy motollás tartó stb.); 3. szállító rendszer; 4. nyomáskülönbséget létesítő melegítő vízfürdő; 5. gőztér (gőz és levegő tere); 6. nyomáscsökkentést létesítő hűtő vízfürdő; 7. U alakú hűtővízfürdő; 8. kivezető és dobozszárító ág; 9. dobozkiadagolás A vízoszlop magassága és a gőztér nyomása közötti összefüggés a következő: PG Pb =Hρg. Itt H a vízoszlop magassága, az ábra szerinti értelmezés alapján (m), g a gravitációs állandó (m s 2), Pb a légköri nyomás értéke (N m 2), PG a gőztéri nyomás értéke (N m 2), ρ a víz sűrűsége (kg m 3). A konzervedényre ható külső nyomás a melegítő oszlopba való belépéstől lineárisan növekszik és arányos a felső vízszinttől mért távolsággal. Világszerte számos hidrosztatikus sterilezőt konstruáltak és üzemeltetnek. Néhány megoldásnál a vízoszlopot több sorba kapcsolt rész-oszlopra osztják, így alacsonyabb berendezés építhető. Esetenként légköri nyomáson üzemelő utóhűtőket is alkalmaznak (lásd az ábrát). 4

22 A hidrosztatikus sterilezőknek viszonylag nagy a beruházási költsége, ezért ott gazdaságosak, ahol nagy teljesítmény, folytonos és tartós üzem mellett túlnyomás alatti hőkezelés szükséges. Az időegységben kezelt darabszám eléri az 1200 min 1 = 7,2 104 h 1 értéket. A hidrosztatikus sterilezők teljesítménye a szállítószalagokra érvényes formula megfelelő alakjával számítható: N = ϕ Kv. Itt N az időegységben hőkezelt konzervedények száma (teljesítmény, min 1), K az 1 m hosszú szállítószerkezeten elhelyezhető konzervedények száma (m 1), v a szállítószerkezet (lánc) sebessége (m min 1). ϕ a kitöltési tényező (0 < ϕ 1), a ténylegesen szállított edények száma a maximálisan elhelyezhető edények számához viszonyítva. Az adott esetben kiválasztható legnagyobb láncsebesség (v) a hőközlés intenzitásától függ, hiszen a mikrobákat a megfelelő mértékben el kell pusztítani. A hőközlés intenzitása növelhető az edények áthaladás közbeni forgatásával. Forgatásnál a konzerv-edényeket csoportonként perforált falú csövekbe, serlegekbe, vagy motollás tartókba töltik, és ezeket forgatják a berendezésen való áthaladás alatt. A hidrosztatikus sterilezők gőzfogyasztása hőmérleg alapján számítható. A víz- és elektromos energiafogyasztást egyszerűbb méréssel megállapítani. A vízfogyasztásra vonatkozó számítás a konzerv és hűtővíz közötti hőátbocsátás ismeretén alapul, figyelembe veendő az indulási feltöltés vízmennyisége is. A hidrosztatikus sterilezők a legkisebb fajlagos (1 kg, vagy 1 db konzervre vonatkoztatott) gőz- és vízfogyasztással rendelkező berendezésék. Az táblázatban néhány idevágó adat található táblázat - Hidrosztatikus sterilező berendezésekre vonatkozó néhány adat Gőztéri hőmérséklet C 127 C Magasság 14,5 16,5 m 19 m mm mm Tipikus dobozméretek Egy sterilezőben beállítható tipikus tartózkodási idő min Konzerv belépési hőmérséklet C Fajlagos gőzfelhasználás 1 kg konzervre 0,08 0,1 Fajlagos vízfelhasználás 1 kg konzervre (22 C-os hűtővíznél) 1, Hazai gyártmányú osztott hidrosztatikus sterilezők (OHS, Hunister ) A hazai kutatók, tervezők és gépgyártók ún. osztott hidrosztatikus sterilezőket fejlesztettek ki. Ezek összefoglaló adatai az táblázatban találhatók. 5

23 táblázat - OHS ( Hunister ) berendezések főbb adatai Típusjel A testrendszer jelölése (1) Testosztás (mm) A serleg jellemzése (2) A k. edény Serleg Serlegosztás min./max. belső (mm) átmérő (mm) hossz (3) Vmax (4) m.min 1 OHS-3 (OHS- 1) 6M+2,5G + U +6H = normál 603 normál 70/ OHS-9 6M + 5,5G +U + 6H + U0 603 normál 70/ OHS-750-N-110 normál 753 normál 70/ OHS-750-N-153 normál 753 módosított normál 90/ ,5 OHS-6 normál 603 kis iker 55/ OHS-61 (OHS ) 6M + 5,5G+U +6H+U0 653 kis iker 55/ OHS-750-I-76 normál 753 kis iker 55/ OHS C normál 753 nagy iker 70/ OHS normál 803 kis iker 55/ OHS-800-I-105 normál 803 nagy iker 70/ OHS-7 50-M 3-76 normál 753 motollás 3 rekesszel / OHS- 750-M3-105 normál 753 motollás 3 rekesszel / OHS-750-M4-76 normál 753 motollás 4 rekesszel / Az összes típus közös vonását az OHS-3 típusú berendezés bemutatásával érzékeltetjük(55, 96, 104). A sterilező felépítését az ábra szemlélteti. 6

24 ábra - OHS-3 típusú osztott hidrosztatikus berendezés működési elvét szemléltető ábra. 1. konzervedények beadagolása; 2. szállítórendszer; 3. buborékoltató tornyok; 4. konzervedények kiadagolása; M1 M6: melegítő fürdők; G: gőztér; U: U alakú hűtőfürdő; H6 H1: nyomáscsökkenést létesítő hűtőfürdők; p K1, p K2 p K5 = 0,39, 0,78, 1,18, 1,57, 1,96 bar túlnyomás; p KG = 2,35 bar túlnyomás a jelölt gőz-levegő térben A G jelű gőztérben a túlnyomás értéke PG Pb = 2,35 bar. Ezzel 6 6 db, egyenként 4 m magas vízoszlop nyomása tart egyensúlyt a melegítő és hűtő oldalon. Ilyen módon a berendezés magassága csupán kb. 6 m, míg egy-egy vízoszlop alkalmazásával legalább 26 m lenne. A nyomás és hőmérséklet változását a tartózkodási idő függvényében az ábra szemlélteti. A külső nyomás értéke az U jelű fürdő alján a legnagyobb (kb. 2,8 bar túlnyomás), hiszen itt a gőztér nyomásához az U-fürdőben levő vízoszlop nyomása is hozzáadódik. 7

25 ábra - Hőmérséklet és nyomás alakulása egy OHS-3 típusú osztott hidrosztatikus sterilező berendezésben, a tartózkodási idő függvényében, v = 2,6 m min 1 serlegsebességnél. 1. közeghőmérséklet (TK); 2. hőmérséklet a konzervedény hideg pontjában (Tc); 3. abszolút nyomás a közegben (PK); 4. abszolút nyomás a konzervedényben (p); A: az M1 jelű fürdőbe való belépéstől az M6 jelű fürdőből való kilépésig terjedő szakasz; B: a gőztér szakasza; C: az U jelű fürdő szakasza; D: a H6 jelű fürdő levegő-gőz terébe való belépéstől a H1 jelű fürdő vízteréből való kilépésig terjedő szakasz Hőkezelési technológiát a következőképpen kell megadni: meg kell adni a melegítő fürdők (M1 M6 jelű), a gőztér (G jelű), az U-fürdő (U jelű) és a hűtő fürdők (H6 H1 jelű) hőmérsékletét, a láncsebességet (v, m min 1) és a hűtővíz belépő hőmérsékletét (TH, C). A fürdő hőmérséklete nem érheti el a felszíne feletti térben uralkodó nyomáshoz tartozó forrponti értéket, sőt a levegő számára szükséges parciális nyomást is figyelembe kell venni. A nyomást azonban az üzemelés helyén előforduló legkisebb légköri nyomással kell számolni (hazánkban ez kb. 0,96 bar). Az OSH berendezésekhez a megfelelő technológiai változat kiválasztása, a hőkezelő közeg hőmérsékletének az áthaladási idő függvényében való gyors előállítása számítógépes programmal végezhető(56). Ez a hazai ipari gyakorlaton alapul. A vízoszlopok feletti nyomás és a vízgőz-tenzió közötti különbséget a jelenlevő levegő parciális nyomása egyenlíti ki. A G jelű gőztér és az U-fürdő feletti tér azonos nyomású. Ide kompresszor egységből kerül a levegő, míg az M és H jelű fürdők fölé az ún. buborékoltató tornyokon keresztül, ill. az azonos nyomású melegítő és hűtő fürdőket összekötő ún. kiegyenlítő vezetékeken keresztül. Minden egyes M és H jelű fürdőhöz tartozik tehát egy buborékoltató torony. Az M jelű fürdőknél a 4 m-es állandó vízszint különbséget a buborékoltató tornyok (alsó szint) és az úszós szintszabályozók (felső szint) létesítik. A H jelű fürdőknél a buborékoltató tornyok (alsó szint) és az ellenáramban szállító hűtővíz szivattyúk. Ez utóbbiak jelentősen több vizet szállítanak egyik fürdő aljáról a következő tetejére, mint amennyi a gőztér irányába áramlik. A különbség visszacsurog a szívó oldalra a válaszfal felső élén át és a konzervedényeket végigpermetezve, azok a légtérben 8

26 is intenzív hűtést kapnak. A H1 jelű fürdő tetején történik a hálózati hűtővíz bevezetése, úszós szintszabályozón keresztül. Az U jelű fürdő szintszabályozását túlfolyó és úszó biztosítja. Vízhiány az edények beadagolásának kimaradásakor léphet fel a fürdőkben. Ilyenkor ui. a kimaradó edények térfogatát vízzel kell pótolni. A berendezés fontosabb műszaki adatait az táblázat tartalmazza táblázat - Az OHS-3 típusú osztott hidrosztatikus berendezés főbb műszaki adatai A berendezés tömege víz és konzerv nélkül 90 t A berendezés tömege üzemi állapotban 150 t Legkisebb hálózati gőznyomás, túlnyomás 3,5 bar 1,058 4,040 m. min 1 Láncsebesség (v) mm Konzervtartó serlegek belső mérete *Fajlagos gőzfogyasztás (kg gőz 1 kg konzervre) 0,12 *Fajlagos vízfogyasztás (kg víz 1 kg konzervre, C hőmérsékletű hűtővíz) 2 8 g. h 1 Korróziógátló oktadecilamin fogyasztás Levegőfogyasztás 46 kg. h 1 A hűtővíz megengedett keménysége (német keménységi fok) 2 12 NK A konzervedények átmérője mm Körvonal méretek műszerszekrény és szállítószalagok nélkül (hosszúság szélesség magasság) 12 2,5 6,1 m Beépített elektromos teljesítmény 14 kw Serlegek távolsága 0,15 m Kezelők száma 3 fő Darabszám teljesítmény 5/4 ü., zöldborsókonzervre h 1 1 (v = 2,597 m min ) *ún. hőhasznosító nélkül Az edényeknek a gép serlegeibe történő be- és kiadagolásáról szállító-adagoló szerkezetek gondoskodnak. Ezek a be- és elvezetést két-két párhuzamos ágban két oldalon végzik és a serlegekben középen válaszfal van. Így párhuzamosan két termék is hőkezelhető. 9

27 A hengeres edények fekvő helyzetben kerülnek a serlegekbe. Ezért kilégző zárású üvegeknél a belső nyomás mindig kisebb kell, hogy legyen a külsőnél, különben a felöntőlé áramlik ki az üvegből a gázok helyett. A kellően kis nyomás melegen való töltéssel, vagy vákuum alatti zárással biztosítható. Az egymást követő fürdők, ill. különböző hőmérsékletű terek között a hőfok-különbségnek 40 C-nál kisebbnek kell lenni, hogy az üvegek ne törjenek. A kilépő átlaghőmérsékletnek 40 C alá kell kerülni, vagy utóhűtőt kell alkalmazni. A hűtővíz lágyításáról gondoskodni kell, a lágyított víz keménysége nem lépheti túl a 2 12 NK -ot a vízkőkiválás miatt. A korrózió meggátlására inhibitort kell a berendezésbe adagolni (lásd az táblázatot). A korrózió legfőbb oka a levegő, gőz és víz együttes jelenléte. A berendezés alatt elhelyezett betonozott akna alkalmas a feltöltött berendezésben levő víz térfogatának befogadására. A gőzigény számításához tudni kell, hogy a felmelegedett hűtővíz két helyen lép ki a berendezésből: a H6 és H3 jelű fürdők aljából. A H3 fürdő vízleeresztő szelepét vezérlő hőérzékelő a H4 fürdőbe nyúlik. A berendezés átállítható más (kisebb) gőztéri nyomásra is. Ekkor az M és H jelű fürdők egy részét az U jelű fürdőnek megfelelően töltjük fel. Ilyenkor ezekben a fürdőkben mindkét ágban egyforma a vízszint. Újabban ún. hőhasznosító berendezésekkel is kiegészíthető az OHS berendezés. Ez a H6- és U jelű fürdőkben keletkező felmelegedett hűtővíz hőtartalmát hasznosítja a konzervüzem más részeiben. Az OHS berendezésekről több szakkönyv és egyéb közlemény ad részletesebb ismereteket(36, 55, 56, 58, 96, 102, 103, 104) Egyéb folytonos és szakaszos üzemű sterilezők Az Egyesült Államokban elterjedtek az ún. spirál-pályás sterilezők. Ezekben a konzervdobozok álló henger belső felületére erősített spirális pályán haladnak. A dobozok mozgatását forgórész palástjára erősített és a henger tengelyével párhuzamosan elhelyezett lécek végzik. A dobozok előrehaladásuk során a forgórész tengelye körül forognak, de alsó helyzetükben a saját tengelyük körül is foroghatnak. Alkalmaznak túlnyomás és légköri nyomás alatt üzemelő melegítő és hűtő testeket. A légköri nyomásról túlnyomás alatti térbe való belépésnél, ill. túlnyomás alatti térből való kilépésnél be- és kiadagoló zsilipeket használnak. Az ún. mikrohűtő túlnyomás alatti melegítő testből légköri nyomású hűtőbe adagolja a dobozokat, miközben azok túlnyomás alatt előhűtést kapnak. A különböző testeket az ipari igényeknek megfelelően kapcsolják össze. Melegítésre vizet vagy gőzt, hűtésre ellenáramban haladó vagy permetezett vizet használnak. Franciaországban fejlesztették ki a Hydrolock fantázianévvel ellátott sterilezőt. Ebben a berendezésben a konzervedényeket végtelenített szállítóláncokra erősített edénytartók mozgatják. Ezek először nyitott fürdőbe, majd be- és kiadagoló feladatot egyszerre ellátó forgó zsilipen keresztül autoklávtérbe szállítják a dobozokat. A fekvő autokláv hengeres terét vízszintes hőszigetelt választólap két részre osztja. A felső rész gőzzel fűtött tér, míg az alsó részben hűtővíz van. A két térrész azonos túlnyomás alatt áll. A dobozok először a gőztéren haladnak át, majd a hűtőtérbe kerülnek, ahonnan a zsilipen keresztül visszalépnek a nyitott fürdőbe, az utóbbiból pedig a légköri nyomású utóhűtőbe. A hűtővizet szivattyú nyomja a hűtőtérbe. A forgó zsilip vízzel feltöltve üzemel. A belső túlnyomás hatására a zsilipen átjutó vizet egy második szivattyú juttatja vissza a hűtőtérbe. 10

28 A gázlánggal melegítő sterilezőkben (pasztőrözőkben) a konzervdobozok gázlángok sora felett gördülnek el. A melegítés a forgó füstgázok konvektív hőátadása és a sugárzással átadott hő hatására történik, légköri nyomáson. Az eljárást általában csak kisebb dobozok kezelésére használják, mert jelentékeny túlnyomás alakulhat ki a dobozokban. Olyan termékek hőkezelhetők az eljárással, melyekben kis viszkozitású folyadék is van (pl. befőttek, zöldborsó felöntőlében). A berendezés francia eredetű fantázianeve Steriflamme. A Hydroflow fantázianévvel ellátott berendezésben a dobozok téglalap keresztmetszetű csővezetékben haladnak, saját tengelyük körül forogva, vagy forgás nélkül. A dobozokat áramló víz, a melegítő szakaszban túlnyomás alatti forró, a hűtőszakaszban pedig hideg víz mozgatja. A melegítésre szolgáló csőbe hengeres zsilipen át jutnak a dobozok. A víz leválasztása és a hűtő szakaszba való átlépés levegővel létesített túlnyomás alatt történik. A hűtő szakasz túlnyomás alatti részéből függőleges cső tetején lépnek ki a dobozok. A függőleges csőben hidrosztatikus elven csökken le a nyomás. A következő szakasz légköri nyomású hűtő. A Stork cég (Hollandia) Storklave fantázianevű berendezésében 1,2 1,8 m-es hordozólapok szállítják a dobozokat túlnyomás alatti melegítő- és hűtőoszlopokon keresztül. A berendezésben három darab zsilipelő szerkezet (kapu) található: a melegítőtérbe való belépésnél, a melegítőtérből a hűtőtérbe való átvitelhez, a hűtőtérből való kilépésnél. A berendezésben három dobozméret kezelhető párhuzamosan. Álló autoklávok. A hazai konzerviparban sterilezésre valaha kizárólag álló autoklávokat használtak. Alkalmazásuk, hagyományos módon üzemeltetve (a forró víz újrafelhasználása nélkül stb.), igen gazdaságtalan. Az autoklávkosárba rakott konzerveket daruval emelik a be- és kirakásnál. Az 1 kg konzervre jutó gőz- és vízfogyasztásuk nagy, az előbbi 0,45 0,5 kg, az utóbbi kb. 8 kg. Fekvőhengeres autoklávok. A fekvőhengeres autoklávok vízszintes tengelyű hengeres nyomásálló testtel rendelkeznek. A hőkezelt konzervek be- és kiadagolása oldalról történik, autokláv-kosarakba helyezve, az oldalsó ajtó nyitott állapotában. Az ábrán egy forróvíztárolóval ellátott, forgatásos rendszerű, fekvőhengeres autokláv látható. Ezek a berendezések tehát szakaszos üzeműek, kis vagy közepes teljesítménynél és gyakran változó konzervféleségek hőkezelésénél előnyösek. 11

29 ábra - Forróvíztárolóval ellátott fekvő autokláv körvonalrajza. 1. autoklávköpeny; 2. az autokláv ajtaja; 3. lefúvató szelep az ajtó nyitásához; 4. zárókerék az ajtóhoz; 5. hajtómű a dob forgatásához; 6. hűtővíz-betápláló szivattyú; 7. keringtető szivattyú meleg vagy hideg vízhez ; 8. gőzbevezetőszelep az autokláv fűtéséhez; 9. gőzbevezető szelep a forróvíztároló részére; 10. biztosítószelep az autoklávban; 11. szelep a forróvíztároló feltöltéséhez; 12. forróvízleeresztő szelep a tárolóból az autoklávba; 13. leürítőcsonk; 14. forróvíztároló A fekvőhengeres autoklávoknál a konzervedények fűtőközege forró víz, telített gőz, gőz és levegő; gőz és levegő, valamint víz. A konzervek rendszerint forgathatók (az autoklávkosarakkal együtt), sőt a forgásirány is periodikusan változtatható. Gyakoriak a változtatható fordulatszámmal (tipikusan 5 40 min 1 fordulat között) rendelkező típusok. A forró vízzel fűtött berendezések rekuperációs tartállyal rendelkeznek (lásd az ábrát). A hőkezelés hűtési szakaszának kezdetén kell a konzervedényeket körülvevő forró vizet a tárolóba juttatni és ott utánmelegíteni. Az autoklávtérben a fűtővíz átkeverése forgatás révén is bekövetkezik, ennek ellenére külön szivattyúval is létesítenek vízcirkuláltatást az autoklávtéren keresztül. Ui. mindig lehet szükség nyugvó állapotban történő hőkezelésre is. 12

30 ábra - Forróvíztárolóval ellátott, forgódobos, fekvő autokláv kapcsolási sémája. 1. tartórekesz a konzervek részére; 2. forgódob; 3. hajtómű a dob forgatásához; 4. autoklávköpeny; 5. tartógörgő; 6. nyitható fedél; 7. forróvíztároló tartály; 8. ürítőszelep; 9. légtelenítőszelep; 10. meleg vagy hideg vizet keringtető szivattyú; 11. az összekötő vezetékbe épített szelep; 12. a túlnyomás szabályozására szolgáló levegőbevezető szelep; 13. légtelenítő szelep, nyomáscsökkentés céljából; 14. gőzbevezető szelep; 15. hűtővíz bevezető szelep A gőz és levegő keverékével fűtött berendezésekben a fűtőközeg áramoltatását az autoklávtérbe épített ventillátor biztosítja, a forró víz tárolására szolgáló tartály viszont elmarad. Esetenként az autokláv belső terének 10 15%-át kitevő forró vizet is használnak a gőzön és levegőn kívül. A vizet szivattyú cirkuláltatja. A korróziót inhibitor adagolásával lehet elkerülni, akárcsak az OHS berendezéseknél. Egyes típusokban a fűtő-hűtővizet felületi hőcserélőn át keringtetik. A kosarak töltése és ürítése speciális berendezésekkel is történhet. Az autoklávok ajtaját bajonettzárral zárják. Túlnyomás alatt az ajtó nem nyitható. Fajlagos gőz- és vízfogyasztásuk kb. 0,3 0,35 kg gőz, illetve kb. 4 6 kg víz 1 kg konzervre. Az előzőkben ismertetett berendezéseket számos szakkönyv és közlemény is bemutatja(2, 51, 55, 94, 96) Folytonos és szakaszos üzemű pasztőrözők(41, 51, 123) A sterilezők többsége pasztőröző üzemmódban is működhet (vagyis légköri nyomáson és rendszerint 100 C alatt). Azonban nagy tömegben előállított és 100 C alatt hőkezelt konzervekhez pasztőrözőket használnak, mivel ezek jóval egyszerűbb és olcsóbb berendezések. Folytonos üzemű pasztőrözőkben (lemeztagos, vagy sodronyból kialakított) végtelenített szalag szállítja a konzervedényeket melegítő- és hűtőzónákon keresztül, amelyeket gondosan szigetelnek. 13

31 Szokásos megnevezésük: alagútpasztőröző. A melegítőzóna is több szakaszra oszlik: először mérsékelten forró, majd forró vizet permeteznek az edényekre. Egyes konstrukcióknál az edényeket forró vízbe is bemerítik. Esetenként légköri nyomású gőzt kondenzáltatnak az edényekre. A hűtőzóna szakaszaiban az edényekre permetezett hűtővíz hőmérséklete a haladás irányában csökken. A hűtésnél a hűtővíz ellenáramban halad, így annak hőtartalma hasznosítható a melegítő zónában. Üvegedények pasztőrözésénél a szakaszok között megengedett legnagyobb hőfokkülönbség kb. 30 C a törések elkerülése végett. Egyes konstrukciókban az edények két, egymás fölött elhelyezett szinten haladnak. Az ábra hazai gyártmányú alagútpasztőröző (ALPA 20) felépítését mutatja ábra - Permetező rendszerű pasztőröző vázlatos felépítése. 1. beadagoló egység; 2. előmelegítő szakasz; 3. pasztőröző (melegítő) szakasz; 4. ellenáramú hűtő szakasz; 5. kiadagoló egység; 6. friss vízzel való hűtés; 7. langyos vízzel való hűtés; 8. meleg vizes hűtés; 9. vízpermetező fejek; 10. vízszivattyú; 11. szűrő a szivattyúhoz Az ún. pasztőrözőkádak szakaszos üzeműek. A pasztőrözőkád téglalap alapú, egyenes hasáb alakkal rendelkező (szögletes) tartály, melybe futómacskás emelő segítségével helyezik az előzetesen pasztőrözőkosárba rakott konzerveket. A kádban levő vizet befúvatott gőzzel melegítik, majd állandó hőfokon tartják. Hűtésnél hideg vizet áramoltatnak a kádon keresztül. A gőz befúvása a kád alján elhelyezett perforált csöveken át történik. A hideg vizet mind a kád felső részén, mind az alján célszerű bevezetni, szintén elosztókon keresztül. A víz túlfolyón és alsó leeresztőszelepen át távozhat. A bevezetett (és távozó) vízáramok aránya a konzervedénytől függ. Üvegbe töltött termékeknél a hideg víz zöme felül lép be, és részben a leeresztőszelepen, részben a túlfolyón át távozik. A cél itt a hirtelen hőfokváltozás elkerülése. Dobozok pasztőrözésénél az alul bevezetett hűtővíz a forró vizet a túlfolyón át szorítja ki, így annak hőtartalma még hasznosítható. Fajlagos gőz-és vízfogyasztásuk kb. azonos az álló autoklávokéval Átfolyó rendszerű hőkezelő berendezések(8, 30, 41, 123) Az átfolyó rendszerű hőkezelő berendezések tipikusan a következő séma szerint épülnek fel: szivattyú az anyag szállítására a berendezésen keresztül, hőkezelő berendezés melegítő-, hőntartó- és hűtőszakaszokkal (lásd az ábrát). 14

32 ábra - Az autoklávtéri hőmérséklet (TK) a hőkezelési idő (t) függvényében, valamint lépcsős függvénnyel való közelítése a j-ik sorszámú időszakaszon belül. Az üres körök a futtató által a szakaszok elején, ill. végén bevitt adatpárokat ábrázolják. A Biot (Bi) számok szakaszonként változhatnak A főbb műszaki megoldások: a) Az anyag csőben, vagy két koncentrikusan elhelyezett cső közötti térben áramlik. Rendszerint a hőcserélők párhuzamosan és sorba kapcsolt egyenes csövekből vannak felépítve. A sorba kapcsolt csöveket rendszerint jó keveredést biztosító forduló-kamrák kötik össze. b) Lemezes hőcserélők. c) Keverővel és belső továbbító szerkezettel ellátott hőcserélők. Ide tartozik a kapart falú hőcserélő is. A hőkezelt anyag a következőképpen csoportosítható: a) Newtoni folyadékok. Ebbe a csoportba a derített-szűrt gyümölcs- és zöldséglevek és azok sűrítményei, a rostszegény levek tartoznak. b) Nem-newtoni folyadékok. Számos konzervipari anyag tartozik ebbe a csoportba (lásd még az pont alatt). A konzervipar newtoni és nem-newtoni folyadékaira vonatkozó adatok a szakirodalomban is találhatók(9, 54, 72, 97, 115). 15

33 c) Az erősen heterogén, összefüggő durva diszperz rendszerek körébe tartozó anyagokat (dzsemek, húsos mártások, gyümölcszúzatok) speciális átfolyó, pl. kapart falú berendezésekben, vagy szakaszos üzemű keverős üstökben hőkezeljük. A berendezések alkalmazási sorrendje a növekvő (látszólagos) viszkozitás irányába: lemezes és csöves hőcserélők, keverővel és belső továbbítószerkezettel ellátott hőcserélők, keverős főzőüstök. Átfolyó rendszerű hőkezelő berendezésekkel kapcsolatban az és az 1.2. pontokban is találhatók ismeretek, beleértve a gőzbekeveréssel melegítő és vízelpárologtatással hűtő berendezéseket is Hőátvitel sterilezésnél és pasztőrözésnél A hőközlési feladatok csoportosítása A hőközlési feladatokat az ipari gyakorlathoz igazodóan az alábbiak szerint csoportosítjuk: a) Konzervedénybe töltött anyagok hőkezelése. A hőkezelt anyagban a hőközlés a következő módokon történhet: Kizárólag hővezetéssel Természetes vagy kényszerített konvekcióval Természetes vagy kényszerített konvekció és a kizárólagos hővezetés kombinálásával Fázisváltozással kapcsolatos hőközléssel b) Anyagok hőkezelése átfolyó rendszerű berendezésekben. Az anyagban a hőátvitel a következő módokon történhet: Kizárólag hővezetéssel a hőkezelt anyag dugattyúszerű áramlása mellett Jelentős részben hővezetéssel a hőkezelt anyag lamináris áramlása mellett Kényszerített konvekcióval. A konvektív áramlás a berendezés csatornáiban az áramlás turbulens jellege miatt jön létre, vagy azt a berendezésbe beépített keverők biztosítják. Hőátvitel kétfázisú (folyadék szilárd jellegű) anyagoknál Fázisváltozással kapcsolatos hőközlés A természetes konvekciónak átfolyó rendszerben a gyakorlatban alig van szerepe, függőleges csövek és lamináris áramlás esetén célszerű csak figyelembe venni. A konzervipari anyagok hőközlésével kapcsolatos fizikai jellemzők a szakirodalomban találhatók(9, 42, 53, 54, 59, 73, 86, 91, 92, 111, 11,5, 122). 16

34 Hőátvitel, midőn a hőkezelt anyagban a hő kizárólag hővezetéssel terjed, illetve az erre viszszavezethető esetek A kizárólagos hővezetés rendszerint konzervedényekben, vagy más csomagolószerbe töltött anyagban fordul elő, továbbá összetett anyagokban az alaktartó ( szilárd ) részben és dugattyúszerű áramláskor. A kizárólagos hővezetésre alapozott számításokat akkor alkalmazhatjuk, amikor a hőkezelt anyag a következő tulajdonságok valamelyikével rendelkezik: a) szilárd jellegű anyag. Az ide tartozó anyagok az elaszto-viszkózus anyagcsoportba tartoznak, vagyis rugalmas és viszkózus (képlékeny) tulajdonságokat egyaránt felmutatnak. Ilyen például a sonka konzerv, a vagdalthús-konzerv. b) Plasztikus és pszeudoplasztikus nem-newtoni folyadékok, amelyeknek nagy a látszólagos viszkozitása. Itt arról van szó, hogy az anyagban a hőmérsékletkülönbségek révén előálló sűrűségkülönbségek nem képesek olyan belső feszültségeket létrehozni, hogy konvektív áramlások jöjjenek létre. Ilyen például a refr.%-os paradicsomsűrítmény. Szuszpenziók lamináris áramlásakor a szuszpendált alaki részek (rostok) elfordulhatnak, foroghatnak. Ezek mozgása a hőközlést gyorsítja, hatásuk ugyanaz, mint a c) alatt tárgyalt lokális konvekcióé, csak feltételezhetően kisebb mértékű. c) Newtoni, vagy nem-newtoni folyadékban nagyobb méretű darabos részeket tartalmazó anyag, melynél a darabos részek megakadályozzák, hogy az edény teljes térfogatára kiterjedő konvektív áramlások jöjjenek létre. Ilyenkor a konvektív áramlások a folyadékban az edény térfogatához viszonyított kis térfogatrészekre korlátozódnak (lokális konvekció). A hőközlés konzervedényben a kizárólagos hővezetésre vonatkozó módszerekkel kezelhető, de a valóságos hővezetési tényező helyett annál nagyobb, látszólagos hővezetési tényezővel kell számolni. Jó példa erre a lecsókonzerv, ahol a sűrűn elhelyezkedő paprikaszeletek megakadályozzák a paradicsommártásnak a teljes térfogatra kiterjedő konvektív áramlásait. Az eddigi mérések szerint a hővezetési tényező látszólagos értéke a valódi érték kb. kétszerese. Ilyen anyagoknál előfordulhat csővezetékben olyan dugattyúszerű áramlás, melynél szintén van lokális konvekció. A kizárólagos hővezetés eseteire vonatkozó ipari és kutatói feladatok megoldása speciális programok segítségével végezhető(57, 60). Ezek a programok a közeghőmérséklet időbeni változásának lineáris szakaszokra való felosztása mellett használhatók. A közeghőmérséklet állandó is lehet, de ugrásszerűen is változhat, ahogyan az az ábrán látható. A futtató által megadott szakaszokat a programok egész számú elemi lépésekre bontják és egy-egy elemi lépésen belül állandónak tekintik a közeghőmérsékletet, ahogyan ez az ábrán is látható. A programokkal hengeres konzervek és olyan lapos konzervek kezelhetők, melyeknél a vékony palást felőli hőátvitel elhanyagolható (pl. szardíniás doboz, a végtelen, vagy paláston hőszigetelt véges síklap esete!). Az egyik program a henger alakú konzervet a ábra szerint bontja elemi gyűrűkre és a tengelyvonalba eső elemi hengerekre. A számítóeljárás az ábrán látható csomópontokban, valamint a megfelelő felületi pontokban határozza meg a hőmérsékleti értékeket, időben elemi lépésekkel előrelépő explicit algoritmusokkal. Az algoritmusok az elemi testekre (gyűrű, henger) alkalmazott hőmérlegeken alapulnak. A program futtatásához meg kell adni az anyag kezdeti hőfokát (vagy csomóponti hőmérsékleteit), a hőkezelt anyag hőmérsékletvezetési és hővezetési tényezőjét, a közeg és a konzerv felülete közötti hőátadási tényezőket. Ez utóbbiak különbözhetnek egymástól a paláston, alap- és fedőlapon, valamint időszakaszonként változhatnak. Hőszigeteltnek tekinthető felületen zérus hőátadási tényező adható meg. A Biot számokat a program számolja, az edényfal hőellenállásának figyelembevételével. 17

35 ábra - Az elemi hőmérlegek módszeréhez tartozó derékszögű háló felépítése és az elemi idomok (A, I) keresztmetszetei a henger tengelyén áthaladó metszősíkban. 1. tengely; 2. csomópont; 3. palást; 4. alaplap; 5. fedőlap. A csomópontok sorszáma tengelyirányban: n, sugárirányban: l. A program minden egyes szakasz végén kikeresi a hőmérsékletek szélsőértékeit és azokat a csomópont helyét megadó koordinátákkal együtt kinyomtatja, egyszersmind megadja a teljes anyagtérfogatra vonatkozó átlaghőmérsékletet is. A program a csomópontokban a hőmérséklettől függő tulajdonságértékeket (intenzitásokat) is számolja és a hőmérsékletre alkalmazott előző eljárást ezekre vonatkozóan is alkalmazza. A program alkalmazása elősegíti a geomteriai középpontban (ún. hidegpont, vagy kritikus pont) történő hőmérsékletmérésen alapuló hőpusztulási számítás esetenként helytelen gyakorlatának megszüntetését (lásd az pontot) A természetes konvekcióval történő hőkezelés konzervedénybe töltött anyagban Természetes konvekcióval történő hőközlés akkor történik a hőkezelt anyagon belül, amikor abban hőmérsékletkülönbségek révén keletkező sűrűségkülönbségek hatására ún. konvektív (hőmennyiséget szállító) áramlások jönnek létre. Hővezetéssel történő hőközlés ebben az esetben is mindig van, és a konvektív áramlás intenzitásától függ, hogy a vezetéses hőközlés milyen szerepet kap. A hőkezelt anyagok, amelyekben a konvektív áramlások fellépnek, a következők szerint csoportosíthatók: 18

36 a) Newtoni folyadékok. Ezek rendszerint valódi oldatok, vagy kisebb koncentrációban kolloidálisan oldott anyagokat és diszpergált részeket tartalmazó oldatok, ill. szuszpenziók. Ide tartoznak a derített-szűrt gyümölcslevek és a belőlük készült üdítőitalok. ill. az előzők sűrítményei, a mérsékelten rostos ivólevek. b) Nem-newtoni folyadékok. Ezek nagyobb mennyiségben kolloidálisan oldott anyagokat és diszpergált alaki részeket tartalmaznak. Ide tartoznak a sűrűbb rostos levek, azok sűrítményei, készételmártások, gyümölcs- és zöldségvelők, húsmasszák és krémek. Plasztikus, vagy kis hatványkitevővel rendelkező pszeudoplasztikus anyagoknál a konvektív áramlások gyakorlatilag nem jönnek létre. c) Az a) vagy b) szerinti folyadékban nagyobb méretű alaktartó ( szilárd, darabos) részeket tartalmazó anyag. Az alaktartó részekben a hő (túlnyomóan) vezetéssel terjed. Ha csak az a) esetet tekintjük, úgy kapcsolat mutatható ki a Nusselt-, Fourier-, Biot-, Grashof- és Prandtl-számok között. A kapcsolat konkrét alakja csak kísérletek alapján állapítható meg. A szakirodalom az Nu = C(GrPr)m összefüggést alkalmazza. A konzervben levő anyagra alkalmazott egyszerű hőmérleg az átlaghőmérséklet változási sebességét tartalmazó egyszerű differenciálegyenletet szolgáltat. Ennek megoldásához az előzőkön kívül ismerni kell a hőkezelő közeg hőmérsékletét az idő függvényében, a közeg és az edény külső fala közötti hőátadási tényezőt és a fal hőellenállását, az anyag kezdeti hőmérsékletét. A Budapesti Corvinus Egyetem Konzervtechnológiai Tanszékén kialakított program, mely ipari számításokra alkalmas, az előzők alapján számítja a konzervben levő átlaghőmérsékletet sterilezéskor, pasztőrözéskor. Ez az anyagjellemzőket, a viszkozitás kivételével, állandónak tekinti. A viszkozitás hőfokfüggését viszont figyelembe veszi. A megoldáshoz iterációs eljárást is alkalmaz(57) A hőközlés gyorsítása kényszerített konvekció alkalmazásával konzervedényeknél Kényszerített konvekcióról akkor beszélünk, amikor a konzervedényt olyan változó sebességű mozgásnak vetjük alá, amelynek során a fellépő tehetetlenségi erők a hőkezelt anyag keverését idézik elő és ezzel gyorsul a hőközlés. A konvektív áramlások, keverő mozgások létrehozására leginkább alkalmazott módszer az edények egyirányú, vagy váltakozó irányú forgatása. Folytonos üzemű berendezésekben a szállító elemek mozgása az edények spontán rezgését, vibráltatását okozhatja. Az és ábrán hengeres konzerv forgatásának különböző eseteit szemléltettük. 19

37 ábra - Hengeres konzervedények forgatásának és forgatva lengetésének különböző változatai: A) forgatás vagy lengetés a henger tengelye körül; B) forgatás vagy lengetés a henger tengelyével párhuzamos külső tengely körül; C) forgatás vagy lengetés a henger középpontján átmenő, de a henger tengelyére merőleges tengely körül (buktatva forgatás a középponton átmenő tengely körül); D) forgatás vagy lengetés a henger tengelyére merőleges külső tengely körül (buktatva forgatás külső tengely körül). 1. a forgatás iránya, 2. a lengetés változó irányai, 3. gáztér helyzete nyugalmi állapotban, 4. gáztér helyzete, amikor ; 5. a tehetetlenségi és gravitációs erők szempontjából vizsgált pont, α = a forgatott edény helyzetét megadó szög radiánban, a forgatástengely mindig vízszintes, x x = a konzervedényhez rögzített koordinátatengely, ω = a szögsebesség, g = gravitációs gyorsulás 20

38 ábra - Az egységnyi tömegre ható gravitációs és tehetetlenségi erők eredő vektorának változása a konzervedényhez rögzített koordinátarendszerben, az ábrának megfelelően. A) forgatás olyan szögsebességnél, melynél a tehetetlenségi (centrifugális) erő egyezik a gravitációs erővel; B) lassú forgatás, a tehetetlenségi erő elhanyagolható; C) forgatva lengetés. Alsó helyzetben között az edény lassul és gyorsul = 2 g értékkel, egyébként állandó ω szögsebességgel forog váltakozó irányban. Leállás és irányváltás α = 0-nál. ω szögsebességnél a centrifugális erő egyezik a gravitációs erővel. 1. a vizsgált pont (a ábrán 5-tel jelölve); 2. eredő vektor Tisztán kell látni, hogy a keverő mozgásokat a konzervedényhez rögzített koordinátarendszerben a térerők a tehetetlenségi erők eredőjének irányváltozása okozza, és nagymértékben befolyásolja a gáztér nagysága. 21

39 Egyirányú forgatásnál a sebességvektorok nagysága állandó és csak irányuk változik egy állandó centripetális gyorsulással. Váltakozó irányú forgatásnál, lengetésnél a sebességvektor iránya és nagysága is változik, ugyanaz a helyzet akkor is, ha a forgatás két tengely körül történik (pl. a spirálpályás sterilezőkben). Annál hatékonyabb a keverés, minél nagyobb adott pontban a tehetetlenségi és gravitációs erők eredőjének legnagyobb változása, egy forgatási vagy lengetési ciklus során és ez minél nagyobb frekvencia mellett történik. Tudni kell azonban, hogy az ábrán feltüntetett vektorok kiszámításánál a hőkezelt anyag mozgását a konzervedényhez viszonyítva elhanyagoltuk és a konzervedényhez rögzített koordinátarendszert használtunk. Clifcorn szerint forgatásnál a hőátadás mértéke akkor a legnagyobb, ha a tehetetlenségi és nehézségi erők kb. egyenlők. Közismert tény, hogy forgatásnál a legjobb hőátadást biztosító fordulatszámok 0 < n 100 min 1 között vannak az ipari berendezésekben. Hengeres edények buktatva forgatása jóval kedvezőbb, mint a henger tengelye, vagy azzal párhuzamos tengely körüli forgatás. A szakirodalomban számos konzervféleségre vonatkozó ismertetés található(14, 52, 55, 76, 82, 90). Nyugvó állapothoz képest a kényszerített konvekció alkalmazásával jelentősen rövidíthető a melegítési és hűtési idő. A legjobb eredményeket plasztikus vagy pszeudo-plasztikus jellegű pépeket, mártásokat (melyekben darabos részek vannak) tartalmazó konzerveknél kapták, melyekben nyugvó állapotban gyakorlatilag kizárólagos hővezetés van (vö. az ponttal). A kényszerített konvekció valamelyik változatát az pontok alatt ismertetett berendezések többségében alkalmazzák. Kivételt képez a hidrosztatikus sterilezők több változata, a Storklave berendezés és az álló autokláv. Egyes anyagoknál a mozgatás káros lehet, a termék minőségét ronthatja. Ezeknél vagy csak egész lassú mozgatást szabad létesíteni, vagy meg kell elégedni a nyugalmi állapotban történő hőkezeléssel. Főbb károsító jelenségek: A felöntőlében, vagy mártásban levő darabos részek kopása, foszlányosodása; Húskonzervek mártásaiban az emulgeált zsír elválása, a gélszerkezet megtörése és ezeket kísérő viszkozitás-csökkenés; Nagy keményítőtartalmú zöldségeket tartalmazó konzerveknél fokozott keményítőkiválás a felöntőlében. Az ábrán forgatásos sterilezéskor kapott eredmények láthatók. 22

40 ábra - Forgatás hatása 1/1 jelű dobozba töltött konzervnél. A tartalom: fehérbab paradicsommártásban. A hőkezelés 125 C-on történt. Fordulatszámok: 0, 10, 20, 25,35 és 53 min 1 az ábrán látható számok növekvő sorrendjében Hővezetéssel kombinált konvekció, valamint fázisváltozással kapcsolatos hőátvitel a konzervedényben Hővezetéssel kombinált konvekcióról akkor beszélünk, amikor a hőkezelt anyag darabos részekből és ezeket körülvevő folyadékból áll és a folyadékban a konvekciós áramlások az egész konzervedényre kiterjednek. A folyadék lehet newtoni és nem-newtoni, a konvekció pedig természetes és kényszerített. Ezzel az esettel igen gyakran találkozunk a konzerviparban: ilyenek a zöldborsó- és zöldbabkonzerv felöntőlében, a csemegeuborka és egyéb darabos savanyúság konzervek, hámozott és hámozatlan paradicsom felöntőlében vagy paradicsomlében, befőttek (darabos gyümölcsök cukorszirupban), mártásos húskonzervek stb. A darabos részekben csak hővezetéssel terjed a hő. Leglassabban annak a legnagyobb darabos résznek a közege melegszik, mely egyúttal valahol az edény központjában helyezkedik el. Hőközlési számítások erős egyszerűsítések révén állnak jelenleg rendelkezésünkre, azonban numerikus módszert is kidolgoztak arra az esetre, ha gömb- vagy hosszúkás henger alakú darabos részek helyezkednek el a folyadékban(5). A jelenlegi konzervipari gyakorlatban ritkán, de előfordul, amikor darabos részeket töltünk konzervedénybe, ezekhez olyan mennyiségben adunk felöntőlevet, hogy az az edény térfogatát csak kisebb részben töltse ki. A felöntőlé feletti légteret zárás előtt evakuáljuk. A hőközlés melegítéskor a következőképpen folyik le: az edény alsó részében hővezetéssel kombinált konvekció van. Először a folyadék melegszik. A folyadékból elpárolgó gőz a folyadékfelszín feletti hidegebb darabos részek felületén kondenzál és így melegíti fel azokat. Hűtéskor a folyadék hűl le először. A folyadék felszínén gőz kondenzál le, csökken a gáztérben a nyomás és a gáztérben levő darabos részek felszíni párolgással hűlnek. 23

41 Csemegekukorica konzervnél 1/2-d jelű dobozokban 280 g kukoricaszemet, 70 g felöntőlevet töltenek és kb. 0,35 bar abszolút nyomás mellett zárják azokat A folyadékkal elárasztott szemek térfogata a belső térfogatnak kb. 45%-a. A dobozban maradt levegő erősen rontja a hőátadást, ezért az evakuálásnál a zárási hőmérséklethez tartozó vízgőztenziót minél jobban meg kell közelíteni A hőközlés időbeli lefolyásának egységes kezelése. A nemzetközi hőközlési szakirodalomban gyakran alkalmazzák azt a módszert, melynél a vízszintes tengelyen normál léptékben ábrázolják a hőkezelési időt, a függőleges tengelyen pedig a hőátadó közeg és a hőkezelt anyag hidegponti hőmérsékletének különbségét logaritmikus léptékben tüntetik fel. Az így kapott görbék a melegítés vagy hűtés kezdetétől számított hosszabb idő után rendszerint egyenessel közelíthető szakasszal rendelkeznek. Ezt az egyenes szakaszt annak meredekségével jellemzik. A meredekség jellemzésére szolgáló f-érték azt adja meg, hogy a hőmérsékletkülönbség menynyi idő alatt változik meg egy nagyságrenddel (melegítésnél fh, hűtésnél fc jelölést is alkalmaznak). Minél kisebb az f-érték, annál intenzívebb a hőközlés. A módszer elvi alapját a következők adják: a kizárólagos hővezetéskor állandó közeghőmérséklet mellett, nagyobb Fourier-számoknál (azaz hőkezelési idők esetén) valóban közel lineárisan változik a hőfokkülönbség logaritmusa az idő függvényében(9, 55, 96). Erőteljes konvekció esetében pedig hasonló feltételek mellett az pontban említett hőmérlegből kiindulva (állandó hőátbocsátási tényező feltételezésével) kapjuk a hőfokkülönbség logaritmusának lineáris időbeni változását. Könnyen kimutatható, hogy egyébként azonos körülmények esetén a geometriailag hasonló edényekben erőteljes konvekció esetén f a sugárral (R) egyenesen, kizárólagos hővezetéskor a sugár négyzetével arányos. Azaz adott hőfok eléréséhez szükséges idő fordítva arányos R-rel, ill. R2-tel. Erőteljes konvekció esetében a hőátbocsátási tényező (k) a összefüggésből kapható, ahol: c = a fajhő, ρ = a sűrűség, V = a konzerv térfogata, A = a konzerv felülete Hőátvitel átfolyó rendszerű hőkezelő berendezésekben Átfolyó rendszerű berendezésekkel és hőátvitellel az , és 1.2. pontok foglalkoznak. A szakirodalom csövekben és egyéb csatornákban lamináris, turbulens és dugattyúszerű áramlások hőátvitelét, a hőcserélők méretezését részletesen ismerteti mind newtoni, mind nem-newtoni folyadékokra. A dugattyúszerű áramlásra vonatkozó hőátvitel összefüggései esetenként alaki részeket tartalmazó folyadékjellegű anyagokra is alkalmazhatók (zúzatok, pulpok, dzsemek stb.). Keverős berendezésekhez a newtoni és nem-newtoni folyadékok keverésére vonatkozók használhatók. Kapartfalú hőcserélőkre vonatkozóan szintén a szakirodalomra utalunk(8, 30). 24

42 Konzervedények és egyéb csomagolóeszközök igénybevétele a hőkezelés alatt Általános kérdések A nyomás alakulása a konzervedényekben és az ezzel kapcsolatos problémák csak egy részét képezik egy általánosabb területnek, melyet úgy nevezhetünk, hogy a csomagolóeszközök viselkedése a hőkezelés alatt. A jelen fejezetben, a teljesség igénye nélkül ennek az általánosabb területnek egyes kérdéseire is utalunk. A konzervedények és egyéb csomagolóeszközök a hőkezelés folyamán feszültségek alá kerülnek és különböző mértékű deformációt szenvednek. Létrejöhetnek olyan maradó alakváltozások, melyek eladhatatlanná teszik a készárut. Ilyen például az edény véglapjainak kidomborodása, vagy oldalának behorpadása. Létrejöhet olyan kritikus igénybevétel, melynél az edény fala felnyílik, vagy egyéb módon nem zár hermetikusan. A konzervedény a terhelés egy részét az edényt körülvevő környezetből kapja. Így például a külső nyomás meghatározott módon változik. Vannak azonban más terhelések is, például az egymás felett elhelyezett edények súlyából eredőek, vagy forgatásnál a centrifugális erők által létesített terhelések. A gyakorlatban ez utóbbiakat rendszerint elhanyagoljuk. A terhelések másik része a betöltött anyagból származik. A betöltött anyag az edény belső felületén feszültségeket hoz létre. Itt az edény belső falára merőlegesen ható nyomófeszültségeken kívül minden egyéb feszültséget el szokás hanyagolni. Tudni kell azonban, hogy csúsztatófeszültségek is felléphetnek a belső falon, sőt kisebb húzófeszültségek is. A nyomófeszültségek nagysága is változhat az edény fala mentén. Azt sem árt meggondolni, hogy a belső falnál létrejövő nyomások és az anyag belsejében fellépő nyomások között különbségek is lehetnek. A térerők és a tehetetlenségi erők közvetlenül is létesítenek feszültségeket az edény falában, ezeket azonban elhanyagoljuk. Az edény anyagában levő hőmérsékletkülönbségek szintén feszültségeket létesítenek, ezeket üvegedényeknél (konzerves üvegek, palackok) szintén figyelembe kell venni. A konzervedény deformációja főleg a terhelések hatására jön létre, kisebb mértékben a hőmérséklettől függő hőtágulással kapcsolatos. A hőmérsékletváltozással kapcsolatos térfogatváltozás az edény köbös hőtágulási együtthatójával arányos. Szükséges a csomagolóeszközökre vonatkozóan korlátozó feltételeket előírni, melyeket a hőkezelés folyamán nem szabad túllépni. Ezek, a fentiek alapján, a következők: pk p < Δp1 (1.1.5.) továbbá p pk < Δp2. (1.1.6.) Itt p a belső nyomás értéke (bar), pk a külső nyomás értéke (bar), Δp1 kritikus nyomáskülönbség horpadásra, Δp2 pedig belső túlnyomásra. Δp1 és Δp2 kritikus nyomáskülönbségek itt pozitív értékűek. A belső nyomás értéke (1.1.5.) és (1.1.6.) összefüggéseknek megfelelően a külső nyomástól függő alsó és felső korlát között kell, hogy legyen. 25

43 Üvegedényeknél pedig az előzőkön kívül Tfk Tfb < ΔTf, (1.1.7.) korlátozó feltételt is be kell tartani a törések elkerülése végett. Itt Tfk az üveg külső falának hőmérséklete ( C), Tfb az üveg belső falának hőmérséklete ( C), ΔTf a kritikus hőmérsékletkülönbség ( C). Tekintettel kell lenni még arra, hogy a csomagolószer anyagának vagy valamelyik anyagának a mechanikai tulajdonságai változhatnak a hőmérséklet hatására. Így létezik egy kritikus legnagyobb hőmérséklet (Tkr) is: műanyag tasakoknál, zacskóknál a Δp2 kritikus nyomáskülönbség maga is hőmérsékletfüggő. Így például polipropilén alkalmazása esetén a hegesztési varrat szilárdsága 96 C hőmérsékleten a 20 C-nál mérték 1/3 1/4 részére csökken(35). Az táblázatban feltüntettük néhány csomagolóeszközre vonatkozóan a kritikus terhelésnek kitett részt és a kritikus érték típusát. Az táblázatban pedig megadtunk néhány kritikus érteket a szakirodalom alapján táblázat - Egyes csomagolóeszközök kritikus terhelésnek kitett részei és a kritikus értékek típusai Megnevezés A kritikus terhelésnek kitett rész és a kritikus érték típusa Konzervdoboz Palást és véglap Δp1, Δp2 Tömítőanyag Tkr Öblös szájú konzerves üveg Lapka Δp1, Δp2 Tömítőanyag Tkr Üveg ΔTf, Δp1 Üvegpalack Tömítőanyag Tkr Üveg ΔTf, Δp1 Műanyag tasak Varrat Δp12 (Tf) Δp1 a lapkára, Δp1 az üvegre vonatkozó kritikus érték táblázat - Csomagolószerekre vonatkozó néhány kritikus érték a szakirodalom alapján(12, 27, 55) Kritikus érték Megnevezés Δp1, bar Δp2, bar 99-es 1/1 jelű hazai doboz, lemezvastagságok és minőség palást tető minőség 0,24 0,24 T57 0,67 1,59 0,22 0,24 T61/T57 0,65 1,59 0,22 0,22 T61 0,60 1,38 26

44 0,20 0,20 T57 0,54 1,23 0,18 0,18 T61 0,52 1,03 5/1 jelű hazai doboz, azonossági szám: 1347, 1347/P, 1346/u 0,53 5/1 jelű cseh doboz, mm, palástv.: 0,28 mm fedélv.: 0,3mm 0,51 0,78 2 2,4 0,45 0,51 0,8 0,95 1/1 jelű doboz (Németo.), falv.: 0,24 mm 153-as 5/1 jelű hazai doboz, lemezvastagságok (mm) palást tető 0,3 (bordázott) 0, dm -es doboz 0,75 Lapos alumíniumdoboz 0,2 0,4 Nagy átmérőjű konzerves üveg 0,6 3 2,250 dm -es konzerves üveg, 89 mm szájátmérővel, Twist-Off zárás 1,07 A terheléssel kapcsolatos deformáció szempontjából a csomagolóeszközöket az alábbiak szerint csoportosíthatjuk: a) Merev edények (pl. üvegek, palackok). A terhelés hatására bekövetkező alakváltozás elhanyagolható. b) Rugalmas edények (pl. konzervdobozok). Az üzemi terhelés hatására zömében csak rugalmas alakváltozás lép fel. c) Képlékeny alakváltozásra erősen hajlamos csomagolóeszközök (pl. tubusok). d) Kis terhelés mellett nagy reverzibilis deformációra képes csomagolóeszközök (pl. műanyag tasakok). A csomagolóeszközök hőkezelés alatti viselkedésének vizsgálata igen fontos a nagy kárt okozó késztermék-selejt elkerülése és a csomagolóanyagok magas ára miatt A belső nyomás értékére ható tényezők és az ezekhez tartozó törvényszerűségek A csomagolószerben létrejövő nyomás kialakulása az élelmiszer és a csomagolószer hőtágulásától, a csomagolószerre ható terheléstől függő deformációtól, a vízgőztenziótól és a gázok nyomásától függ. Az élelmiszeranyagnak a hőtágulás hatására megváltozott térfogatát a V2 = V1 (1 + αv ΔT) összefüggés szolgáltatja. Itt ΔT = T2 T1 a hőmérsékletkülönbség ( C, K), V2 és V1 az alsó indexnek megfelelő hőmérséklethez tartozó térfogat, αv az élelmiszer köbös hőtágulási együtthatója ( C 1, K 1). A térfogatot azonban a tömeg ismeretében a sűrűség (ρ) segítségével is kiszámíthatjuk. Irodalmi adatok alapján a 27

45 sűrűségnek a hőmérséklettől való függése első-, vagy másodfokú polinommal közelíthető. Idevágó adatok az táblázatban találhatók. Az élelmiszeranyag átlagos hőmérséklete a konzervedényben (Tm) helyettesítendő konkrét számításkor táblázat - Néhány konzervipari anyag sűrűsége a hőmérséklet függvényében és köbös hőtágulási együtthatója(55, 115) ρ = a bt, [T Érvényességi tartomány hőmérséklet T, C, T1 T T2 sz.a. tartalom S, % a kg m 3 b kg m 3 C 1 α C 1 K 1 40 T T ,7 1009,2 0,637 6, T 80 4 S ,44 S 0,533 S = 4 5, S = 30 4, T 90 5 S ,20 S 0,560 S = 5 5, S = 30 4, Szacharózoldat 20 T ,4907 0,5040 0,5333 4, , , Konzerv általában 40 T Megnevezés Víz Paradicsomlé 1069,0 1091, ,67 6, , A csomagolószer (konzervedény) befogadó térfogatának (Vf) a hőmérsékletváltozás miatt megváltozott térfogata az edény anyagának köbös hőtágulási együtthatójával (αvf, C 1, K 1) arányos: Vf2 = (1 + αvf T) Vf1 ΔT, valamint az 1 és 2 alsó indexek jelentése ua., mint (1.1.8.) összefüggésben, de most a csomagolószer falának hőmérséklete (Tf) helyettesítendő. Ide tartozó adatok az táblázatban találhatók táblázat - Néhány hőkezelésnek kitett csomagolóanyag köbös hőtágulási együtthatója (0< αvf) 20 és 130 C között(55, 96) Megnevezés αvf C, K 1 Acéllemez 3, , Alumínium 7, ,

46 Konzerves üveg , Üvegpalack 2, Nagy sűrűségű polietilén (legkisebb érték) A konzervedény térfogatának függése a belső és külső nyomás különbségétől. Ezen a téren lényegében kísérletekre vagyunk utalva. Az ábrán egy kísérleti berendezés elvi felépítése látható. A berendezést állandó hőmérsékleten kell tartani és falát átlátszó anyagból készíteni, így az extrém terhelés következménye (pl. horpadás, tömítés felnyílása) szemmel megfigyelhető, ill. fényképezhető ábra - Mérőberendezés dobozok belső nyomása és térfogata közötti kapcsolat meghatározására. 1. mérőedény; 2. átlátszó fal; 3. átlátszó folyadék; 4. mérőcső (meniszkusz); 5. leeresztőszelep; 6. levegővezeték; 7. elzárószelep; 8. kompresszorhoz, ill. vákuumszivattyúhoz való csatlakozással a levegő be-, ill. kivezetése; 9. manovákuum-mérő műszer; 10. hőmérő; 11. üres konzervdoboz Konzervdobozoknál a terhelést (nyomáskülönbséget) célszerű úgy korlátozni, hogy zérus nyomáskülönbségre visszaállva a doboz térfogata újra az eredeti érték közelében (VfA) legyen. Öblös üvegek lapkáinál megengedhető, hogy hőkezelés után a lehűlt üveg lapkája maradandóan behorpadjon. Az ábrán konzervdobozra jellemző (egyszerűsített) összefüggés látható a térfogatváltozás és nyomáskülönbség között(27, 55, 96). 29

47 ábra - Konzervdoboz viszonylagos térfogatváltozását a nyomáskülönbség függvényében szemléltető ábra. p: belső nyomás; pk: külső nyomás; Vf/VfA: viszonylagos térfogatváltozás A terhelés időbeli lefolyását a nyíl jelöli. A görbe állandó hőmérséklet mellett érvényes és a hiszterézishez hasonló jelenség figyelhető meg. A függőleges ugrásokkal ábrázolt hirtelen térfogatváltozást a doboz fedelén lévő, metszetben hullámos gyűrűk okozzák. Ekkor ugyanis ki- és visszahorpadás történik. Kísérletek hiányában feltételezhetjük, hogy a nyomáskülönbség okozta viszonylagos térfogatváltozás, állandó hőmérsékleten mérve, független a hőmérséklettől. A hőkezelt anyag gőztenzióját (pe) a tiszta víz gőztenziójának a vízaktivitással való szorzásával kapjuk. A vízaktivitásra vonatkozó ismeretek az 1.4. pontban találhatók. A vízgőztenziót nyugvó edényben a gáztéri, kényszerített konvekció esetén pedig átlagos hőmérséklet alapján számíthatjuk. Gázok jelenléte a konzervedényben. A gázok a következő módon vannak jelen a konzervedényben: a) a gáztérben (légtérben); b) a hőkezelt anyagban diszpergálva, a szövetek sejtközi járataiban; c) a hőkezelt anyagban oldva. A b) szerinti diszpergált gáz mennyisége rendszerint kevés, mivel töltésre jól előkészített anyagnál (előmelegítés, előfőzés, vákuumos húzatás, légtelenítés) a gázok eltávolítása már megtörtént. De ha vannak is ilyen gázok, bizonytalan, hogy a melegítési periódusban, nyugvó edényeknél, mennyiségüket a gáztéri gázhoz hozzá kellene számítani. Konvektív áramlásoknál (főleg kényszerített konvekció esetén) részben egyesülnek a gáztéri gázokkal és növelik azok mennyiségét. 30

48 A hőkezelés alatt gázok keletkezhetnek is, fehérje tartalmú anyagoknál NH3 és H2S, fémek korróziójánál H2, a felöntőlé vizének változó keménységét adó kalcium és magnézium hidrokarbonát hő okozta bomlásánál pedig CO2. Ezekre ugyanaz vonatkozik, mint a diszpergált gázokra. A hőkezelt anyagban oldott gázokra vonatkozóan, egyensúlyi állapotban, a Henry-törvény érvényes. A hőkezelés során ezek részben felszabadulhatnak, de gáz is oldódhat. A legcélszerűbb, ha számításoknál a diszpergált és oldott gázokat aszerint vesszük figyelembe, hogy a kritikus terhelések szempontjából mi a kedvezőtlenebb eset. A Henry-törvény szerint az oldott gáz parciális nyomása (pg, N m 2), oldatban levő tömegtörtje (wg) és a hőmérséklet (Tm, abszolút hőmérséklet, K) között a következő összefüggés áll fenn:. Itt q a differenciális oldódáshő (J kmól 1), k0 konstans (N m 2), R általános gőzállandó, értéke 8314 J kmól 1 K 1. Azt, hogy mi az oldó közeg és annak mennyisége, minden konzervféleségnél mérlegelni kell. Zöldborsókonzervnél például feltételezhetjük, hogy az oldó közeg felöntőlé. A gáztérben levő gáz parciális nyomása, abszolút hőmérséklete, mennyisége és a gáztér térfogata között indokolt egyszerűsítéssel az ideális gázokra vonatkozó törvény használható. Ebből, valamint az ( ) összefüggésből egy dimenzió nélküli tényezőt kapunk, mely megadja, hogy adott gáz (pl. oxigén) összmennyiségének hányad része van a gáztérben egyensúlyi állapotban (Tm = TG). A konzervekben gyakrabban előforduló gázokra vonatkozó adatokat, beleértve az oldhatóságra vonatkozókat is, az táblázat tartalmazza táblázat - Konzervekben előforduló gázok néhány fizikai jellemzője A jellemzőkre vonatkozó Megnevezés Moláris tömeg Jelölés Dimenzió N2 O2 CO2 H2 NH3 H2S Levegő* M kg kmól 1 28, ,01 2,02 17,03 34,08 28,92 1,2505 1,429 1,977 0,090 0,771 1,538 1,204 2, , , , , , Sűrűség 20 Con és 1,013 bar- kg m 3 on Differenciális oldódáshő vízre szerinti állandó Gáz q J kmól 1 k0 N m 2 2, , , , , ,

49 Érvényességi tartomány T1 293,15 (20) 293,15 (20) 293,15 (20) 293,15 (20) 293,15 (20) 293,15 (20) 363,15 (90) 363,15 (90) 333,15 (60) 363,15 (90) 373,15 (100) 363,15 (90) K( C) T2 *Az N2 tömegtörtje 0,75, az O2-é 0,25 A konzerves üvegek ún. kilégző zárására az jellemző, hogy ha a belső és külső nyomás közötti különbség egy adott értéket túllép, a tömítőfelület visszacsapó szelephez hasonlóan nyílik és gázok vízgőzzel együtt távoznak az üvegből. Ilyen esetben csak álló helyzetben lehet hőkezelést végezni. Kilégző zárást biztosítanak az Omnia, Pano-Normál, Pano-Quick Lip, Pano-T fantázianévvel rendelkező zárási megoldások. Nem kilégzők azok a zárások, melyeknél a tömítés az üveg szájának oldalsó peremén fekszik fel (Pry-off, PT zárás). Ezeknél a környezeti nyomásnál nagyobb belső nyomás ledobhatja a lapkát. Omnia lapkánál a gázok eltávozása 0,2 0,4 bar nyomáskülönbség hatására következik be. A gáztéri gázok mennyiségének kilégzésekor bekövetkező csökkenését közelítő érvénnyel számítani tudjuk(55, 77). Üvegzárások jellemzői az táblázatban találhatók táblázat - Különféle zárási módok jellemzői Megnevezés, fantázianév (eredet) Általános jellemzés Rögzítés módja az üvegszájon A lapka anyaga Omnia (Anglia) 1 részes, kl. körmös aláhajtás több ponton alumínium Omnia T, -S (Anglia) 1 részes, kl. az üveg száján levő 2 bekezdésű menetre szakaszosan alumínium préselve Pano-N (Németország) 1 részes, kl. körben aláperemezett acél v. alumínium Pano-T (Németország) 1 részes, kl. lásd az Omnia-T zárásánál alumínium Hungarocap (hazai, Angliából átvéve a Twist-off 1 részes, kl. Δp 1 bar megoldás) 48 bekezdésű üvegmenetre 4 8 acél köröm rácsavarás után rögzít UNI (Németország) 1 részes, nkl. körben aláperemezett, vagy körmös aláhajtás több ponton acél Pry-off (hazai, Angliából átvéve, gyermekételkonzervhez) lásd az SZKN, SZKO zárásnál az üvegszáj palástjára feszülő tömítőgyűrű acél Alfapank (hazai) 1 részes, kl. a perem alá sűrűn benyomva alumínium 32

50 PT-Twist-off (Anglia) tömítés homlokfelületen és paláston, az üvegen acél sokbekezdésű menet, a tömítés a menetre keményedik 1 részes, kl. Jelmagyarázat: kl. = kilégző zárás, nkl. = nem-kilégző zárás, Δp = a kilégzés nyomáskülönbsége A belső nyomás számítása és mérése A konzervedényben létrejövő belső nyomás értékét két összefüggés alapján számítjuk. A számításnál az edényben izotróp feszültségi állapotot tételezünk fel az élelmiszerben és a belső falfelületen. A feltételezés indokolt, mivel a betöltött élelmiszer többnyire, a felöntőlé, mártás stb. pedig mindig folyadék. Néhány esetben a feszültségi állapot nem izotróp, az alábbi számítási módszer ekkor nem érvényes. Az első a Dalton törvény, mely szerint az élelmiszer vízgőztenziójának és az egyes gázok parciális nyomásainak összege adja a belső nyomás értékét, azaz. Itt R az általános gázállandó, TG a gáztéri abszolút hőmérséklet, VG a gáztérfogat, mgi és Mi az i-edik gáz tömege és moláris tömege. Az oldott gázok mennyiségétől eltekintettünk. A második összefüggés a gáztérfogat értékét adja meg. Ennek egyik lehetséges formája:. Itt az pontban ismertetett jelöléseken kívül Tz a zárási hőmérséklet, Vfz, az edény térfogata záráskor, Vez az élelmiszer térfogata záráskor, Tm az élelmiszer, Tf az edény hőmérséklete a hőkezelés adott időpontjában. A ΔVf/VfA érték az edény terhelésétől függő relatív térfogatváltozása, a ábra szerinti értelmezésben. Az ( ) összefüggést az ábra magyarázza. 33

51 ábra - Rugalmas konzervedény (konzervdoboz) és a benne levő élelmiszer térfogatának alakulása. A) zárási állapot és hőtágulás hatására megnövekedett edénytérfogat, midőn a belső és külső nyomás egyenlő; B) a hőtágulás és külső nyomásnál (pk) nagyobb belső nyomás (p) hatására létrejött állapot; 1. gáztér; 2. élelmiszer az edényben; 3. az edény határoló fala; 4. hőtágulás hatására megnőtt fal; 5. hőtágulás és nyomáskülönbség hatására deformálódott (megnőtt) fal. A z index a zárási állapotra utal Konzervdobozoknál ΔVf/VfA kis változási tartományban a p pk nyomáskülönbség (pk a közeg nyomása) lineáris függvényének tekinthető. Ilyenkor ( ) és ( ) összefüggések összevonásával VG-re nézve másodfokú egyenletet kapunk. Ennek egyik (pozitív) megoldása adja a gáztérfogatot. Grafikus megoldás is lehetséges. Merev edényeknél (ennek tekintik a konzerves üvegeket és a palackokat) ΔVf/VfA = 0 és VG közvetlenül számítható ( )-ből. VG ismeretében ( )-ből kapjuk p-t. Merev edényekre vonatkozik hazánkban Veres, Deli számítási eljárása és egy külföldről átvett nomogram(13, 104, 121, 144), rugalmas dobozokra szintén dolgoztak ki számítási eljárást(55, 96). A belső nyomás mérése konzervedényekben. Az eszköz a belső nyomás mérésére a speciális, szúrótüskével ellátott Bourdon-csöves manovákuum-mérő műszer. A szúrótüskét az edény fedelébe beszúrva a manométer és az edény terei egyesülnek, a légköri nyomástól való eltérés leolvasható. A Bourdon-csőben levő levegő mérési hibát okoz, mely számítható(55). Célszerű azonban a Bourdon-csövet kis gőztenziójú, vízzel nem elegyedő folyadékkal feltölteni. A legkorszerűbb műszerek nyomásérzékelője piezoelektromos kristály, esetleg nyúlásmérő bélyegekkel kombinálva. Az Ultrakust Gerätebau cég Thermophil Stor 4466L megnevezésű műszere 0 5 bar tartományban ±0,05 bar pontossággal mér max. 140 C-on. Egy mérési ciklusban 128 mérést képes végezni, változtatható, de max. 1 perces intervallumokban. A mért adatokat a konzervedénnyel közös térben is elhelyezhető memóriaegységben tárolja és azokat a ciklus befejezése után meg lehet kapni. 34

52 Tulajdonságváltozások sterilezéskor és pasztőrözéskor Adott termékre vonatkozó ipari technológia lényegében előírja a hőkezelő közeg hőmérsékletét és nyomását a hőkezelési idő függvényeként. A technológia első változatának kialakítása a tapasztalat alapján történik, majd kísérleti hőkezelés következik. Ennek során mérik a hőmérsékletet és a nyomást a konzervedényben. Ezután már elemezhető a mikrobák pusztulása és egyéb tulajdonságok változása, ellenőrizhető a csomagolóeszköz terhelése Osztott hidrosztatikus sterilező berendezések Osztott hidrosztatikus sterilező berendezések technológiai változatainak (közeghőmérséklet a hőkezelési idő függvényében) gyors előállítására számítógépes eljárás szolgál(56). Mikrobák időben változó hőmérsékleten létrejövő hőpusztulásának számítását az 1920-as évek elején dolgozták ki. Ez az eljárás, mint a hőkezelési egyenérték (Férték) számításának módszere terjedt el. Az 1960-as évektől különböző, az F-értékkel analóg módon képzett hőkezelési egyenértékeket képeztek. A hőkezelési egyenérték nem más, mint a referencia-hőmérsékleten (Tr) alkalmazott olyan hőkezelési idő, amely azonos változást idéz elő, mint más állandó, vagy időben változó hőmérsékleten végzett hőkezelés. Közös jellemzője volt az egyenértékeknek az elsőrendű változáskinetika és a változás sebességi állandójának (k), ill. annak reciprokával arányos tizedelődési időnek (D) hőfokfüggésére jellemző z-érték alkalmazása. A különböző egyenértékek közös formulával számítható:. Ez a formula egy teljes hőkezelési ciklusra vonatkozik. Ha az egyenértékek alakulását a cikluson belül vizsgáljuk a hőkezelési idő (t) függvényében, akkor tu t tre, t t t -re átírva és az egyenértékeket szintén vesszővel ellátva, az összefüggésre jutunk. Itt tehát t -vel és pl. F -vel azt a hőkezelési időt, ill. egyenértéket jelöltük, amelyik kisebb, mint t, ill. F. A fenti összefüggésekben: F = mikrobapusztulás egyenértéke 100 C feletti hőkezelésnél (min), Tr = 121,11 C F0 = ua., mint F, de z = 10 C-nál (min), P = pasztőrözési egyenérték, 100 C alatti hőkezelésnél (min), Tr 100 C C, E = főzési szám (egyenérték) és enzim inaktiválási egyenérték (min), Tr = 100 C z = a tizedre csökkenési idő (D) egy nagyságrenddel való csökkenéséhez tartozó, növekvő hőfokkülönbség ( C) T0 = a számítás kezdő vagy alaphőmérséklete ( C). Ha T < T0, akkor a tulajdonságváltozást végtelenül lassúnak tekintjük 35

53 t, t = hőkezelési idő (min) t0, tu = az a két időpont, amikor melegítéskor először, hűtéskor pedig újra eléri az anyag a T0 hőmérsékletet (min) Az előzők szemléltetésére az ábra szolgál ábra - A hőmérséklet (T) és két egyenérték (F0 E ) alakulása a hőkezelési idő (t) függvényében Az egyenértékek számítására grafikus és táblázatos módszerek szolgáltak(35, 71). Az előbbi az ( ) szerinti határozott integrál grafikus megoldásán alapszik. A numerikus eljáráshoz rendszerint olyan táblázat tartozik, amelyik a gyakorlatban előforduló hőmérséklettartományban C-onként növekvő hőmérsékletekhez a értékeket adja. Ma már egyszerű számítógépes programok helyettesítik az említett elavult eljárásokat(86, 87). Ezeknél egy hőkezeléshez párhuzamosan több egyenérték is számítható, ahogyan az az ábrán is látható. Az egyenértékek számítása és használata nincsen elsőrendű változásokhoz kötve. A tulajdonságváltozásokkal kapcsolatos (beleértve a mikrobapusztulást is) korlátoknak a következő típusai ismertek: a) Helyi felső és alsó korlátok. Ide tartozik a Cl. botulinum spórák pusztulásának mértéke, amely legalább 12 nagyságrend. A pusztulás mértékét alsó korlát, a túlélők számát viszont felső korlát korlátozza! Húsdarabok állománya két határérték között kell, hogy maradjon (sem túl puha, sem túl kemény nem lehet). 36

54 b) A hőkezelt anyag teljes tömegére vonatkozó (alsó és felső) korlátok. Itt átlagértékeket írunk elő és ezek betartását ellenőrizzük. Itt enzimaktivitást, vitamintartalmat, színt és egyéb érzékszervi értékeket korlátozunk. Ezek általában az élelmiszer egész tömegére jellemzők. A korlátozó értéket hőkezelési egyenérték, vagy tulajdonságérték, vagy az utóbbiból képzett viszonyszám formájában szokás megadni, ide vonatkozó adatokat az táblázat is tartalmaz táblázat - A szakirodalomban ajánlott F0-értékek Heiss és Eisner(35) nyomán. Termék Az ajánlott F0-érték (min) Zöldségkonzervek 3 13,9 Húskonzervek 3 5 Halkonzervek 0,7 8 Készétel-konzervek 1,6 15 Az értékek alsó lokális korlátnak is tekinthetők. Az adatokban tapasztalható eltérések okai: különböző a kezdő mikrobaszám, eltérő a gyártási fegyelem, az F0 érték tulajdonképpen egyéb hőtűrő mikroba elpusztításához szükséges hőterhelést helyettesit, a sterilezés előtti hőterhelés különböző, a ph-érték valamivel 4,5 alatt van. Mikrobapusztulás szempontjából lényegében két alapelv alapján méretezik a hőkezelési technológiát: a) Az egészséget súlyosabban károsító mikrobák számát a legkisebb hőterhelésnek kitett anyagrészben is legalább az előírt mértékben kell csökkenteni ( táblázat, ph > 4,5 esetén F0 > 2,8 min, lokális alsó korlát az egyenértékre vonatkozóan). b) Egészséget komolyan nem veszélyeztető, de romlást okozó mikrobákra vonatkozik az előírt selejtarányra (s) való méretezés. A kezdő mikrobakoncentráció (Ni) figyelembevételével olyan mértékű pusztulást kell elérni, hogy a selejtarány reciprokának megfelelő számú konzervedényekből csak egy darabban maradjon egy darab túlélő mikroba. Ha tehát s = 0,001 (l ), akkor 1000 db konzervből csak egy darabban maradjon egy darab túlélő. Képlettel kifejezve: és az előírt egyenérték:. Itt a túlélő mikrobák átlagos koncentrációja. 37

55 Ha tehát a kezdő mikrobaszám-koncentráció Ni = 104 cm 3, konzervedény térfogata V = 500 cm3 és a selejtarány: 0,001 és Dr = 1 min, akkor. Az eljárás független attól, hogy a hőkezelés a konzervedénybe való betöltés előtt vagy után történik, így aszeptikus technológiáknál is használható. Aszeptikus tárolásnál pedig a V a tartálytérfogatot jelöli. Az előírt egyenérték az edénytérfogattal növekszik. Ha az előző példát úgy módosítjuk, hogy V = 5000 cm3, akkor = 10,7 min lesz! Ennél a méretezésnél tehát nem a legkisebb hőterhelésnek kitett anyagrészt, hanem a konzerv teljes tartalmát vesszük figyelembe (lásd az , összefüggéseket). A nagy hőmérsékleten rövid ideig tartó hőkezeléskor a megfelelő mikrobapusztító hatáshoz (lényegesen) kisebb kémiai eredetű változások tartoznak, így javítható a termék minősége. Ügyelni kell azonban arra, hogy az enzimeket ekkor is inaktiválják. Helyi egyenérték kiszámításához elegendő a Tr, z és T0 jelöléssel ellátott változáskinetikai paraméterek ismerete. Ha azonban egyenértékből tulajdonságértéket (intenzitást), vagy relatív tulajdonságértéket kívánunk számítani (vagy fordítva), úgy szükség van az időállandóra (Dr) is. Átlagértékek képzésénél ugyanez a helyzet. A konzervipar általában a z = állandó kinetikát használja, de az Ea = állandó (Arrhenius-féle) kinetika is előfordul Konzervedények hőkezelése Konzervedények hőkezelésekor adott helyen mért hőmérsékletből a hőérzékelő kis környezetében levő anyagra vonatkozó tulajdonságértékeket csak a kizárólagos hővezetés esetében kapunk. Ekkor ui. az anyag nem vándorol az edényen belül. Természetes, vagy kényszerített konvekció esetén az anyag más és más elemi részel haladnak el a hőérzékelő mellett. Kizárólagos hővezetésnél nagy hőmérséklet különbségek alakulnak ki a konzervedényben. A teljes térfogatra vonatkozó átlagos egyenértéket ekkor a helyi (lokális) tulajdonságértékek átlagolása révén kapjuk. Elsőrendű változáskor: összefüggések adják az átlagos relatív tulajdonságértéket és egyenértéket 38. V a konzerv térfogata, ΔVj a j-edik sorszámmal jelölt elemi térfogat.

56 Erőteljes természetes és kényszerített konvekciónál (lásd az pontot) a konzervedényben mért hőmérséklet jó közelítéssel egyezőnek tekinthető az átlaghőmérséklettel. Ezzel a tulajdonságváltozások számítása lényegesen egyszerűsödik. Alaktartó darabokat tartalmazó élelmiszerek esetében a hőmérsékletet célszerű valamelyik darabban és a folyadékban (felöntőlé, mártás) egyaránt mérni és így számítani a tulajdonságváltozásokat. Henger alakú konzervek hőkezelésének számítására, amikor a konzerven belül kizárólag hővezetéssel történik a hőátvitel, az pontban ismertetett eljárás (program) szolgál. Ez tulajdonságváltozások számítására is alkalmas. A program a relatív tulajdonságértékeket (Y) a csomópontokban (és a megfelelő felületi pontokban) számítja és az ( ) összefüggés szerint átlagolja. Most ΔVj alatt az elemi gyűrűk és hengerek térfogata értendő. A program a relatív tulajdonságértékek szélsőértékeit, azok helykoordinátáival együtt, szintén szolgáltatja az időszakaszok végén. Így a hidegpont, kritikus pont fogalma helyett a tulajdonságváltozás, vagy tulajdonságérték maximumához és minimumához tartozó helyek fogalmai kerülnek. Könnyen belátható ez: szimmetrikus hőátvitelnél és hidegen töltött anyagnál a geometriai középpont környékén (mint hagyományos kritikus pont -ban) a legnagyobb a túlélő mikrobák száma. A sterilezési hőmérsékleten történő töltéskor ugyanaz az érték az anyag felületi rétegében a legnagyobb, hiszen az itt levő anyag hűl le leggyorsabban. Ha a töltési hőmérsékletet valamivel csökkentjük, úgy a túlélők számának maximumát olyan rétegben kapjuk, amelyik a felület és a középpont között helyezkedik el Átfolyó rendszerű hőkezelő berendezések Ilyen berendezéseknél a tulajdonságváltozás számítása a tartózkodási idő eloszlásfüggvényének ismeretén kell, hogy alapuljon. Az egzakt méretezési eljárásokat tulajdonképpen csak nemrég alakították ki. A legkisebb hő okozta változása annak az elemi résznek lesz, amelyiknek a tartózkodási ideje a legkisebb (th) és a legkevésbé melegszik fel. A legnagyobb hő okozta változást a hőcserélő fala mentén lassan haladó és gyorsan melegedő anyagrészek szenvedik el. A tartózkodási idő a falnál definiálatlan: egyes (elemi) részek a falhoz tapadnak stb. A tulajdonságérték átlagának ismerete itt is nagy jelentőséggel bír. A hőkezelő berendezés kilépőhelyénél vett minta lényegében az elemi részeknek a tartózkodási idő sűrűségfüggvénye szerinti keveréke. Az alábbi számítási formulák turbulens jellegű felületi hőcserélőknél (kellően nagy Reynolds-szám, sok fordulókamra stb.) alkalmazhatók. További egyszerűsítő feltételezés az, hogy egy adott tartózkodási idővel rendelkező elemi rész állandó sebességgel halad végig a hőátadó felület mentén és hőmérséklete a sebességtől függetlenül csak a befutott felületi arány (a/a) függvénye. Az a-val a befutott, A-val a teljes (kilépésig befutott) felületet jelöljük. Az előzők alapján képezhető egy dimenzió nélküli egyenérték (Φ):. A különbség az ( ) és az előző összefüggés között csak az, hogy az idő (t) helyébe a/a került. A legkisebb tartózkodási időhöz (th) tartozó hőkezelési egyenérték most: F = thφ, 39

57 ( ) és ( ) összefüggések pedig és alakra hozhatók. Ezekben t a tartózkodási idő, f(t) az időeloszlás sűrűségfüggvénye. Az anyaghőmérsékletet a befutott felületi arány függvényében megadó összefüggést jó közelítéssel megkapjuk, ha az anyag és hőcserélő közeg be- és kilépő hőmérsékleteit és tömegáramait mérjük és a fűtőfelület és hőfizikai adatok figyelembevételével a hőcserélők méretezéseire vonatkozó megfelelő összefüggést alkalmazzuk. Ezekben a hőmérséklet a/a negatív exponenciális függvénye. Az ábrán példaképpeni számítás eredményeit ábrázoltuk. 40

58 ábra - Példa átfolyó rendszerű pasztőröző melegítő egységében létrejövő mikrobapusztító hatás (vagy egyéb elsőrendű tulajdonságváltozás) számítására. A) az átlaghőmérséklet (T) a befutott felületi arány (a/a) függvényében; B) a hőcserélő sematikus ábrázolása és a jellemző műszaki adatok; C) a számításhoz felhasznált függvények. 1. a hőkezelt anyag hőfoka,, ka/cqm = 2,03, azaz T = e 2,03 (a/a); 2. melegítő egység; 3. a tartózkodási idő sűrűségfüggvénye (f/ t/); 4. a túlélő mikrobák száma a kezdeti szám arányában: száma a hőkezelés előtti mikrobaszámhoz viszonyítva a tartózkodási idő (t) függvényében. = a túlélő mikrobák Olyan berendezésben, amely több sorba kapcsolt egységből áll ( ábra, pl. melegítő, állandó hőmérsékleten tartó és hűtő egységekből), az eredő relatív tulajdonságérték, ha az átlagról van szó, az 41

59 összefüggésből kapható. Ez három egységet vesz figyelembe és az alsó indexek az egység sorszámát jelölik. A fentebb ismertetettek részben megtalálhatók a szakirodalomban is, esetleg formailag eltérő megfogalmazásban(55, 87, 89, 112). Az eljárás ún. kapszulás reaktornak tekinti a berendezést, ahol a hőkezelt anyag (makro-) elemekre bontva halad. Az egységek a tartózkodási idő szempontjából, egymástól függetlenek. A relatív tulajdonságérték (-intenzitás) a tulajdonságérték a kezdőértékkel osztva. Mikrobák hőpusztulásakor a túlélők koncentrációja a kezdeti mikrobakoncentrációra vonatkoztatva Aszeptikus technológia Az aszeptikus technikáról általában Az aszeptikus technika a tartósítóiparok egyik legtöbb eredményt hozó, illetve ígérő megoldása. Lényege, hogy szemben a hagyományos konzervgyártással a terméket előbb sterilezik, majd az utánfertőzést kizáró (aszeptikus) körülmények között töltik az előre már ugyancsak csírátlanított edényzetbe. Ennek az edényzetnek a térfogata igen különböző lehet; a néhány grammos, kis fogyasztói egységektől a több száz köbméteres tartályokig. A felhasznált edényzet szerkezeti anyaga is rendkívül sokféle. Ha összehasonlítjuk a hagyományos és az aszeptikus gyártási módszer előnyeit és hátrányait, a következő eredményre jutunk: Az aszeptikus módszer legfőbb előnye abból adódik, hogy a csírátlanítási folyamat átfutási ideje természetesen azonos hőmérsékletet véve alapul gyakorlatilag független annak az edénynek a nagyságától, amelybe majd tölteni fogjuk a terméket. A hőterhelés nagyságát, a sterilezés körülményeit így tehát a technológiai célszerűség és gazdaságosság szabja meg, nem pedig a csomagolási egység nagysága. Ez lehetőséget biztosít egyrészt szinte tetszőlegesen nagy tartályméretek alkalmazására, másrészt a hőkezeléssel együtt járó, nem kívánatos elváltozásoknak a minimumra való csökkentésére, ezzel a minőség javítására. Az aszeptikus technika azért eredményez jobb minőséget, mert sokkal kevésbé rontja a terméket, mint a hagyományos, nem pedig azért, mert képes lenne a nyersanyag- és gyártáshibából eredő minőségi hátrányokat csökkenteni. Az aszeptikus technika egyéb előnyei (a hagyományos eljárásokhoz viszonyítva): A HTST (high temperature, short time nagy hőmérséklet, rövid idő) korszerű elvének alkalmazása folytán nemcsak a minőség javul, hanem az igen rövid átfutási idők miatt viszonylag kicsik a gépméretek, kicsi a fajlagos helyigény. Az egész folyamat teljesen gépesített, automatizált, sőt a legtöbb esetben program-szabályozással ellátott, emiatt a termelékenység nagy. 42

60 A viszonylag kis méretek, a könnyű hőrekuperálási lehetőségek stb. miatt a fajlagos energia- és vízfelhasználás is kisebb. Megfelelően tervezett rendszerben akár 90%-os hővisszanyerés is előfordul. Nagyobb rugalmasságot tesz lehetővé a piachoz való gyors alkalmazkodás terén. Egyes esetekben (pl. nagytartályos átmeneti tárolás alkalmazásával) lehetőséget biztosít különböző berendezések (pl. dobozgyártó gépsorok, töltő-, zárógépek) jobb kihasználására, a forgóeszközigény csökkentésére stb. Olcsóbb és nem hőálló csomagolóanyagok használatát is lehetővé teszi. Alkalmazása jótékony hatással lehet egy egész gyár, vagy iparág termelési kultúrájának a fejlődésére. A hagyományos gyártáshoz viszonyítva hátrányai is vannak az aszeptikus technikának: Sokkal érzékenyebb a központi ellátás (áram, víz, gőz, esetleg sűrített levegő, vákuum) zavaraira. Magasabb színvonalat követel meg a technológiai és higiéniai fegyelem, a szakképzettség, a karbantartás, az ellenőrzés stb. terén. Általában nagyobb a beruházási eszközigénye is. A teljesség kedvéért meg kell emlékezni az ún. forrón töltési eljárásról is, amelyet többen az aszeptikus technikához sorolnak. Ennél a módszernél tehát nem steril edénybe, nem aszeptikus körülmények között töltenek nem visszahűtött anyagot. A terméket érő hőterhelés így a hagyományos módszernél és a aszeptikus technikánál létrejövő értékek összege. Legtöbb esetben alacsony ph-jú termékeknél alkalmazzák. Helyesebb ezt az eljárást a félaszeptikus módszerek közé sorolni. A forrón töltéses módszer egyik speciális változatát dolgozták ki néhány évtizeddel ezelőtt az USA-ban, mégpedig 4,5-nél nagyobb ph-jú, darabos és szilárd fázist egyaránt tartalmazó termékek számára (ún. Martin-féle rendszer). A feldolgozás (előfőzés, töltés, zárás, hőntartás, előhűtés) 2,5 bar túlnyomáson megy végbe, keszonban. Az eljárás nem terjedt el. Az aszeptikus technikára vonatkozó szakirodalomban további ismeretek találhatók(97). Az előzőkben általánosságban beszéltünk az aszeptikus technológiáról, ill. technikáról. A konkrét feladatok megoldásának azonban igen sokféle megoldási módja van attól függően, hogy milyen jellegű terméket, milyen nagyságú és szerkezeti anyagú tárolóegységbe akarunk tölteni. Természetesen a különböző feladatok elvégzéséhez szükséges különféle berendezéseken belül is adódnak különféle műszaki megoldások Az aszeptikus technika alkalmazásának feltételei, legfontosabb területei és megoldásai Ahhoz, hogy az aszeptikus módszer sikeres legyen, a következő feltételeknek kell teljesülniük: a) A rendszer elősterilezése és sterilen tartása a sterilező, ill. hűtő egységtől kezdve az összekötő csővezetékeken, szerelvényeken, segédberendezéseken (pl. steril levegőt és steril vizet előállító berendezések) át egészen a töltő-záró egységig. 43

61 b) A letöltendő termék sterilezése és sterilen tartása. c) A csomagolóeszköz sterilezése és sterilen tartása a zárás befejezéséig Az aszeptikus rendszer sterilezése A berendezés sterilezésénél fontos annak figyelembevétele, hogy milyen termék aszeptikus töltésére kerül sor. 4,5-nél nagyobb ph-jú termék sterilezésénél a spórás mikroorganizmusokat is el kell pusztítani, savanyúbb termékek töltése esetében enyhébb sterilezési (pasztőrözést) alkalmazhatunk. Ugyanez vonatkozik a tárolóedényzet csírátlanítására is. Általános követelmény a teljes aszeptikus géprendszerrel szemben az, hogy a tisztítása során a CIP (cleaning in place = helyben való tisztítás) elve valósuljon meg, tehát, hogy a tisztítást, ill. csírátlanítást a rendszer megbontása, egyes elemeinek szétszedése nélkül lehessen elvégezni. A nagytartályos tárolás esetében a tárolótankokat is a rendszerhez tartozónak tekintjük a tárolás alatt. Az utánfertőzés megakadályozásának céljából fontos, hogy az aszeptikus rendszer környezetét (falak, padozat, berendezések külső részei, légtér stb.) állandóan magas fokú tisztasági állapotban tartsuk. A sterilező közeg kiválasztása jelentős részben a berendezés konstrukciós megoldásaitól függ. A sterilezés paramétereit a sterilezendő felület mikrobiológiai szennyezettsége, a konzerválandó termék romlását kiváltani képes mikroorganizmusok hőtűrése, ill. túlélési valószínűsége alapján kell megválasztani. A túlélési valószínűséget gazdaságossági szempontok alapján is mérlegelni kell. Itt elsősorban a sterilezési költségeket állítjuk szembe a mikrobiológiai romlásból eredő költségekkel. A patogén hőtűrő spórák számát pedig 12 nagyságrenddel kell csökkenteni. Az aszeptikus rendszerek csírátlanításánál tekintettel kell lenni a mikroorganizmusok különböző fajtáinak a különböző sterilező közegekben (nedves gőz, száraz gőz, forró levegő, különféle vegyszerek stb.) megnyilvánuló tulajdonságaira. A telített gőz hatásainak alig ellenálló valamely spórafajta pl. jól tűrheti a száraz meleget, a hőnek jól ellenálló sejtek némelyike viszont igen érzékeny lehet bizonyos vegyszerek hatására. Az említett alapelvek figyelembevételével a termékszállító vezetékeket, a termékkel érintkező azon géprészeket, amelyek nyomástűrése ezt lehetővé teszi, telített gőzzel, vagy nagy nyomású vízzel 120 C körüli hőmérsékleten sterilezik. A töltő- és zárógépek nem teljesen zárt, nem nyomásálló kamráit C-os túlhevített gőzzel, vagy ilyen hőmérsékletű levegővel sterilezik. A hővel történő berendezés-sterilezés körülményeinek laboratóriumi meghatározásához ún. tesztkultúrát is fel szoktak használni. Telített gőzzel való sterilezés esetében ez rendszerint B. stearothermophilus, ill. B. aerothermophilus, vagy Cl. sporogenes, túlhevített gőz esetében pedig B. polymyxa. Ionizáló sugárzással történő sterilezés esetén a teszt-mikroorganizmus leggyakrabban a B. subtilis. Ionizáló sugárzást elsősorban a nem hőálló műanyag zacskók, ill. zsákok sterilezéséhez használnak. Antimikrobás szereket a berendezések csírátlanításához ritkábban használnak. Kivételt képeznek a különböző nagyságú tároló edények. Gyakrabban alkalmazzák viszont a berendezések csírátlanítására a rendszerint szerves savakkal, mint amilyen a citrom- vagy borkősav megsavanyított, forró vizet. Előnyös, hogy az sem okoz bajt, ha egy kisebb mennyiségűk később a sterilezendő élelmiszerbe keveredik. 44

62 A lúgoldatok használata vegyszeres csírátlanításnak tekinthető. Vegyszeres fertőtlenítés esetén gondoskodni kell arról, hogy a vegyszer a későbbi hőkezelendő termékkel ne keveredhessen és a fertőtlenítő vegyszerből gyakorlatilag semmi ne maradjon a rendszerben. Ezt sterilvizes öblítéssel lehet elérni. A vegyszerek csíraölő hatása szintén függ a hőmérséklettől, de ez az összefüggés bonyolultabb. Az alsó hőmérséklethatár ahol ezeknek a szereknek még van észrevehető antimikrobás hatásuk általában 20 C körül van. Ennél kisebb hőmérsékleten csak a klórtartalmú szerek mutatnak sejtpusztító hatást. A bázikus jellegű készítmények (közöttük a NaOH) már 40 C alatt is alig hatnak. Ezen vegyszerek többségénél az antimikrobás hatás hőmérséklet függési koefficiense 1,5 < Q10 < 3,7 értékek közé esik. Az alkalmazható felső hőmérséklethatárt a hatóanyag hőre történő bomlása (jodoforok esetében ez C körül van), az oldhatóság nagyarányú csökkenése (klór), valamint a szernek a mikrobasejtekbe való bediffundálását biztosító, a hőmérséklettől függő relatív nedvességtartalom értékek (pl. etilénoxid esetében) szabják meg. Az antimikrobás szerek koncentrációja is befolyásolja a csíraölő hatást, legalábbis bizonyos koncentráció tartományon belül. Leggyakrabban negatív exponenciális összefüggés figyelhető meg a fertőtlenítőszerek koncentrációja és az életben maradt sejteknek az eredetihez viszonyított számaránya között. Fontos, hogy a szert csak legfeljebb olyan koncentrációban alkalmazzuk, amelyen túl a koncentráció növelése már alig hatásos. A vegyszer-koncentrációnak a sejtpusztulás sebességére gyakorolt hatását az 1.5. pont ismerteti (lásd az pontban lévő összefüggést). A gépfelületek, ill. légterek csíratlanítási körülményeinek meghatározását laboratóriumban gyakran ugyancsak a tesztkultúrák segítségével végzik. Ez antimikrobás szerek alkalmazása esetében B. polymyxa, B. subtilis var. niger, esetleg más törzs szokott lenni. A kezeléseket az ún. tesztlemezeken végzik, amelyekre megfelelő táptalajba ágyazva a mikroorganizmus megfelelő sűrűségű szuszpenziója van felvive Az aszeptikusán letöltendő termék sterilezése Az aszeptikus technikán belüli sterilezésnél is érvényesek mindazok az elvi összefüggések, amelyek a hagyományos csírátlanításnál. A hagyományos sterilezésnél általában 12 nagyságrenddel csökkentjük a patogén csíraszámot. Az ilyen nagyságrendű csíraszám-csökkentés az aszeptikus technikánál, ahol a hőmérséklet szinte tetszőlegesen növelhető, rendkívül rövid hőkezelési idő mellett gyakorlatilag mindenféle minőségkárosodás nélkül megvalósítható. A szokásosnál nagyobb arányú fertőzöttség, nagy tárolóegységek esetében a sejtpusztítás mértékére jellemző F-érték néhány Dr-értékkel még nőhet A terméksterilezés legfontosabb berendezései, ill. módszerei a következők: Hígan folyó levek jól sterilezhetők a lemezes pasztőrözőkben. Valamivel nagyobb viszkozitású termékek (pl. hígabb állagú gyümölcsvelők) hőkezelésére a csöves hőcserélők, esetleg cső a csőben rendszerű hőcserélők használhatók előnyösen, nem utolsósorban nagy nyomástűrésük miatt. Speciális kivitelű berendezéseknél a folyékony fázis max. 15 mm-es nagyságú darabokat is tartalmazhat. A gőzinjekciós, ill. gőzinfúziós berendezéseket konzisztensebb termékek csírátlanítására is jól fel lehet használni. Ilyenek a sűrűbb állagú gyümölcs- és főzelékvelők, paradicsomsűrítmények stb. 45

63 A gőzinjekciós berendezésekben a fűtőgőzt keverik be az erre alkalmas keverőfej segítségével az anyagba, miközben az pillanatok alatt felmelegszik. Rövid hőntartó szakaszon való áthaladás után egy, a hőntartó szakasz megfelelő nyomását, ill. hőmérsékletét biztosító fojtáson át a hőkezelt anyag tangenciális irányban lép be a vákuumkamrába, ahol pillanatszerűen felforr és lehűl. A hőntartási idő, vagy a teljesítmény (tömegáram) változtatásával, vagy pedig azonos tömegáram esetén különböző térfogatú hőntartó csövek beiktatásával változtatható. Az anyag és a gőz összekeverésére többféle megoldás szolgál (lásd a ábrát) ábra - Közvetlen gőzbevezetéssel üzemelő hőcserélők. A) a VNIIKOP Intézet hőcserélője; B) a Kötting cég injektoros hőcserélője hígabb termékekhez; C) a Cherry-Burrel cég konstrukciója hígabb anyagokhoz; D) termékporlasztással üzemelő hőcserélő. 1. termékbevezetés; 2. a forró termék elvezetése; 3. gőzbevezetés; 4. a termék áramlását terelő spirális; 5. gőzcsatorna; 6. termékelosztó nyílások; 7. hőmérő; 8. forgó termékporlasztó; 9. kis gőzturbina; 10. keverőtér; 11. kitáplálószivattyú; 12. a nem kondenzáló gázok elvezetése A gőzinfúziós berendezések (lásd a ábrát) abban különböznek a gőzinjekciós berendezésektől, hogy itt a csírátlanítandó terméket porlasztják be a sterilező kamrába, amely gőznyomás alatt áll, hőmérséklete automatikusan szabályozott. A hőkezelési idő szabályozására a csírátlanítandó termék szintjét a sterilező kamrában megfelelő értéken tartják. A hűtés első fokozatát itt is a vákuumkamra hozza létre. Az utánhűtést a termék sajátosságaitól függő egyéb berendezéssel (pl. kapart falú hőcserélő) lehet elvégezni. 46

64 ábra - Gőzinfúziós sterilező. 1. a termék bevezetése; 2. a termék elvezetése; 3. gőzbevezetés A közvetlen gőzbevezetéssel történő pillanathevítés berendezései sok előnyük mellett (a hőátadási tényező kivételesen jó, elérheti a W/m2K értéket is) több hátránnyal is rendelkeznek: a hálózati gőzt gondosan kell tisztítani, nem, vagy csak rendkívül kis mértékben tartalmazhat a gőzhálózat korróziógátló vegyszereket, a vákuumkamrában történő visszahűtéskor jelentős mértékű aromaveszteség következik be, az aszeptikus körülmények fenntartása a vákuum miatt igen nehéz. Ez a berendezéscsalád csak homogén jellegű termékek csírátlanítására való. Sűrű állagú termékek sterilezésének legkorszerűbb és legjobban bevált berendezései az ún. kapartfalú hőcserélők ( ábra). 47

65 ábra - Kapartfalú hőcserélő. 1. forgó tengely, melyre a kaparókések vannak felerősítve; 2. külső fűtőköpeny; 3. fűtőfelület; 4. az áthaladó termék; 5. kaparókések; 6. a termék belépése; 7. a kondenzvíz elvezetése Ezek a berendezések mind hevítőként, mind pedig hűtőként jól beváltak. A hevítés és hűtés közé természetesen (rendszerint csöves) hőntartó szakaszt kell beiktatni. A kapart falú hőcserélők egyes kiviteli módjaiban alkalmasak folyékony, ill. képlékeny és szilárd fázist egyaránt tartalmazó anyagok melegítésére, ill. hűtésére. A berendezéseken szivattyú nyomja át a terméket. A kapartfalú hőcserélőkben a fajlagos hőáram még refr.%-os paradicsomsűrítmény esetében is 3, ,9 104 W m 2 körül van, a kaparó kések rel. fordulatszámától, a hőmérséklettől, a konzisztenciától stb. függően. A hőátbocsátási tényező természetesen szintén igen tág határok között változhat a termék állagától stb. függően. Általában W m 2 C 1 értékekkel szokás számolni. A különböző gyárak által szállított kapart falú hőcserélők hőátadó felülete általában 0,5 és 6,0 m2 között van. Egy 1 m2 fűtőfelületű kapart falú hőcserélő súlya kb. 300 kg. A fajlagos súly a méret növekedésével természetesen csökken. A kapart falú hőcserélők elrendezése lehet álló (pl. az Alfa-Laval cég Contherm típusú berendezése), de sokkal gyakoribb a fekvő elrendezés (pl. a Crepaco, APV, Manzini cégek különböző típusai). Ha a hőcserélőben folyékony és szilárd fázist egyaránt tartalmazó terméket kívánunk sterilezni, akkor a hőntartási idő méretezésénél figyelembe kell venni azt, hogy a darabos részeken belül a hő csak vezetéssel képes terjedni, ami lassú. Ilyen esetekben ezért arra kell törekedni, hogy az alakos részek mérete a lehető legkisebb és közel egyenlő legyen. Bizonytalanságot jelent, hogy gyakran nem tudjuk, hogy a különböző darabok belsejét milyen sterilezési hatás alkalmazásával kell sterilezni. Mindezek miatt a legegyszerűbb és legcélszerűbb a sterilezési technológia meghatározására az empirikus módszer. 48

66 Olyan kevert fázisú termékek esetében, ahol a darabok viszonylag nagyok, addigra, míg a darabok belsejében is elérjük a megkívánt sterilezési egyenértéket, a folyékony fázis már erősen túlsterileződött. Átfolyó rendszerben hőkezelt folyadék jellegű anyagban a mikrobák pusztulásának és egyéb tulajdonságok változásának számítására szolgáló módszerekkel az pont foglalkozik. Amennyiben a darabok nagysága nem csökkenthető le (pl. befőtt alapanyagok), a legjobbnak tekinthető módszer elvileg az, amely szerint a két fázist külön hőkezelik. A darabos összetevő csírátlanításához szívesen használnak szakaszos üzemű berendezéseket. A sterilezést és visszahűtést követően, ritkábban a töltés előtt, a legtöbb megoldásnál a töltés során a két fázist újra összekeverik. Az aszeptikus technikának ez a területe, tehát a vegyes fázisú termékek feldolgozása még közel sem tekinthető kiforrottnak A tárolóedényzet sterilezése Az edények sterilezése esetében is érvényesek a pontban érintett alapelvek. A hővel való sterilezés három módját szokás használni: a telített gőzzel, a túlhevített (száraz) gőzzel és a forró gázokkal való csírátlanítást. A nedves gőzzel történő sterilezés megtervezésekor figyelembe kell venni, hogy a levegő sűrűsége azonos nyomáson és hőmérsékleten csaknem kétszer olyan nagy, mint a vízgőzé. 100 C-on és atmoszférikus nyomáson a gőz sűrűsége kereken 0,6 kg/m3, a levegőé pedig kereken 0,95 kg/m3. Ez ún. légzsákok kialakulásához vezethet nem sima falú, vagy nem megfelelő konstrukciójú edényzet esetén. Nedves gőzzel való csírátlanításnál a levegőt jól el kell távolítani már azért is, mert 100 C feletti hőmérsékleten csak így egyértelmű az összefüggés a hőmérséklet és a nyomás között. Különösen nagy tartályok és főleg fekvő elrendezésű nagy tartályok telepítésénél ügyelni kell arra, hogy a tartályból a kondenzvíz vagy mosóvíz teljes mennyisége elvezethető legyen, mert az összegyűlt víz elzárja a sterilezendő felületet a gőz hatása elől. A hővel való tartálysterilezés leghatékonyabban nedves gőzzel valósítható meg. A Clostridium botulinum esetében például, ha a rel. nedvességtartalom több mint 60%, a Q10 érték 10 körül van, ha a relatív nedvességtartalom csak max. 20%, akkor ez az érték kb. 2. Még a túlhevített vízgőznél is kisebb a hatékonyságuk a forró, nem kondenzálódó vagy inert gázoknak. A túlhevített gőz, vagy forró, nem kondenzálódó gázok hatásosságát (lényegében a hőátadási tényezőt) a gázok áramlási sebességének a megnövelésével lehet és szokás javítani. Az erőteljes áramlás folytán így a légzsák problémájával nem kell számolni. Ezzel a módszerrel főleg a kisebb méretű (0,5 20 kg-os) fémdobozokat szokás csírátlanítani. A Dole-féle rendszerben ( ábra) a túlhevített gőz hőmérséklete 260 és 316 C között van a dobozsterilező-töltő-záró alagútban. A fedőket ugyancsak túlhevített gőzzel kezelik 177 C-on legalább 1, 150 C-on pedig legalább 10 percig. 49

67 ábra - James Dole-féle aszeptikus rendszer. 1. gőz-túlhevítő csövek; 2. gázégők; 3. keringtető vezeték; 4., 5. töltőrések; 6. lezárt dobozok kiadagolása; 7. töltőegység; 8., 9., 10. szelepek; 11., 12. ellenőrző műszerek Ha 4,5-nél nagyobb ph-jú termékeket kívánunk betárolni, akkor telített gőz alkalmazása esetén C-on min. 15 percig, C-on min. 3 percig, C-on pedig 1,5 percig kell sterilezni. Ha 4,5-nél kisebb ph-jú termékeket tárolunk be, akkor a penész spórák hőrezisztenciáját is célszerű figyelembe venni. Egyes aszkospórák (pl. Byssochlamys fulva) hőtűrése közel áll a hőtűrő baktérium spórákéhoz. Szerencsére azonban a penészek csak a felszínen képesek fejlődni, és ha a tartályban a légtér kellőképpen kicsi, vagy inert gázt (elsősorban N2-t) töltünk a légtérbe, a penészek kártételével alig kell számolni. A gyakorlatban 110 C körüli hőmérsékleten kb. 2 2,5 órás gőzölési időt szoktak alkalmazni attól számítva, hogy a tartályból eltávozó kondenzvíz hőmérséklete eléri a C-t. Ez már a nagyobb ph-jú termékek esetében is elegendő. Célszerű a már említett tesztlapok felhasználásával próbasterilezést végezni. A legkorszerűbb megoldás tapadó hátfelületű alumínium csíkokat használ. A csíkokat a tartály különböző helyeire történő leragasztásuk előtt a megfelelő teszt-mikroorganizmus flórával beoltják. A próbasterilezés után ezeket a csíkokat megfelelő steril körülmények között csipesszel leszedik, inkubálják, majd vizsgálják a túlélő mikroorganizmusok számát. 50

68 Terjed a nagyobb méretű tartályok széles hatásspektrumú vegyszerekkel való sterilezése. Ezek közül leghatásosabbak az ún. jodoforok, amelyek az aktív jódot komplex vegyületek formájában tartalmazzák. A jodoforok különböző típusaiban felületaktív anyagok, foszforsav stb. is találhatók. A felületaktív anyagok növelik a jód oldhatóságát, fokozzák az antimikrobás hatást. A foszforsav, vagy foszfát puffer kedvező ph-értéket létesít a készítményben, viszonylagos érzéketlenséget nyújt a víz keménységére és vastartalmára vonatkozóan. A jodoforok aktív jódtartalma az oldat színe alapján, vizuálisan is jól becsülhető, a koncentráció egyszerű Na-tioszulfátos titrálással egzakt módon is könnyen meghatározható. Még egy nagy előnyük van ezeknek a készítményeknek: nem agresszívek a fém szerkezeti anyagokkal szemben. A jodoforokból mg/l szabad jódot tartalmazó oldatokat használnak az elérendő céltól és az alkalmazás módjától függően. A ph optimum 3 4 között van. Ebben a tartományban a felszabaduló jód esetenként kb szer hatásosabb, mint az ugyanolyan koncentrációjú aktív klór. Legkedvezőbb alkalmazási hőmérsékletük C között van. Hazánkban Wescodyne, Jonosan, majd Incosan fantázianévvel kerültek a hazai gyártású készítmények forgalomba. Aktív jódtartalmuk 1,6% körül van. Ha az alkalmazott jodoforoldat aktív jódtartalma nem haladja meg a 25 mg/l koncentrációt és a kezelésnek látható nyoma (pl. helytelen felállítás miatt jodofor tócsák a tartályban) nincs, az USDA (United States Dept. of Agriculture) előírások szerint utólagos, vizes öblítés nélkül is használható. Ilyen koncentráció mellett a kezelési idő kb. 30 perc. Tartályok sterilezésére általában kétféle módon használják: kisebb koncentrációban a tartályokat feltöltik, a vegyszerfogyasztás csökkentése érdekében a vegyszert az egyik tartályból a másikba szivattyúzzák át, közben ha szükséges az oldatot jodoforadagolással felerősítik. A CIP-rendszerrel véghez vitt lemosó fertőtlenítésnél a koncentráció nagyobb. Mivel a jódnak jelentős a gőztenziója (forráspontja 56 C-on van), az ún. lemosó fertőtlenítésnél a légtér is megfelelően sterileződik. Az egyéb, antimikrobás szerek közül említést érdemelnek még a klórtartalmú készítmények. A csíraölő hatás szempontjából az ún. aktív klórtartalmuk az értékes, amely alatt a szabad klór (Cl2) + hipoklorit (OCl ) ion mennyisége értendő. A kezelés után visszamaradó klórszag kellemetlen, ezért a steril vizes vagy gőzös (kondenzvizes) öblítés elkerülhetetlen. A mikroorganizmusok vegetatív sejtjeinek elpusztításához általában mg/l, a spórák elpusztításához pedig mg/l aktív klórtartalomra van szükség. A kezelési idő 60 C körüli hőmérsékleten perc, 25 C körüli hőmérsékleten pedig 8 10 óra, ha a csíraszámot kb. 6 nagyságrenddel akarjuk csökkenteni. Megjegyzendő, hogy a különféle szerek mikrobicid hatása még azonos aktív klórtartalom és azonos kezelési körülmények között is eltér. Néhány ismertebb ilyen vegyület, Na-hipoklorit, klórmész, a diklór izocianursav Na-, ill. Ca-sója stb. Az aszeptikus tartályok sterilezésére leginkább a diklórdimetil-hidantoin használatos mg/l aktív klórtartalmat jelentő koncentrációban, mivel korrózív hatása az aszeptikus technikában alkalmazott szerkezeti anyagokra, beleértve az alumíniumot is, gyakorlatilag nincsen. A szervetlen, klórtartalmú vegyületek igen agresszívak, a klórmész inkább, mint a hipoklorit. A nem klórtartalmú, erős oxidáló hatású szerek közül a per-ecetsavnak és főleg a hidrogén-peroxidnak van jelentősége. Egyes készítmények a két szer kombinációját tartalmazzák, amelyet kénsav (megfelelő ph elérésére) adagolásával egészítenek ki. A per-ecetsavat (CH3COOOH) 0,01 2%-os határok között alkalmazzák. A hidrogén-peroxid (H2O2) széles körű használatát az indokolja, hogy miközben hat, vízre és oxigénre bomlik, tehát bomlása után semmiféle káros bomlástermék nem marad vissza. Általában 30%-os és 85 90%-os (perhidrol) koncentrációban kerül forgalomba. Viszonylag. stabil vegyület, de a híg, vizes oldatok már nem azok, és a felületi feszültségük is nagy. A stabilitás növelésére, ill. a felületi feszültség csökkentésére adalékanyagokat szoktak alkalmazni. A hidrogén-peroxid alapú készítményeket a kis, fogyasztói egységek sterilezésére szokás alkalmazni, sőt mióta a H2O2-t engedélyezték a csomagolóanyagok sterilezésére, az aszeptikus technika iránti érdeklődés ugrásszerűen megnőtt. Míg a túlhevített gőzt és ritkábban a forró levegőt főleg fémdobozok sterilezésére használják, a hidrogén-peroxid a nem hőálló, műanyag csomagolóeszközök fertőtlenítőszere. 51

69 A gyakorlati megvalósításnak több módozata ismert: a műanyagtekercset forró H2O2 fürdőn viszik keresztül, majd fűtött hengereken átvezetve megszárítják, miközben a H2O2 elbomlik, bomlástermékei (víz + O2) eltávoznak. Egy másik megoldásnál a szalagra folyamatosan permetezik rá, közönséges hőmérsékleten a H2O2-t, majd a megnedvesített szalagot ugyancsak forró hengereken vezetik át, a forró hengereken felmelegedve a peroxid gyorsan kifejti hatását, majd elbomlik. Előformázott csomagolóeszközök esetében a permetezést + sugárzásos hőkezelést alkalmaznak. Legújabban a H2O2 hatását ultraibolya fény alkalmazásával fokozzák. A koextruziós eljárás során viszonylag nagy hőmérséklet csíraölő hatását használják fel. A rendszer lényege az, hogy a hőre lágyuló műgyantákból történő fóliagyártás hőmérsékletén, a gyártási idő alatt a mikroorganizmusok elpusztulnak. A csomagolóeszköz formázásához felhasznált egy- vagy több rétegű fóliát fedőréteggel látják el, amely alatt az élelmiszerrel majd érintkező fólia foglal helyet. A fólia felhasználása, tehát az aszeptikus töltési eljárás során ezt a többrétegű fóliát táplálják a gépi berendezésbe, ahol steril körülmények között eltávolítják a fedőréteget és előkerül a steril felület. Ezután történik a hőformázás, az aszeptikus töltés, majd a zárás, steril levegő túlnyomása alatt. Természetesen a műanyag csomagokra hegesztendő fedelek is hasonló módon készülnek. A műanyag csomagolóeszközök sterilezésére az ionizáló sugárzásokat is felhasználják. Ezek felhasználási területe elsősorban az ún. bag in box rendszerben felhasznált műanyag zsákok sterilezése a zsákgyártás (konfekcionálás) utolsó fázisaként. Az így sterilezett zsákok kerülnek a felhasználó (töltő) üzemekbe. A sugárzásos sterilezés méretezésénél felhasznált indikátor organizmus rendszerint a Bacillus subtilis A levegő csírátlanítása Steril levegőre az aszeptikus technikában több helyen van szükség: A tartályok gőzzel történő sterilezése után, a kondenzálódó vízgőz helyét steril levegővel kell kitölteni, mégpedig olyan ütemben, hogy a tartály minden időpontban enyhe túlnyomás alatt álljon. Ez így nagy kapacitású levegő-sterilező berendezéseket igényel. A töltő-zárógépek steril kamráiban, ill. alagútjaiban, flakon-előállító egységgel is rendelkező ún. monoblokkban (flakon készítő töltő záró egység) steril levegőre van szükség. Nagy tartályokban tárolt félkésztermékeknek a tartályokból a szállítótartályokba, ill. a feldolgozó vonalra való kinyomatására steril levegőre van szükség. Egyes rendszereknél a vegyszeres sterilezés vegyszermaradványainak kiöblítésére steril levegő szolgál. Nagy tartályokban a tárolás alatti túlnyomás biztosítására ott, ahol valamilyen oknál fogva nem inert gázt használnak, steril levegő szolgál. A tisztának tekinthető levegő szennyezettsége kb. 100 db élő mikroba m3-enként, de a 104-, sőt a 108 m 3 szennyezettség sem ritka. A levegőben egyéb lebegő anyagok is vannak (pl. virágpor, porszemek, rovarok stb.), amelyek száma az említett darabszám koncentrációjának szerese is lehet. A levegő csírátlanítására többféle lehetőség áll rendelkezésre: kezelés nagy hőmérsékleten, ionizáló sugárzás, a levegő átmosása folyékony vegyszerekkel, ultraibolya sugárzás alkalmazása stb., vagy ezek kombinációi. Legelterjedtebben azonban a csírátlanító szűrést alkalmazzák, aminek fő okai a következők: nemcsak elpusztítja, 52

70 hanem a levegőből el is távolítja a mikroorganizmusokat, sőt a sokkal nagyobb mennyiségben jelenlevő egyéb, lebegő anyagokat is; igen megbízható, viszonylag kicsi a beruházási igénye, sőt az üzemeltetés költsége is. A szűrők, szűrőrétegek kifejlesztésénél a kiindulási alap az, hogy a legkisebb mikroorganizmusok legkisebb mérete 1 μm körül van. A szűrőanyagok teszteléséhez 0,3 μm körüli méretű szemcséket tartalmazó, mesterségesen előállított aerosolt szokás felhasználni, de a természetes levegőben található mikroorganizmusokkal is el lehet a próbákat végezni. A levegő sterillé szűrését hasonlóan az egyéb szűrési feladatokhoz általában két lépcsőben célszerű elvégezni: az első az előszűrés, amely a por stb. szemcséket és az azokhoz tapadó mikroorganizmusokat távolítja el, tehermentesítve a tulajdonképpeni, mikrobiológiai szűrőréteget, amely teljesen tiszta, steril levegőt ad. A kétféle szűrőréteg egy szűrőbe is beépíthető, de külön-külön is alkalmazható. Az utóbbi megoldást akkor szokták alkalmazni, ha pl. a tartályok egyedi szűrőkkel vannak ellátva. Ezekre a szűrőkre azonban egy központi előszűrőn már tisztított levegőt vezetünk. Ezt a kétfokozatú szűrést szokta még kiegészíteni egy ezek elé kapcsolt előtisztító, amely a levegőben levő vízcseppecskék, továbbá az olajnyomok (amelyek pl. a kompresszorból kerülhetnek a levegőbe) eltávolítására szolgál. Az ilyen előtisztítókban leggyakrabban egy ciklon végzi a víz, egy aktív szerves szűrő pedig az olaj eltávolítását. A levegőellátásról, a steril levegő üzemi nyomásától és tömegáramától függően, légtartállyal és nyomáscsökkentő egységgel ellátott kompresszor, vagy közepes nyomású ventillátor gondoskodik: Az alkalmazott szűrőréteg sokféle lehet: gyapot, ultravékony szövetszálakból álló szintetikus szövet, vagy nemezszerű réteg, mikropórusos műanyagréteg, kerámiai, fémkerámiai anyagok (pl. szinterezett saválló acélpor stb.). Az ábra központi és egyedi levegőszűrőt ábrázol. Az előbbi műanyag alapú, mikropórusos szűrővel, az utóbbi pedig szűrőszövettel dolgozik. 53

71 ábra - A) Központi szűrő; B) egyedi szűrő; 1. fűtőköpeny a szűrő kiszárításához; 2. perforált henger; 3. szűrőréteg; 4. bilincsek a szűrőszövet rögzítéséhez; 5. biztonsági szelepek; 6. kondenzvíz-leeresztő csapok; 7. a szűrendő levegő belépése; 8. a szűrt levegő kilépése; 9. fenéklemez; 10. gyűrű és bilincs Az ábra az Ultrafilter cég steril levegőt előállító szűrőjét szemlélteti. 54

72 ábra - Steril levegőt előállító szűrő. 1. áttört támasztóköpeny rozsdamentes acélból; 2. az előszűrést megvalósító réteg; 3. mélységi szűrő kötőanyag nélküli mikrorostokból; 4. szilikon tömítőgyűrű Mind az egyedi, mind pedig a központi szűrőt a használatba vétel előtt sterilezni kell. Steril körülmények között kell felszerelni a tartállyal együtt nem sterilezhető szűrőbetétű szűrőket. Központi szűrő esetében a központi szűrő és a tartály közötti csőszakasz is sterilezendő (pl. a tartállyal együtt, gőzzel). A szűrők sterilezési módja a szűrőréteg anyagától és a szűrőberendezés konstrukciójától függ. Fontos, hogy a sterilezési folyamat végén a szűrőréteg ne legyen nedves, mert ez nagymértékben csökkenti a szűrési biztonságot és a szűrő kapacitását Különböző célú aszeptikus gyártóvonalak Levek és pürészerű termékek töltése, valamint tárolása nagy tartályokban Egy ilyen aszeptikus rendszer elvi vázlatát mutatja az ábra. Az ábrán nincs jelezve a steril levegő előállító rendszer (kompresszor, kiegyenlítő légtartály, levegőtisztító és előszűrő), csak annak a tartályra szerelt végszűrő része. 55

73 ábra - Nagytartályos aszeptikus rendszer. 1. fogadó tartály; 2. szivattyú; 3. csöves hőcserélő; 4. hőntartó cső; 5. előhűtő; 6. véghűtő; 7. hőcserélő; 8. tartály; 9. egyedi levegőszűrő; 10. biztonsági vizet tartalmazó edény; 11. kezelő asztal A betárolandó terméket fogadó tartályból gördülőcsigás szivattyú nyomja a csöves melegítő egységbe, amely fölött a cserélhető keresztmetszetű hőntartó cső foglal helyet. Az előhűtést a belépő hideg anyag végzi a cső a csőben rendszerű előhűtőben. Az előhűtött anyag a velőhűtőben vagy csöves hűtőn (levek) hűl vissza a tárolás hőmérsékletéig. A tároló-telep általában tartályból szokott állni a tartályok nagyságától és a tárolótelep tervezett kapacitásától függően. Az előtisztított levegőt a tartályokra szerelt egyedi levegőszűrő szűri sterillé. A sterilező-hűtő rendszer természetesen nem csak tartályokba képes betárolni, hanem különféle aszeptikus töltőrendszerek is csatlakoztathatók hozzá Levek és pürészerű termékek töltése és tárolása szállítható, középnagy egységekben (tartálykocsik, hordók, bag in box, bag in barrel rendszer). A szállítható nagytartályok (vasúti tartálykocsik, tartálygépkocsik) lényegüket tekintve nem különböznek az állandó helyre telepített nagy tartályoktól sem a konstrukciót illetően, sem pedig a töltési technológiában. Méreteik általában kisebbek, mint a helyhez kötött tartályoké, és mindig fekvő elrendezésűek. Az ilyen tartályok kialakításánál a tervezőknek arra kell gondolni, hogy a csapok, szelepek stb. illetéktelenek által ne legyenek működtethetők, hogy a jármű sebességváltozásainál fellépő tehetetlenségi erők miatt a lé ne nyomulhasson ha van ilyen pl. a levegőszűrőbe vagy a folyadékzárba. A tartályok előkészítése a töltésre, a steril, visszahűtött termék előállítása a már tárgyaltak alapján történik. Amennyiben nem közvetlen töltésről, hanem a nagyméretű, helyhez kötött tartályokból való átfejtésről van szó, legcélszerűbb az átfejtéshez nem szivattyút, hanem a stabil tartályokban uralkodó levegő, vagy inert gáz nyomás (és természetesen a nagy, álló tartályok hidrosztatikus nyomását) felhasználni. A szivattyú, még a speciális, aszeptikus célokra készült szivattyú is jelenthet némi utánfertőzési veszélyt. Az átfejtésnél és általában a gyümölcsvelők nagytartályos tárolásánál problémát jelenthet az alakos részek ( rostok ) és a szérum kisebb nagyobb mértékű szétválása. Ennek elkerülésére cirkuláltató szivattyút szoktak a tartályokhoz kapcsolni. Célszerű már a gyümölcsvelők gyártását úgy végezni, hogy szétválás ne, vagy csak minimális mértékben forduljon elő; a velők finomaprítása, ún. homogénezése, esetleg a szérumviszkozitást növelő anyagok (pl. karragén, szentjánoskenyérliszt, pektin, alginátok, karboxi-metilcellulóz) adagolása, ha ez egyéb szempontból megengedhető, a szükséges eljárás. 56

74 A nagy, szállítható tartályokba való átfejtésnél, ha a fogadónál (vevőnél) az így szállított termék azonnal felhasználásra kerül, gyakran alkalmazzák a félaszeptikus (kvázi aszeptikus) módszert is. A terméket egy hűtő beiktatásával +5 C körüli hőmérsékleten nyomatják a nagyon jól kimosott, csíraszegény csővezetéken át az ugyancsak csíraszegényre tisztított tartályba, amely ebben az esetben természetesen szigetelt kivitelű kell hogy legyen. Az így átfejtett termék csíraszáma néhány nap alatt sem lesz olyan nagy, hogy észrevehető romlást, erjedést okozna, tehát még nemzetközi szállításkor is alkalmazható a módszer, kis ph-értékű termékek esetében. A fémhordók aszeptikus töltése és forgalmazása elsősorban akkor gazdaságos, ha egy jól kiépített kapcsolat van a gyártó és a felhasználó üzem között, tehát a hordó gyorsan visszakerül a gyártó üzemhez. Többféle aszeptikus hordótöltő berendezés ismeretes. Ezek működési elvük szempontjából két fő csoportra oszthatók. Az egyik csoporthoz tartozó megoldásoknál a különböző műveletek (a hordók légtelenítése, sterilezése, töltése és zárása) zárt általában félautomatikusan vagy automatikusan működtetett kamrában mennek végbe. Ezek fő előnye a megfelelő biztonság és az, hogy a hordókat a gőzzel való sterilezésnél nem terheli a gőz nyomása, viszont általában bonyolultabbak és drágábbak. A másik megoldás az, amikor a hordókat nem zárják el a környezettől, hanem a különböző műveleteket speciális hordónyílásra erősített megfelelő szerkezeten át végzik. A Fran Rica (USA) cég egyik megoldásának pl. az a lényege, hogy a töltőfejet az álló hordó felső peremére szorítják úgy, hogy a töltőfej megfelelő hornyában levő tömítés szorul a hordó pereméhez. Ezen a töltőfejen át történik a levegő kiöblítése, a hordó gőzzel való sterilezése, töltése és zárása műanyagdugóval. A hordónak a gőzölés során el kell viselnie a belülről ható nyomást. Az és ábra hordótöltő berendezést mutat. A töltőrendszer kb. 200 l nagyságú hordók, valamint zsákok töltésére egyaránt alkalmas. A rendszerhez mind a sterilezés, mind pedig a visszahűtés céljára kapart falú hőcserélők szolgálnak. 57

75 ábra - Hordótöltő rendszere. A) Sterilező-hűtő blokk; B) töltő-manipuláló blokk. 1. fogadó tartály; 2. betápláló szivattyú; 3. kapart falú hőcserélők (felmelegítés); 4. hőntartó cső; 5. hűtő; 6. aszeptikus működésű kiegyenlítő tartály; 7. aszeptikus szivattyú; 8. zsáktöltő (bag in box); 9. hordótöltő; 10., 11., 12. görgős pálya; 13. CIP-rendszer 58

76 ábra - Hordótöltő ( ábra 9. tételszám). 1. hordófeladás; 2. hordó helye töltéskor; 3. harang; 4. harangmozgató hidraulikus henger; 5. harang-rögzítők (alsó, ill. felső helyzetben); 6. légelszívó cső; 7. vezérlőszekrény; 8. világítás; 9. nézőablak; 10. termékbetápláló szerkezet szintérzékelő szondával Az ábrán a rendszer hordótöltő része látható, részletezve. A megtöltendő hordók (1) a nyíl irányában érkeznek, ill. távoznak a rendszerből. Amikor a hordó a harang alatti helyzetbe (2) kerül, a harang (3) az azt mozgató hidraulikus henger (4) segítségével lesüllyed. Eközben előbb egy automatikus szerkezet pontosan beállítja és rögzíti a helyzetét, majd a szintérzékelő szondát is magában foglaló töltője (10) egy billenő kar segítségével a töltőnyílás fölé nyúlik. A harangot alsó helyzetében ugyancsak hidraulikusan működtetett szerkezetek (5) rögzítik. A henger belsejében levő cső (6) segítségével a harang alól kiszívják a levegőt, majd bevezetik a sterilezés célját szolgáló telített gőzt, miközben ez a cső, amely egyben az anyag betöltésére is szolgál, és a hordó töltő nyílása felé illeszkedik, maga is sterileződik. Ezután a csövön (6) át betáplálják a terméket, amelynek mennyiségét a szintérzékelő érzékeli. Ez vezérli a megfelelő programvezérlő, szabályozó-, mérő-, regisztráló- és számláló műszer (7) segítségével az egyegy hordóba töltött anyag mennyiségét. Végül automatikusan behelyeződik a töltőnyílásba a speciális záródugó. A folyamat egy megvilágító lámpa (8) és egy 59

77 nézőablak (9) segítségével figyelemmel kísérhető. Ezután a harang felemelkedik, a megtöltött hordót a görgős pályán tovább tolják, és a folyamat kezdődik elölről. A görgős pálya egy pontján a megtöltött hordó súlya ellenőrizhető. A középméretű egységek aszeptikus töltésére, tárolására, ill. szállítására alkalmas megoldások közül elsősorban a költségek és a csomagolási méretekkel szembeni nagyfokú rugalmasság miatt jelenleg a bag in box (zsák, tasak dobozban) rendszer tekinthető a legkorszerűbbnek. Lényege az, hogy a korábbiakban elmondottak figyelembevételével sterilezett és visszahűtött terméket (levek, pürészerű anyagok, esetleg alakos részeket is tartalmazó pürészerű anyagok, mint pl. a dzsem alapanyagok) egy speciális töltőfej segítségével egy speciális töltőnyílású, rendszerint többrétegű fóliából előállított zsákba töltik, majd a töltőnyílást speciális záródugóval lezárják. Mindez természetesen aszeptikus körülmények között történik. Ezen alapelv figyelembevételével azonban többféle zsáktöltési és zárási megoldás ismert Ezek egy részénél a zsák falát a töltés pillanata előtt lukasztják ki a töltőnyíláson belül. A töltő részek (töltőcsatlakozás, dugó stb.) fertőtlenítése sok esetben jodoforokkal történik. A megtöltendő zsákok a töltésig teljesen zártak. Előzetes sterilezésük a leggyakrabban ionizáló sugárzással történik. A többrétegű zsákok sérülékenyek. A kisebb zsákokat (néhány kg-os nagyságig) kartondobozokba, a nagyobb egységeket (kb. 20 kg-ig) hullámkarton vagy sejtszerkezetű műanyag-karton dobozokba, a még nagyobb egységeket már kör keresztmetszetű kemény karton dobozokba (kb kg-os mérettartományban), továbbá fémhordókba zárják. Ez utóbbiak azonban kissé kúposak, hogy a hordók esetleges visszaszállításnál ezek a fedő nélküli hordók egymásba dugva kevés helyet foglaljanak el. A leggyakoribb ilyen méret 200 kg körül van. Szokás 1 m3 körüli fa- vagy fémkonténereket is alkalmazni. A fenti adat többrétegű fóliazsákra vonatkozik, amely drágább, de viszont 2 év körüli időtartamú, elváltozás nélküli eltarthatóságot biztosít. Ezen többrétegű zsákok egyik legfontosabb rétege egy kb μm vastagságú alumínium réteg, amely az oxigén és fény áthatolás elleni zárását biztosítja. Egy ilyen, példakénti, 4 rétegű fólia (kívülről-befelé: kb mikronos poliamid réteg + 9 mikronos alumínium réteg + 15 mikronos poliamid réteg mikronos polietilén réteg, amely a jó hegeszthetőséget biztosítja, és az élelmiszerrel érintkezik), oxigén áteresztő képessége 24 óra alatt csupán 0,1 cm3/m2. Az alumínium réteget nem tartalmazó, hasonló vastagságú műanyag fólia oxigén áteresztő képessége ennél nagyságrendekkel nagyobb. Az ábrán Bag in box töltőberendezésének a működési elve látható. 60

78 ábra - Bag in box rendszerű töltőgép. 1. termékvezeték; 2. töltőfej; 3. körkamra; 4. vákuumcső; 5. jodoforadagoló cső; 6. a steril levegő vezetéke; 7. töltőcső; 8. levegő-elvezető cső; 9. hegesztő szerkezet; 10. vízhűtés; 11. a hálózati víz ki-, ill. beáramlási helyei; 12. a gőzáram vezetékei; 13. steril levegő, ill. inert gáz vezetéke Működése vázlatosan a következő: a kapart felületű hőcserélőben, már ismertetett módon sterilezett és visszahűtött termék egy aszeptikus kiegyenlítő tartályból egy ugyancsak aszeptikus működésű szivattyú segítségével egy csövön (1) át jut a betöltő készülékbe. A megtöltendő zsákot behelyezik a zsák (bag) mechanikai védelmét szolgáló tartályba (box), amely ebben az esetben kör keresztmetszetű, kb. 200 l-es műanyag vagy vashordó, levehető fedéllel. Ezt egy görgős pályán tolják a töltőfej (2) alá, majd a zsákot a töltőfejhez rögzítik úgy, hogy a zsák töltőcsonkja, illetve az azon lévő, hermetikusan záró sapka a töltőfej megfelelő részéhez csatlakozzék. A töltőfej megfelelő részét egy körkamra (3) fogja körül, amelyhez egy vákuumforrás (4) és a fertőtlenítő (rendszerint jodofor-) oldat bevezető csöve (5) csatlakozik. Ezután a körkamrát a fertőtlenítő oldattal, 50 C-on kb. 30 sec-ig fertőtlenítik. A fertőtlenítő oldat kieresztése után a terméket töltő cső axiális irányban előremozdul és átvágja a zárósapka vékony zárómembránját, majd egy erre a célra készült sterilező berendezésen előállított steril levegő vagy inert gáz amely egy vezetéken (6) át jut a töltőfejbe, ill. töltőcsőbe behatol a zsákba, hogy azt a töltéshez henger alakúra szétnyissa. A következő ütemben a töltőcső (7) mélyebbre hatol a zsákba, majd megkezdődik a termék betáplálása, eközben a zsákban levő steril gáz enyhe túlnyomást tartva a zsákban a terméktöltés ütemének megfelelően, fokozatosan eltávozik egy csövön (8) át. Egyébként itt távozik a fertőtlenítő oldat is. Mihelyt a meghatározott mennyiségű termék benne van a zsákban, a betáplálás automatikusan leáll, és a szívórendszer csőcsonkján (4) át a zsák fejrészéből kiszívják a gázt. Végül és ez tekinthető talán a Manzini-féle aszeptikus töltési technológia legeredetibb, legszellemesebb részének egy hővel hegesztő szerkezet (9) összehegeszti a töltőcsonknak a zsákon belüli peremét a zsáknak a töltőnyílással szembeni, hátsóbelső falával, így a töltőnyílás a belső végén steril membránnal van lezárva. A hegesztési helyet vízzel lehűtik (10). Ezután a zsáknak a töltőfejhez való rögzítését megszüntetik, a zsákot tartalmazó hordót a görgős pályán továbbtolják, a töltőfejet lemossák, újabb zsákot és az azt befogadó hordót tolnak a töltőkészülék alá és a folyamat elölről kezdődik. A megtöltött hordóra ráhelyezik a fedelét, majd emelővillás targonca a tárolóhelyre viszi. 61

79 Levek és pürészerű anyagok töltése és tárolása kis fogyasztói egységek, valamint az ún. társadalmi étkeztetési egységek (kb kg) esetében A világpiacon található igen nagyszámú rendszer közül itt három bemutatására kerül sor. Az egyik rendszer (Dole-féle) fémdobozok töltésére alkalmas. Különböző típusai a kis 0,1 kg-os egységektől a kb. 20 kg-os egységekig használhatók, különböző teljesítményekkel. A másik a Tetrapack-féle rendszer, amely laminált műanyag- és papírfóliából készült csomagokba tölti a termékeket. A James Dole-féle megoldás működési elvét az ábra szemlélteti. A berendezésben a szállítópályán haladó üres dobozokat, valamint a fedőket túlhevített gőzzel sterilezik. Töltés előtt a dobozokat sorba rendezik úgy, hogy peremeik átfedik egymást. A töltés folyamatos anyagáramot biztosító töltőrésen keresztül történik. A betöltésre kerülő terméket valamilyen átfolyó rendszerű sterilezőben sterilezik és hűtik. A töltés-zárás is túlhevített gőzzel elárasztott térben megy végbe. A sokféle műanyag alapú csomagolóanyagba töltő megoldás közül a Tetrapack cég által kifejlesztett, folyékony anyagok töltésére alkalmas Tetra Brik csomagolást mutatja az ábra ábra - A Tetra Brik rendszerű csomagolás (Svédország) elvi vázlata. 1. többrétegű fóliaszalag; 2. H2O2-t felvivő hengerpár; 3. vegyszerkiszorító hengerpár; 4. hengerpár a hajtási helyek bevasalására; 5. a fóliaszalag kettéhajtása; 6. élhajlító szerkezet; 7. steril levegőt befúvó cső; 8. a steril lé bevezető csöve; 9. hegesztő szerkezet; 10. a folyadékszint szabályozása; 11. a dobozok lezárása; 12. a dobozformázás, leválasztás; 13. a dobozfülek hajtogatása 62

80 Az eljárás közvetlen elődje tetraéder-alakú csomagokat állított elő és töltött. Ezt úgy érte el, hogy a kombinált fóliát előbb sterilezte (H2O2-dal), majd csővé hegesztette össze, végül a megtöltés után, felváltva 90 -os szögeltéréssel hegesztette össze kétszeres varrattal a csövet, majd a két varrat között elvágta. Így alakult ki a tetraéder alakú doboz. Ezt a Tetra Pack megoldást egyre inkább a Tetra Brik csomagolás váltja fel, melynél téglalap alakú dobozokat állítanak elő. A téglalap alakú dobozok szállításának, raktározásának fajlagos helyigénye kisebb, kezelése egyszerűbb. 100, 200, és 1000 ml-es egységeket töltenek 4 5 rétegű, laminált fóliából készült kartondobozba. A jelenleg forgalomban levő berendezések teljesítménye db/óra, a letöltött folyadék térfogatárama l/óra. A gép vertikális felépítésű, működési elve a ábra alapján a következő: a leginkább papír-polietilén-alumínium-polietilén összetételű csomagolóanyagszalagot tartalmazó henger a gép hátulsó részén van elhelyezve. A társított fólia csővé történő összezárása úgy történik, hogy a belső, polietilén rétegeket hegesztik össze, tehát a csomagon kívül egy borda fut végig, így kiküszöbölhető a tekercs szélén egy speciális műanyagcsík szükségessége az összehegesztés helyén. A hengerről letekeredő csomagolóanyag (1) egy hengerpár között (2) halad végig, amelyek közül az alsó H2O2 fürdőben forog. Ez viszi fel a sterilező vegyszert a fólia belső, polietilén bevonatú felületére. A vegyszer nagy részét később egy szorító hengerpár (3) eltávolítja. A következő hengerpár (4) belevasalja a fóliába azoknak a hajtásoknak a helyét, amelyek mentén a doboz fenék és fedő részét a gép később majd kialakítja. Az út vertikális szakaszának az elején a szalagot középvonala mentén összehajtják (5). Ebben a szakaszban, amely egy zárt csőrendszerben fut végig, történik meg az összehajtott fólia széleinek, a később összehegesztendő csíkoknak a kihajtása is. Ez a szakasz 125 C-os sterilezett levegő enyhe túlnyomása alatt áll. A steril, forró levegőt egy külön egység állítja elő. A forró, steril levegő elbontja a H2O2-t, ezzel befejezi a sterilezés műveletét, egyben megakadályozza, hogy a környezetből nem-steril levegő kerüljön ebbe az útszakaszba. Az élhajlító szerkezet (6) azokat a hajtásokat alakítja ki, amelyek mentén a doboz felső és alsó füleit, valamint függőleges éleit képezik. Ebbe az így létrejött fóliacsőbe is steril, forró levegőt fújnak (7), hogy kikerüljék a környezeti levegő bejutását. Az előre sterilezett folyadék töltőcsöve (8) egy szabályozott szintű tartályból (a nyomásingadozások kiküszöbölése miatt) juttatja a terméket a habzás kiküszöbölése érdekében a töltőzóna folyadékszintje alá. Ez azért lehetséges, mert ekkor az összehajtott fóliacső még nincs összehegesztve. A korábban (5) kettéhajtott, lapos cső kihajtott széleinek az összehegesztése indukciós hegesztő készülékkel két zárópofa között (9) történik. A papírcsőben a folyadékszintet automatikusan szabályozzák (10). A doboz végeinek lezárása a folyadékszint alatt történik hidraulikusan vezérelt, indukciós fűtésű zárópofákkal. Ez a megoldás biztosítja, hogy a dobozok színültig legyenek megtöltve (11). A doboz formázása és a csőről történő levágása (12) után következik a doboz füleinek behajtása és rögzítése (13). A kész csomagok gyűjtőcsomagoló gépbe kerülnek. A gép megszakításos (nem folytonos mozgás) ütemben működik. A dátumot és egyéb jelöléseket még a folyamat elején bélyegzik a szalagra. Az a megoldás, hogy a megtöltött dobozok lezárása a folyadékfelszín alatt történik, előnyösen biztosítja a légzárvány nélküli töltöttséget, viszont megkívánja, hogy csak tiszta, kevés alakos részt (rostot) tartalmazó levet töltsünk. Hasonlóan a Tetra Brik módszerhez, ugyancsak papírréteget is tartalmazó társított fóliából gyártott dobozokba tölt a PKL-cég Combibloc típusú gépe. A különbség az, hogy ez a gép nem maga készíti a dobozokat, hanem előregyártott dobozokat használ fel, lehetővé téve akár darabosabb termékek töltését is. A gép működését az ábra szemlélteti. 63

81 ábra - Combibloc típusú töltőgép. A) elölnézet; B) oldalnézet Az előregyártott és összehajtott dobozokat a gép formázó része töltésre alkalmas, nyitott szájával felfelé álló téglatestté alakítja. A dobozok sterilezése, töltése és zárása az ún. aszeptikus zónában történik. Itt steril levegő enyhe túlnyomása uralkodik. A dobozokba hidrogén-peroxid-oldatot fecskendeznek és a H2O2-ot forró levegővel bontják sterilezés céljából. Töltés után a hegesztési helyekről lefúvatják a folyadékcseppeket, majd hegesztéssel zárnak. A befejezés a tetőrész füleinek lehajtásából áll. Az említett rendszerek többrétegű fóliából állítják elő az aszeptikusan megtöltendő edényzetet. Más rendszereknél igen változatos alakú, termoplasztikus műanyagból előre előállított poharakba történik a töltés. Más esetekben a poharak vákuumformázása is azonos gépcsoporton (monoblokkon) belül szalagból történik. Megint más megoldásnál az aszeptikusán megtöltendő edényeket, többnyire flakonokat közvetlenül a töltés előtt alakítja ki a monoblokkhoz tartozó formázógép (fröccsöntőgép) a beadagolt, termoplasztikus műanyag granulátumból. Az így kialakított edény eleve steril Szilárd és folyékony fázist egyaránt tartalmazó termékek aszeptikus tartósítása Az aszeptikus technikának ez a része igen sokféle problémát vet fel, egyáltalán nem tekinthető kiforrottnak. Egyszerűbb esetekben (kis ph, kisebb méretű és sérülés szempontjából nem kényes darabok, mint pl. a dzsem alapanyagok) az ilyen termékek hasonló módon kezelhetők, mint a pürészerű termékek, csak a hőkezelés méretezésénél figyelemmel kell lenni a darabokon belüli hővezetésre. Más esetekben, mint pl. befőttek, vagy befőtt féltermékek, még inkább főzelékfélék (pl. sárgarépa-kocka, zöldborsó, zöldbab) a helyzet már sokkal bonyolultabb és ilyen esetekben joggal merül fel a kérdés, hogy célszerű-e az aszeptikus technikát erőltetni (vö. az ponttal). A nagyszámú megoldás, ill. próbálkozás közé tartoznak a folyékony és darabos összetevőket dielektromos elven melegítő megoldások. Félaszeptikus megoldások is ismertek, ezeknél külön melegítik az összetevőket, melegen töltik őket, majd a konzervedényt, tárolótartályt hűtik. 64

82 Az aszeptikus technika szerelvényei, kisegítő és kiegészítő berendezései Az aszeptikus technikánál használt szerelvények és egyéb elemek általában abban különböznek a hagyományos ilyen célú megoldásoktól, hogy a rendszeren belül elfoglalt funkciójuktól függően biztosítják a hermetikus zárást, az utánfertőzést (utólagos mikrobiológiai szennyeződést) megakadályozzák, nem foglalnak magukban, főleg a steril termékkel kapcsolatba jutó részeiken olyan tereket, ahol a mikroorganizmusok megülhetnek, elszaporodhatnak, könnyen tisztíthatók a CIP rendszerrel. A CIP rendszer igen fontos kiegészítő eleme az aszeptikus tartósító vonalaknak. Feladata a rendszer tisztítását és sterilezését annak megbontása, szétszedése nélkül elvégezni. Nagyon fontos, hogy e munka során emberi (pl. hibás csapváltások, kezelési idők be nem tartása) és műszaki (pl. gőzkimaradás, vegyszerkoncentrációcsökkenés) hibák ne fordulhassanak elő, ill. műszaki okok (pl. gőzkimaradás miatti hőmérséklet-csökkenés) előfordulása esetén a termékbetáplálás ne következhessen be, a sterilezés újra, hibátlanul végre legyen hajtható. Ezek miatt a CIP rendszereket általában magas színvonalon automatizálják, megfelelő reteszelésekkel, programszabályozással látják el. A helyes automatizáltsági arány megállapítása sok tényezőtől, többek között gazdaságossági szempontoktól is függ. A fő szempont azonban a biztonság. Az ábrán egy CIP rendszer mosószer, ill. fertőtlenítőszer előkészítő és cirkuláltató egységének elvi vázlata látható. Az egység szelepeinek, motorjának, lészintjeinek, hőcserélőjének szabályozása, ill. vezérlése, programszabályozása teljesen automatikus, de kívánságra különböző fokú, kisebb mértékű automatizáltsági fokkal is szállítják (pl. főleg csak a hibás csapváltásokat kizáró reteszelésekkel). 65

83 ábra - A CIP rendszer vázlata. 1. a mosó, ill. fertőtlenítő oldat kilépése a CIP rendszerből; 2. a cirkuláló oldat visszaérkezése; 3. a vízbetáplálás helye; 4. az elhasznált mosó, ill. fertőtlenítő oldat távozása; 5. keringtető szivattyú; 6. segédanyag-betápláló egység; 7. összekötő vezeték; 8., 9. tartályok a mosóvíz, ill. a fertőtlenítő oldat számára; 10. mintavevőcsap; 11. túlfolyók; 12. folyadékszűrő; 13. gőz betáplálás; 14. hőcserélő; 15. hőmérséklet-érzékelő; 16. vegyszerkoncentráció-érzékelő; 17. elektromos vezetőképesség-érzékelő; 18. kondenzedény; 19. áramlásmérő; 20. automatikusan vezérelt pillangószelepek Az ábra nagy tartályok mosására és fertőtlenítésére szolgáló permetező szerkezetek (szórófejek) leggyakoribb beépítési, ill. alkalmazási módjait mutatja be. 66

84 ábra - A különböző szórófejek alkalmazási módjai fekvő, ill. álló tartályoknál. A) permetezés 360 -ban permetező, álló fejjel; B) permetezés forgó, aszimmetrikus fejjel; C) hosszú, fekvő, esetleg szállítható tartályoknál alkalmazott megoldás; D) tipikusan messzire hordó, aszimmetrikus szórófej; E) függőleges tartály sterilezése forgó szórófej-párral 1.3. Vízelvonás besűrítéssel A sűrítés tágabb értelemben vízelvonás az élelmiszeripar alapműveletei közé tartozik. Célja a szárazanyag-tartalom növelése a termékben oly módon, hogy aromaés vitaminveszteségek lehetőleg ne lépjenek fel, illetve ne legyen szín- és ízváltozás. További cél a mikrobák szaporodásának gátlása, az eltarthatóság növelése. Az élelmiszerek 85 95% vizet is tartalmazhatnak. A szelektív vízelvonás a tárolókapacitás, szállítási és csomagolási térfogat jelentős csökkenését eredményezi. Emellett segít kiegyenlíteni az évenként ingadozó gyümölcs-, zöldségtermelést, ugyanis a sűrítmények, illetve szárítmányok kellő körülmények között hosszú időn át jelentősebb minőségromlás nélkül tárolhatók. A vízelvonás leggyakrabban használatos műveletei: bepárlás, 67

85 fagyasztva sűrítés, fordított ozmózis, darabos növényi nyersanyagok ozmózisos víztartalom-csökkentése, szárítás (hagyományos), fagyasztva szárítás. Az előző műveletek rövid jellemzőit az táblázat tünteti fel. Részletes felvilágosításokat az egyes vízelvonásos eljárásokról a(4, 85, 107, 113) alatti irodalom ad. A szárítás technológiájával a 1.4. és 2.5. pont foglalkozik táblázat - Vízelvonásos tartósítás műveletei és jellemzői Vízelvonás fizikai alapja A művelet szokásos elnevezése Elérhető szárazanyagtartalom, % Példa a termékre Elpárologtatás (hagyományos termikus úton) bepárlás zöldség-, gyümölcsporok, különféle szárítmányok Diffúzió fordított ozmózis félsűrítmények, aromasűrítmények Kristályosítás kifagyasztásos sűrítés rostos, tükrös sűrítmények Szublimáció fagyasztva szárítás (liofilezés) gyümölcsporok, 40 Bx feletti paradicsomsűrítmények, 60 Bx-es narancssűrítmények értékes gyümölcssűrítmények (iparilag még nem elterjedt eljárás) Bepárlás nagyfrekvenciás erőtérben (12 15 MHz(101)) Hővel történő bepárlás A leggyakrabban használatos sűrítési eljárás a bepárlás. Fizikai szempontból a bepárlás művelete nem más, mint a hő hatására történő vízelpárologtatás. A termék minősége szempontjából alapvető követelmény, hogy a bepárlandó termék hőterhelése akkora legyen, hogy a szín-, íz-, illetve egyéb kémiai változások, valamint az aroma- és vitaminveszteségek csekélyek legyenek. Ugyanakkor a vízelpárologtatás energia-, víz- és beruházási költsége lehetőleg szintén kevés legyen. A besűrítési folyamat során jelentős szerepet játszanak a sűrítésre kerülő anyag kémiai, reológiai és termikus tulajdonságai. Mivel ezek nyersanyagfüggők, a bepárlás művelete majdnem minden gyümölcs- és zöldségfajtánál más és más problémát vet fel. 68

86 Tovább bonyolítja a besűrítési folyamatot az a tény, hogy az aromaanyagok a bepárlás során elillannak, ill. károsodnak. Ezért ezeket koncentrálás előtt el kell távolítani és külön kell betöményíteni, illetve kezelni. Ma már a legtöbb sűrítőt aroma-visszanyerővel is ellátják. A sűrítmények mikrobiológiai stabilitása elsősorban a ph-érték és a vízaktivitás (av) függvénye. A gyümölcsök ph-értéke 2,0 4,0 között van, míg a zöldségleveké 4,5 6,5 között (ezért is célszerű a zöldségleveknél a tejsavas erjesztés alkalmazása). Az táblázatban feltüntettük néhány sűrítmény vízaktivitását(80) táblázat - Sűrítmények vízaktivitása Nyersanyag Koncentráció Bx Vízaktivitás av Alma 69 0,765 Ananász ,77 Fekete ribiszke 65 0,79 Piros ribiszke 65 0,8 Málna 65 0,8 50 0, , , ,91 0, ,775 Cseresznye Narancs Kajszi Szamóca A koncentrálás legfontosabb célja a mikrobiológiai stabilitás, ez legalább 60 Bx feletti szárazanyag-tartalom esetén biztosítható. Ugyanakkor meg kell említeni, hogy az ozmotoleráns élesztők igen nagy szárazanyag-tartalom mellett is aktívak(125). Mivel a zöldség- és gyümölcslevek hőérzékeny anyagok, a vízelpárologtatás elsősorban vákuumban történik. Emellett fontos paraméter a hőterhelés, ami a hőfok és a tartózkodási idő függvénye. Fő törekvés a kis hőmérséklet és a viszonylag kis bepárlási idő A bepárlás fizikai alapjai és fő paraméterei A bepárló rendszer általában hőcserélőből, páraszeparátorból, kondenzátorból és vákuum-egységből áll ( ábra). A hőcserélőben közöljük a híglével az adott vízmennyiség elpárolgásához szükséges hőmennyiséget. A páraszeparátor többnyire ciklonhoz hasonló szerkezet, ahol a tangenciális irányban belépő pára-sűrűlé elegyből a centrifugális erő hatására elválik a sűrítmény. A kondenzátorok lehetnek keverő, vagy felületi rendszerűek. A kondenzátum.a barometrikus ejtőcsövön, vagy félbarometrikus kondenzátor esetén szivattyún keresztül távolítható el. 69

87 ábra - Egyfokozatú bepárló elvi sémája. A) bepárló barometrikus kondenzátorral; B) félbarometrikus kondenzátor. 1. a bepárló fűtőtere; 2. páraszeparátor; 3. barometrikus kondenzátor; 4. vákuumszivattyú; 5. hűtővíz szivattyú; 6. a híglé belépése; 7. a sűrítmény eltávozása; 8. a párák távozása a kondenzátorba; 9. hűtővíz belépés; 10. kondenzvíz-kilépés A besűrítés mértékét a sűrítési arány (e) fejezi ki, ami a sűrített oldat és a híg oldat koncentrációinak vagy tömegtörtjének hányadosa.. Az anyagmérleg állandósult állapotú folytonos üzemben: qmb = qmp + qms. Szakaszos üzemben: mb = mp + ms. A fenti összefüggésekben w tömegtörtet, m tömeget, qm tömegáramot jelöl. A B, P, S jelű indexek a belépő híglére, az eltávozó párákra és a sűrítményre utalnak. A sűrítmény vízoldható szárazanyag tartalmát többféle módszerrel határozhatjuk meg. Ezek közül a gyakorlat többnyire a szacharózra hitelesített refraktométert használja, amely a leolvasott értéket Bx (Brix) fokban adja. Az táblázat alapján (a bepárlási folyamat anyag- és komponensmérlegének felhasználásával) számítani lehet a különféle mennyiségeket, ill. tömegáramokat. 70

88 táblázat - Egyszerű bepárlási (besűrítési) folyamatban szereplő anyagmennyiségek (tömegek) számítására szolgáló összefüggések. A sűrítési arányt (e) ismertnek tételezzük fel Az összefüggésben szereplő tömegek és jelölésük Az összefüggés A híglé tömege mb A sűrítmény tömege ms A híglé tömege mb Az elvitt víz tömege mp A sűrítmény tömege ms mp = (e 1) ms Az elvitt víz tömege mp Megjegyzés: Állandósult állapotú folytonos üzemben a tömegek helyébe tömegáramok (qmb, qms, qmp) írhatók Az anyagjellemzők folyékony élelmiszerek sűrítésekor jelentős hatást gyakorolnak a technológiai folyamatra. A sűrűség a töményítés folyamán a szárazanyag-tartalom függvényében nő és ez az áramlási és hőátadási viszonyokra is hatást gyakorol. Az táblázatban feltüntettük néhány jellegzetes konzervipari termékre a sűrűség, szárazanyag-tartalom és hőfok közötti összefüggéseket táblázat - Néhány gyümölcslésűrűség (ρ, kg m-3) tömegtört (w) hőfok (T, C) összefüggése Megnevezés Paradicsomlé Szőlőlé Almalé 20 C-on Egyenlet Irodalom ρ = w 0,56 T (pontosság ±1%) ρ = ,5 w (25 42 w) (53) (122) (pontosság ±1%) ρ = 510 w (pontosság ±1,5%) (73) A reológiai jellemzők a bepárlók üzemére a legjelentősebb behatást gyakorolják. A gyümölcslevek reológiai szempontból változatos tulajdonságokkal rendelkeznek, koncentrációjuktól, szilárdanyag-tartalmuktól, nagymolekulájú alkotóktól stb. függően. Ezek a tulajdonságok a bepárlás során változnak, ennek követése reológiai mérések alapján történik. Ezek közül legfontosabbak a nem-newtoni folyadékokra jellemző értékek (pl. a látszólagos viszkozitás). Az táblázatban néhány gyümölcs-, ill. zöldséglé és sűrítmény kvalitatív reológiai jellemzését tüntettük fel(80) táblázat - Gyümölcs- zöldséglevek és sűrítményeik reológiai jellemzése Termék Folyási viszonyok 71

89 Almalé (tükrösre szűrt) newtoni Almalé (opálos, trüb) pszeudoplasztikus Szőlőlé és sűrítmény newtoni Cseresznyelé és sűrítmény newtoni Narancssűrítmény (tükrös sűrítmény és rostos lé keveréke) pszeudoplasztikus tixotrop Narancssűrítmény (60 Bx, rostos) plasztikus Sárgarépaszérum pszeudoplasztikus Rostos almasűrítmény tixotrop Paradicsomlé pszeudoplasztikus Paradicsomszérum newtoni A viszkozitás, ill. látszólagos viszkozitás természetesen a koncentráció mellett hőfokfüggő is. Newtoni folyadékokra az aktiválási energia az összekötőkapocs a hőfok és viszkozitás között Az Arrhenius-egyenlet alapján a viszkozitás logaritmusa az abszolút hőmérséklet reciprokával arányos. Az aktiválási energia newtoni folyadékoknál a hőfok növekedésével csökken, a koncentráció növekedésével nő. Nem-newtoni közegeknél az aktiválási energia a nyírósebességgel (deformációsebességgel) nő. Newtoni folyadékok aktivitási energiája általában nagyobb, mint a strukturviszkózus anyagoké, így diszpergált alaki részeket tartalmazó folyadékok folyási viszonyait a hőfok kevésbé változtatja meg, mint a newtoni közegekét (lásd a(100)-as hivatkozást). A felületi feszültségnek igen fontos szerepe van filmbepárlóknál a felület nedvesítésénél, a filmképződésnél, a gőzbuborékok képződésénél és a habzásnál(122). A fajlagos hőkapacitás (cp, kj kg 1 K 1, állandó nyomáson) a hőtechnikai folyamatok fontos paramétere. Almalére a következő egyenlettel számítható: cp = 4,19 [1 (0,54 0,002 T ) w] (pontosság ±1%). Itt, valamint az (1.3.5.) (1.3.8.) összefüggésekben w a szárazanyag tömegtörtje (dimenzió nélk.), T a hőmérséklet C-ban. Az (1.3.4.) összefüggés a mérnöki gyakorlat számára elegendő pontossággal (±5%) az öszszes gyümölcslére jól használható. A hővezetési- és hőmérsékletvezetési tényező (λ, Wm 1K 1; a, m2s 1) szintén jelentős paraméterei a bepárlás során jelentkező hőátadási folyamatoknak. Gyümölcslevekre a hővezetési tényező elegendő pontossággal a következők szerint számítható(92): 72

90 λ = 0,56 + 0,0011 T 0,43 w. Paradicsomlére és -sűrítményre(53): λ = ( ,55 T 0,005 T2) (1 0,54 w) Paradicsomlére és -sűrítményre a hőmérsékletvezetési tényező: a = (1,28 + 0,0027 T 0,44 w) Az ozmózisos nyomásnak (π, bar) fontos szerepe van a fordított ozmózissal történő sűrítésnél, az ozmózisos anyagátvitelnél és a sűrítmények eltarthatóságánál. Empirikus összefüggés, ami 30% szárazanyag-tartalomig jól használható(113):. A konstruktőrök és üzemeltetők közös törekvése, hogy a bepárlóban minél kisebb hőfokkülönbség mellett, minél nagyobb hőáramot biztosítsanak a fűtőfalon keresztül. Ezáltal a méret és készülékár csökkenthető, ill. növelhető a fokozatszám és csökkenthető a gőzfogyasztás. Bepárlóknál a látszólagos hőátbocsátási tényezőt (kl, W m 2 C 1) használják, amely a fűtőtéri és páratéri hőfokok különbségére (Tf Tp, C) vonatkoztatott érték: Φ = kl A (Tf Tp). A fenti összefüggésben Φ a hőáram (W) az A (m2) fűtőfelületen keresztül. A tényleges közepes hőfokkülönbség a fentinél kevesebb, mégpedig a sűrített anyag koncentrációjával, a hidrosztatikus és az áramlási ellenállás miatti nyomásnövekedéssel arányos forrpontemelkedésnek megfelelően. Paradicsomsűrítmények és cukoroldatok forrpontemelkedésére vonatkozó adatok az táblázatban találhatók táblázat - Vizes cukoroldatok forrpontemelkedése a tömegtört függvényében 0,1 M Pa 1 bar nyomáson Szacharóztartalom % (Bx) Forrpont C , , , , , ,0 73

91 70 105, , , ,6 Forrpontemelkedés paradicsomlére a tömegtört függvényében 0,1 MPa = 1 bar nyomáson Szárazanyagtartalom % (Bx) Forrpont C 5 100, , , , , , ,8 A tényleges hőátbocsátási tényező (k, W m 2 C 1), a fűtőoldali és páratéroldali hőátadási tényezőtől (αf, αp, W m 2 C 1), valamint a fal hőellenállásának reciprokától (λf/sf) függ. λf a fal hővezetési tényezőjét (W m 1 C 1), sf a vastagságát (m) jelöli:. Hőközlésre vonatkozó adatok a művelettani és hőtani szakirodalomban találhatók, a fűtőoldalra vonatkozó néhány tájékoztató jellegű adatot az táblázat is bemutat táblázat - Hőátadási tényezők irányértékei Közeg Gőz Víz αf, W. m 2. K 1 Hőátadás formája (25 100) 103 cseppkondenzáció (5 20) 103 filmkondenzáció (1,5 45) 103 forrás (0,25 20) 103 fűtés/hűtés 74

92 Levegő (0,01 0,25) 103 kényszerkonvekció (0,001 0,05) 103 természetes konvekció A látszólagos hőátbocsátási tényező mellett a fajlagos elpárologtatás, az 1 m2 fűtőfelülettel elpárolgó víz tömegárama is használatos összehasonlítás céljából. Gőzfűtés esetén (ami a legelterjedtebb) gondoskodni kell a nem kondenzálódó gázok folyamatos eltávolításáról. Ügyelni kell arra, hogy a fűtőtér ne teljen fel kondenzvízzel és a fűtőfelület tiszta maradjon. Néhány kvalitatív jellegű megállapítás a sűrített anyag oldalán levő hőátadással kapcsolatban: a) Filmbepárlóknál (közelítőleg) αp ~ λ/s, ahol λ a sűrített anyag hőátvezetési tényezője, s a film (közepes) vastagsága. Túl vékony film esetén az anyag helyenként rászáradhat, ráéghet a felületre. Romlik a hőátadás intenzitása, károsul a sűrítmény. A hőátadási tényező számítása Pala és Bielig szerint végezhető(80). b) A koncentráció növekedésével a hőátadás romlik: nő a viszkozitás, csökken az áramlások sebessége. Csökken az előzőleg említett tényleges közepes hőfokkülönbség, mivel a különböző eredetű forrpontemelkedések is növekszenek. c) Kis koncentrációknál megfelelő lehet a természetes cirkuláció alkalmazása is. Ekkor azonban a fűtőcsövekkel párhuzamosan kapcsolt szintmutató csőben megfelelő folyadékszintet kell tartani. A folyadékszint itt a csövek áramlási ellenállásával arányos magasságú. A hőátvitel alacsony szintek mellett (a fűtőcső hosszának 30 40%-a) a legjobb, de az a) alatt említett okok miatt (ráégés) jóval magasabb szinteket is tartanak (paradicsomsűrítésnél pl. kb. 80%-os szintet!). Nagy koncentrációknál elengedhetetlen a szivattyús cirkuláltatás, ill. a mechanikus keverés. Az (1.3.9.) összefüggés szerinti hőáram (Φ) a bepárló anyagterére felírt hőmérlegből számítható (a veszteségek elhanyagolásával): Φ = qms cpsts + qmphp qmbcpbtb =. Itt azonos jelzéseket használtunk, mint az (1.3.1.),, (1.3.7.) összefüggésekben, beleértve a B, P, S indexeket is. hp a vízpára fajlagos entalpiáját jelöli. A forrpontemelkedés miatt azonban a páragőzök túlhevített állapotban vannak: a páratéri nyomáshoz tartozó telített víz hőmérsékletét a koncentráció miatti forrpontemelkedés mértékével kell növelni (a vízgőztáblázatok párolgáshőjével végzett számítások ezért pontatlanok). Az (1.3.9.) összefüggésben szereplő hőfokkülönbség konzervipari bepárlókban legalább C. Ez az alkalmazható fokozatok számát is korlátozza. A bepárlás a szárítás után következő leggazdaságtalanabb vízeltávolítási művelet. Ha például 1 kg 40 C hőmérsékletű 10%-os cukoroldatból 0,5 kg 20%-os azonos hőfokú oldatot készítünk, akkor kb. a 0,5 kg elpárologtatott víz rejtett hőjének megfelelő hőenergiát kell a rendszerbe bevinni. Ez kb. 0, = 1203 kj. Ha ugyanezt a vizet (ideális) fordított ozmózissal távolítjuk el, akkor 0,56 kj a befektetett munka, vagyis az előző 2144-ed része! A fordított ozmózis kompressziós munkáját úgy kaptuk, hogy izotermikus állapotváltozás mellett az ozmózisnyomást az általános gáztörvény felhasználásával számoltuk: π = RTc, 75

93 ahol: R = 8314,4 J kmol 1K 1, az általános gázállandó, T = az abszolút hőmérséklet (K), c = az oldott anyag anyagmennyiség-koncentrációja kmol m 3-ben. A bepárlás gazdaságossága a páragőzök hőtartalmának hasznosításával javítható. Egyetlen bepárlófokozat esetén közelítően 1,1 kg fűtőgőzzel párologtatható el 1 kg víz (a pontos érték a termodinamikai állapotjelzők és a veszteségek függvényében alakul). A páragőzök hőtartalmát egy következő, kisebb nyomású (és forrpontú) fokozat fűtésére szokták felhasználni (több fokozatú bepárlók), vagy párakompresszióval (termokompresszió) nagyobb hőmérsékletre (és nyomásra) emelik a párákat és így fűtik újra a saját testet. Az ábrán háromfokozatú bepárló elvi sémáját tüntettük fel. A fajlagos gőzfogyasztás elméletileg a fokozatszám reciprokával arányos ( táblázat) táblázat - Bepárlók gőzigénye, 1 kg víz elpárologtatásához szükséges gőz kg-ban Fokozatszám Párakompresszor nélkül 1,1 0,6 0,45 0,33 0,25 Párakompresszióval 0,55 0,4 0,32 0,27 0, ábra - Háromfokozatú egyenáramú bepárló elvi sémája. A fokozatok sorszáma lé- és gőzoldalon egyaránt érvényes. 1. az első fokozat; 2. a második fokozat; 3. a harmadik fokozat; 4. a gyümölcslé belépése; 5. a sűrítmény kilépése; 6. a 3. fokozat páráinak távozása a kondenzátorba; 7. a fűtőgőz belépése; 8. a kondenzvíz távozása az első testből 76

94 A mai gyakorlatban esetenként gazdaságosan üzemeltethetők ötfokozatú bepárlók is. Az ábra a termokompresszió elvét mutatja be egyfokozatú bepárló esetére. Itt a kb. 10 bar nyomású friss gőzzel a távozó párák legalább 50%-át komprimálják fűtőgőzzé. A gőzsugár-kompresszorok 20 C-nál kisebb hőfokkülönbséggel dolgoznak. A hőfokkülönbség alsó határának 5 6 C tekinthető ábra - Gőzsugár-kompresszorral ellátott bepárló elvi sémája. 1. bepárlótest; 2. páraleválasztó; 3. gőzsugár-kompresszor; 4. a híglé belépése; 5. a sűrítmény kilépése; 6. a nagynyomású gőz belépése; 7. a friss gőz és a visszaszívott és komprimált páragőz keveréke; 8. a páragőz visszaszívott része; 9. a páragőznek a kondenzátorba távozó része Az ábrán a termokompresszorok legfőbb adatai közötti összefüggés látható. 77

95 ábra - Gőzsugárral működő termokompresszor jellemzői közötti kapcsolat diagramjai. T = fűtőoldali és páratéri hőfokok különbsége, m = 1 kg friss gőzzel elpárologtatott víz mennyisége kg-ban. A görbéknél megadott nyomás a gőzsugárkompresszorba belépő friss gőz nyomása A mechanikus párakompresszor beruházási költsége igen magas, bár hatásfoka nagy. Csak bizonyos teljesítmény felett gazdaságos. Fajlagos adatok: 1 kwh energiával kg víz párologtatható el ΔT = C esetén. További fajlagos gőzszükséglet-csökkentés érhető el a híglének a sűrítménnyel történő előmelegítésével. Az utolsó bepárlófokozatból kijövő párákat kondenzáltatni kell. Ez történhet barometrikus, félbarometrikus és felületi kondenzátorban, amelyek hűtővizet fogyasztanak. A fajlagos hűtővíz-igényt úgy definiálják, hogy 1 kg pára kondenzáltatásához hány kg hűtővízre van szükség. Az arány hőmérlegből számolható:. Itt mv és mp a hűtővíz és pára tömege, hp a pára fajlagos entalpiája, cp a víz fajhője. Tpk a lekondenzált pára, Tvb a hűtővíz belépő, Tvk a hűtővíz kilépő hőfoka C-ban. 40 C alatti kondenzációs hőfoknál a hűtővízigény erősen megnő. Ez az oka annak, hogy a bepárlók 40 C alatti hőmérsékleten már nem üzemeltethetők gazdaságosan. A tartózkodási idő a hőmérséklettel együtt rendkívül jelentős tényezők a koncentrátum minősége szempontjából. Bepárlókban a tartózkodási idő valószínűségi változó és elosztás, ill. sűrűségfüggvénnyel rendelkezik, kimérésére a jelzőanyag-impulzus módszere szolgál. A hazai konzervipar KI-t használt jelzőanyagként(55), más jelzőanyagos módszerek is ismertek. 78

96 Tipikus sűrűségfüggvényeket mutat az ábra a sűrítendő folyadék tömegáramának, mint paraméternek a függvényében(80) ábra - A tartózkodási idő eloszlásához tartozó sűrűségfüggvénnyel arányos jelzőanyag-koncentráció bepárlóban, különböző belépő tömegáramok mellett t = tartózkodási idő, a jelzőanyag beadásától mért idő; c = a jelzőanyag koncentrációja kilépésnél; qmb = belépő tömegáram Pala és Bielig a méréseket esőfilmes bepárlón végezte félüzemi körülmények között. Az táblázatban az egyes bepárlótípusokban megfigyelhető átlagos tartózkodási időket adjuk meg táblázat - Átlagos tartózkodási idők különféle bepárlótípusoknál Típus Fokozatszám Tartózkodási idő (min) Vákuumüst Kúszófilmes bepárló, cirkulációval Kúszófilmes bepárló, átfutásos Esőfilmes bepárló, átfutásos

97 Esőfilmes bepárló, cirkulációval 5 kb Lemezes bepárló, átfutásos Lapátos filmbepárló 1 0,3 0,5 Centritherm centrifugális bepárló 1 0,02 0,005 A bepárlókban a hő okozta károsodás ugyanazon változáskinetikai jellemzők felhasználásával számítható, mint egyéb hő okozta változáskor. Egyszerűsíti a számításokat az a körülmény, hogy a bepárló egy-egy testében közel állandó a hőmérséklet, egyébként az a számítási eljárás használható, ami átfolyó rendszerű sterilezőkhöz (lásd az pontot). Rendszerint elsőrendű reakciókat vesznek figyelembe. A hőkárosodások mértéke jól követhető az ún. módosított bomlási index (decomposition hazard index) segítségével. Ez figyelembe veszi az áramlási, hőátadási, hőmérsékleti viszonyokat és a tartózkodási időt is, és alkalmas a megfelelő bepárlótípus megválasztásához és az optimális üzemeltetés paramétereinek megállapításához(79). Konzervipari bepárlóknál az első fokozat fűtőtéri és az utolsó fokozat páratéri hőfoka közötti különbség mintegy 70 C ( C). Ezt legfeljebb 4 5 fokozatra osztják (gyümölcslé-sűrítés). Paradicsombesűrítésnél legelterjedtebb a három fokozat. Az optimális fokozatszám megválasztása elsősorban gazdaságossági kérdés. Amennyiben a fajlagos gőz- és vízfogyasztást, ill. a bepárló 1 kg elpárologtatott vízre vonatkoztatott beruházási és üzemeltetési költségeit és e költségek összegét feltüntetjük a fokozatszám függvényében, lehetőség van az optimális fokozat megállapítására. Hazai viszonyok között a többlet fokozatszám beruházási költsége jelentősen kisebb, mint annak a kazánberuházásnak költsége, ami a többlet fokozat elhagyása esetén válna szükségessé a nagyobb gőzfogyasztás miatt A gyümölcs- és zöldséglevek technológiai, műveleti problémái A gyümölcs- és zöldséglevek technológiai, műveleti problémái erősen függnek attól, hogy milyen a sűrítendő anyag (kémiai, fizikai anyagtulajdonságok, elsősorban a reológiai viselkedés és a hőtani tulajdonságok). A derített szűrt levek valódi oldatok, ahol a teljes szárazanyag-tartalom mintegy 60 80%-át különféle cukrok teszik ki, a savak részaránya 1 8%. Az ilyen levek newtoni közegeknek tekinthetők. Az táblázatban néhány gyümölcssűrítményre a szokásos szárazanyag-tartalmakat adjuk meg. Ezen gyümölcsöknél a sűrítmény látszólagos viszkozitása max. 1 Pa s táblázat - Néhány gyümölcssűrítmény szokásos szárazanyag-tartalma Megnevezés Almatermésűek (alma, körte) Sza.-tartalom, Bx (refr.%)

98 Színes levek (ribiszke, málna, szamóca) Csonthéjasok (cseresznye, meggy) Szőlőlé Citrusfélék > 65 Az opálos (rostszegény, trüb) és rostos levek, nektárok kémiai összetétele hasonló a tükrös levekéhez, de kisebb-nagyobb mennyiségben tartalmaznak oldhatatlan aprított növényi részeket és kolloidokat is. Ennek következtében már nem-newtoni tulajdonságokkal is rendelkeznek. A max. 20 Pa.s látszólagos viszkozitásértéknél már odaégési veszély van. Célszerű a végsűrítő fokozatban már speciális bepárlót, pl. rotációs filmbepárlót, vagy centrifugális bepárlót (Centritherm típus) alkalmazni. Paradicsomsűrítmény kivételével gyümölcs- és zöldségvelők sűrítése az újabb keletű eljárások közé tartozik. A velők a rostokat, azaz az oldhatatlan, aprított növényi részeket és az eredeti kolloidtartalmat (pl. pektineket) majdnem teljes mennyiségben tartalmazzák. Már a velők is határozottan nem-newtoni közegek, sűrítményeik rendszerint plasztikus, igen nagy látszólagos viszkozitással rendelkező anyagok, amelyek nehezen szállíthatók, szivattyúzhatók. A sűríthetőségre a rost/szérum viszonyszám a legjellemzőbb. A szakirodalomban relatív rosttartalom(54), nedvesrost-tartalom szerepel. Az táblázat Sulc és társai(109) alapján tartalmaz a sűríthetőségre vonatkozó adatokat táblázat - Zöldség- és gyümölcsvelők jellemzői és sűríthetősége Rost/szérum* Szérum dinamikai viszkozitása (Pa.s) 103 Paradicsom 0,23 1,6 pszeudoplasztikus csekély Meggy 0,25 1,7 pszeudoplasztikus csekély Megfelelő keverős Paprika (Soroksári) 0,45 5,85 pszeudoplasztikus csekély Szamóca 0,6 13,9 plasztikus stabil sűrítőben, speciális sűrítőkben Málna 0,9 18,8 plasztikus stabil Fajta Jelleg Stabilitás Sűríthetőség jellemzői (pl. rotációs filmbepárló, Paravap, Würling típus) sűríthetők Karotta 1,2 20,3 plasztikus erősen stabil Őszibarack 1,4 24,1 plasztikus erősen stabil 81

99 Kajszi 1,64 68,3 erőteljesen plasztikus Szilva 2,14 163,4 erőteljesen plasztikus erősen stabil Eredményesen és gazdaságosan nem erősen stabil sűríthetők ipari méretben * 2323 g centrifugális erőtérben szétválasztva A rostok aprítása, a homogénezés jelentősen növelheti a velő és sűrítmény viszkozitását. Ugrásszerűen nő a viszkozitás, amikor a töményedés során a rostok közötti viszonylag mozgékony oldat annyira töményedik, hogy a víz már valamilyen (lazán) kötött formában található. A sűrítmények koncentrációját (a nagy látszólagos viszkozitás miatt) azok szivattyúzhatósága korlátozza. Így nagyüzemi méretekben Bx, ill. ritkábban Bx (pl. paradicsomsűrítmény) a szokásos érték (vö. az 2.2, 2.3 és 2.4 ponttal). Sulc és Ciric(108) szérumsűrítéses eljárását a pont ismerteti. Az eljárás során a szérumot pektinbontásnak (derítés-szűrés) vetik alá. A kísérletek szerint(28) a szérumeljárás alkalmazható paradicsomsűrítő vízpárologtatási teljesítmények növelésére Aromakinyerés és töményítés Zöldség- és gyümölcslevek legfontosabb alkotói közé tartoznak az aromaanyagok, amelyek döntően befolyásolják a termék minőségét Az aromaanyagok jelentős illékonyságuk következtében könnyen távoznak a gyümölcsből a feldolgozás során, ezért ezeket a lehető leghamarabb ki kell nyerni. Az aromát tulajdonképpen számos ( ) különféle vegyület együttese adja, ezek mennyiségi aránya, ill. egyik-másik hiánya, jelenléte az adott gyümölcsre jellemző. Minden egyes aromakomplex tartalmaz fajtaspecifikus, jellegzetes és általános jellegű aromacsoportokat. A fajtaspecifikus és jellegzetes aromák általában igen könnyen, ill. könnyen illóak és ezek adják a gyümölcsre jellemző illatot, míg az általános jellegű aromák nehezen illó komponensek keverékei, amelyek gyümölcsjellegűek, de nem lehet belőlük a gyümölcs fajtáját felismerni. Mivel az aromák tömege a gyümölcs-, zöldségfélékben csak igen kicsi (5 250 mg/kg, fajtától és érettségi foktól függően), csak igen szigorú technológiával lehet a veszteségeket a lehető legalacsonyabb értéken tartani. A gyártás során jelentkező aromaveszteségek a következőképpen alakulnak: Préseléskor az aromaanyagok kb %-a átmegy a léfázisba. Derítés és szűrés során adódó aromaveszteség 10 29%. Az átlagos veszteség a pasztőrözés során 13%. A tárolás első hónapjaiban jelentkező veszteség 6%. 82

100 Kémiai tartósításnál az SO2-vel történő kezelés 26%-os veszteséget ad (ez a legkedvezőbb módszer az aromaanyagok szempontjából). A meleg italkészítéskor a főzés során adódó veszteség 25 35%. Az aromavisszanyerés három lépésből áll: 1. Részleges elpárologtatás. Itt a víznél nagyobb illékonyságú vegyületeket elválasztjuk a gyümölcslétől. Az elpárologtatás mértéke függ a gyümölcs fajtájától. 2. Elválasztás desztilláló kolonnában. Itt az eredeti koncentráció szorosára töményítjük be az aromát. 3. Kondenzáltatás. Ekkor a gőzfázisban feldúsult aromaanyagokat megfelelő kondenzátorban lecsapatjuk és a nem-kondenzálódó gázokból gázmosóban leválasztjuk a maradék aromakomponenseket. Az aromák kinyerésekor döntő szerepet játszik a relatív illékonyság, vagy illékonysági tényező. A relatív illékonyság nyomásfüggő és csökkenő nyomással nő, így a nyomás változtatásával az azeotrop elegyek is elválaszthatók. Az egyes gyümölcslevek tényleges relatív illékonyságát 90%-os aromakihozatalnál az táblázat adja meg(80) táblázat - Egyes gyümölcslevek aromáinak relatív illékonysága (αa) 90%-os aromakihozatalnál az elpárolgási hányad függvényében Gyümölcs Elpárolgási hányad % αa 10 21, , ,45 Fekete ribiszkelé 42 4,23 Körtelé , ,86 Narancslé 20 10,3 Őszibaracklé 65 2,19 Kajszilé 55 2, ,3 79 1,48 Almalé Málnalé Szamócalé 83

101 Szederlé 40 4,5 77 1,55 Sűrítéskor a vizet szelektív módon kell elvinni, ugyanis az egyes aromakomponensek koncentrációjuknak, forrponti nyomásuknak és termodinamikai tulajdonságaiknak megfelelően távoznak az elmenő párákkal. A párákat rektifikálni kell az aroma megfogása, ill. töményítése céljából. Az ábra különböző gyümölcslevekből közel atmoszférikus nyomáson kinyerhető aromaanyagok százalékát (ε, %) mutatja az elpárologtatott víz százalékában (P, %). Az alma aromái 15%-os vízelpárologtatásnál 93%-ban, míg a málnáé csak 15 18%-ban nyerhetők ki. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy a normál nyomáson dolgozó aromakinyerők almán kívül más gyümölcsre nem alkalmasak. A vákuum-atmoszférikus nyomású aromakinyerő (pl. Unipektin, Schmidt cégek berendezései), ahol 50 55% párologtatható el, gyakorlatilag teljesen kinyeri az 1,, 6 számú gyümölcsök aromáit. A nehezen illókban gazdag málna, szamóca, szeder esetén viszont csak 60 70% érhető el. A vákuumos kolonnák legalább elméleti tányért tartalmaznak ábra - Gyümölcsök összes aromatartalmából kinyert aromaanyagok százalékos értéke (ε) az elpárologtatott víz mennyiségének függvényében. A vízszintes tengelyen P-vel az elpárologtatott víz az eredeti víztartalom százalékában található. P = 100(e 1)/e(1-wB), az (1.3.1) összefüggés jelöléseivel. 1. alma; 2. szilva; 3. szőlő; 4. fekete ribiszke; 5. körte; 6. meggy; 7. kajszi; 8. birsalma; 9. őszibarack; 10. málna; 11. fekete szeder; 12. szamóca A technika mai állása szerint nincs univerzálisan alkalmazható aromadesztilláló. 84

102 A mai gyakorlatban túlnyomórészt vákuum-atmoszférikus nyomású aromakinyerőkkel dolgoznak és számos technikai újdonsággal javítják a kihozatalt, jó hőhasznosítás mellett. Előnyös megoldás a kombinált besűrítés-aromavisszanyerés, ahol a bepárlótest(ek) páráit közvetlenül a desztilláló oszlopba viszik, így jelentősen kisebbek a beruházási és üzemeltetési költségek, mint egy azonos teljesítményű különválasztott vákuumos rendszerénél(110). Újabban azonban derített-szűrt levek gyártásánál a derítés előtt nyerik ki az aromákat, mert így jobb minőségű aromakoncentrátum kapható (vö. a 2.3. ponttal) Bepárló és aroma-visszanyerő rendszerek A konzervipar számos különböző berendezést használ. Ezeket mind a hazai, mind a külföldi szakirodalom ismerteti(42, 111). Ezek közül néhány hazai és külföldi típust példaképpen mi is ismertetünk a következőkben. A konzerviparban főleg kisebb mennyiségű és nagy szárazanyag-tartalmú termékek sűrítésére, ill. dzsemfőzésre gömbvákuum-üstöt ( ábra) használnak ábra - Gömbvákuum-üst vázlatos metszete. 1. anyagtér; 2. fűtőtér; 3. keverő; 4. cseppleválasztó; 5. terelőlemez Ezen történik a refr.%-os paradicsomsűrítmények végsűrítése. A lassú forgású keverő a fal mellett mozogva megakadályozza a termék odaégését, és javítja a hőátadást. Jellemző a kis teljesítmény és nagy fajlagos gőzfogyasztás. Alkalmazása Pas viszkozitásig. 85

103 Csöves és csőköteges bepárlók lehetnek hagyományos rendszerűek, ill. filmbepárlók. A csőköteges bepárlók készülnek természetes és kényszercirkulációval. Elsősorban paradicsomsűrítésre használják a PR típusú bepárlókat. Ezek ellenáramú készülékek, melyeknek léoldali első fokozata természetes cirkulációjú, külső ejtőgyűrűvel rendelkezik. A léoldali 2. fokozat 4 szekcióra osztott, részben természetes (1. és 2. szekció), részben kényszercirkulációval rendelkező függőleges, csőköteges rendszerű készülék. A két fokozat egymásra épül ( ábra) ábra - PR típusú besűrítő. 1. úszós szintszabályozó; 2. ejtőgyűrű; 3. forralócsövek; 4. cseppfogó; 5. félbarometrikus kondenzátor; 6. úszós szintszabályozó; 7. vízszivattyú; 8. cseppleválasztó; 9. vákuumszivattyú; 10. léátemelő szivattyú; 11. forralócsövek a léoldali második fokozatban; 12. külső ejtőcső; 13. szállító keringtető csiga a sűrítmény részére; 14. beépített refraktométer; 15. sűrítménykitápláló szivattyú; 16. kitápláló szelep A léoldali 2. testből felszabaduló párák fűtik az első fokozatot. A léoldali első fokozat páratéri hőmérséklete C, a második fokozaté C. A fajlagos gázfogyasztás 0,57 0,59 kg kg 1, míg a fajlagos vízigény (20 C-os vízre) kg kg 1. A PR sorozat 160, 240, 320, 480 t d 1 belépő teljesítménnyel készül. Elérhető végkoncentráció paradicsomnál refr.% (esetenként refr.%). A Rossi-cég licence alapján gyártott teljesen kényszercirkulációs háromfokozatú rendszer a magyar UT-F típusú bepárlója ( ábra). 86

104 ábra - Magyar UT-F típusú bepárló, a Rossi cég (Olaszország) licencének átvétele alapján. 1. gőzoldalon első, léoldalon második fokozat; 2. gőzoldalon második, léoldalon harmadik fokozat; 3. gőzoldalon második, léoldalon negyedik fokozat (végsűrítő); 4. gőzoldalon harmadik, léoldalon első fokozat; 5. félbarometrikus kondenzátor; 6. gőztelítő; 7. kondenzvíz-tartály; 8. cirkuláltató szivattyúk a különböző mértékben besűrített anyag részére; 9. áttápláló szivattyú; 10. a beépített refraktométer keringtetőszivattyúja; 11. a sűrítmény kitáplálószivattyúja; 12. kondenzvíz-szivattyú; 13. vízszivattyú; 14. vákuumszivattyú. Belépő anyagok: G = gőz, H = hűtővíz, L = híglé. Kilépő anyagok: C = hűtővíz + lecsapott párák, K = kondenzvíz a gőzoldali első fokozatból, S = sűrítmény Az egyes fokozatok hőközlő egységei sorba kapcsolt, kúszóáramú és esőáramú hőcserélőkből állnak. A rendszer félbarometrikus, befecskendezéses kondenzátorral üzemel. Fajlagos gőzfogyasztás: refr.%-os paradicsomra 0,36 0,38 kg kg 1. A cirkuláltatást speciális félaxiális centrifugálszivattyúk végzik. A berendezéssel refr.%-os paradicsomsűrítmény is előállítható. A csöves filmbepárlók két fő csoportra oszthatók: Magas hőfokú, rövid idejű rendszerek (Florida T.A.S.T.E., Unipektin stb.). A legmagasabb hőfok az 1. testben kb. 100 C, a testenkénti tartózkodási idő 1 min alatti. Alacsonyabb hőfokú, hosszabb tartózkodási idejű rendszerek (APV, Wiegand, Schmidt cégek stb.). A hőfok max. 85 C, tartózkodási idő 1 5 min. Az ábra egy kétfokozatú Wiegand típusú esőáramú bepárlóállomást ábrázol gőzsugár párakompresszorral és vákuumos hűtőrendszerrel. 87

105 ábra - A Wiegand cég (német) egyenáramú, kétfokozatú, párakompressziós, esőáramú bepárlója, vákuumos hűtéssel ellátva. 1. első fokozat; 2. második fokozat; 3. gőzsugár-kompresszor; 4. expanziós hűtőedény a sűrítmény részére; 5. vákuumrendszer kondenzátorral; 6. híglé-belépés; 7. sűrítmény-kilépés; 8. friss gőz belépései A vákuumos hűtés lényege, hogy a meleg levet megfelelő nagyságú vákuumban expandáltatjuk. Ennek hatására a sűrítmény lehűl és koncentrációja pótlólag 1 3 refr.%-kal megnő. Ez előnyösen használható igen viszkózus sűrítmények, rostos koncentrátumok, dzsemek tökéletes visszahűtésére. A bepárló gyümölcslevek kíméletes besűrítésére alkalmas. A Florida T.A.S.T.E. bepárló négyfokozatú hattestes berendezés. A lé teljes tartózkodási ideje 2 4 min. A bepárló tükrös gyümölcslevek Bx-re való sűrítésére alkalmas. A fajlagos gőzfogyasztás, beleértve az előmelegítést és pasztőrözést is: 0,33 kg.kg1. A lemezes bepárlók kifejezetten filmbepárlók igen nagy hőátbocsátási tényezőkkel (k = W m 2 K 1), rövid tartózkodási idővel. Az APV cég esőfilmes, lemezes bepárlójában ( ábra) a lemezek két különálló lemezfélből állnak, ami lehetővé teszi nagyobb kapacitásoknál azok párhuzamos üzemét, ill. nagyobb végkoncentrációnál és kisebb teljesítménynél a soros üzemet. Az ábra soros üzemet mutat. A párákat egyetlen páraleválasztóban két ütemben választják le. 88

106 ábra - Az APV cég (Anglia) esőfilmes, lemezes bepárlójának működési elve. 1. a híglé belépése; 2. bal oldali termékszekció; 3. gőzszekció; 4. páraleválasztó egység; 5. az elősűrítmény szivattyúja; 6. az elősűrítmény belépése a jobb oldali termékszekcióba; 7. gyűjtőedény a végsűrítmény részére; 8. sűrítménykitápláló szivattyú; 9. fűtőegység; 10. elősűrítmény és pára a leválasztóba; 11. végsűrítmény kitáplálása (a párák a 4 jelű páraszeparátorba kerülnek); 12. gőzbelépés; 13. kondenzvíz-kilépés Egy háromfokozatú párakompressziós rendszer fajlagos gőzigénye 0,25 kg kg 1 (alma sűrítése 10-ről 71 Bx-re). Szűrt és opálos gyümölcslevek sűrítésére alkalmas elsősorban. Az APV cég Paravap fantázianévvel rendelkező lemezes bepárlója rostos levek, paradicsomlé sűrítésére alkalmas. Speciális sajtolású lemezeket alkalmaz a Schmidt cég a Sigmaster fantázianevű készüléknél, melyben a termék és pára a lemezekből kialakított csatornákban lefelé áramlik. Ez szintén alkalmas rostos gyümölcslevek és paradicsomlé sűrítésére, és aroma-visszanyerő egységgel is el van látva. Az Alfa-Laval cél ACE típusú ún. kazettás bepárlójánál a lemezek között változó keresztmetszetű csatornákat alakítanak ki. Felül, az anyag belépésénél nagy a keresztmetszethez tartozó kerület és kicsi a keresztmetszet. Alul a sűrítmény és pára kilépésénél nagy keresztmetszethez kis kerület tartozik. Így a kilépő oldalon is kellően nedvesített a felület. Az Alfa-Laval cég Convap bepárlója az ábrán látható. 89

107 ábra - Az Alfa-Laval cég (Svédország) Convap típusú bepárlójának vázlata. A) működési vázlat; B) a bepárlótest keresztmetszete. 1. bepárlótest; 2. páraleválasztó; 3. forgó kaparó-szerkezet; 4. sűrítendő anyag belépése; 5. sűrítménykilépés; 6. párák a kondenzátorhoz; 7. a fűtőgőz belépése; 8. a kondenzvíz eltávozása; 9. kaparókés; 10. a hőcserélő henger köpenye A rendkívül finom felületű acélhenger belsejébe jut a sűrítendő anyag, amelyet megfelelő kaparószerkezet távolít el folyamatosan a hőcserélő felületről. A sűrítmény és a párák a páraszeparátorban válnak szét. Az elérhető szárazanyag-tartalom darabos dzsemek esetén Bx. A hőátbocsátási tényező elérheti a 3200 W m 2 K 1 értéket is. Üzemi hőfoka C között van, ezért kíméletesen dolgozó végsűrítőként, vagy önmagában is használható. Az Alfa-Laval cég Centritherm bepárlójában a gyorsan forgó tányérköteg belső felületére jutó híglé tizedmilliméter vastagságú filmet alkot a felületen, amelyből az eltávozó vízgőz a tányérköteg közepén, a sűrítmény a tányérköteg szélén levő térből hámozócső útján távozik. A fűtőgőz a duplafalú tányérok belsejében van. Főleg hőérzékeny trópusi és színes gyümölcsök sűrítésére használatos. Üzemi hőfok 50 C. Maximális látszólagos viszkozitás 20 Pa s. A legnagyobb teljesítmény 5000 kg h 1 vízelpárologtatás, az elérhető koncentráció Bx. A forgó fűtőfelületű bepárló (Wurling-bepárló) elsősorban nagy viszkozitású, darabos termékek kíméletes bepárlására alkalmas (zöldség-, gyümölcsvelők, paradicsom refr.%-ig, dzsemek stb.). A forgó, spirális alakban kiképzett csőből álló fűtőfelület miatt igen jó hőátadást tényezők érhetők el. Általában végsűrítő fokozatként használják. Ezt a megoldást alkalmazza egyes bepárlóiban a Manzini cég (Olaszország) a paradicsomsűrítő végső fokozatában. A parciális kondenzáció elvén működő aroma-visszanyerők alapelve, hogy az aromatartalmú párákat, ill. azok meghatározott százalékát két-három egymást követő, egyre hidegebb kondenzátorban lecsapatják, így azokat 1:75 és 1:1000 közötti töménységre lehet hozni. 90

108 Az Alfa-Laval cég Par típusú aroma-visszanyerőjénél a zárt egységben két felül nyitott lemezes hőcserélő van. Az alsóban történik az elpárologtatás, a felsőben a felszálló aromatartalmú gőzök kondenzálnak. Ez újabb fokozatban megismételhető a kívánt töménység eléréséig. A desztillációs aroma-visszanyerés és töményítés a leggyakrabban használatos eljárás. Ez hőtechnikai szempontból ma a bepárló rendszerek integrált alkotóeleme. A készülékek alapelve közös: valamelyik célszerűen megválasztott sűrítő fokozat páráinak 10 50%-át harangtányéros, töltelékes, esetleg szitatányéros desztilláló oszlopban töményítik be. Fontos, hogy a nem kondenzálódó gázokkal elmenő illékony komponenseket maradéktalanul visszanyerjük. Ez célszerűen olyan töltelékes mosóoszlopban történik, ahol a mosófolyadék a hűtött aromakondenzátum. Ajánlatos a harangtányéros kolonna használata, ui. színes leveknél a jellemző aromakomponensek nagy része az alsó tányérokról vihető el. Kombinált besűrítő-aroma-visszanyerő rendszer látható az ábrán. Itt az első bepárlótestből jövő párákkal fűtik a második testet és az abban kondenzált aromadús folyadék a második testből távozó párákkal együtt jut töményítő oszlopba. A gázmosó és aromahűtő teszi kompletté a rendszert ábra - Az Unipektin cég ( Svájc) kétfokozatú ellenáramú sűrítővel kombinált aroma-visszanyerő és töményítő berendezése. 1. gőzoldalon első bepárló fokozat; 2. gőzoldalon második fokozat, léoldalon első fokozat; 3. páraleválasztók; 4. páravezeték az aromavisszanyeréshez; 5. lemezes hőcserélő; 6. desztilláló oszlop; 7. felületi kondenzátor; 8. aromahűtő; 9. gázhűtő; 10. gázmosó; 11. a híglé belépése; 12. a sűrítmény (aromaszegény) kilépése; 13. a gőzoldali második fokozat párakondenzátumának vezetéke a desztilláló oszlopba; 14. a fenékvíz (luttervíz) kilépése; 15. az aromakoncentrátum elvezetése; 16. nem kondenzálható gázok elvezetése; 17. a fűtőgőz belépése; 18. a hűtővíz kilépése A Schmidt-féle aroma-visszanyerőben újszerű aroma-visszanyerő módszert alkalmaznak. Eddig a vákuumszivattyú záróvizével eltávozhattak bizonyos nehezebben illó aromakomponensek. Most az oszlop külön vákuumszivattyúval rendelkezik, amelynek záróvize maga a cirkulációban levő aromakoncentrátum. A sűrítés során az inert gázok közvetlen érintkezésben vannak az aromasűrítménnyel, így további aromakomponensek kondenzálódnak a zárófolyadékban. Itt azt a hatást használják ki, hogy növekvő nyomással a forrpont növekedése miatt a gőzfázisból a könnyebben illó komponensek kiválnak. Kihozatala olyan, hogy 1 kg aromával 1,3 kg sűrítmény aromásítható vissza. A berendezés visszatartja a színes levek nehezen illó, de jellemző aromakomponenseit is. 91

109 A harmadik fokozat légterében 70 C-on távoznak az aromadús gőzök. Kisebb nyomáson kisebb a parciális gőznyomás, így az aromák koncentráltan kisebb a forrpont kerülnek ki a rendszerből és a páraszeparátorban elválasztják a sűrítménytől. Ekkor a párákat két részre osztják: az egyik áram egy felületi kondenzátoron lecsapódik és az itt keletkező koncentrátumot visszaviszik az egyensúlyi tányérra, a második részáramot a kihajtó és dúsító szakasz közé vezetik, ahol az, mint fűtőgőz, és mint hordozófolyadék működik. A kolonnát alul gőzzel fűtik. Ez kihajtja a nehezen illó aromakomponenseket is. A felső tányért elhagyó gőzt reflux kondenzátor csapja le és viszi vissza ugyanoda a folyadékot. A dúsított aromát frakcionáltan lehet levenni a felső tányérokról. Az aromadús inert gázok (levegő, CO2 stb.) a gázhűtőbe és mélyhűtőbe kerülnek. A kicsapott aromák a gyűjtőbe jutnak, míg a maradék gázokat a vákuumszivattyú összenyomja, és hűtött gázmosóba viszi. Ma a világszínvonalat kombinált sűrítő és aroma-visszanyerő rendszerek üzemeltetése jelenti. Újabb ismeretek szerint az aromakinyerés meg kell, hogy előzze a derítési műveleteket, ugyanis ezek során jelentős mérvű aromaveszteség lép fel. További előny itt, hogy az aromakinyerés Bx-es elősűrítményt eredményez, így a derítéshez kisebb tartálykapacitásra, illetve derítőszer mennyiségre van szükség. A sűrítmények mikrobaszegény körülmények között átmenetileg 8 12 C-on, tartósabban 5 C alatt tárolhatók. A minőség megőrzése szempontjából azonban kívánatos a 0 2 C közötti hőfok. Ez igaz a színes gyümölcssűrítményekre és velőkoncentrátumokra egyaránt. Az aromák tárolása célszerűen 0 C alatt történhet. A gyakorlatban azonban az aromákat is 0 2 C között tárolják Fagyasztva sűrítés Zöldség-, gyümölcslevek fagyasztva sűrítésekor a gyümölcslevet 0 C alá hűtjük, ahol a víz tiszta jég formájában kikristályosodik. A jégkristályok elválasztása után visszamarad a sűrítmény. Ezen rendkívül kíméletes szelektív eljárás során a szárazanyag-veszteség max. 0,5 tömeg%. Ez a tény, valamint az, hogy az alacsony hőfokok ( 3 10 C) miatt gyakorlatilag nincs szín-, aromaanyag-, vitamin- és ízveszteség, ill. nem enzimatikus barnulás, azt eredményezi, hogy a fagyasztva sűrített termék csaknem teljes egészében tartalmazza az eredeti lé minden jellemzőjét, így a koncentrátumok minősége jobb, mint a termikus úton előállítottaké. Az oldat fagyáspontja annál kisebb, minél nagyobb az oldat szárazanyagtartalma. Néhány anyag fagyáspontgörbéjét az ábra tünteti fel(93). 92

110 ábra - Néhány élelmiszeripari anyag fagyáspontja (T) a vízoldható szárazanyag-tartalom (a, refr. %) függvényében. 1. szacharózoldat; 2. kávékivonat; 3. almalé, 4. szamócalé, 5. ribiszkelé és sűrítménye A fagyasztva sűrítés szempontjából fontos az oldat fázisdiagramja Közismert a kétkomponensű oldat fázisdiagramja, ahol az egyetlen eutektikus pontot a hozzá tartozó tömegtört és hőfok jellemzi. A gyümölcslevek több komponensű oldatok, ezért az oldott komponensek közül az első kikristályosodásához tartozó hőfokot és az összes szárazanyag-tartalomra értelmezett tömegtörtet szokás, mint üzemi eutektikus pontot megadni. Az almalé eutektikus pontja pl C és refr.%. A gyakorlat számára a legfontosabb a fajlagos entalpia tömegtört hőmérséklet jéghányad közötti kapcsolatot ábrázoló diagram. Az ábrán egy kétfokozatú fagyasztva sűrítő viszony tüntettük fel, szőlőlé esetére. 93

111 ábra - Példa gyümölcslé két lépésben történő sűrítésére a vízkifagyasztás módszerével. A diagram a fajlagos entalpia változását mutatja a 0 C hőfokú oldatéhoz képest ( h). X a szárazanyag-tartalom tömegtörtje százalékban kifejezve Az első lépésben ws0 = 0,15 sza. tömegtörttel rendelkező levet 3,5 C-ra (kb. 50% jéghányad) hűtöttük le. A besűrűsödött létől (ws1 = 0,26) állandó hőmérséklet mellett ( 3,5 C) elválasztottuk a jeget. A ws1 összetételű léből 7,2 C-ra lehűtve (kb. 50% jéghányad), majd a jégtől elválasztva kb. 40% szárazanyag-tartalmú sűrítményt nyertünk (ws2 = 0,4). A kifagyasztás célszerű mértéke 45 55% jéghányad. Ennél nagyobb értékek esetén a kristálykása már nagyon nehezen szivattyúzható(43). A szokásos szárazanyagtartalom fagyasztva sűrítéskor max %. Felette jelentősen megnő a szárazanyag-tartalom veszteség és a látszólagos viszkozitás is. A kristályosítási folyamat két fő szakaszra osztható: 1. Kristályképződés, 2. Kristálynövekedés Az első szakaszban (spontán kristályképződés) különféle méretű kristályok keletkeznek. A folyadék kristály elválasztási folyamat hatékonysága a kristálymérettől és annak egyöntetűségétől függ. A kristályméret függvénye a szárazanyag-tartalomnak, a közepes tartózkodási időnek és a túlhűtés mértékének. Az ún. második generációs kristályosítók olyanok, hogy a kristályképződési és kristálynövekedési szakasz külön egység. 94

112 A képződési szakaszban tényleges hőelvonás van, míg a növekedési szakasz adiabatikus körülmények között megy végbe, kihasználva azt a termodinamikai jelenséget, hogy a kisméretű kristályok kisebb olvadási hőmérséklettel rendelkeznek, mint a nagyméretűek. Így a nagyobb kristályok magukra fagyasztják az olvadó kisebbeket, azaz azok rovására növekednek(114, 116). Fontos, hogy a kristályképződést gátló anyagokat, pektint, fehérjét és egyéb kolloidális részecskéket el kell távolítani a megfelelő üzem érdekében. A kristály folyadék rendszer elválasztása történhet mechanikus úton (prés, centrifuga), vagy mosóoszlop segítségével. Az táblázatban megadtuk a különféle elválasztási eljárások során adódó átlagos szárazanyag-veszteségeket Az I. és II. rendszerből hiányzik a kristálynövelő egység, azaz az átlagos kristályméretek kicsik. A táblázatból látható, hogy a veszteségek nagysága függ a kristálymérettől és az elválasztás módjától táblázat - Szárazanyag-veszteségek különféle fagyasztva sűrítő berendezésekben A rendszer jele Kristályméret (μm) Közepes tartózkodási idő (min) Elválasztás módja Sza.-veszteség (a jéggel távozó) kg kg 1 I 100; kicsi 5 jégprés 0,13 II 100; kicsi 5 szűrőcentrifuga 0,08 III 150; nagy 180 szűrőcentrifuga 0,02 IV 150; nagy 180 mosóoszlop 0, Fagyasztva sűrítő berendezések A fagyasztva sűrítő berendezések közül a GRENCO-féle mosóoszlopos fagyasztva sűrítőt ismertetjük ( ábra). 95

113 ábra - Grenco rendszerű fagyasztva sűrítő elvi sémája. 1. kapart felületű hűtő; 2. kristálynövelő egység; 3. mosóoszlop; 4. perforált dugattyú; 5. fűtés; 6. expanziós edény; 7. betápláló szivattyú; 8. keringtető szivattyú; 9. a gyümölcslé belépése; 10. a hűtőközeg belépése; 11. a sűrítmény kilépése; 12. a megolvadt jég kilépése A kellően kezelt tükrös lé a kapart falú hűtőben (1) kifagy, majd az adiabatikus tartályban (2) megtörténik a kristálynövekedés. A perforált lemezen a jégmentes sűrítmény visszacirkulál a hűtőbe, ameddig a kristálykása a kívánt koncentrációt el nem érte. Ezt követően a mosóoszlopba (3) jut, melynek első részén perforált dugattyú mozog fel-le. Itt lép be a kristálykása. Az oszlop feltöltése után a dugattyú felfelé mozog. A folyadék állapotú sűrítmény perforált fenékrészen át távozik, míg a jégkristályok a kolonna teteje felé mozognak. Ott egy kaparószerkezet és egy hőcserélő gondoskodik azok felolvasztásáról. A sűrítmény az expanziós edényen (6) át távozik. A berendezések 3 4 fokozat esetén t h 1 vízeltávolításra alkalmasak, kis energiaigény mellett. Az eljárás során a sűrítményveszteség max. 0,2%. Pelt adatai alapján(117) Hidegkúti(34) szerkesztette meg azt az ábrát, amelynek alapján a fagyasztva sűrítők és termikus sűrítők gazdaságos üzemeltetési határai meghatározhatók ( ábra). 96

114 ábra - Különböző besűrítési eljárások relatív energiaköltségei (r) az elektromos energia árára vonatkoztatott gőzár (R) függvényében, r = 1 t víz elvonásának gőz + elektromos energia költsége, osztva az 1 t gőz költségével. R = 1 t gőz ára, osztva 1 kwh elektromos energia árával fokozatú ellenáramú kifagyasztásos sűrítő (ws = 0,33), 2. 4 fokozatú, mint az 1 jelű (ws = 0,66), 3. 3 fokozatú termikus, 4. 4 fokozatú termikus, 5. 3 fokozat + gőzsugár kompresszor, 6. 6 fokozatú termikus, 7. 3 fokozat + mechanikus párakompresszor A fagyasztva sűrítést jelenleg általában hőérzékeny, drága termékeknél használják (citrusfélék, málna, szamóca, ananász stb.), de elterjedése egyéb termékekre is várható. Érdekes alkalmazási területe az aromasűrítés. Itt már ma is versenyképes a termikus bepárlókkal kombinálva Fordított ozmózis (hiperszűrés) (reverse osmosis, counter osmosis = RO) Híg oldatok ozmózisnyomása a ( ) összefüggésből számítható, az anyagmennyiség-koncentráció számításánál (kmol m 3) azonban a disszociáció révén képződő ionok számát kell figyelembe venni. Gyümölcs- és zöldséglevekhez használható az (1.3.8) empirikus formula is. Az ábra néhány vizes oldat ozmózisnyomását mutatja az oldott anyag tömegtörtjének függvényében. 97

115 ábra - Néhány vizes oldat ozmózisnyomása (π) a szárazanyag-tartalom tömegtörtjének (ws) függvényében. 1. NaOH-oldat; 2. NaCl-oldat; 3. glükóz-, fruktózoldat; 4. szacharóz-, laktózoldat; 5. fehérjék A hőmérséklet, bár növeli az ozmózisnyomást, de a szűrési ellenállás csökkentése révén (mivel csökken a víz viszkozitása) nő a víz (permeátum) tömeg- vagy térfogatárama(74). A polarizációs hatás csökkenthető a sűrítmény oldalon az áramlás turbulenciájának növelésével. Az oldószert (vizet) áthajtó nyomáskülönbség úgy deformálhatja a membránt, hogy annak fajlagos ellenállása aránytalanul nő. A membránok kiszűrik a mikrobákat is, ezek feldúsulnak a sűrítményben, ill. az azzal érintkező felületükön (ugyanakkor mikrobamentes vizet kapunk). Ezért időnként a membránokat fertőtleníteni kell. A híglé előzetes mikrobamentesítő szűrése, vagy sterilezése (HTST eljárás) elengedhetetlennek látszik. A polarizáció hatása számítással is figyelembe vehető. Merson(69) jelentős eltérést kapott azonos nyomáskülönbséghez (Δp) tartozó tömegáramok között szacharóz oldat 10-ről 20%-ra történő töményítésénél, amikor a polarizációt kiküszöbölte, ill. az fellépett. A nagy ozmózisnyomás miatt a fordított ozmózist gyümölcslevek elősűrítésére használják max. 30 refr.%-ig. Kétségtelen, hogy elvileg ez a legkevésbé energiaigényes besűrítési módszer (vö. az ponttal). Az ábra egy kétlépcsős RO-rendszert mutat. A rendszer fokozatszáma 7 8 is lehet, az igényektől függően. Fajlagos energiaigény: 1 kwh-val kg víz távolítható el. 98

116 ábra - Kétfokozatú, a fordított ozmózis (RO) elvén működő berendezés elvi sémája. 1. az első sűrítő fokozat; 2. második sűrítő fokozat; 3. cirkuláltató szivattyúk; 4. nagy nyomású betápláló szivattyú; 5. nyomásszabályozó szelep; 6. a sűrítendő anyag (pl. paradicsomlé) belépése; 7. a sűrítmény kilépése; 8S a permeátum (víz) távozása Ozmózisos vízelvonás darabos növényi nyersanyagokból Az eljárás alapjai a pontban találhatók. Lényege az, hogy a tisztított, megfelelően darabolt nyersanyagot még a sejtek denaturációja előtt hipertóniás oldatban kezelik. Így víz lép ki a szövetekből és azok szárazanyagtartalma megnő. Kutatási szinten régóta foglalkoznak az eljárással(126,..., 130). Kezelőoldatként hipertóniás szacharóz-, invertcukor-, NaCl- és egyéb oldatokat használtak. A nyersanyag szárazanyag-tartalmát az eredeti kb. 2 3-szoros értékére szokás növelni, így a víztartalomnak mintegy 55 75%-a távolítható el. A további víztartalom-csökkentés hagyományos (atmoszférikus vagy vákuumos) szárítással, vagy liofilezéssel történhet. Rendkívül energiatakarékos eljárás, nagy helyigénnyel, mivel a kezelés több órát vesz igénybe. Az eljárás ott gazdaságos, ahol a kezelőoldat (pl. cukoroldat) többszöri felhasználás után egyéb célra hasznosítható. Mivel a kezelőoldat hígul, ezért azt sűríteni kell, szintén energiatakarékos úton. Újabb eljárás szerint a gyümölcsöt saját sűrítményével kezelik(127) Vízelvonás szárítással Xero- és ozmo-anabiózis A mikroorganizmusok működése csakis olyan élelmiszerekben lehetséges, amelyekben elegendő víz áll rendelkezésünkre. Az egyéb romlási folyamatok is többkevesebb vizet igényelnek. Kézenfekvő tehát az élelmiszerek tartósítása víztartalmuk csökkentésével. Mielőtt a vízelvonás főbb módjait ismertetjük, vizsgáljuk meg élelmiszereink víztartalmát, hogy lássuk, melyek azok az élelmiszerek, amelyeknek víztartalma elég kicsi ahhoz, hogy tartósak legyenek, és melyek azok, amelyekből a vizet el kell vonni a tartósításukhoz. Néhány élelmiszer víztartalmát az táblázatban mutatjuk be. A táblázatból látható, hogy a nagy víztartalmú élelmiszerek elsősorban a zöldségek és gyümölcsök (víztartalmuk 85 97%), továbbá a tej és a húsok (víztartalmuk 35 89%). 99

117 táblázat - Néhány élelmiszer víztartalma Élelmiszer Víztartalom, % Kristálycukor 0,05 0,15 Nyers szalonna 1,8 20,0 Szójaliszt 6 8 Száraztészta Búzaliszt Lencse Szárazbab Kövér sertéshús Marhahús Fokhagyma 65 Sovány sertéshús Szilva Tej Káposzta Paradicsom Hámozott uborka A zöldség és gyümölcs ehető része olyan növényi sejtekből felépülő szövet, amelyben a szilárdnak tekinthető sejtfalak magukba zárják a folyékony sejttartalmat, amely sokszorosát, rendszerint szeresét teszi ki a sejtfalak tömegének. A zöldség és gyümölcs ehető részeinek sejtnedve kinyerhető, belőle sejtfalfoszlányokat is tartalmazó rostos lé, vagy pedig minden lebegő résztől mentes oldat, szűrt lé gyártható. Az állatok húsa is sejtekből épül fel, a sejtfal helyett azonban vékony sejthártya határolja, amely a citoplazma tömörülésének tekinthető. A hús sejtjei sokkal több fehérjét és zsírszerű anyagot tartalmaznak, mint a zöldség és gyümölcs ehető részei. A fehérjék kolloid oldatban, a zsírcseppben emulzióban vannak. A vízelvonás eljárásainak egyik csoportját besűrítésnek hívjuk és ezt az 1.3. pontban ismertetjük. A víz elpárologtatásának másik módja a szárítás. A darabos, pépes vagy folyékony termékkel érintkező meleg levegő képes annak felületéről vizet felvenni abban az esetben, ha a levegő relatív páratartalma kisebb, mint a termék felületén levő, vízgőzzel telített levegő relatív páratartalma. Ha a szárításra kerülő termék felületével érintkező levegő folyamatosan cserélődik, a frissen odakerülő levegő páratartalma kisebb, a távozó levegő páratartalma pedig a szárítmányból felvett vízmennyiséggel nagyobb, eltávolítható a szárításra kerülő termék víztartalmának jelentős része. 100

118 A zöldség- és gyümölcsdarabok, a hússzeletek és a hal szárítása a szabadban ősidők óta alkalmazott eljárás, az ún. aszalás. Az élelmiszerek szárítása mesterségesen felmelegített levegővel, szabályozott körülmények között a dehidrálás. A konzerviparban elsősorban a darabolt zöldségeket dehidrálják (hagymaszelet, sárgarépa-, pasztinák-, zellerkockák stb.). A szeletelt fűszerpaprika dehidrálásával állítják elő a paprika félterméket, majd a paprika port. Az iparban megfelelően formált tészta (metélt, makaróni stb.) dehidrálását is végzik. Porlasztva dehidrálják a paradicsomlevet, amelyet előzetesen bepárlás útján sűrítettek, ily módon paradicsomport gyártanak. Hasonló technikával készül a tejpor. A vákuum-szárítás jelentősége, növekvő szerepe A víztelenített élelmiszerek gyártása világszerte gyors ütemben fejlődik. A különböző instant készítmények előállítása révén a minőség növelése, a választék bővítése, a feldolgozási fok növelése, a termékszerkezet korszerűsítése érhető el. Az iparilag fejlett országokban, nagy mennyiségben állítanak elő különböző gyümölcsből, zöldségből, tejből, joghurtból, savóból, tojásléből, mézből, kávéból, sörből szárított élelmiszereket, illetve instant termékeket. A termékskála végtelenségig bővíthető. Különösen megnőtt a fogyasztói igény a szintetikus üdítőitalok helyett az eredeti gyümölcsökből készített, a gyümölcsre jellemző ízt, aromát és biológiailag értékes komponenseket tartalmazó instant gyümölcsporok iránt(54, 55). A kifejlesztett eljárással a natúr gyümölcsporokon túlmenően, tetszés szerinti mennyiségű hordozóanyagot tartalmazó gyümölcsporok is előállíthatók. A hordozó anyag messze nem éri el a más technológiában szükségesen használt mennyiségét, arányát. Lehetőség nyílik a tetszés szerinti rosttartalmú portermék előállítására is. Ellenben külön kategóriát képeznek az igen nagy mennyiségben gyártott, gyümölcspor néven forgalmazott, gyümölcsöt egyáltalán nem tartalmazó ivóléporok. Az ide tartozó termékeknek biológiai értékük gyakorlatilag nincs, csak élvezeti értékről beszélhetünk. Másik fontos tulajdonságuk amely részben a tárolhatósággal is összefüggésben van a sokrétű felhasználási lehetőség: cukrászati fagylaltporok, krémek édesipari termékek gyártása (töltelékes termékek) tej- és sütőipari termékek gyártása (tej, joghurt, sütőipari termékek ízesítése) üdítőitalok, ivólé készítése (gyümölcsital-porok, koktélporok) A felhasználási lehetőségeknek kis túlzással, csak a fantázia szab határt. A nemzetközi tendenciákat figyelembe véve számolni kell a nagy biológiai értékű termékek iránti kereslettel. A besűrített pl. bepárolt folyadékokban az oldott anyagok koncentrációja megnő, ezzel megnő az ozmózisnyomás is, oly mértékben, hogy minden életműködést lehetetlenné tesz, ez az ozmo-anabiózisos eljárások egyik megoldása. Ily módon tartósított termék pl. az almasűrítmény. A folyékony élelmiszerek ozmózisnyomása oly módon is növelhető, hogy száraz adalékanyagokat, pl. cukrot oldunk lében mindaddig, amíg szárazanyagtartalma, és ezzel ozmózisnyomása nem biztosítja a tartósságot. Az ozmo-anabiózis ilyen megoldásának példája a gyümölcsszörp-gyártás. A bepárlás és a cukorral való dúsítás kombinációja a gyümölcsízek, illetve dzsemek gyártása. A dehidrált termékek, ha helyesen készültek, víztartalma oly kicsi, hogy rajtuk semmiféle mikroba nem szaporodhat el. A tartósításnak ezt a módját xero-anabiózisnak nevezzük. 101

119 Az élelmiszerek vízállapota A víz az élelmiszerekben Az élelmiszerek leggyakoribb nedvesítő közege a víz, szárításkor ennek részleges eltávolítása a cél. A víz az élelmiszerekben különböző kötöttségi formákban van jelen. A vízmolekulában a két hidrogén- és az oxigénatom egyenlőszárú háromszög alakban helyezkedik el, a molekula erősen poláros. Az egyes molekulák a jég- és folyadékfázisban hidrogénkötéssel egymáshoz kapcsolódnak, ez bizonyos rendezettséget eredményez. A víz más hasonló anyagokhoz hasonlítva rendhagyó tulajdonságokat mutat. Sűrűsége +4 C-on a legnagyobb, a folyadék fajhője kétszerese a jégének, hőtágulásának és viszkozitásának szélsőértéke van, párolgáshője pedig többszöröse a hozzá hasonló anyagokénak. A folyadékfelszín molekuláinak kötései felületi és belső szomszédai irányában jönnek létre. Ennek eredménye a felületi feszültség néven ismert fizikai jelenség, amely a felületi hártya egységnyi hossznak munkavégző képességét jelenti. Ha a folyadék és a vele érintkező szilárd fal molekulái között erősebb kötés alakul ki, mint a folyadék szomszédos molekulái között, akkor a folyadék nedvesíti (víz üveg), ellenkező esetben nem nedvesíti (higany üveg) a felületet. Pórusos anyagok kapilláris járataiban a felületi feszültség létesíti a makro- és mikrokapilláris kötést. Az előbbinél az egyenértékű járatátmérő nagyobb 10 5 cm-nél, az utóbbinál kisebb(137). Az élelmiszerek alkotóelemei különböző módon kapcsolódhatnak a vízzel. A legerősebb kötési mód a kémiailag kötött víz. Ebben a formában a víz meghatározott arányban, rendkívül erősen kapcsolódik az élelmiszer szerves vagy szervetlen vegyületeihez. A kémiailag megkötött víz beépül az, adott molekula szerkezetébe, eltávolítása igen nagy energiát igényel, ekkor az élelmiszer állapota teljesen megváltozik(133, 134); fizikai-kémiai úton kötődik a kristályvíz (pl. alfa-d-glükóz monohidrátban). Ezeknél gyengébb kötési móddal kapcsolódik az adszorpciós úton megkötött víz. Ekkor az élelmiszer hidrofil kolloidjai hidrátburok formájában tartják maguk körül a vizet. Az ilyen módon kötött víz jelentősen befolyásolja az adott molekulák struktúráját, eltávolítása nagy energiát igényel, ilyenkor az élelmiszer eredeti szerkezetét visszanedvesítéssel már nem minden esetben lehet visszaállítani. Megjegyzendő, hogy az adszorpciós víz teljes, vagy részleges eltávolítása (esetleg átrendeződése, pl. dielektromos szárításkor) a különböző élelmiszereknél igen eltérő változásokat létesít. Az élelmiszerek bizonyos körében nagy jelentőségű az ozmotikusan kötött víz. A féligáteresztő hártyákkal elválasztott terekben levő eltérő koncentrációjú és moláris tömegű oldatok ozmotikus egyensúlyban vannak. A víz eltávolítására az egyensúlyt fenntartó erők befolyással vannak. Az élelmiszerek szárítása a különböző formában és erősséggel kötött víz eltávolítását jelenti. A víz eltávolításának mértéke és módja a kötési formának megfelelően átalakítja az élelmiszer szerkezetét, meghatározza a visszanedvesített szárítmány jellegét. A különböző vízkötési formák közül a legerősebb a kémiai, fiziko-kémiai, utána az adszorpciós, ozmózisos, majd a mikro- és makro-kapilláris, végül a nedvesítő víz. Szárításkor az élelmiszerekből először a leggyengébben kötött víz távozik, majd a nedvességtartalom csökkenésével az egyre több energiát igénylő erősebb kötések felbontására kerül sor. A szárítástechnikában és ezen belül az élelmiszerek szárításánál létezik a szabad és kötött víz fogalma. A szabad víz eltávolításakor még nem változik jelentősen az anyag jellege szárításkor és az azt követő visszanedvesítéskor. A kötött víz eltávolításához, nagyobb kötési energiáinak felbontásához már lényegesen több energiabefektetésre és különleges eljárásokra van szükség. 102

120 Az egyensúlyi állapotok Nedvességet tartalmazó anyagot zárt légtérbe helyezve, az anyagból vízmolekulák lépnek át a gáztérbe, ott levegő-vízgőz elegyet alkotnak, ugyanakkor a gáztérben levő vízgőz molekulái megkötődnek az anyag felületén, nedvesítve azt. Bizonyos idő elteltével az anyagon megkötődő és kilépő molekulák száma egyenlővé válik, ekkor beáll a gáztér és az anyag szorpciós egyensúlyi állapota. A gáztér állapotát a víz gőz parciális nyomása és a telítési parciális nyomás hányadosa, a vízaktivitás jellemzi. A vízaktivitásból képezhető az anyag egyensúlyi relatív páratartalom értéke, rövidítve ERP-j e., ERP = av 100. Az anyag állapotát nedvességtartalma jellemzi, ez 1 kg szárazanyagra jutó víztartalom kg-ban. Befolyásolja az egyensúlyt a tér hőmérséklete. A tényezők közötti függvénykapcsolat ismerete szárítástechnikai szempontból döntő fontosságú, mivel ennek ismerete alapján jelölhető ki az a levegőnedvességi állapot, amely az elérni kívánt végnedvességhez a szárítás hőmérsékletén tartozik. A három állapotjelző közötti kapcsolat háromféle síkbeli ábrázolást tesz lehetővé. 1. A szorpciós izoterma az anyagnedvesség és vízaktivitás függvényét ábrázolja állandó hőfokon. 2. A szorpciós izobár a hőmérséklet és anyagnedvesség függvénye állandó ERP esetén. 3. A szorpciós izosztera a hőmérséklet függvényében ábrázolja a vízaktivitást állandó nedvességű anyagra. A szárítástechnika leggyakrabban a szorpciós izotermákat alkalmazza. A szorpciós izotermák megállapítása mérések útján, vagy elméletileg történik. Az elméleti modellezéssel azok bonyolultsága miatt jelen jegyzet nem foglalkozik. 103

121 ábra - Élelmiszerek szorpciós izotermái ábra - Mérőkészülék működési elve szorpciós izoterma felvételéhez 104

122 Az élelmiszerek szorpciós izotermáinak méréses meghatározására több módszer lehetséges. Az egyik módszernél zárt légtérbe helyezve az ismert nedvességtartalmú anyagot, elektronikus úton az egyensúly beállásakor mérik a légtér relatív páratartalmát, amely ekkor megegyezik az ERP-vel, és a hőmérsékletet. Ilyen berendezések a SINA és a ROTRONIC készülékek. Az azonos hőmérsékleten mért különböző nedvességtartalmú anyag fölötti térben beálló egyensúlyi légnedvesség értékei adják az anyag szorpciós izotermáját. Más módszerek esetében állandó relatív páratartalmú légteret állítanak elő, vagy telített levegő hűtésével és fűtésével, vagy exszikkátorban más-más sókristályok elfolyósításával. A légtérbe helyezett anyag nedvességtartalma az egyensúly beálltával állandósul, a tér hőmérsékletén mért relatív páratartalom és anyagnedvesség értéke lesz a szorpciós izoterma egy pontja(138, 140, 142). A szorpciós izoterma lefutása eltérő szárításkor és nedvesedéskor. Ha felvételekor nedves anyagból indulunk ki és azt szárítjuk, akkor a deszorpciós izotermát kapjuk. Ha abszolút száraz anyagot nedvesítünk vissza, és így végezzük el a mérést, kapjuk az adszorpciós izotermát. A két görbe közötti eltérés a szorpciós hiszterézis ábra - A szorpciós hiszterézis jelensége 105

123 ábra - Tárolási feltételek meghatározása szorpciós izotermából A gyakorlat számára rendkívül fontos az anyag szorpciós izotermáinak ismerete. Ennek birtokában állapítható meg pl. szárításkor az a levegő állapot (hőfok, rel. páratartalom), amely biztosítja az előírt végnedvességű terméket. Megadja, hogy az adott nedvességtartalmú szárítmány tárolásakor mekkora hőfok és relatív páratartalomnál következik be visszanedvesedés és romlás. Továbbá nagy jelentősége van a szárítás menetének számításakor, valamint jelentős következtetéseket lehet levonni az anyag száríthatóságára, a nedvesség kötéserősségére, tárolhatóságára vonatkozóan. Ha az anyag szorpciós izotermáján magas av értékhez alacsony nedvességtartalom tartozik, az anyag erősen higroszkópos, szárítása kíméletesen, csak klimatizált térben, vagy vákuumban lehetséges (pl. húsliszt, paradicsompor). Azoknál az anyagoknál, amelyeknél alacsony av értéknél is magasabb nedvességtartalom található (pl. gyümölcsök), alkalmazhatók a száraz levegős aszalási eljárások is Az élelmiszerek vízaktivitása és a romlás közti kapcsolatok A mikroorganizmusok szaporodásáról és pusztulásáról eddig elmondottak a nagy vízaktivitású élelmiszerekre vonatkoznak. Az élelmiszerek romlását okozó jellegzetes mikroorganizmusok közül a legnagyobb vízaktivitást igénylik a baktériumok, ezeknek általában av = 0,95 szükséges az életműködésükhöz. Az élesztők életműködése 0,88 és 0,95 vízaktivitás között normális. A penészek és egyes halofil baktériumok működéséhez 0,74 0,88 vízaktivitás felel meg. (Ezért penészedik meg minden élelmiszer a 80 85% rel. páratartalmú, ún. nedves lakásokban.) Az élesztők egyik csoportja, az ozmofilok életműködése 0,69 0,74 vízaktivitás között is lehetséges. Néhány különösen szárazságtűrő xerotoleráns (xerofil) penészgomba-törzs 0,65 0,69 vízaktivitáson is képes bizonyos életműködésre. A 0,65-nél kisebb vízaktivitásnál kivételesen ozmofil élesztőtörzsek még működnek, 0,60 vízaktivitás az életműködés alsó határa. 106

124 A vízaktivitás jelentős azért is, mert a mikroorganizmusok hőpusztulására is hat. Az általunk tanulmányozott hőpusztulási sebességek nedves melegre, vagyis nagy vízaktivitáson való hevítésre vonatkoznak. Pl. az egyik legjelentősebb patogén baktérium, a Clostridium botulinum hőpusztulási ideje a tízszeresére nő, ha a közeg vízaktivitása, amelyben hőkezeljük, 0,99-ről 0,75-re csökken, a 0,84-nél is még négyszeres. Az élelmiszerek romlását okozó biokémiai folyamatok közül a növényi szövetek saját enzimjeinek működése függ erősen a vízaktivitástól. Az enzimműködés legnagyobb intenzitású 0,90 vízaktivitásnál, gyorsan csökken kb. 0,75-ig, ennél kisebb vízaktivitásoknál is lassan tovább csökken és kb. 0,4 vízaktivitásnál a legkisebb. Az enzimek hőpusztulása szintén függ a vízaktivitástól, sebessége csökken a kisebb vízaktivitással (kb. 0,5 vízaktivitásnál a hőpusztulási idő kb. 1000szerese a 0,99 vízaktivitásnál fennálló értéknél) A szárítás technológiája A vízeltávolítás alapjai A nedves anyagok szárítása, vízaktivitásának csökkentése az anyagban kötött víznek a környezetbe való elpárologtatását jelenti. A kötési energiák felszabadítása, a fázisváltozási hő közlése energiabefektetést igényel. A szárítás energiájának jellege szerint megkülönböztethető konvektív (meleg levegő), kontakt (fűtött felület), sugárzásos (infravörös sugarak), gerjesztéses (mikrohullám) szárítás. Konvektív szárításnál a felmelegített alacsony páratartalmú levegő érintkezik a nedves anyaggal, amelyből a nedvesség annak felszínére vándorol, és ott átlép a szárító levegőbe. A meleg levegő feladata a szükséges hőmennyiség közlése az anyaggal, a szárítási potenciál létesítése és a nedvesség elszállítása. Kontakt szárításkor a fűtött felületről vezetéssel terjedő hő az anyagból a környezetbe párologtatja el a nedvességet. Infravörös szárítás esetén a sugárzótestről, amely lehet izzólámpa, izzított fém, vagy kerámiatest, közvetítő közeg nélkül terjed a hő a szárítandó anyagra. A módszer jól alkalmazható vákuumszárításnál, igen kicsiny méretű, vagy aprított anyag esetén(143). Gerjesztéses hőközlésnél az erősen polarizált molekulákból álló anyagok a gerjesztő tér energiáját elnyelik, a szárítás hőenergiája az anyagban képződik. Ezzel a módszerrel rendkívül gyorsan és kíméletesen kezelhetők folyadékok, pasztaszerű és erősen aprított anyagok. A hőközlés módjával nincs összefüggésben, de hőérzékeny anyagoknál alacsony nedvességtartalom esetén alkalmazzák a vákuumban történő szárítást. A vákuumtérben, mivel nincs közvetítő közeg, a konvektív hőközlési mód nem alkalmazható Nedvességvándorlás az anyagban Ebben a fejezetben az élelmiszeriparban legelterjedtebb szárítási mód, a konvekciós, meleglevegős szárítás leírásával foglalkozunk. A többi eljárásnál a szárítás folyamata részben hasonló elvek alapján játszódik le. Nedves anyagból, ha azt ERP-jénél alacsonyabb relatív páratartalmú légtérbe helyezzük, nedvesség adódik át az anyag felületéről a szárító közegbe. A nedvesség tömegárama (kg/s): qm = βy (Ys Yg) A 107

125 βy = gázoldali anyagátadási tényező (kg/m2s) Ys, Yg = levegő abszolút páratartalma az anyag felületén és a levegőben (kg/kg) A = a felület (m2). Ezzel egy időben a nedvességtartalom az anyagban csökken, ez azt jelenti, hogy a víz az anyagban az alacsonyabb nedvességtartalmú hely felé vándorol, vagy magában az anyagban, vagy annak felületén gőz halmazállapotúvá válik, ez a gőz a felületre vándorol, és onnan átlép a légtérbe. A nedvesség vándorlását bizonyos anyagokban, pl. gélekben a víznek az adott anyagban történő diffúziós áramlása okozza. Ezt a diffúziós áramlást az anyag nedvességkülönbsége, mint hajtóerő idézi elő. Az élelmiszerek többsége kapilláris kolloid pórusos anyag, melyekben egyidejű folyadék gőz nedvességmozgás jöhet létre. Ennek a mozgásnak a jellege, iránya, az egyes irányokban vett értéke függ a kapillár-pórusos szerkezettől, a kapillárisok és pórusok alakjától, egymással való kapcsolatuktól. Ez a szerkezet lehet csőszerű hézagok, vagy kis szemcseméretű halmazok rendszere. A kapillár-pórusos szerkezetben elpárologtatott víz gőzdiffúzióval áramlik a felszín felé. Ekkor a mikrokapillárisokban ún. Knudsen-áramlás alakul ki. Ennek tömegárama a makrokapillárisokban létrejövő Poiseuille-áramlásnál nagyságrendekkel nagyobb lehet. Az élelmiszerekben az előzőkben részletezett vezetési formák együttesen jelennek meg, anyagfajtánként és a környezeti paraméterektől függően különböző mértékben játszanak szerepet a nedvességtranszportban. Az ipari számítások részére a különféle nedvességvezetési formákat együtt kezelhetjük, egy effektív (látszólagos) diffúziós együttható segítségével. Az összevont látszólagos diffúziós tényezővel (De, m2/s) a nedvesség tömegárama (qm, kg/s) állandósult állapotban: A = a nedvesség vándorlás irányára merőleges felület (m2) cs = a száraz anyag koncentrációja (kg/m3) z = a nedvességvándorlás irányába eső hossz (m) X = az anyag nedvességtartalma, 1 kg szárazanyagra eső vízmennyiség kg-ban. Az összefüggés a Fick 1.-törvényből vezethető le. Nem állandósult állapotban a vízre felírt anyagmérleg másodrendű, nemlineáris, parabolikus differenciálegyenletre vezet, amely a kezdeti és határfelületekkel (pl. anyagátadás a felületen) együtt megadható. Az egyenletek numerikus megoldásával megállapítható a tetszőleges időben vett, hossz szerinti nedvességeloszlás szárításkor(135, 136, 139, 141). Az ábrából látható, hogy az anyag egyes pontjaiban a száradás időpontjában mekkora a nedvességtartalom. 108

126 ábra - A nedvesség eloszlása síklapban szárításkor. X: az anyag nedvességtartalma t időpontban; Xs: felületi anyagnedvesség; Yg: a levegő nedvességtartalma; Vs: felületi légnedvesség Az anyag felületén a távozó nedvesség az Y g Y s hajtóerő hatására átadással távozik a levegőbe. A felületen található Xs nedvességtartalom és a levegő felületi Ys nedvességtartalma a felület hőmérsékletén érvényes szorpciós izotermához tartozó értékek. Ha Yg értéke egyenlő Ys-sel, a felület száradása megáll, mivel megszűnik a hajtóerő a felszínen. Az anyag hőmérsékletének változása hasonló módon írható le. Amíg az anyag felületének nedvességtartalma elég nagy, az anyag átlaghőmérséklete a felületről történő vízelpárolgás miatt nem változik. Ekkor a szárított anyag hőmérséklete megegyezik a szárítás hőfokán vett nedves hőmérő hőmérsékletével A szárítás folyamata Az ábrán látható nedvességeloszlást mutató görbék mindegyike egy-egy időpillanathoz tartozik. Ha az eloszlási görbék átlagnedvességét ábrázoljuk a hozzá tartozó idő függvényében, kapjuk a száradási görbét. Egy adott száradási görbe mindig adott méretű anyagra adott hőfokú, nedvességtartalmú légtérben történő szárításra vonatkozik. A száradási görbét differenciálva kapható a száradási sebességi görbe. A száradási sebesség ábrázolható a száradási idő, vagy az anyag nedvességtartalmának függvényében (1.4.7., ábra). 109

127 ábra - Nedves anyag száradási görbéje. 1. kezdeti nedvességtartalom (Xk); 2. a nedvességtartalom eloszlása t időpontban; 3. átlagos nedvességtartalom t időpontban; 4. végnedvesség; 5. kezdeti szakasz; 6. állandó sebességű szakasz; 7. kritikus átlagnedvességtartalom (Xc); 8. a csökkenő sebesség szakasza; 9. egyensúlyi nedvességtartalom (Xe) 110

128 ábra - Száradási sebességi görbe az idő függvényében ábra - Száradási sebességi görbe a nedvesség függvényében A száradási és száradási sebességi görbék több szakaszra bonthatók. Ezek a szakaszok a száradás belső mechanizmusának, a száradáskor bekövetkező változásoknak az eredményei. A szárítás első szakaszában, az ún. kezdeti szakaszban történik meg a hőmérséklet kiegyenlítődése, a nedvességáramlás megindulása. Az ezt követő állandó sebességű szakaszban a nedvességnek a felületre történő áramlása folyamatos, a felület állandóan nedves. A felület kiszáradásának időpontjában mért átlagnedvesség a kritikus nedvesség. A kritikus nedvességtartalom elérése után a száradási sebesség csökken. Amikor az átlagnedvesség eléri a levegő relatív páratartalmához tartozó egyensúlyi nedvesség értéket, a száradás leáll, a száradási sebesség nulla. 111

129 Az anyag átlaghőmérsékletének lefutása az ábrán látható. A szárítás kezdeti szakaszában az anyag hőfoka felveszi a nedves hőmérő hőmérsékletét. Az állandó sebességű szakaszban az anyag hőfoka nem változik, míg el nem éri a kritikus nedvességet. A csökkenő sebességű szakaszban egyre nő az anyag hőmérséklete, a száradás leállásakor megegyezik a szárítólevegő hőmérsékletével ábra - Száradó anyag átlaghőmérséklete az idő függvényében 112

130 ábra - Az anyag méretének hatása a száradás folyamatára Szárítástechnikai szempontból nagy jelentőségű a szárítandó anyag mérete. Az anyag méretének lineáris változása négyzetesen változtatja a szárítás idejét. A száradási sebesség növelése által csökken a szárítás ideje, nő a készülék kapacitása. A szárítás hőmérsékletének emelése növeli a szárítási sebességet. Ez a módszer azonban csak az állandó sebességi szakaszban eredményes, mivel ekkor a magasabb szárítólevegő hőfok sem okoz még az anyagban nagymértékű hőfokemelkedést. A száradási sebesség növelésének határt szabnak az anyagban kialakuló feszültségek, az oldott sók felületen történő kiválása, a kérgesedés. A felületi nedvességátadást gyorsítja az intenzív légáramoltatás, de ez szintén kéreg kialakulásához vezethet. A szárítási folyamat vezetésének általános szempontjai: a) a felületi vízréteg mechanikus eltávolítása, b) a kezdeti szakaszban magas hőmérséklet és intenzív légáramoltatás, c) a szárítás befejezésekor hosszú ideig alacsony száradási sebességet biztosító hőmérséklet, csendes légáramoltatás A szárítólevegő állapotának hatása a szárítási folyamatra A szárítás helyes vezetése érdekében szükséges azokat a tényezőket is ismerni, amelyek a végtermék minőségét meghatározzák, valamint azokat a körülményeket, amelyek mellett szárításnál felhasznált levegő hőtartalmának a kihasználása a legjobb, s így az eljárás a leggazdaságosabb. A szárítás külső tényezői 1. A szárító levegő hőmérséklete. 2. A szárító levegő nedvességtartalma. 113

131 3. A szárítólevegő áramlási sebessége. 4. A szárító levegő áramlási iránya. 5. A szárítás ideje. E tényezőknek szoros kapcsolatban kell lenniük a szárítandó anyag tulajdonságaival (fajtájával, vízállapotával, méreteivel) és az előkészítés módjával. A szárításra felhasznált levegő hőmérséklete az egyik legjelentékenyebb tényező. Azonos feltételek mellett, minél kisebb hőmérsékleten történik a szárítás, annál jobb minőségű végterméket kapnak. A hőmérséklet növekedésével megnő azoknak a kémiai reakcióknak a sebessége is, amelyek az eredeti összetételt és tulajdonságokat megváltoztatják. Emiatt kívánatos, hogy az anyag hőmérséklete a csökkenő sebességi szakaszban 60 C fölé ne emelkedjék. Az állandó sebességi szakaszban, ahol a tömegátvitel sebessége tart egyensúlyt, a hőátvitellel elérhető a C-os anyaghőmérséklet is. Általában a szárító levegő hőmérséklete C-kal nagyobb, mint az anyag hőmérséklete. A hőmérséklet növekedésének korlátot szab az is, hogy minél nagyobb hőmérsékleteken kerül a meleg levegő a szárítóberendezésbe, annál nagyobb hőmérsékleteken távozik. A meleg levegővel eltávozó hőmennyiség veszendőbe megy, és így az eljárást drágítja. A levegő hőmérsékletének alsó határát több tényező szabja meg. Egyenlő feltételek mellett minél kisebb a levegő hőmérséklete, annál kevesebb hőt képes a szárítandó élelmiszernek átadni. Ebben az esetben az anyagban levő víz párolgása is lassú, ez megnyújtja a szárítási időt. A túl hosszú szárítási idő viszont a szárítóberendezés kihasználását csökkenti, tehát a szárítás gazdaságosságát károsan befolyásolja. A lassú szárítás elején a mikroorganizmusok az életfeltételeiknek még megfelelő mennyiségű nedvességet találnak az élelmiszerben, ezért romlás indulhat meg. Mindezek figyelembevételével a szárításhoz használt levegő hőmérséklete a csökkenő sebességi szakaszban 60 C-nál kisebb csak kivételesen lehet. A berendezésbe belépő és távozó levegő hőmérséklete közötti különbség annál nagyobb, minél hosszabb utat tesz meg a levegő a szárítóberendezésben, és minél nagyobb anyagfelülettel érintkezik. A korszerű szárítóberendezésekben a két hőmérséklet közötti különbség már nem jelentékeny, mert beépített fűtőtestekkel pótolják a levegő által leadott hőmennyiséget. A hőmérsékletet a szárítandó anyag fizikai és kémiai tulajdonságaihoz alkalmazkodva a szárítás folyamán változtatni kell. Általában a szárítás elején nagyobb hőmérséklettel indulnak, majd fokozatosan csökkentik, s végül hosszabb ideig állandó értéken tartják. A szárításra használt levegő nedvességtartalma. A levegő vízgőz-befogadóképessége a hőmérséklet függvénye és 15 C hőmérsékletemelkedés hatására kb. megkétszereződik. Azonos körülmények között a szárítólevegő annál több nedvességet képes felvenni, minél kisebb a szárítóberendezésbe való belépésekor a nedvességtartalma. A szárítás akkor a leggazdaságosabb, ha minél több párát visz el a távozó levegő magával. Ebből a szempontból tehát az lenne kívánatos, hogy a berendezésbe a kis relatív páratartalommal érkezzék a levegő és minél nagyobbal távozzék. A végtermék minősége azonban akkor lesz a legjobb, ha a szárítás folyamán a víztartalom csökkenése egyenletes és a felületről elpárolgó vizet az élelmiszer belsejéből áramló víz pótolni tudja. A száradás sebessége a hőmérséklet beállításával is szabályozható, egyes esetekben azonban a megengedett C-os hőmérséklethatár is túl nagy. Ilyen esetekben a szárítás kíméletessége érdekében a szárítóberendezésből távozó meleg és nedves levegőt friss levegővel megfelelő arányban keverve használják fel újra 114

132 szárításra. Így mindig azonos, az időjárástól független és a célnak megfelelően kiválasztott relatív nedvességű levegővel dolgoznak, ami a szárítás célszerű vezetését megkönnyíti. Ezen a módon legalábbis részben felhasználják azt a melegmennyiséget is, amelyet a fáradtlevegő még tartalmaz. A szárításra használt levegő áramlási sebessége mind a levegő helyes felhasználása, mind pedig a végtermék minősége szempontjából jelentős. Minél nagyobb a levegő hőmérséklete és a hőmérsékletesés, annál gyorsabb a száradás, feltéve, hogy nem következik be kérgesedés. A levegő áramlási sebességét úgy kell beállítani, hogy a levegő mindkét szerepét (az anyag felületén levő víz elpárologtatását és a párák eltávolítását) betölthesse. A két hatásnak azonban megengedett hőmérséklethatárok között kell bekövetkeznie. 1 m/s áramlási sebességű levegőben a száradás sebessége kétszer akkora, mint nyugvó térben. 2 m/s sebességű levegőben a száradás kb. háromszor gyorsabb, mint nyugvó levegőben. A légsebesség növelésének határt szab az anyag fluidizáló képessége. Nagy légsebességnél, 10 m/s felett, a szárító levegő magával ragadhatja az anyagot. Olyan termékek feldolgozásánál, amelyek összetételük miatt az alkalmazható legkisebb hőmérsékletet is nehezen bírják, a szárító levegő sebességét csökkentik. Ezáltal a pára eltávolításának sebessége csökken, a termék párolgása kisebb lesz és a végtermék minősége nem károsodik. Olyan termékeknél viszont, ahol az áru minőségét a hőhatás kevésbé veszélyezteti, az élelmiszerben levő és el nem távolított felső védőréteg miatt, vagy egyes kémiai alkotórészek hatására a víz eltávolítása túl lassú, a levegő áramlási sebességét növelhetjük meg. A levegő áramlási iránya a szárítóberendezésben is különböző lehet: Friss levegő a szárítóba való belépéskor a nyers termékkel találkozik, a szárítást egyenáramúnak nevezik. Kevésbé gazdaságos, de kíméletes szárítási módszer. A friss levegő először a legszárazabb terméket, a fáradt, legnedvesebb levegő pedig a legfrissebbet, tehát legnedvesebb anyagot éri, akkor ellenáramú szárításról beszélünk. Az utóbbi esetben az áramlás gyorsabb. Az érzékenyebb termékek feldolgozásánál az egyirányú (egyenáramú) szárítást alkalmazzák. A szárításnál ugyanis a végtermék a legérzékenyebb. A hő okozta károsodások annál könnyebben következnek be, minél kisebb a szárítandó anyag víztartalma. A szárítólevegő akkor a legkíméletesebb hatású, ha minél nagyobb a páratartalma és minél kisebb a hőmérséklete. Ezek a tulajdonságok a fáradtlevegőnél mutatkoznak leginkább, ezért kívánatos, hogy a végtermékkel csak a fáradtlevegő érintkezzék. A keresztirányú légáramlásnál a szárítólevegő az anyag mozgásirányára merőlegesen halad. A szárítás idejét a nyersanyag és a szárítólevegő a megismert szempontok szerint együttesen szabja meg. A szárítási idő felső határa a gazdaságossági tényező (a szárítóberendezés jobb kihasználása) és a szárítandó anyag romlási veszélyének függvénye. A főzelék- és gyümölcsfélék szárítási ideje nem nyúlhat 6 7 órán túl, helyes irányítás mellett általában a 3 órát sem haladja meg. A szárítási idő alsó határát a termék milyensége és minősége szabja meg. A túl gyors száradás ismertetett veszélyeire való tekintettel nem tanácsos a szárítási időt 2 óránál rövidebbre venni. A száradás sebességére lényeges befolyást gyakorol a szárítandó anyag formája, felületének nagysága és vastagsága. Minél vékonyabb az anyag, annál nagyobb a felülete és annál gyorsabban juthat a nedvesség a belső részekből a felületre úgy, hogy a száradási sebesség görbéje a korábban tárgyalt töréspontot csak a száradási folyamat végén éri el. Ebből következik, hogy érzékeny anyagok is száríthatók nagyobb hőmérsékleten, vékony rétegben, mert így a folyamat ideje lerövidül. Ezt a célt szolgálják pl. a vékonyréteges hengerszárítók. Nagyon kedvezőek ilyen téren a porlasztószárításnál alkalmazott nagyon kicsiny gömbszerű cseppek is. 115

133 A szárítás technológiai számításai A számítások alapja az anyagmegmaradás törvénye: a szárítóba belépő anyagok tömegeinek összege egyenlő a szárítóból kilépő anyagok tömegeinek összegével. Folytonos műveleteknél az anyagok tömegáramával számolunk. A szárítandó anyag szárazanyagtartalmának mérlege Jelölések: az anyag tömegárama:, az anyag nedvességtartalma:, az anyag szárazanyagtartalma: (1 x) (kg/kg), a szárazanyag tömegárama: qm (1 x). A szárítás művelete a szárazanyag tömegét nem változtatja meg, tehát a szárítóba bemenő szárazanyag (1 index) és a szárítóból kijövő szárazanyag (2 index) mennyisége, illetve tömegárama egyenlő.. A szárítandó anyag víztartalmának mérlege Az anyagban levő víz tömegárama = qm x. A szárítandó anyaggal a szárítóba kerülő víz tömegárama egyenlő a szárított anyaggal távozó víz tömegáramának és az elpárologtatott víz tömegáramának összességével: qm1 x1 = qm2 x2 + qw qw = qm1 qm2 ahol qw az elpárologtatott víz tömegárama. 116

134 A szárításhoz szükséges hőmennyiség számításához legtöbbször az elpárologtatandó víz tömegáramára van szükségünk.. A szárítólevegőnek és víztartalmának mérlege Jelölések: A szárításhoz használt levegő tömegárama ql (kg/s). A levegő víztartalma. A nedves levegőben levő vízgőz tömegárama ql Y. A szárítóból kilépő levegő annyi vízgőzt vesz fel, amennyi a szárítandó anyagból elpárolgott (qw), tehát számításukkal a szárítóba belépő levegő tömegáramához hozzá kell adni az elpárologtatott víz tömegáramát. ql1 Y1 + qw = ql2 Y2 ql1 = ql2 = ql mivel a levegő tömegárama állandó qw = ql (Y2 Y1) (kg/s). A fajlagos levegőszükséglet (1 kg víz elpárologtatásához szükséges levegőmennyiség). A fenti összefüggésből látszik, hogy minél szárazabb a bemenő levegő, annál több nedvességet vesz fel, tehát kisebb a fajlagos levegősűrűség. A felhasznált levegő tömegárama a levegőelvezető kürtő méretéből és a levegő áramlási sebességéből határozható meg. ql = v A ρt (kg/s) 117

135 ρt (kg/m3) levegőszükséglet a kilépési hőmérséklet és relatív páratartalom függvényében v (m/s) az áramló levegő sebessége. A (m2) az áramlási keresztmetszet : (a b) stb. A szárítás hőmérlege A szárítási hőmérséklet meghatározza az anyaggal közölt hő mennyiségét, így az elpárolgás mértékét. Továbbá hatással van az anyag szerkezetére, minőségére, gondolván itt a hő okozta károsodásokra. Ha ql (kg/s) tömegáramú levegőt T1 (K) hőmérsékletről és h1 (kj/kg) fajlagos entalpiaértékről melegítünk T2 (K) hőmérsékletre és h2 (kj/kg) fajlagos entalpiaértékre, a közlendő hőáram: Φ = ql Δh (kj/s), ahol Δh a fajlagos entalpia változása (kj/kg). Az entalpiamérlegben a szárítandó anyag hőtartalom-különbsége a levegőéhez képest kicsi. így a fajlagos hőfelhasználás közelítőleg: Porlasztva szárítás A porlasztásos szárításnak a folyékony és pépes élelmiszerek szárítására való alkalmazása napjainkban már igen széles körű. Ennek oka az, hogy ez a szárítási eljárás számos olyan előnnyel rendelkezik, amelyek összességükben más szárítási módoknál nem találhatók meg: a legjelentősebb eltérés az igen rövid (10 25 s) szárítótérbeli tartózkodási idő, e tartózkodási idő nagy részében a részecskék csupán a nedves hőmérő hőmérsékletén (40 45 C) vannak és csak a száradási folyamat utolsó szakaszában közelítik meg a szárítóközeg kilépési hőmérsékletét, aminek következtében a szárítóközeg olyan nagy belépési hőmérséklete is alkalmazható az anyag károsodása nélkül, amely más típusú szárítóknál elképzelhetetlen, a szárítóból kilépő száraz termék az esetek túlnyomó részében olyan minőségű és alakú, hogy közvetlenül alkalmas csomagolásra, nem igényel utólagos kezelést (pl. aprítás, szitálás). 118

136 Az élelmiszeripari szárítóknak azonban számos olyan speciális követelményt is teljesíteniük kell, amelyek más iparágakban nem, vagy csak ritkán fordulnak elő. Ezért kialakításuk az elvi működési séma megtartásán belül sokszor változik és az egyes anyagféleségekhez igazodik (pl. gyümölcslevek, zöldséglevek, tojás porlasztása, szárítása). A porlasztásos szárítás elve A porlasztásos szárítás lényege a szárítandó szuszpenzió, oldat stb. apró cseppekre bontása és megfelelő elosztása a hőhordozó gázáramban. A cseppekre bontás nagymértékben megnöveli a hő- és anyagátadás szempontjából rendelkezésre álló felületet, ami viszont igen rövid száradási időt eredményez. Élelmiszeripari termékek porlasztásos szárításánál az egyensúlyi nedvességtartalomnak igen fontos szerepe van. Általában érvényes, hogy e termékeknél az egyensúlyi nedvességtartalom viszonylag magas, ha a porlasztásos szárítókban szokásos üzemelési paramétereket vesszük alapul. Viszont az egyensúlyi nedvességtartalom az anyagtól függően különböző mértékben befolyásolhatja a tárolási stabilitást, a portermék képlékenységét, tehát problémákat okozhat a termék értékesítésénél és a szárító üzemeltetésénél is. Ezért az élelmiszeriparban szinte minden egyes anyagra speciálisan kialakított, egymástól kisebb-nagyobb mértékben eltérő konstrukciójú porlasztásos szárítókat alkalmaznak, ahol a megfelelő konstrukció és a kísérletileg megállapított üzemelési paraméterek biztosítják a kívánt nedvességtartalmú és minőségű termék előállítását A porlasztásos szárítóknál a szárítandó anyag diszpergálását porlasztófejek végzik. A porlasztás módja meghatározza a permet átlagos cseppnagyságát és a cseppméret-elosztást. Az élelmiszeripari szárítóknál túlnyomórészt az alábbi porlasztási módszereket alkalmazzák: forgótárcsás porlasztók ( , ábra), kétközeges vagy pneumatikus porlasztók ( , ábra), nyomásos porlasztók ábra - Tárcsás porlasztó. A) tengely; B) az anyag betáplálása; C) radiális csatorna; D) elosztó 119

137 ábra - Tárcsás porlasztó permetfelhője ábra - Fúvókás porlasztó vázlatos metszete 120

138 ábra - Fúvókás porlasztó permetfelhője A porlasztási módszer kiválasztásánál a döntő szempont a termékkel szemben támasztott követelmények. Ha a terméknek nagyobb és homogénebb szemcsenagyságúnak kell lenni, általában tárcsás porlasztást alkalmaznak. Emellett a porlasztás módja döntően meghatározza a szárítókamrának a kialakítását is, tárcsás porlasztás esetén a kamra széles és zömök, pneumatikus porlasztás esetén pedig karcsú, nyújtottabb. A cseppek keveredése a szárítóközeggel és magának a száradási folyamatnak a lefolyása a szárítókamrában történik. A permet és a gázáram érintkezését tekintve a szárító kialakítása lehet: egyenáramú, keresztáramú, ellenáramú. Az élelmiszeripar területén a legkorszerűbb eljárás az egyenáramú porlasztásos szárítók alkalmazása. Ezen szárítóknál a cseppképződés pillanatában a hő- és anyagátadás igen jó, a beporlasztott folyadékot körülvevő forró levegőfüggöny tökéletes helyi érintkezést biztosít. A termék hőkárosodása itt a legcsekélyebb, sőt ennél a változatnál alkalmazható legeredményesebben a termék gyors lehűtése akár még a szárító kamrán belül, akár közvetlenül utána. A szárításhoz szükséges hőmennyiségnek a szárító közeggel történő közléséhez ipari méretben három módszert alkalmaznak: gőzfűtésű kaloriferek, közvetlen füstgázfűtés, 121

139 közvetett füstgázfűtés. Szükséges hangsúlyozni, hogy a szárító fűtési módját a termékkel szemben támasztott követelmények határozzák meg. Általában érvényes az, hogy az élelmiszeripari anyagoknál gőzfűtést, vagy közvetett füstgázfűtést alkalmaznak. A száraz terméknek a szárítóközegtől történő elválasztása jelentős mértékben függ a konstrukciótól, a portermék tulajdonságaitól. Általában a nagyobb méretű szemcsefrakció már a szárítókamrában leválik, ahonnan vagy gravitációs úton (ha a kamra kúpos fenekű), vagy kaparószerkezettel távolítják el. A gázzal távozó finom frakció leválasztására ciklonokat, zsákos porszűrőket alkalmaznak. A portermék hűtése Az élelmiszeriparban sok esetben szükség van a szárítmány portermék gyors lehűtésére. Ez történhet magában a szárítókamrában, vagy közvetlenül utána. A portermék lehűtésénél figyelembe kell venni azt, hogy a szemcse hőmérsékletének csökkenésével kisebb lesz a felületen levő gőznyomás is. Direkthűtés esetén, amennyiben a hűtőközegben levő vízgőz nyomása nagyobb, mint a részecske felületi gőznyomása, a részecske vizet fog adszorbeálni és nedvességtartalma növekedni fog. Ezért a porlasztásos szárító hűtőzónájának kialakításánál kellő gondossággal kell eljárni, a szükséges adatokat szinte kizárólag csak kísérleti úton lehet megállapítani. A termék hűtését két szempont indokolhatja: a hőkárosodás megakadályozása, vagy a termék termoplasztikussága esetén a részecske hőmérsékletének a lágyuláspont alá csökkentése, mielőtt még az a berendezés falát elérné, ahol nemkívánatos felrakódások keletkeznének. A szárítókamrában a termék lehűtésére több módszert alkalmaznak: duplikált falú kamra, ahol a két fal között hűtő levegőt áramoltatnak, amit azután a kalorifer elé vezetnek (pl. paradicsomsűrítmény szárítása), nedvességmentes hűtő levegő bevezetése a kamra kúpos részének felső kerülete mentén, a kamra belső fala mentén körben forgó hűtőfej. A szárító kamrához csatlakozó külső hűtőrendszerek: pneumatikus szállítás kondicionált levegővel, hűtött szállítószalag (pl. paradicsompor). A portermék minősége Az élelmiszeripari célra porlasztva szárított termékek minőségére különös gonddal kell ügyelni. Ezt nemcsak egészségügyi, hanem fogyasztói, piaci szempontok is indokolják. A porlasztva szárított termék minőségét a következő tulajdonságok határozzák meg: 122

140 átlagos szemcseméret, részecskeméret-eloszlás, kopási ellenállás, a részecske gömbszerűsége, a részecske falvastagsága, oldhatóság és rediszpergálhatóság, hőkárosodás mértéke, szín, oxidáció mértéke, sűrűség, nedvességtartalom. Ezek részben egymással összefüggő tulajdonságok, amelyek közül egy, vagy néhány jellemző egy-egy terméknél döntő jelentőségűvé válhat. A porlasztva szárított termék a porlasztás módjától függetlenül mikroszkopikus finomságú és általában belül üreges gömbök halmazából áll. Gyakran a vékony gömbfalat a száradás folyamán a belső gőznyomás szétrepeszti, vagy a gömbök ütköznek egymással, összetapadhatnak, ezért a száraz anyag szemcseeloszlása elég tág spektrumú, a mikrométer nagyságú repeszdarabokból 0,2 0,3, sőt 1,5 mm-es, vagy még ennél is nagyobb agglomerátumokig minden méret képviselve lehet. Célszerű a szemcseeloszlás átlagméretét a kisebb szemcsék felé eltolni, mivel így nő a termék oldhatósága és általában javul a minőség is. Általában tapasztalat, hogy azonos minőségű, nagyobb szemcsékből álló termék színe mindig mélyebb, élénkebb, mint a kis szemcsékből állóé. A sűrűség nő, ha a szemcseeloszlás szűk szemcsefrakciók helyett széles spektrumú és az átlagos szemcseátmérő a kisebb méretek felé tolódott el, ami lényeges a tárolótér kihasználása, a csomagolás és szállítás szempontjából. A sűrűség a növekvő betáplálási koncentrációval és a szárító közeg hőmérsékletének emelésével csökken. Az élelmiszeriparban a porlasztó szárítást tej, tojáspor, zöldség- és gyümölcspor előállítására használják. A zöldség- és gyümölcsfélék nagy részének porlasztva szárításakor számos nehézség adódik, amelyek ezek higroszkópos és termoplasztikus sajátságaival függnek össze. E nehézségeket speciálisan e célra kialakított szárítóberendezésekkel, valamint higroszkóposságot és termoplasztikusságot csökkentő adalékokkal igyekeznek kiküszöbölni. E célra adalékként legelterjedtebben a keményítőt (rizslisztet) és a keményítőszármazékokat alkalmazzák. A rostok jelenléte a száradási tulajdonságokat javítja, ezért pl. a gyümölcsvelők könnyebben száríthatók porlasztva, mint a gyümölcslevek. Újabban a porlasztószárítás megkönnyítésére adalékként többek között szilikagél készítményeket használnak. Paradicsomsűrítmény porlasztva szárításakor az érzékszervi sajátságok megőrzése, valamint a kamrafalra való tapadás csökkentése céljából eredményesen alkalmazták a konyhasót (2%). 123

141 Az említett speciális berendezéseknél olyan légbevezetést alkalmaznak, amelynél az anyagrészecskék a fallal a lehetőség szerint nem érintkeznek, és a port nedvességmentes levegővel a lágyulási hőmérséklet alá hűtik. Egyes berendezéseknél a kamrafalat a termoplasztikus anyag tapadásának kiküszöbölése céljából hűtik. A hűtés hideg levegőnek kettős kamrafal közti áramoltatásával, vagy a kamra belsejében forgó légseprő szerkezet segítségével történik. Ez utóbbival hideg, erősen kiszárított levegőt fúvatnak a kamrafalra. A kamrából gépi szerkezettel, illetve pneumatikus úton ürített port 10 20% relatív páratartalmú klimatizált kamrában fogják fel és csomagolják. Ilyen speciális berendezést igényel pl. a paradicsom (paradicsomsűrítmény), valamint a gyümölcsfélék (velők, levek, sűrítmények) porlasztó szárítása. A szárítás költségei szempontjából előnyösebb, ha sűrítményt szárítanak, viszont ez esetben különösen illó aromaféleségeket tartalmazó gyümölcs alapanyagok esetében olyan technológiát célszerű alkalmazni, amely szerint a besűrítéskor felfogott aromakoncentrátumot visszaadagolják a gyümölcsporhoz. Ez a módszer azonban bonyolult, és ezért költséges. A hazai szárítóiparban NIRO féle porlasztó szárító berendezéssel adalék nélküli paradicsompor állítható elő, amelyet a berendezés speciális kialakítása, a kamrafal hűtése, a por szállításánál, felfogásánál, valamint csomagolásánál kondicionált levegő alkalmazása tesz lehetővé. Az indirekt gáztüzelésű berendezéssel kb. 30% szárazanyag-tartalmú paradicsomsűrítményt szárítanak. A por maradék víztartalma 3,5%, szemcsenagysága μm. A bemenő levegő hőmérséklete kb. 140 C, a távozóé kb. 80 C. Az előmelegített paradicsompürét nagynyomású tápszivattyú továbbítja a porlasztótárcsához. A tárcsa fordulatszáma kb. 15 ezer fordulat/perc. A berendezés egyenáramú szárítás elvén működik. A kamrafal hűtésére a kettős fal között hideg környezeti levegőt áramoltatnak, az így előmelegített levegő hőtartalma a léghevítő berendezésnél hasznosul. A falhűtés hőmérsékletére nézve megállapítható, hogy 4% víztartalmú por 50 C, 2% víztartalmú pedig 60 C körüli hőmérsékleten válik plasztikussá. Kisebb víztartalmú por nagyobb hőmérsékleten válik plasztikussá, ezért célszerű a port minél kisebb (pl. legalább 2%) víztartalomra szárítani, a termoplasztikussággal összefüggő szárítási és tárolási nehézség csökkenthető. A hűtött kamrafal hőmérséklete a szóban forgó berendezésben 38 C-nál kisebb nem lehet. A hűtés hőmérsékletének alsó határát egyébként az szabja meg, hogy a relatív páratartalom a kamrafal közelében ne emelkedjen a por egyensúlyi relatív páratartalma fölé. A csomagolótér maximális relatív páratartalmára nézve ugyancsak a paradicsom szorpciós izotermája nyújt felvilágosítást, amely szerint pl. 3,0% víztartalmú por ERP-je 20 C-on 10%, vízaktivitása: av = 0,1. Ilyen porok csomagolásához tehát olyan helyiség szükséges, amelyben a relatív páratartalom nem haladja meg a 10%-ot. A porlasztószárítás nagy előnye az, hogy egyszerű, folyamatos eljárás. Hátránya a viszonylag nagy beruházási költség, valamint az élelmiszerek szárításánál fellépő és az érzékszervi tulajdonságot előnytelenül befolyásoló oxidáció. A kisebb-nagyobb mérvű oxidáció, valamint a hagyományos porlasztószárítással előállított porok instant jellegének hiánya azonban csak a felhasználás bizonyos területein jelent hátrányt a jobb minőségű készterméket előállító, de költségesebb eljárásokkal szemben A szárítás szabályozása A szárítás során a megfelelő technológiai paraméterek beállítása érdekében a gyakorlatban az elméleti összefüggésből levonható (és a berendezések szabályozásánál felhasználható) néhány fontos összefüggést, következtetést használnak. A megfelelő technológiai paraméterek betartása a szabályozás feladata. A szárítás folyamatának több fontos jellemzője van, amelyeket nem könnyű mérni. Az általános gyakorlat ennélfogva az, hogy a mérhető jellemzőket állandó értéken tartják, hogy a termék lehetőleg legegyöntetűbb legyen. Ez jól megoldható, ha közben a berendezés terhelése nem változik. 124

142 Az alapvető szabályozási problémák lényegüket tekintve azonosak a különböző típusoknál, így a forgódobos szárítóval ( ábra) kapcsolatos megfigyelések általánosíthatók ábra - Dobszárító berendezés. 1. Hő bevezetése; 2. levegő betáplálása; 3. forgató berendezés; 4. a levegő visszakeringtetése; 5. nyers termék betáplálása; 6. kilépő levegő; 7. késztermék A szárítórendszerekben a hőmérséklet és nyomásértékek általában egyszerűen, jól mérhetők. Ezek és egyéb könnyen végrehajtható mérések használhatók fel a szabályozás alapjául, mivel a szárítórendszerek dinamikus viselkedése általában kedvező és a változtatásokra adott válasz elég gyors. A szárítási műveletbe a következő helyeken képzelhető el beavatkozás: 1. Hőbevezetés gőz- (gáz-) bevezetés szabályozása. 2. Levegő betáplálás a nyomóvezetéken levő csappantyú szabályozása. 3. Anyagmozgatás az áthaladási idő szabályozása. 4. A levegő visszakeringtetése. 5. A betáplálás üteme a szárító anyag betáplálási ütemét általában állandó értéken tartják, vagy a termelés szükségletéihez igazítják. Elméletileg a mérésekre adott válasz alapján szabályozható. 6. Kilépő levegő a levegőt a szárítón keresztül, vagy át lehet nyomni, vagy pedig át lehet szívni. Ha mindkét lehetőséget felhasználják, az egyik levegőszállítást (de nem mind a kettőt egyszerre) szabályozni lehet. A másik szellőző ilyen esetben arra használható fel, hogy a két szellőző között egy bizonyos ponton a nyomást szabályozzák. 125

143 7. A termék visszakeringtetése nem túl gyakran fordul elő, többnyire olyankor szokták alkalmazni, ha az anyag kezelésében zavarok támadnak. Feltehetően nincs olyan szárítóberendezés, amelyikben valamennyi feltételt önműködően szabályozzák, de egy bizonyos fokig mind hat a szárító teljesítményére. A jellemzők bármelyike állandó értéken tartható, vagy azért, mert nem lehet könnyen szabályozni, vagy azért, mert a rendszeren belül nincs olyan mérési lehetőség, amivel ezeket a jellemzőket szabályozni lehet, vagy pedig azért, mert a berendezés adottsága nem teszi lehetővé. A szabályozások lehetséges rendszerei Az táblázat a szárítók szabályozásának lehetséges rendszerét foglalja össze. A függőleges oszlopokban a rendszer szabályozására használható jellemzők találhatók. A vízszintes sorok az alábbiakat tartalmazzák: 1. Azokat a jellemzőket, amelyeket általában mérni szoktak (A, B, C, D, E). 2. A termék azon minőségi jellemzőit, amelyeknek szabályozása kívánatos, és amelyeknek közvetlen mérése lehetséges (F, G, H). 3. Azokat a szárítón belüli jellemzőket, amelyekkel a helyes üzemmenet ellenőrizhető (I, J, K, L, M). Az oszlopok és sorok találkozásánál levő 0 jel azt jelenti, hogy a megfelelő sorban levő mérés felhasználható a megfelelő oszlopban levő jellemző szabályozására táblázat - Szárítóberendezések szabályozásának lehetőségei Állandó vagy szabályozott jellemzők Hőbevezetés Levegőbetáplálás A száll. szalag v. köpeny haladási sebessége Levegő visszakeringtetés Anyagbetáplálás üteme A. Belépő levegő hőmérséklete T B. Belépő levegő nedves hőmérséklete T1n 0 0 C. Kilépő levegő hőmérséklete T2 0 0 D. Levegő tömegárama ql 0 0 E. Kilépő levegő nedves hőmérséklete 0 0 Érzékelt jellemzők Kilépő levegő tömege Termék visszakeringtetés Általában mért jellemzők

144 A termék minőségi jellemzői F. Termék hőmérséklete G. Termék nedvességtartalma H. Termék hőbomlása Műveleti körülmények I. Szilárd közeg rétegvastagsága 0 0 J. Tartózkodási idő 0 0 K. Levegő sebessége L. Párolgás sebessége 0 0 M. Szilárd anyag gáz arány A szárítmányok minősége iránti követelmények A szárítmányok iránti alapkövetelmény, hogy a szárítmány vízbe helyezve annyi vizet vegyen fel, hogy minél jobban hasonlítson az eredeti, nem szárított élelmiszerre; közelítse meg a lehető legjobban annak alakját, konzisztenciáját, színét, ízét, illatát. Röviden: a szárítmány legyen jól rehidratálható. A rehidratálás vizsgálata több órás áztatással desztillált vízben, vagy perc főzéssel sós vízben történik. A vízfelvevő képességi mutató, vagy visszanedvesítési index (vr) a rehidratált termék tömegének (mr) és a száraz termék tömegének (m0) aránya., ahol: Ur = a rehidrált termék víztartalma, U0 = a vizsgálatra kerülő szárítmány víztartalma (mindkettő tömegarányban, víz per szárazanyag). A visszanedvesedési indexen túl érzékszervi bírálat, esetleg műszeres vizsgálat alapján minősítik a rehidratált szárítmány konzisztenciáját, ízét, illatát és színét. A szárítmányokkal szemben támasztott másik követelmény a jó eltarthatóság. Ez a szárítmány vízaktivitásától függ. Ahhoz, hogy a szárítmány vízaktivitása a kívánt maradjon, olyan körülmények között kell tárolni, és úgy kell csomagolni, hogy annak vizet leadni és még kevésbé ne legyen lehetősége felvenni. További követelmény a termék tisztasága és méretre vágott terméknél annak méretei is. A szárítmányok mikrobás állapota erősen függ a feldolgozott gyümölcs vagy zöldség egészségi állapotától, ezért nagyon fontos a gondos válogatás. 127

145 A mosás erősen csökkenti a talajból a felületre tapadó mikrobák számát. Az előfőzés hatására az élő mikrobák száma általában 1 4 nagyságrenddel csökken, ennél nagyobb mértékű csökkenés várható az élesztők számában. A szárítás hőhatása is elsősorban a vegetatív sejteket pusztítja. A spórák száma a szárítólevegővel szállított és a termékre kerülő spórákkal növekedhet is. A csomagolt szárítmányokban a hőmérséklet ingadozása vízvándorlásra és esetleg a víz kondenzálására vezet, ami lokálisan olyan nedvességviszonyokat teremt, amelyek közt a túlélő mikroorganizmusok szaporodhatnak. Ezért is kell, többek között, a vízzáró csomagolású szárítmányokat egyenletes hőmérsékleten tárolni, pl. télen fűtött raktárban. A szárítmányokon megtűrt mikroorganizmusok faja és száma is a felhasználás céljától függ. Az előírások a legszigorúbbak a bébiételekhez használt termékekben, kevésbé szigorúak az instant készítményekben és legenyhébbek a hosszabb főzési idővel elkészíthető ételekbe került szárítmányoknál Vegyszeres tartósítás Az élelmiszertartósító eljárások rendszerében a vegyszeres tartósítás a kémiai eljárások közé sorolható. Az eljárás jellemzője, hogy az élelmiszerhez kémiailag többé-kevésbé jól definiált, a mikrobák fejlődését gátló, vagy pusztulásukat okozó anyagokat adunk. Ezeket az anyagokat nevezzük tartósító szereknek. A tartósítószer megjelölés értelmezhető szűkebb, illetve tágabb fogalomként. A lényeges megkülönböztető kritérium az alkalmazott koncentráció. A 0,5 1,0% felett (százalékban kifejezett tömegtört, vagy tömegarány) alkalmazott, az élelmiszertől nem idegen vegyületek (pl. NaCl, ecetsav) csak tágabb értelemben tartoznak a tartósítószerek közé. Szűkebb értelemben tartósítószernek azokat a többnyire élelmiszeridegen kémiai anyagokat nevezzük, amelyek már 0,5% alatt is tartósító hatást fejtenek ki A témakor rövid történeti áttekintése A legősibb kémiai tartósítási eljárások a sózás és füstölés. Az ókorban kezdték alkalmazni az ecetet, olajat, mézet és egyes feltételezések szerint az ókori Rómában bor stabilizálására a kénessavat is. A pácsókat Beukels a XIII. században használta először húsok tartósítására. A szűkebb értelemben vett tartósítószereket (kénessav, bórsav, szorbinsav, hangyasav, szalicilsav, benzoesav) csak a XIX. században izolálták és ekkor ismerték meg kémiai tulajdonságaikat. A benzoesav-származékok, a propionsav és szorbinsav tartósítóipari alkalmazására csak a XX. században került sor Egészségügyi szempontok A XIX. században, amikor sok gyógyászati célra alkalmas, antiszeptikus hatású anyagot fedeztek fel, ezeket az anyagokat válogatás nélkül az élelmiszeriparban is alkalmazni próbálták. Nem gondoltak egészségügyi szempontokra, toxikológiai vizsgálatok ismeretlenek voltak. 128

146 Ma már egy tartósítószer fiziológiai ártalmatlansága az élelmiszeripari alkalmazhatóság legfontosabb feltétele. A legfontosabb toxikológiai vizsgálatoknak a következőket tekintjük: a) akut toxicitás (LD50 érték), b) szubkrónikus toxicitás (90 napos etetési kísérlet), c) krónikus toxicitás (hosszú időtartamú etetési kísérlet), d) rákkeltő hatás (hosszú idejű etetési kísérlet több állatfajjal), e) mutagén hatás (emlősállatok ivarsejtjeinek in vivo vizsgálata), f) teratogén hatás (az embrióra, petesejtre gyakorolt mérgező hatás vizsgálata, etetési kísérlet vemhes állatokkal), g) fiziológiai hatás (a tartósítószer hatása az emberi anyagcserére), h) károsodás nélküli napi adag (ADI, a legnagyobb még nem toxikus adag 1/100-ad része, állatkísérletek alapján). A tartósító szerekkel szemben támasztott főbb követelmények: a fenti toxikológiai vizsgálatok alapján az egészségre nem káros, a mennyiségi és minőségi kimutatás könnyen elvégezhető, mérgező bomlástermék nincs, az élelmiszer alkotórészeivel mérgező anyagokat nem képez Élelmiszeripari előírások, idevonatkozó szabványok A tartósítószerekre vonatkozó élelmiszerjogi előírásokat vagy külön rendeletek tartalmazzák, vagy részei az adalékanyagokra vonatkozó rendeletnek, esetleg az egyes élelmiszerekre külön-külön vonatkozó rendeletekben szerepelnek. A kénessavat, szorbinsavat és benzoesavat a legtöbb európai ország, Japán, Kanada, az USA és Ausztrália élelmiszertörvénye sokféle élelmiszer, a propionsavat és a p-hidroxibenzoe-savat néhány élelmiszer tartósítására engedélyezi(66). Nemzetközileg elfogadott előírás, hogy bébiételek, alapvető élelmiszerek, különlegesen magas minőségi színvonalat képviselő, vagy diétás élelmiszerek tartósítószert nem tartalmazhatnak. 129

147 A tartósítószerek hatásmechanizmusa Az egyes tartósítószerek a szokásos koncentráció alkalmazása mellett hatásukat néhány nap, illetve hét alatt fejtik ki a mikrobákra. Ez alapvető különbség fertőtlenítő-, illetve tartósítószerek közölt, az előbbiek ugyanis lényegesen rövidebb idő alatt hatékonyak. A mikrobapusztulás időbeli lefolyását a hő hatására bekövetkező pusztulással azonos alakú összefüggések írják le. A tartósítószer koncentrációja és az élelmiszerben jelenlevő mikrobapopuláció pusztulási ideje között exponenciális összefüggés áll fenn: ahol: τ (min)- a pusztulási idő, a konstans, c a koncentráció, n dimenzió nélküli kitevő. Természetesen az a konstans és n kitevő értéke erősen függ a tartósított élelmiszer jellegétől (lásd a pontot) és a mikroflórától, valamint a tartósítószer alkalmazásának hőmérsékletétől. Ha az n kitevő értéke nagy, akkor a vegyület hatékonysága a hígítással gyorsan csökken, míg kis értékű n esetében a hígítással csak kevéssé változik. Ha n = 1, akkor kétszer töményebb vegyszer fele annyi idő alatt hat azonos módon. A tartósítószerek hatásukat a mikrobasejtekre három különböző módon fejthetik ki: a) Károsítják a sejtfalat, membránokat, gátolják a sejtfalat építő anyagok szintézisét. b) Megváltoztatják az enzimaktivitást (gátolják az alapanyagcserét, proteinszintézist, a nukleinsav szintézisét). c) Károsítják a nukleinsavakat. Az engedélyezett élelmiszertartósító vegyületek esetében leggyakrabban az enzimek gátlásáról van szó. Ehhez azonban a tartósítószer molekulának a sejtmembránon át be kell jutnia a sejt belsejébe. A tartósítószer-molekulák áthatolását a sejtfalon lényegesen befolyásolja a vegyület zsíroldhatósága. A lipofil jelleg elősegíti az áthatolást a sejtmembránon A tartósítószerek hatékonyságát befolyásoló tényezők A ph-érték hatása Azok a tartósítószerek, amelyek az oldatban részben disszociálnak, kétféleképpen fejthetnek ki hatást: az oldatba kerülő szabad H ionok révén, disszociálatlan formában, mivel csak a disszociálatlan molekula képes lipofil jellegénél fogva áthatolni a sejtfalon. A ph növelésével a disszociálatlan tartósítószer-molekulák aránya csökken, így ezek a tartósítószerek 6 7 ph-tartományban már hatástalanok. 130

148 A megoszlási hányados (a tartósítószer zsírban és vízben kialakuló koncentrációinak aránya) nagy zsírtartalmú emulziók tartósításánál fontos. Mikrobaszaporodás csak a vizes fázisban lép fel, így a zsírfázisba kerülő tartósítószer-molekulák hatástalanok. Minél kisebb a megoszlási hányados (pl. propionsav, szorbinsav), annál kedvezőbben alkalmazható a tartósítószer zsírtartalmú élelmiszerekben. A vízaktivitást csökkentő anyagok (só, cukor, glicerin) növelik a tartósítószerek hatékonyságát. A cukor és só hatása a vízaktivitás csökkentése mellett a mikrobasejtek duzzasztásában, a megoszlási hányados növelésében jelentkezik, továbbá a cukrok aldehid csoportja részben megköti a kénessavat. Az élelmiszer azon összetevői, amelyek a ph-értéket, a vízaktivitás értékét befolyásolják, vagy a mikrobasejt felületén védőréteget képeznek (olaj, fehérje), esetleg adszorbeálják a tartósítószer-molekulákat, befolyásolják természetesen a hatékonysághoz szükséges tartósítószer-koncentrációt is. Ezért táptalajon lényegesen kisebb koncentráció ugyanolyan mértékben hatásos, mint az élelmiszerben. A hatásspektrumot bővíti az egyes tartósítószerek kombinálása A konzervipari gyakorlatban használt legfontosabb tartósítószerek Kémiai hovatartozásuk és halmazállapotuk szerint az ipari gyakorlatban használt legfontosabb tartósítószereket három csoportba oszthatjuk: gázok, szervetlen sók és savak, szerves savak, ezek sói és észterei Gázok A gázok közé sorolható tartósítószerek mikrobiológiai hatását, a hatékonyságot befolyásoló tényezőket, az alkalmazás főbb feltételeit a táblázat foglalja össze táblázat - A tartósítószerként alkalmazott gázok hatékonyságát befolyásoló tényezők(75) (av: vízaktivitásnak a hatékonyságot biztosító tartománya) Gáz CO2 Mikrobiológiai hatás Hatékony koncentráció 10 40%,%mikrobistatikus ban kifejezett térfogat-tört Hatékonyságot befolyásoló tényezők sejtek kora, koncentráció Mely mikrobákra hatékony Alkalmazási terület Egészségügyi veszélyek penészek, Gram- hús, baromfi, 10% felett neg. baktériumok friss gyümölcs, eszméletvesztést élesztők zöldség, víz okoz 131

149 SO2 Etilénoxid Propilénoxid Ózon mikrobistatikus 0,07 3 g/kg és mikrobicid szúrós penészek, Gram- gyümölcslevek, szag, nagy ph 4, koncentráció neg. baktériumok, bor, mennyiségben élesztők szárítmányok mutagén mikrobicid 0,4 1 g/kg av: 0,25 0,5, koncentráció, hőmérséklet penészek, élesztők, vegetatív bakt. sejtek, bakt. spórák fűszerek gyúlékony, robbanás veszély 0,8 2 g/kg av: 0,25 0,5 koncentráció, hőmérséklet penészek, élesztők, vegetatív bakt. sejtek, bakt. spórák kakaó, fűszerek, keményítő, dióbél mérgező bomlástermékek víz, tojás, felületkezelés szemet, nyálkahártyát izgatja mikrobicid mikrobicid mg/kg penészek, élesztők, vegetatív bakt. av:0,6 0,8, szerves sejtek, bakt. anyagok hiánya spórák sejtek kora, ph, hőmérséklet, A táblázatban szereplő vegyületek közül legfontosabb a kéndioxid, ezért ezt a vegyületet részletesebben tárgyaljuk. A kén-dioxid folyékony állapotban, nyomásálló palackban, vizes oldat (kénessav) formájában kerül forgalomba. Tartósítószerként sóit is alkalmazzák. A kén-dioxid, M = 64,06 g/mol, szobahőmérsékleten és atmoszférikus nyomáson színtelen, szúrós szagú gáz, nem éghető, és atmoszférikus nyomáson a forrpontja 10 C. A gáz alakú SO2 sűrűsége a levegő sűrűségének kb. kétszerese. Vízben oldható SO2 mennyiség 0 C hőmérsékleten: 80 dm3/dm3, 20 C-on 40 dm3/dm3. Na2SO3 7 H2O, M = 252,15 g/mol; KjSO3, M = 158,27 g/mol; NaHSO3, M = 104,06 g/mol; KHSO3, M = 120,16 g/mol; NaSO2O5, M = 190,1 g/mol; K2S2O5, M = 222,34 g/mol; CaSO3 2 H2O, M = 156,17 g/mol. A fenti vegyületek, a kalciumszulfiton kívül, vízben könnyen oldható, fehér, többé-kevésbé kén-dioxid szagú fehér porok. Biszulfitok (NaHSO3 és KHSO3) csak oldatban léteznek, szárításukkor piroszulfitok keletkeznek (Na2S2O5 és K2S2O5). A kén-dioxidban és a szulfitokban jelenlévő négy vegyértékű, pozitív töltésű kén nagyon könnyen szulfáttá oxidálódik, és ebben a formában a szervezetből gyorsan kiürül. Ennek ellenére krónikus toxicitása viszonylag jelentős, elsősorban a tiamint, de egyéb vitaminokat és életfontosságú enzimeket károsítja; így az élelmiszeriparban, mint tartósítószer, nem kívánatos. 132

150 SO2, néhány szulfit, biszulfit és piroszulfit használatát gyakorlatilag minden ország engedélyezi, általában az engedélyezés növényi eredetű élelmiszerekre, italokra és borra korlátozódik. Az SO2 mikrobaellenes hatása lényegében a sejt enzimrendszerébe történő beavatkozáson alapul. Régóta ismert az SH csoporttal rendelkező enzimeket erősen gátló hatása. Mint a többi tartósító hatású savaknál, a termék ph-értékének a kénessav esetében is nagy jelentősége van az antimikrobás hatásra nézve. A kénessav ebből a szempontból speciális helyzetet foglal el, ugyanis az oldott SO2 gáz mellett 3 disszociációs lépcső keletkezik egymással egyensúlyban: nem disszociált H2SO3, hidrogénszulfit ionok, (HSO3 ) és szulfit ionok (SO32 ). 1,7 ph-értékig a nem disszociált kénessav, van túlsúlyban, 1,7 5,1 ph tartományban a fő részarányt a HSO3 ionok alkotják; 5,1 ph-érték felett a kénessav nagyrészt disszociált alakban található az oldatban. Az oldott SO2-gáz és a nem disszociált HSO a leghatékonyabbak, csekély antimikrobás hatásuk a hidrogénszulfit ionoknak is van. Ez magyarázza a szulfitok hatékonyságát közepes, vagy annál nagyobb ph-értékeknél. A nem disszociált kénessav és a HSO3 ionok hatékonysága közötti különbség mikrobafajonként más és más. A teljesen disszociált szulfitionok gyakorlatilag hatástalanok, ebből a szempontból a kénessav a többi tartósítószerhez hasonlóan viselkedik. A kénessav az élelmiszer alkotórészeivel addíciós vegyületeket képez. Ebből a szempontból a karbonilvegyületeknek (aldehidek, ketonok, cukrok) van a legnagyobb jelentősége, ezekkel a kénessav szulfonátokat képez. Ezek képződése különösen 3 5 ph tartományban jelentős, abban a tartományban tehát, amelyben a kénessavat elsősorban alkalmazzák. A cukrok és a kénessav reakciója lényegében megszünteti a kénessav élesztők elleni hatását. Fő alkalmazási területek: fehér színű szárítmányok kezelése, bor és a borkészítés féltermékei. A borászatban eredményesen alkalmazzák nemkívánatos mikrobák (baktériumok, penészek, vadélesztők) szaporodásának szelektív visszaszorítására. Szorbinsavval kombinálva hatásspektruma kiterjeszthető. A kénessav redukáló és antioxidáns hatása mikrobaellenes hatása mellett szintén nagyjelentőségű az élelmiszeripar néhány területén Szervetlen savak és sóik Ide sorolható a tartósító hatású gázok között már leírt kénessav és származékai, valamint bizonyos élelmiszerek tartósítására engedélyezett nitrátok és nitritek. A nátrium- és kálium-nitrát tiszta formában, vagy konyhasóval és más sókkal keverve, mint pácsó kerül forgalomba. Vízben jól, alkoholban alig oldódnak. A nitrátokat enzimek vagy mikroorganizmusok az élelmiszerben, vagy az emberi szervezetben nitritté redukálhatják. A folyamatot nem ismerjük eléggé, így a nitrátok toxikusságának elbírálásakor az esetleg keletkező nitritekre is tekintettel kell lenni. A nátrium- és kálium-nitrát húskészítmények és sajtok tartósítására széleskörűen engedélyezett tartósítószer. A hús páclevében levő nitrátokat néhány sótűrő baktériumfaj bontja és nitrogénforrásként hasznosítja. A nitrátmolekula mikrobaellenes hatása elsősorban akkor jelentkezik, ha nitritté alakul át. A nitritek közül szinte kizárólag a NaNO2 kerül tartósítóipari alkalmazásra. Vízben a NaNO3-nál kevésbé oldódik. Viszonylag erősen mérgező, embernél a halálos adag 2 6 g, testsúlytól függően. A nitritek a methemoglobinhoz kötődve megakadályozzák az oxigén felvételt és cianózist okoznak. A nitritek mikrobiológiai 133

151 hatása azon alapul, hogy belőlük salétromsav, illetve nitrogénoxidok keletkeznek, amelyek a mikrobák dehidrogenáz enzimjeinek aminocsoportjaihoz kötődnek, de reagálnak a citokrómokkal és SH-csoportot tartalmazó enzimekkel is. A nitritek hatékonysága a közeg ph-értékének csökkenésével párhuzamosan nő. A hőkezelés és nitritek egyidejű alkalmazása esetén a nitritek baktériumellenes hatása megtízszereződik (Perigo-hatás). A nitritek erősen gátló hatásúak a Clostridium botulinum spórákra is, így a húsfélék tartósításában ma is nagy gyakorlati jelentőségük van. A tartósító hatás mellett a szín- és aromaképző hatás is lényeges Szerves savak és észtereik Hangyasav (HCOOH, M = 46,03 g/mol) Vízzel korlátlanul keveredik, szúrós szagú, víztiszta folyadék. Élelmiszertartósításra vizes oldat, vagy a kevésbé toxikus Na+, K+ és Ca++sói formájában alkalmazzák. Emberre nézve 10 g veszélyes, g már halálos mennyiség. Az anyagcserében fontos szerepe van, a vér és a szövetek természetes alkotórésze. A mikrobaellenes hatás részben a ph csökkenésen alapszik, ez elsősorban számos baktérium életműködését gátolja, de a hangyasav és a formiátok az élesztők működését is visszaszorítják. Nagy disszociációs állandója következtében a hangyasav csak erősen savas, 3,5 ph-nál kisebb ph-értékű közegben hatékony tartósítószer. A legtöbb penészgomba (Fungi imperfecti) életműködését 5,0 ph-érték mellett mg kg 1 hangyasav, a legtöbb élesztő működését 3,0 ph-érték mellett mg kg 1 hangyasav már gátolja. Az utóbbi időben alkalmazása háttérbe került, mivel íze a késztermékben erősen érezhető. Propionsav (CH3 CH2 COOH) Élelmiszertartósításra nem a savat, hanem Na+, ill. Ca++ sóját alkalmazzák: CH3=CH2 COONa (M = 96,06 g/mol), Ca(CH3 CH2-COO)2 (M = 186,22 g/mol), mindkettő fehér, vízben jól oldódó, propionsav-szagú, fehér por. A propionsav a szervezetben nem kumulálódik, egy része az anyagcserében részt vesz, vízzé és szén-dioxiddá bontja a szervezet. 134

152 A propionsav sóinak tartósítóipari alkalmazását gyakorlatilag minden országban engedélyezik, elsősorban kenyér és más sütőipari termékek tartósítására. Hatása elsősorban azon alapszik, hogy nagy koncentráció esetén a mikrobasejtben felhalmozódik, és az enzimműködést gátolja, konkurenciát teremtve az enzimek valódi szubsztrátumainak (kompetitív gátlás). Kis disszociációs állandója következtében 5 6 közötti ph tartományban is hatékony, a hatékonyság a ph-értéktől erősen függ. Hatása nem specifikus, elsősorban a penészeket gátolja, de hat az élesztőkre és a Gram-negatív baktériumokra is. Gyakorlati jelentősége a sütőiparban van, mivel a sütőipari termékek viszonylag nagy ph-értéke mellett is hat, elsősorban a Bacillus subtilis elszaporodását gátolja, amely a kenyér nyúlósodását okozza. Szorbinsav (CH3 CH = CH CH = CH COOH, M = 112,13 g/mol). Fehér, gyengén jellegzetes illatú, savanyú ízű kristályokból áll. Olvadáspont: C. 100 g vízben szobahőmérsékleten 0,16 g szorbinsav oldódik fel. Alkoholban 13 g/100 g, olajokban, az olaj típusa szerint 0,5 1,0 g/100 g az oldható mennyiség. A Na-szorbát (M = 134,11 g/mol) könnyen oxidálódó fehér por. Oldhatósága vízben: 32 g/100 g. Csak vizes oldat formájában kerül forgalomba, és néhány hétig tárolható. A K-szorbát (M = 150,22 g/mol) fehér por vagy granulátum. A legjobban oldható szorbát. 100 g vízben szobahőmérsékleten 138 g K-szorbát oldódik fel. Illékonysága következtében a szorbinsav savas közegben vízgőz-desztillációval izolálható az élelmiszerből. A szorbinsavat használják szabad savként és Na, K és Ca-sók formájában, mint port, granulátumot, oldatot, szuszpenziót. A szorbinsav kis szénatomszámú, alifás alkoholokkal alkotott észterei intenzív szaguk miatt élelmiszertartósításra nem jönnek számításba. A szorbinsav, a többi zsírsavhoz hasonlóan a szervezetben βoxidáció útján szén-dioxidra és vízre bomlik, és az anyagcserében hasznosul. A szorbinsavnak és sóinak tartósítóipari alkalmazását a világ minden országában engedélyezik. Ártalmatlansága közismert, íze az engedélyezett mennyiség esetén az élelmiszerben nem érezhető, ezért más, kevéssé jól kipróbált tartósítószerek helyett is gyakran szorbinsavat alkalmaznak. Elsősorban az élesztők és penészek életműködését gátolja, a baktériumokét kevésbé. Hatása függ az élelmiszer ph-értékétől, azonban kis disszociációs állandója következtében a propionsavhoz hasonlóan 5 6 ph-tartományban is hatékony. Eloszlási hányadosa nagyon kedvező, ezért nagy zsírsav tartalmú élelmiszerek, emulziók tartósítására jól használható (pl. margarin, majonéz, sajtok, kolbász, halak felületkezelése). Jól alkalmazható a tejsavas erjesztéssel készített savanyúságok, gyümölcskészítmények, italok tartósítására is. Utóbbi termékek esetében az engedélyezett koncentráció Magyarországon legfeljebb 1 g kg 1. A sütőiparban is elterjedten alkalmazott tartósítószer. 135

153 Benzoesav (C6H5 COOH) A benzoesavat a tartósítóipar önmagában és a vízben jobban oldódó Na-benzoát formájában egyaránt alkalmazza. M = 121,11 g/mol. Fehér, monoklin kristályokat alkot, ezek lapocskák vagy tű alakúak. Olvadáspontjuk 122 C. Szobahőmérsékleten 100 g vízben 0,34 g benzoesav, 100 g olajban 1 2 g benzoesav oldódik fel. Jól oldódik vízmentes alkoholban. Na-benzoát, M = 144,11 g/mol. Fehér, kristályos por, vízoldhatósága szobahőmérsékleten: 63 g/100 g. Mivel illékony anyag, a vizsgálandó élelmiszer egyéb vegyületeitől el lehet különíteni. A benzoesav a bélből jól felszívódik. A fehérjékhez nem kötődik és nem légződik el. Először a koenzim-a-hoz kötődve aktiválódik, a zsírsavakhoz hasonlóan. Glicin-N-aciláz hatására glikokollal kapcsolódva hippursav (benzoilglikokoll) keletkezik és ez a vizelettel kiürül. A benzoesav és származékai a legtöbb országban elterjedten alkalmazott és sokféle élelmiszer tartósítására engedélyezett tartósítószerek. Mikrobaellenes hatásuk a sejt enzimrendszerébe történő többféle beavatkozáson alapul, így pl. néhány baktérium- és élesztőfajnál gátolják az ecetsav-anyagcserét és az oxidatív foszforilezést szabályozó enzimeket. A benzoesav gátolja a citromsavkör néhány enzimjét is, elsősorban az α-ketoglutársav- és borostyánkősav-dehidrogenázt. Az enzimeket inaktíváló hatás mellett a benzoesav a sejtmembránra is hat. Hogy hatását kifejthesse, a tartósítószer-molekulának át kell hatolnia a sejtmembránon. Erre elsősorban a diszociálatlan molekula képes. Ez a tény magyarázza a benzoesav hatásának ph-függését. Csak a disszociálatlan savmolekulák hatékonyak. Viszonylag nagy disszociációs állandója miatt a benzoesav elsősorban erősen savas termékek (savanyúságok, paradicsomkészítmények, üdítőitalok) konzerválására alkalmas. Hatásspektruma főleg az élesztőkre és penészekre terjed ki, de néhány baktérium fejlődését is visszaszorítja. Nagyon olcsó, ezért gyakran alkalmazzák, annak ellenére, hogy a kedvezőtlen ízhatás fellépésének veszélye nagyobb, mint a szorbinsav alkalmazásakor. A p-hidroxi-benzoesav észterei (metil-, etil-, propilészter) a benzoesavtól alapvetően abban különböznek, hogy nem disszociáló vegyületek, így hatásuk a ph-tól független. Elsősorban fungisztatikus hatású vegyületek, de a fenolos OH-csoport következtében bakteriosztatikus hatásuk erősebb, mint a benzoesavé. Ilyen módon tejtermékek, húsok, halak tartósítására is jól használhatók. Az antimikrobás hatás az észterképző alkohol szénláncának hosszúságával arányosan nő, a vízoldhatóság csökken Egyéb tartósító hatású vegyületek (antibiotikumok, fitoncidok) A fitoncidok (pl. oleorezinek) a magasabbrendű növények természetes eredetű antimikrobás hatóanyagai. 136

154 Erős antimikrobás hatással elsősorban a fűszernövények illóolajai rendelkeznek. Néhány közismerten mikrobagátló hatású fűszer hatóanyagait az táblázat ismerteti táblázat - Fűszerek fitomicid hatású vegyületei(75) Fűszer neve Mely mikrobák ellen hatékony Hatóanyagok Ánizs (Pimpinella anisum) kresol, ánizsaldehid, benzoesav Bors (Piper nigrum) borsolaj, piperin, piperidin, citrál Fahéj (Cinnamonium cassia) fahéjolaj, -aldehid, benzoesav, citrál, eugenol élesztők, penészek baktériumok, élesztők, penészek Fokhagyma (Allium sativum) allicin, allistatin, akrolein Fűszerkömény (Carum carvi) terpinek, karvon Fűszerpaprika (Capsicum annuum) kapszaicin Hagyma (Allium cepa) allil-, butil-, krotonil- és feniletilmustárolajok Kakukkfű (Thymus serpyllum vulgáris) timol, -terpinek, karvakrol Komló (Humulus lupulus) humulin, lupulin Szegfűbors (Pimenta officinalis) eugenol, citrál Szegfűszeg (Eugénia cariophyllata) szegfűolaj, eugenol, benzoesav Szerecsendió (Miristica fragrans) geraniol, eugenol baktériumok élesztők, penészek A fitoncidokkal történő konzerválásnak előnyei mellett korlátai is vannak, mert erős ízesítő hatásuk miatt csak igen kis mennyiségben alkalmazhatók. Ezért a szokásos fűszermennyiség konzerváló hatását, különösen húsáruk esetében, nem szabad túlbecsülni Természetes és mesterséges savanyítás A savanyítás a savtartalom növelését és a ph csökkentését használja fel a romlást okozó mikroorganizmusok tevékenységének megakadályozására. A természetes savanyítás különleges helyet foglal el a tartósítási módszerek között. Minden más tartósítási eljárással szemben nem valamennyi mikroba elpusztítása, hanem a tejsav-baktériumok működésének elősegítése a célja. A természetes savanyítás biológiai tartósítási módszer, amely a tejsavasan erjesztő baktériumok savtermelésén alapul. A természetes (spontán) tejsavas erjedést a hasznos baktériumok tevékenységének elősegítésére irányítjuk, sózással, anaerob körülmények létrehozásával. 137

155 A savanyúságok erjesztése még nem jutott el a fermentációs iparok technológiai szintjére: szintenyészetek, oltótenyészetek alkalmazásához, pontosan szabályozott körülmények között. A mesterséges beoltásokkal történő technológiát azonban már kidolgozták(11, 40, 83) és a fejlődés útja kétségtelenül elvezet ennek gyakorlati alkalmazásához. A savadagolással történő savanyítás mesterséges eljárás, amellyel a tejsavas erjedést utánozzuk oly módon, hogy a termékhez szerves étkezési savakat (ecet-, ill. tejsavat), sót, fűszereket, valamint tartósítószereket adunk. A mesterséges savanyítás tehát kémiai tartósító módszer. A kémiai úton tartósított zöldségféléket általában ecetes savanyúságoknak nevezik. Savanyúságok készülnek hőkezeléssel is. A hőkezelés eredményességét a savtartalom és a kis ph nagymértékben fokozza, ezért a tartósításhoz enyhe pasztőrözés is elegendő. Valójában kombinált eljárásról van szó: fizikai és kémiai hatás együttes alkalmazásáról. A hőkezelt savanyúságok gyártásával a 2.4. pont foglalkozik A tejsavas erjesztés Tejsavas erjesztéssel sokféle és nagymennyiségű zöldségfélét tartósítunk. A tejsavbaktériumok által termelt sav egyrészt meggátolja a romlást okozó mikrobák tevékenységét, másrészt a terméknek kellemes, savanyú ízt ad. A zöldségfélék természetes savanyításakor a spontán tejsavas erjedés irányítására szolgáló technológiát bizonyos mértékig a savanyítandó termék természete határozza meg. A beavatkozás lényege azonban a sózás, amely történhet a darabos termékekre öntött sós felöntőlével (pl. uborkánál), vagy a felaprított termékkel összekevert kristályos sóval (káposztánál). A só szerepe döntő a spontán erjedés irányításában. A só hatására a növényi szövetekből a víz és az oldott sejtösszetevők egy része kivonódik és a mikroorganizmusok részére hozzáférhetővé válik. Másrészt a só a nyersanyagok vegyes mikroflórájára szelektív gátló hatást fejt ki, és elősegíti, hogy a tápanyagokat a sótűrő szervezetek, mint a tejsavbaktériumok, használhassák fel. A sózás mellett az anaerob körülmények kialakítása is a tejsavbaktériumoknak kedvez. A terméket felöntőlé alá helyezve, lenyomatva (káposztánál a levegőt taposással eltávolítva, egyúttal a lét kipréselve) hozzák létre azokat a körülményeket, amelyek közt a tejsavbaktériumok gyorsan elszaporodnak és erjesztésük révén egyre több tejsavat képeznek. A tejsav részben specifikus antimikrobás hatása, részben a ph csökkentése révén fokozatosan visszaszorítja, majd elpusztítja a nem savtűrő mikrobákat és ezáltal tartósítja a terméket. Az irányított spontán tejsavas erjesztés alatt tehát egymással szorosan összefüggő fizikai, kémiai és mikrobiológiai változások mennek végbe(6). A fizikai folyamatok lényege az ozmózisos és a diffúziós anyagátvitel, ami a sós lé és a növényi szövetek közti kiegyenlítődést eredményezi ( ábra). A sózás hatására a szövetekből élénk vízkiáramlás indul meg, rövidesen ellentétes irányban megkezdődik a só behatolása a szövetekbe. A tejsavas erjedés a külső, tápanyagokban dús sós lében indul meg, a felhalmozódó tejsav szintén bediffundál a szövetekbe. Bár a kiegyenlítődés néhány nap alatt jórészt lezajlik, a sólé és a termék közötti kétirányú diffúzió, ha kisebb mértékben is, de folyamatosan és hosszú ideig tart, míg a kémiai és mikrobiológiai változások meg nem szűnnek (erősen lelassulnak). Az erjesztett termék ekkor jut az érettség állapotába. 138

156 ábra - A sótartalom (%-ban kifejezett tömegtört) a kiegyenlítődéshez szükséges idő (d = nap) függvényében A kiegyenlítődés következtében a termék sűrűsége általában növekszik, mivel egyrészt a préselés, lenyomatás hatására a szövetek levegőtartalma csökken, másrészt a szövetek sóoldattal telítődnek. Az erjedés végére az uborka sűrűsége 0,92 0,96 gcm értékről 1,02-re, a káposztáé 0,86 0,95-ről 1,04-re emelkedik ( ábra) ábra - A fizikai jellemzők alakulása az uborkaerjesztésnél, az idő függvényében (d = nap). 1. a levegő térfogata; 2. szemcsesűrűség; 3. az uborka térfogata; 4. az uborka tömege (kiindulási tömeg 1000 g) 139

157 Mivel a szövetekből kiszorul a levegő és sok víz távozik, a termék térfogata jelentősen csökken, amit elősegít a ráható nyomás is. Mindez a tömeg csökkenésével is jár. A túl erős lenyomatás fokozza a térfogat- és tömegcsökkenést és káros, mert megakadályozza a levegő helyettesítődését sóoldattal. Ilyenkor a termék átéretlen, állománya puha, rugalmatlan marad. A kiegyenlítődés következtében bizonyos idő után a térfogat újra növekszik, és a sűrűség növekedése miatt a tömeg is gyarapszik. Mindez azonban általában jóval kisebb, mint a kezdeti csökkenés, és részben ezek a folyamatok magyarázzák a különbséget a nyers és a leerjedt termék tömege között, amit erjedési veszteségnek nevezünk. Ennek mértéke 8 10% is lehet. E fizikai változásokat és eredőjüket, az erjedési veszteséget jelentősen befolyásolják a technológiai tényezők: a nyersanyag minősége (uborka nagysága, káposztaszeletek mérete), a só koncentrációja, a lenyomatás erőssége ( ábra és táblázat). Kialakíthatók azok a kedvező körülmények, amelyek közt az erjedési veszteség a legkisebb ábra - A sótartalom (%-bán kifejezeti tömegtört) hatása az uborka fizikai jellemzőinek viszonylagos értékére (kiindulási érték: 100%) táblázat - A nyomás hatása az uborka fizikai jellemzőire A tartály űrtartalma Betöltött uborka A termék sűrűsége (l) (kg) (g/cm3) A termék térfogata A termék tömege a nyersanyag %-ában 140

158 ,025 98, ,024 97, ,015 97, ,013-96, ,006 96, ,002 96,1 96 Az erjedés alatt végbemenő kémiai változásokat a következőkben lehet összefoglalni. A nyersanyagok túlnyomó része víz, szárazanyagtartalmuk 5 10%. Az érettségi foktól függően 2 5% erjeszthető szénhidrátot tartalmaznak. Az erjedés végéig a cukortartalom teljes egészében felhasználódik ( ábra), nagyobb részt szerves savakká, kisebb részt gázokká (főleg szén-dioxiddá, részben hidrogénné) alakul. Kis mennyiségben etilalkohol, észterek és más íz- és aromaanyagok is képződnek, amelyek fontosak az érzékszervi tulajdonságok kialakításában ábra - A cukortartalom (%-ban kifejezett tömegtört) alakulása az idő függvényében uborka erjesztésekor A nyersanyagok savtartalma jelentéktelen, ph-ja közel semleges. Az erjedés megindulása után a savtartalom mind a sólében, mind a termékben növekszik ( ábra). A savképződés 2 3 hétig folytatódik, mialatt az összes savtartalom a zöldségfélétől és a technológiától függően eléri az 1 2%-ot (uborkánál általában közel 1,5%, káposztánál 2% felett). A savképződéssel egyidejűleg változik a ph is. A leerjedt savanyúságok ph-ja általában 3,3 3,5 körül alakul, attól függően, hogyan alakult az összes sav mennyisége, a tejsav és ecetsav aránya. 141

159 ábra - Az összes savtartalom (%-ban kifejezett tömegtört), a ph-értékek és a gáztartalom alakulása uborka erjesztésekor az idő (d = nap) függvényében A gázképződés az uborka erjedésekor csak kismértékű és az erőteljes gázképződési szakasz csak néhány napig tart. A káposzta erjedésekor viszont a gázfejlődés igen nagymértékű és hosszabb ideig tart. A gáz összetételében az első napokban 20 30% hidrogén is szerepel, később a gáz csaknem teljesen szén-dioxidból áll. A nyersanyagok összetevői közül a szöveti sejtek falában a cellulóz változatlanul megmarad és ezáltal a termék jó minőségű, rugalmas állományú lesz, ha a kiegyenlítődés és érés kellő mértékig megtörtént. A jó állomány feltétele azonban a sejtfalak kötőanyagának, a pektinnek a megmaradása is. A pektin részben savas hidrolízis, részben enzimek hatására kisebb-nagyobb mértékben lebomlik, és ez kedvezőtlen puhulásban jelentkezik ( táblázat) táblázat - Kémiai változatok az erjedés alatt; * mg/100 g Uborka Összetevő (%) friss Káposzta savanyú friss savanyú Víz 95 93, N-tartalmú anyag 1,3 0,8 1,2 0,7 Cellulóz 0,5 0,5 1,0 1,1 Pektin 0,24 0,12 0,5 0,3 Cukor 2,5 0 4,

160 Szerves sav 0,1 1,3 0,1 2,0 ph 6,9 3,4 6,9 3,3 Ásványi anyag 0,4 2,6 0,7 3,0 * C-vitamin 12,5 3,7 40,0 20,0 A mikrobiológiai folyamatokban kezdetben igen változatos mikroflóra vesz részt. A mikroorganizmusok a nyersanyagok felületéről, a rájuk tapadó talajszemcsékből származnak ( táblázat) táblázat - Az uborka és a káposzta mikroflórájának összetétele Mikroorganizmusok száma (g 1) Uborka Káposzta Aerob mezofil baktériumok Spórás bacilus Tejsavbaktérium Kóliformok Élesztőgombák Penészgombák A gyártási szezon előrehaladtával azonban egyre jelentősebb a feldolgozó berendezéseken (pl. káposztaszeletelő), tartályokban (erjesztő kádak, hordók) kialakult üzemi mikroflóra szerepe. Míg az eredeti kezdő mikroflórában a tejsavbaktériumok aránya kicsi, a romlást okozó, fehérjebontó, pektinbontó baktériumok, bacilusok, penészgombák száma viszont nagy, addig az üzemi mikroflórában az adaptálódott tejsavbaktériumok aránya jelentős. A tejsavbaktériumok száma a baktériumok összességénél 2 3 nagyságrenddel kisebb, és ezért döntő jelentőségű, hogy uralomra jutásukat a sózással és a levegő kizárásával elősegítsük. A kezdő mikroflóra tagjai közül igen veszélyesek lehetnek az aerob és anaerob spórás bacilusok, valamint a penészgombák, amelyek számos faja erős pektinbontó. A bacilusok só- és savtűrése azonban kicsi, a penészek pedig aerobok, ezért a jól végzett erjesztés körülményei között néhány nap alatt visszaszorulnak. A kóliform baktériumok az első néhány napon az erjedésben is részt vesznek. Erjesztési termékeik közt különböző szerves savak (tejsav, ecetsav, borostyánkősav, hangyasav,), alkoholok vannak, ezenkívül sok gázt termelnek. Az erjedés elején mutatkozó erős gázfejlődés jórészt ezeknek a baktériumoknak tulajdonítható (a hidrogén teljes egészében). A kóliformok tevékenységének határt szab viszonylag kis savtűrésük, ezért 7 10 nap múlva elpusztulnak. A tejsavbaktériumok száma az első napokban igen gyorsan növekszik, 3 5 nap alatt meghaladja a milliós nagyságot cm3-enként ( ábra). Az erjesztésben többfajta tejsavbaktérium vesz részt. Általában öt fő faj szerepel. Ezek növekvő gyakoriságuk sorrendjében a következők: Leuconostoc mesenteroides, Enterococcus faecalis, Pediococcus cerevisiae, Lactobacillus brevis és Lb. plantarum. Közülük a L. mesenteroides és a Lb. brevis heterofermentatív, a többi 143

161 homofermentatív tejsavbaktérium. A heterofermematív erjesztés végtermékei közt tejsavon kívül ecetsav, etilalkohol, szén-dioxid is képződik jelentős arányban, míg a homofermentatív erjedés főterméke tejsav ábra - A főbb mikrobacsoportok darabszám-koncentrációjának változása, az idő (d = nap) függvényében az uborka erjesztésekor. A függőleges tengelyen a darabszám-koncentráció 10-es alapú logaritmusa látható Az erjedés folyamán a tejsavbaktériumok növekvő savtermelő képességük (ill. csökkenő savtűrő képességük) szerint követik, felváltják egymást, bár egyidejűleg 2 3 faj többnyire megtalálható. Az erjesztést általában a kisebb savtermelő képességű Leuconostoc és Enterococcus fajok kezdik. Ezeket 0,5 0,8% tejsavtartalomnál, amint a ph-érték 4,1 4,2 alá csökken, fokozatosan felváltják a Pediococcus és a Lactobacillus fajok. Előbbiek mintegy 0,8 1,0%, utóbbiak 1,2 2,5% tejsavat képesek termelni ( táblázat) táblázat - A tejsavbaktériumok erjesztésének savas termékei ph Tejsav % Ecetsav % Tejsav: ecetsav arány Lactobacillus plantarum 3,3 1,3 0,04 32,5 Pediococcus cerevisiae 3,4 1,0 0,08 12, ,4 0,45 0,9 Tejsavbaktérium faj Homofermentatív Heterofermentatív Lactobacillus brevis 144

162 Leuconostoc mesenteroides 4,0 0,7 0,25 2,7 Bár a savképzés szempontjából a homofermentatív erjesztők szerepe nagyobb, a heterofermentatív erjedés során képződő illósavak és más vegyületek fontosak a savanyúság ízének kialakításában. A heterofermentatív tejsavbaktériumok gázképzésének ugyanakkor káros hatása is lehet, fokozhatja pl. az uborka üregesedését. Az élesztőgombák még a tejsav baktériumoknál is kisebb arányban fordulnak elő a kezdő mikroflórában, azonban nagy só- és savtűrésük lehetővé teszi fejlődésüket az erjesztés körülményei között. Az élesztőgombák két típusa szerepel a savanyúságok erjesztésében. Az ún. felület alatti élesztők fakultatív anaerobok, alkoholos erjesztést végeznek, amelynek során szén-dioxidot is termelnek. Az etilalkohol és más termékek befolyásolják a savanyúság érzékszervi tulajdonságait. Az ún. hártyaképző élesztők nem, vagy csak gyengén erjesztenek, viszont oxidálják a tejsavat és a sólé más összetevőit. Ha fejlődésüket nem akadályozzák meg, a felületen vastag bevonatot alkotnak ( pimpó ), és a savtartalom csökkentésével utat nyithatnak a romlásnak Erjesztés mesterséges beoltással A természetes savanyítás során a változó összetételű mikroflóra alatt az erjesztés irányítása bizonytalan, a késztermék minősége nem állandó, gyakran lépnek fel különböző erjedési hibák. Az erjesztés irányítása tejsavbaktérium-színtenyészetekkel történő beoltással biztonságosan megvalósítható. A tejsavbaktériumok tulajdonságaiból következően az erjesztést mindig a legsavtűrőbb Lb. plantarum fejezi be. Ha oltótenyészetként más, kevésbé savtűrő fajt alkalmaznak, annak hatása csak az erjedés kezdetén érvényesül, mert a természetes mikroflórában található erősebb savtermelők később elnyomják. A Lb. plantarum azonban homofermentatív és egyedül alkalmazva a termék érzékszervi tulajdonságai kevésbé jellegzetesen alakulnak ki. A Lb. brevis heterofermentatív és elég erős savtermelő is. Egyedüli oltótenyészetként alkalmazva a természetes erjesztésű kontrollhoz viszonyítva gyorsabb és nagyobb mértékű savképzést, igen jó érzékszervi minőségű terméket eredményez. Hátránya azonban, hogy az erjedési veszteséget és üregesedést mintegy kétszeresére növeli. A legjobb eredményre az a beoltás vezet, amelyben homo-és heterofermentatív tejsavbaktériumot együtt alkalmaznak. A beoltás hatásának fokozására célszerű a nyersanyag eredeti mikroflóráját csökkenteni, részben elpusztítani (pl. uborkánál forró felöntőlevet alkalmazni). A mesterséges beoltások gyakorlati megvalósításának feltétele a tejsavbaktérium-tenyészetek fenntartása, folyamatos előállítása, tárolható, gyorsan elkészíthető oltótenyészet készítése. Ez, hasonlóan a tejipari színtenyészetekhez, liofilezett törzsekkel valósítható meg Mesterséges savanyítás A kémiai úton történő mesterséges savanyítás a szerves savak, a ph, a só és a tartósítószerek együttes mikrobagátló, mikrobapusztító hatásán alapul. A természetes tejsavas erjedést utánozva sokféle különböző savanyúság készíthető ily módon (pl. ecetes paprika, csalamádé). A tartósítás fő tényezője az ecetsav, amelyet 1,5 2,0% koncentrációban alkalmazunk. Bár a baktériumok többségének szaporodását már néhány század néhány tized% ecetsav visszatartja, a tejsav- és az ecetsavbaktériumok, valamint az élesztő- és a penészgombák gátlásához jóval nagyobb koncentráció szükséges ( táblázat). Az ecetsav gátló hatása részben a ph csökkentésének, részben a disszociálatlan sav specifikus antimikrobás tulajdonságának köszönhető. Ez utóbbi hatás kisebb, mint a tejsavé, mégis, az ecetsav kisebb disszociációs állandója következtében a tartósításra jobban alkalmazható. Részben az íz kialakítása, részben a tartósító hatás fokozása céljából az ecetsavval együtt 0,1 0,3% tejsavat is lehet használni. 145

163 táblázat - Az ecetsav szaporodásgátló hatása Szaporodásgátló, disszociálatlan sav (%) Mikroorganizmus Mikrokokkuszok 0,05 Bélbaktériumok 0,05 Spórás bacilusok 0,10 Penészgombák 0,30 Élesztőgombák 0,50 Tejsavbaktériumok 1,50 A szerves savak gátló hatásának kiegészítésére a mesterséges savanyúságokhoz tartósítószert is adnak. Az engedélyezett tartósítószerek közül a benzoesav és a szorbinsav jön szóba. A szerves savak és a tartósítószerek együttes hatása nemcsak összegeződik, hanem egymást erősíti (szinergens), ezért kombinálásuk célszerű ( táblázat) táblázat - Az ecetsav és a konzerválószerek tartósító hatása Tartósítószer Ecetsav Tartósítószer kombináció %-ban 2,0 1,0 1,0 1,5 1,5 2,0 2,0 Kálium-szorbát 0,05 0,10 0,05 0,10 0,05 0,10 Nátrium-benzoát 0,05 0,05 0,05 Tartóssági idő (nap) Romlási jelenségek A természetes úton történő savanyítást gyakran kísérik romlási jelenségek, amelyek időnként az üzemeknek jelentékeny gazdasági veszteséget okoznak. A spontán tejsavas erjedés során olykor olyan kísérő folyamatok, mellékerjedések lépnek fel, amelyek érzékszervi hibákat okoznak. E jelenségek mikrobiológiai háttere jórészt tisztázatlan, de gyakran valamilyen technológiai lazaság következményei. A kisebb sókoncentráció, vagy a nagyobb erjedési hőmérséklet következtében a sólé sűrűn folyóssá, nyúlóssá válik. Ezt maguk a tejsavbaktériumok is előidézhetik. Az egyenetlen sózás a káposztánál színhibákat okozhat. Ez részben mikrobiológiai, részben szöveti enzimes tevékenységnek tulajdonítható. A savanyú káposzta barnulása a levegőnek kitett rétegben következik be, ha a lenyomatás elégtelen, vagy ha a tartály hibája folytán a lé elfolyik. 146

164 Egyértelmű technológiai hiba, ha a felületi hártyaképződés erőteljes kialakulását megengedik, aminek azután következménye a puhulásos, rothadásos romlás. A hártyaképződést (pimpósodást) aerob élesztők okozzák, így az ellene való védekezés az élesztőket szelektíven gátló szorbinsavval, vagy a felület levegőtől való elzárásával lehetséges. Az uborkasavanyítás két fő romlási jelensége az üregesedés és a puhulás. Az előbbi az erőteljesebb gázos erjedésnek tulajdonítható, amelyben a kóliformok, heterofermentatív tejsavbaktériumok és az erjesztő élesztőgombák egyaránt részt vehetnek. Nagyobb méretű, érettebb termések hajlamosabbak az üregesedésre. A puhulás a pektinbontó enzimek tevékenységének következménye, amely lehet szöveti vagy mikrobás eredetű. A puhulás ellen a felöntőlé, vagy a leerjedt sólé felforralásával, az enzimek forrásának (pl. a termésen maradt virágok) eltávolításával lehet védekezni, bár a jelenség fellépésekor a beavatkozásra már nem sok lehetőség marad. A kémiai úton tartósított savanyúságoknál a leggyakoribb romlási jelenség az erjedés megindulása. Ha a savanyúság tejsavas erjedésen megy át, többnyire átdolgozható és más termék (vegyes savanyúság) készítésére felhasználható Kombinált tartósítás A kombinált tartósítás fogalma és a tartósítási tényezők/hatások kombinálásának céljai Az élelmiszertartósítás fejlődésének kezdeti szakaszában az élelmiszerek legszembetűnőbb romlási folyamatainak a megelőzésével is megelégedtek, ma már azonban arra törekszünk, hogy a drasztikus biológiai és fizikai változások mellett a nem feltűnő kémiai átalakulásokat is minél jobban megakadályozzuk, mégpedig úgy, hogy a tartósítási technológia az élelmiszer minőségét, élvezeti értékét és tápértékét minél kevésbé csökkentse. Ilyen komplex követelménynek önmagában egyetlen tartósítási tényező sem tud eleget tenni, ezért már a hagyományos tartósítási eljárásokban is sokszor nem is tudatosan többféle fizikai és kémiai tartósító ágenst kombináltan alkalmaznak. Például a hőkezelés tartósító hatását is jelentősen befolyásolja a ph, a redoxpotenciál, az élelmiszer kémiai összetétele stb., s ezeknek a spontán kölcsönhatásoknak az előnyeit a hagyományos tartósítási gyakorlat is hasznosítja(64, 71). Korunkban azonban már tudatosan törekszünk a tartósítási módszerek alapjainak, a tartósítási hatások okának, mibenlétének a feltárására és a tartósítási eljárások tudományos alapokon való továbbfejlesztésére. Ez jellemzi a kombinált tartósítással kapcsolatos kutatásokat is és szorosabban véve csupán a két vagy több tartósító ágens céltudatos kombinálását tekintjük kombinált tartósításnak. A kombinált tartósítási módok kutatásának célja az élelmiszerek mikrobiológiai és kémiai stabilitásának a tartósító tényezők olyan kombinációival való biztosítása, amelyek együttesen alkalmazva hatékonyabbak, ill. minőségrontó hatásuk kisebb, mint az egysíkú kezeléseké. A kombinált módszerek gyakorlati alkalmazásának általában előfeltétele, hogy gazdaságosak is legyenek. Gyakran azonban a kombinált eljárás esetleg tetemesebb költségeit pl. a termék egészségügyi biztonsága megnövekedésének pénzben alig kifejezhető volta ellensúlyozza. Elvileg bármely fizikai és kémiai behatás ésszerű alkalmazása szóba jöhet kombinált tartósítási tényezőként. Fizikai tényezőknek tekintjük a hőkezelést, a hőelvonást (hűtést, fagyasztást), 147

165 a hidrosztatikus (hidraulikus) nyomást, az ionizáló sugárzásokat (gamma-, elektron- vagy röntgensugárzás), a nem ionizáló sugárzásokat (pl. ultraibolya sugárzás, megjegyezve, hogy némely szakkönyv az UV-sugarakat is az ionizáló sugarak közé sorolja). A kémiai tartósítási tényezők: a hidrogénionok, a konyhasó és pácsók, a tartósítószerek és más vegyi adalékanyagok, továbbá a gázatmoszféra egyes komponensei (pl. CO2,). A kombinációk a fentieknek megfelelően csupán a jobb áttekinthetőség kedvéért csoportosítva fizikai tényezők kombinációira, kémiai tényezők kombinációira és fizikai és kémiai tényezők kombinációira oszthatók. Mint minden tartósítási eljárásnak, a kombinált tartósítási módszereknek is szerves része a megfelelő csomagolás, mert csak ez biztosítja az újraszennyeződés kizárását és azt, hogy a tartósított termék minősége gyártás után kielégítően hosszú ideig megmaradjon. Az inert gázos csomagolás, vagy antioxidánsok használata a legkülönbözőbb tartósító kezeléseknek alávetett élelmiszereknél számos esetben előnyös lehet az oxidációra hajlamos komponensek (pl. egyes vitaminok, színanyagok) kezelés, vagy tárolás közbeni bomlásának mérséklésére. A lipidek minőségvédelmét célzó antioxidánsok használatát tartósítási tényezőnek is tekinthetjük, de ilyen a glükózoxidáz enzim is, amely kiterjedt alkalmazást nyerhet a különféle oxidatív eredetű aroma- és színváltozások meggátlására tojáspornál, tartósított tejkészítményeknél, gyümölcsleveknél és üdítőitaloknál. A kellő CO2-tartalmú, módosított, ill. szabályozott összetételű légtér alkalmazása nemcsak a gyümölcstárolásban terjed, hanem más, csomagolt élelmiszerek (pl. sütőipari termékek, vágott baromfi) eltarthatóságának megnövelését is eredményezheti(29) A kölcsönhatások típusai, additív és szinergens hatások értelmezése A romlásellenes tényezők kölcsönhatásai három típusba sorolhatók: a) a tényezők egymás hatását nem befolyásolják (additív hatás); b) a tényezők, vagy a tényezők valamelyike a partner(ek) hatékonyságát fokozza (szinergens kölcsönhatás); c) a tényezők, vagy a tényezők valamelyike a partner(ek) hatékonyságát csökkenti (antagonista kölcsönhatás). 148

166 Ha a kombinált kezelés tényezői együttes alkalmazásakor az egyedi kezelések hatása összegeződik (additív hatás), az már a tényezők egyikének, vagy mindegyikének a mérséklését teszi lehetővé. Ha pedig a tényezők kombinált használata esetén a tartósító hatás nagyobb, mint az egyedi hatások összege (szinergens hatás mutatkozik), az még előnyösebb. Így a legeredményesebb kombinációk jelentős költségcsökkenést és energiamegtakarítást is eredményezhetnek. A kombinált tartósítási eljárásoknál a kombinációs partnerek alkalmazásának időbeli sorrendje is gyakran fontos szerepet játszik, mert befolyásolja a kombinált kezelés hatékonyságát. A kombinált hatások jellemzésére általánosságban is használható a főként a vegyszer-kombinációk elemzésénél alkalmazott izobol diagram. Ha például a kombinált kezelés A és B tényezői legkisebb egyedileg hatásos adagját (vegyszernél koncentrációját, sugárzásnál a dózisszükségletet, állandó hőmérsékletű hőkezelésnél a hőkezelési időszükségletet stb.) egységnyinek tekintjük és a kombinált alkalmazás esetén hatásosnak bizonyult legkisebb adagjaikat a legkisebb hatásos egyedi adagok hányadaiként (xa és xb) fejezzük ki, az ilyen összetartozó relatív értékek ábrázolása eredményezi az izobol diagramot ( ábra). Szinergens hatás esetén tehát xa + xb < 1, additív hatásnál xa + xb = 1, antagonista hatásnál xa + xb > ábra - Két különböző tartósítási eljárás (tényező) kombinált hatását szemléltető izobol diagram xa, xb: az A és B eljárás önmagában legkisebb hatásos adagjához viszonyított adagjai Az izobol diagram csupán a kölcsönhatások típusát illusztrálja, de természetesen semmit nem mond a kölcsönhatás mechanizmusáról. Egyre több információ gyűlik azonban össze a kutatások kapcsán arról, hogy antimikrobás hatásokat túlélő, de szubletálisan károsodott mikroorganizmusok igényesebbek a környezeti tényezőkkel (hőmérséklet, ph, tápanyagok, inhibitorok stb.) szemben, mint a kezeletlen sejtek. A károsodás mibenlétének jobb megismerése segíthet a kombinált hatások racionálisabb alkalmazásában, szinergens kombinációk keresésében. 149

167 A továbbiakban néhány kiragadott példa illusztrálja a kombinált tartósítás kutatási-fejlesztési irányait. Hangsúlyozni kell, hogy noha a példák látszólag két tényező kombinálásával foglalkoznak, valójában akkor is, amikor nem részletezzük, pl. a termék ph-jának, redoxpotenciáljának, vízaktivitásának, hőmérsékletének, vagy csomagolásmódjának az eltarthatóságra gyakorolt hatását is számításba kell venni Fizikai tényezők kombinációi Hőkezelés és hőelvonás kombinációja A hőelvonás (hűtés) a kémiai reakcióknak a hőmérséklet csökkenésével csökkenő sebessége miatt minden esetben eltarthatóságot növelő hatású. Azoknál a módszereknél pedig, ahol a tartósító kezelés nem eredményez mikrobiológiai szempontból kereskedelmileg steril terméket (prezervek gyártása), ugyanakkor a termék vízaktivitása nagy és patogén mikroorganizmusok jelenléte nem zárható ki, a termék egészségügyi biztonságosságának nélkülözhetetlen feltétele, hogy azt a patogén mikrobák szaporodásának alsó határhőmérséklete alatt tároljuk. Ez a helyzet pl. számos, enyhén hőkezelt, vagy más módon pasztőrözött állati eredetű élelmiszernél Hőelvonás és vízelvonás kombinálása Hőelvonás és vízelvonás kombinált alkalmazását jelenti a fagyasztásos sűrítés (kriokoncentrálás) és a fagyasztva szárítás (liofilezés). A fagyasztásos sűrítés különösen az illó, hőérzékeny aromaanyagokat tartalmazó, folyékony élelmiszerek ( pl. gyümölcslevek) minőségkímélő tartósítási módszere(81). Alkalmazási terjedésének a költségessége szab határt. Leginkább citruslevekből készítenek félsűrítményeket ily módon. A félsűrítmények tárolhatóságát azonban hűtéssel vagy tartósítószer-adagolással kell biztosítani. Érdekes kombináció az almalé besűrítésére Hollandiában kidolgozott eljárás, amely a bepárlást és a fagyasztásos sűrítést kombinálja: pillanatbepárlóval nyert aromadesztillátumot fagyasztásos sűrítéssel koncentrálják, az aromamentesített levet pedig bepárlással sűrítik be. A fagyasztásos sűrítéssel előállított, s fagyasztva tárolt aromakoncentrátumot a felhasználás (értékesítés) előtt megfelelő arányban újra elegyítik az aromamentes sűrítménnyel. A kombinált eljárás költsége jóval kisebb, mint a kizárólag kifagyasztást használó sűrítésé, a termékminőség pedig lényegesen jobb, mint a szokásos bepárlással előállított sűrítményé(84). A fagyasztva szárítás ugyancsak energiaigényes, költséges volta miatt korlátozódik nagyértékű anyagok (pl. kávékivonat) tartósítására. A kávéextraktum fagyasztásos sűrítéssel való részleges víztelenítése a fagyasztva szárítás előtt jelentősen csökkenti a fagyasztva szárítás költségét, ugyanakkor a kizárólag fagyasztva szárítással előállított instant kávéval azonos minőségű terméket eredményez(84) Kombinált módszerek a vízaktivitás-csökkentési folyamatok gyorsítására Szovjet kutatók gyümölcsök cukoroldatban való húzatása meggyorsítására váltakozó melegítés és hűtés, valamint C-on való melegítés közbeni, Hz frekvenciájú akusztikus kezelés kombinációit ajánlották(38). A mikrohullámú melegítés és vákuum-szárítás, valamint a mikrohullámú melegítés és a fagyasztva szárítás kombinációi egyes országokban az utóbbi években ipari megvalósítást nyertek. 150

168 Hőkezelés és besugárzás kombinált alkalmazása Az utóbbi évtizedekben a sugárzásos tartósítással (az ionizáló sugárzások alkalmazásával) kapcsolatos kutatásoknak világszerte nagy figyelmet szenteltek(18, 20). Minthogy a baktérium spórák nemcsak nagy hőtűrést, hanem nagy sugárrezisztenciát is mutatnak, elpusztításukhoz olyan nagy sugáradagok szükségesek, amelyek többnyire a termék érzékszervi minőségét már rontják. Sokat ígérő azonban az a megfigyelés, hogy a sugárkezelés érzékenyíti a baktérium spórákat hőkezeléssel szemben: a besugárzás és a hőkezelés egymást követő alkalmazása a baktérium spórákra szinergens hatású. E kombinált hatás mechanizmusa még nem kellően tisztázott. Egyes feltételezések szerint a besugárzás csökkenti a fehérjedenaturalódás hőszükségletét. A hőérzékenyítő hatás azonban a spórák jellegzetes finomszerkezetének a sugárzás okozta részleges dezorganizálódásával is magyarázható, amely a spóra hőtűrésében szerepet játszó, a spóra citoplazmája dehidratált állapotát fenntartó sejtalkotórészek sugárkárosodásával is magyarázható, ami a besugárzott spóra életfontosságú komponenseinek részleges hidratálódásával, s így megnövekedett hődenaturálódási hajlamával jár(15, 19, 26). Ha a spóra hőkezelése nem követi, hanem megelőzi a besugárzást, a tapasztalatok szerint az ilyen kombináció csupán additív hatású. Hosszú ideig eltartandó anyagok esetén a besugárzást enyhe hőkezeléssel azért is kombinálni szükséges, hogy a tartósítandó anyagban lévő, erősen sugártűrő enzimeket a hőkezelés inaktiválja, különben a mikrobiológiailag stabil termékben enzimes folyamatok okozta minőségromlás léphet fel. Holland kutatók biztató eredményeket értek el különböző kertészeti termékek szokásos konzerválásánál jóval enyhébb hőkezelés és 3 kgy-nél nem nagyobb sugárdózis kombinált használatával(63). A hazai alkalmazási kísérletek közül említhető, hogy a szokásos konzerválás hőkezelés-szükségleténél jóval kisebb hőkezelés elegendőnek látszik közepes (5 kgy körüli) sugárdózissal kombináltan a dobozolt virsli(38, 39, 67) és a dobozolt libamáj(22) tartósítására. A virslikonzervnél a kombinált kezelés érzékszervileg jobb minőségű terméket eredményezett, mint a hagyományos hősterilezés. A besugárzás plusz hőkezelés szinergens spórapusztító hatásának jól hasznosítható esetét jelenti az is, hogy száraz adalékanyagok (pl. fűszerek) besugárzásos csíraszegényítése után is megmarad a túlélő mikroflórában ez a hőérzékenyítő hatás(23, 46). Minthogy a konzervkészítmények komponensei közül a hőtűrő spórákkal való szennyezettségük miatt gyakran a száraz adalékanyagok jelentik a hőkezelés-szükségletet döntően meghatározó tényezőt, ilyen esetben a besugárzással csíraszegényített adalékanyagok használata a hőkezelés-szükséglet jelentős csökkenését eredményezheti(16, 37, 48]. Penészgombák esetén a szinergens hatású kombináció a hőkezelés plusz besugárzás sorrendű kezelés, amit sikerrel kezdenek alkalmazni főként szubtrópusi és trópusi gyümölcsök (mangó, papaya stb.) eltarthatóságának növelésére. Ez esetben az C hőmérsékletű vízben néhány percig tartás és 0,3 0,7 kgy körüli sugárdózisok e gyorsan romló, értékes gyümölcsök eltarthatóságát nagyjából megkétszerezik(18, 78) Vízelvonás és besugárzás kombinált alkalmazása A vízaktivitás részleges csökkentésével előállított, közepes nedvességtartalmú ( intermediate moisture ) típusú termékek választéka növelhető, ha az ilyen élelmiszerekben még szaporodni képes, a csökkent vízaktivitást tűrő mikroorganizmusokat valamilyen antimikrobás behatással inaktiválják. A tartósítószerek (lásd az pontot) használatán kívül szóba jön a sugárkezelés is. A vízaktivitás csökkentése (az ozmotikus nyomás növelése) a sugárkezelést megelőzően a termék jellegétől függően megoldható higrofil anyagok alkalmazásával (pl. cukor, glicerin, konyhasó), vagy részleges vízelvonással (szárítás, fagyasztásos sűrítés, membrán-szeparációs módszerek). 151

169 Az utóbbi eljárások közé tartozó kombináció például a kifagyasztással előállított gyümölcslé-félsűrítmények sugárzásos tartósítása. A kisebb vízaktivitás miatt itt nagyobb sugárdózis használható a termék érzékszervi minőségének a rontása nélkül, mint amekkora a híg gyümölcsleveknél már érzékszervi változást okozó dózis(44, 45) Besugárzás és hőelvonás kombinált alkalmazása A hűtvetárolás a hőkezeléssel készített prezervekéhez hasonlóan a sugárzással pasztőrözött élelmiszerek esetén is gyakran nélkülözhetetlen kombinációs partner. Ez a helyzet például a halak és általában a húsok esetén, amikor a sugárzással pasztőrözött termékben Clostridium botulinum spórák túlélésével kell számolni. Ilyen termékeknél ezért csak a leghidegtűrőbb botulinum szerotípus, az E típus szaporodását is gátló, +3 C alatti tárolási hőmérsékletek megengedhetők. Sokirányú vizsgálatok bizonyítják, hogy 1-2 kgy nagyságrendű sugárdózisokkal sokféle, gyorsan romló élelmiszer, pl. szamóca, halak, darált hús stb. hűtvetárolhatósága két-háromszorosára növelhető(24, 47, 49) Nagy hidraulikus nyomás és hőkezelés vagy besugárzás kombinációi Ausztráliai és angol kutatók kísérletei szerint többszáz atmoszférás nyomást követően alkalmazott hőkezelés vagy besugárzás után a baktériumspórák sokkal nagyobb arányú pusztulása észlelhető, mint a légkörihez közel álló nyomáson végzett kezelések után. A hatás azzal magyarázható, hogy a spórák nagy részénél a nagy hidraulikus nyomás a csírázást iniciálja(10, 32,99, 124) Kémiai ágensek kombinálása Még az ötvenes években és a hatvanas évek elején a különböző kémiai tényezők kombinált alkalmazásával sokat foglalkoztak(88). Az utóbbi évtizedekben a szintetikus élelmiszer-adalékanyagokkal szemben számos esetben felmerült toxikológiai problémák és vegyszermaradék-gondok a vegyszerek együttes hatásának a vizsgálatát is háttérbe szorították. A kevert mikroflórájú élelmiszerek kémiai tényezők kombinálásával való tartósításánál jelentkező együtthatások jellege nehezen jósolható meg, mert a tapasztalatok szerint egy mikroorganizmuson szinergista hatással jelentkező tartósítószer-kombináció más mikroba esetén antagonista is lehet(118) Fizikai és kémiai tényezők kombinációi Vegyszerek és hőkezelés kombinált alkalmazása A tartósítószerek túlnyomórészt nem önállóan, hanem valamelyik fizikai tartósítási mód hatékonyságának fokozására használatosak. A hővel pasztőrözött készítményeknél egyes esetekben megengedett hagyományos tartósítószer-használat mellett a hatvanas években sok vizsgálat folyt egyes antibiotikumokkal (szubtilin, nizin, tilozin) a hőkezelés-szükséglet csökkentésére(50). Az antibiotikumok élelmiszeripari használatát az egészségügyi hatóságok többnyire nem engedélyezik a mikrobák antibiotikum-rezisztenciája kialakulásának lehetőségét mérséklendő. Ezért csupán a gyógyászati célokra nem használt nizin konzervipari használata valósult meg egyes országokban, pl. Ukrajnában, Angliában, Lengyelországban és Csehországban. A vizsgálatok szerint a tartósítószerek és 152

170 az említett antibiotikumok nem annyira a hőpusztulás sebességét fokozzák, mint inkább a hőkezelést túlélő mikrobák szaporodását, ill. a baktériumspórák vegetatív sejtté alakulását gátolják. A konyhasó a hőkárosodott mikrobasejtekre fokozottan gátló hatású, a hőkezelés közben azonban védőhatást fejt ki(105). A pácsók használata esetén mind a NaCl vízaktivitást csökkentő hatásának, mind a nitrit specifikus sporosztatikus hatásának szerepet lehet tulajdonítani. A nitrit szerepe az enyhén hőkezelt, pácolt húskészítmények mikrobiológiai stabilitásában és mikrobiológiai biztonságosságában azoknak a vizsgálatoknak kapcsán vált nyilvánvalóvá, amelyek a nitrozamin-kérdés felmerülése után a nitrit elhagyásának a mikrobiológiai következményeit vizsgálták(25). A hidrogénion-koncentrációtól nemcsak a hőkezelést túlélő termorezisztens spórák csírázása függ, hanem befolyásolja a spórák hőtűrését is(68). Ez tulajdonképpen jól ismert és általánosan alkalmazott tapasztalat a savas élelmiszerek feldolgozásánál, azonban viszonylag ritkán végeznek tudatos savanyítást ezen ismeretek hasznosítására más élelmiszereknél, holott valószínűleg még számos más készítményt is lehetne ily módon kíméletesebb körülmények között tartósítani. A hidrogénion-koncentráció növelése és a hőkezelés kombinált hatása az alapja annak az Alderton(1) által szabadalmaztatott módszernek, amely a baktérium spórák gyenge kationcserélő sajátságán és a hidrogén formájú spórák viszonylagos hőérzékenységén alapszik. Eszerint, ha a spórákat tartalmazó élelmiszert savval kb. 4,0 ph-júra megtitrálják, és ezen a ph-n tartják néhány óráig, a spórákban levő kétértékű fémionok bizonyos hányada H+ ionokra cserélődik ki és egyidejűleg a spórák hőrezisztenciája csökken. Közvetlenül a hőkezelés előtt az élelmiszer ph-ját visszaállítják ugyan az eredeti értékre, de a spórák a fémionokat nem képesek az élelmiszerből ismét felvenni a hőkezelés lezajlásáig és így az fokozottan pusztító hatású rájuk. Elméletileg a spóracsírázást iniciáló behatások is lehetőséget nyújtanának a spórarezisztencia csökkentésére. Ismeretes, hogy enyhe, szubletális hőkezeléssel sok spóra aktiválható, azaz a specifikus csírázási körülmények iránti igényessége csökkenthető és csírázási sebessége növelhető. Számos olyan egyszerű szerves vegyület, pl. bizonyos aminosavak, ribozidok bizonyultak a spóracsírázás specifikus fiziológiai iniciátorainak, amelyek élelmiszeripari adalékanyagként szóba jöhetnének. Hasonlóképpen ismeretes, hogy kémiailag aktiválhatók bizonyos spórák furfurol segítségével, továbbá a cukor hőkezelésekor és/vagy besugárzásakor kis mennyiségben képződő, kellően még fel nem derített anyagok segítségével(17). Figyelemre méltó az is, hogy az utóbbiak ugyanakkor a spórás baktériumok posztgerminatív fejlődését gátolni látszanak(48). A spóracsírázás iniciálásán alapuló módszerek esetén az aktiváló behatást követően és/vagy az iniciátorok jelenlétében 0,5 2 órán át tartó inkubáció elegendő, hogy a spórák rezisztenciájukat elveszítsék a csírázás révén és ezután azonnal bekövetkezhet a sterilező fizikai behatás (hőkezelés vagy besugárzás,). A módszer tehát a tyndallozáshoz hasonló, de gyorsított eljárás lenne. Mindezen elképzelések megvalósításának gátja, hogy nem sikerült még egyetlen törzs esetén sem minden spórát ily módon csírázásra kényszeríteni és a szuperdormans frakció megőrzi rezisztenciáját. Mindenesetre, el lehet érni még 90%-ot meghaladó csírázást is, ami nem lenne jelentéktelen a sterilezés hőkezelés-szükségletének csökkentése szempontjából olyan termékeknél, ahol a 2,8 percnél nagyobb F0-értékű hőkezelést kénytelenek jelenleg alkalmazni egyes, a Clostridium botulinuménál jóval rezisztensebb, kis számban jelenlevő spórák miatt Vegyszerek és vízelvonás kombinált alkalmazása A 0,90-nél kisebb, a 0,60-nál nagyobb vízaktivitású, ún. közbenső nedvességtartalmú élelmiszerek ( intermediate moisture foods ) baktériumos romlásra általában már nem hajlamosak, de a mikroszkopikus gombák szaporodásával ebben a vízaktivitás-tartományban is számolni lehet. Ilyen készítményeknél ezért a vízaktivitáscsökkenést fungisztatikus anyagok használatával gyakran kombinálják(71). A tartósítószerek hatékonysága nagyobb is olyan termékekben, ahol a csökkent vízaktivitás miatt a mikrobaszaporodás gátolt, mint olyanokban, amelyeknek nagy vízaktivitása a mikrobaszaporodásnak kedvező(70). 153

171 Kémiai ágensek és besugárzás kombinált alkalmazása A sugárzásos pasztőrözés hatásának kiegészítésére számos tartósítószer vagy más antimikrobás anyag (pl. tetraciklin antibiotikumok) használatára született javaslat(18). A pácsók és más, hagyományos adalékanyag és a besugárzás ésszerű kombinációitól eltekintve azonban ezeket a törekvéseket kritika éri atekintetben, hogy a besugárzásnak, mint új fizikai eljárásnak azt az előnyét elveszítik, hogy a vegyi adalékanyagok felváltására szolgálhat(119). A hidrogénion-koncentráció növelése (a ph csökkentése) savadagolással már viszonylag kis ph-csökkentés esetén is számottevően javíthatja a sugárkezelés hatékonyságát a sugárkárosodott mikrobák megnövekedett ph-érzékenysége miatt(21). Gyümölcslevek esetén a ph-csökkentést és a mikrobaszaporodáshoz szükséges egyes kationok eltávolítását egyaránt el lehet érni hidrogén-formában levő kationcserélős kezeléssel(120). A módosított vagy szabályozott atmoszférájú csomagolással való kombinálása a sugárkezelésnek még nem kellően tanulmányozott terület A további kutatás szükségessége A kombinált tartósítási módszerekkel kapcsolatos kutatások jelentős része nem lépte túl a laboratóriumi modellkísérletek szintjét és az információk egy része meglehetősen töredékes, olykor pedig ellentmondó egymásnak. A kombinált hatások egzakt, mennyiségi előrejelzése, a kombinált eljárások méretezése a kölcsönhatások bonyolultsága, a különböző tényezők hatás-egyenértékűségének bizonytalansága miatt még meglehetősen nehéz, így minden új kombinációt előzetesen kísérletesen vizsgálni kell, hogy biztonsága eléri-e a vele felváltani szánt módszer biztonságát. kvantitatív elemzésére alkalmas kísérletekre. 154

172 2. fejezet - A fontosabb termékek gyártástechnológiája 2.1. Konzervipari előfeldolgozó telepek Az előfeldolgozó telepek a gépi betakarítású nyersanyagok előkészítő jellegű tisztítását, válogatását, esetleg osztályozását végzik, részben a hagyományos konzervgyári tevékenység egy részének a mezőgazdasági üzem területére való kihelyezését jelentik. Utóbbi esetben az üzem feldolgozó kapacitása bővül, a hulladék a gyáron kívül keletkezik, kézi műveletekhez (válogatás, osztályozás, hámozás, magozás, gerezdelés stb.) szezonális munkaerő könnyebben található. Tehermentesülnek a gyár szociális létesítményei is. Az előkészítő telepek révén rendszerint nem csak kevesebb nyersanyagot kell a gyárba szállítani és ott tárolni, hanem a hulladék is, akár takarmányozásról, akár trágyázásról van szó, egyszerűbben visszakerül a mezőgazdaságba. A gépi betakarítással kapott nyersanyag kevésbé egyöntetű, földdel, porral, idegen növényi részekkel jobban szennyezett, mint a kézzel betakarított termés. Gyakran több benne a hibás, romlott egyed is. Az előfeldolgozó telepek létesítése előtt figyelembe kell venni a nyersanyag mennyiségén kívül a szállítási távolságot és kapacitást, a víz- és elektromos energia igényét, a szennyvíz és föld, hulladék elhelyezésének lehetőségeit. Célszerű, ha a szállítóedények tisztítása, fertőtlenítése részben az előfeldolgozó telepen is elvégezhető. Kiegészítő ismeretek találhatók a szakirodalomban is(1, 17, 25) Zöldborsó előfeldolgozása Az előfeldolgozás ún. cséplőtelepeken történik, ahol a szikkasztott, beszállított zöldborsó kicséplése, a kicsépelt szemek utótisztítása, valamint a borsószár felszecskázása történik. A borsócséplő telepek általában a mezőgazdasági termelőüzemekben nyernek elhelyezést. A kicsépelt és tisztított szem konzervgyárba való szállítására tehergépkocsit alkalmaznak. Egy borsócséplő telep elrendezési rajza az ábrán látható. A négygépes cséplőtelep névleges tömegárama száras zöldterményből 20 t/h. 155

173 A fontosabb termékek gyártástechnológiája ábra - Borsócséplő telep elrendezési vázlata. 1. zöldtermény-adagoló; 2. borsócséplő gépek szalmakihordóval; 3. keresztirányú szemgyűjtő szalag; 4., 6. hattyúnyakas elevátor; 5. utótisztító rosták; 7. szemgyűjtő tartályok; 8., 10. szállítószalagok; 9. szecskázógépek; 11. szecskagyűjtő tartályok; 12. kapcsoló-irányító egység A cséplőtelep vezérgépe a stabil zöldborsócséplő gép, amelyet a ábra mutat ábra - Stabil zöldborsócséplő gép működési vázlata. 1. etető-felhordó; 2. külső dob; 3. belső cséplődob a lapátsorokkal; 4. fő gyűjtőszalag; 5. nyomóventilátor; 6. törekszalag; 7. szalmarázó; 8. szalmakihordó; 9. gyűjtőtartály A zöldborsó egyenletes beadagolás után az azonos irányban forgó külső (2) és a verőlécekkel ellátott belső cséplő-dob (3) közé jut. A hüvelyek az ütések hatására felnyílnak, a szemek a hüvelyektől elválnak. A külső dob fordulatszáma állandó (23/min), a verőléceket tartó belső dobé /min között fokozat nélkül 156