Асептическая обработка — это метод обработки, при котором коммерчески термически стерилизованные жидкие продукты (обычно продукты питания или фармацевтические препараты ) упаковываются в предварительно стерилизованные контейнеры в стерильных условиях для производства продуктов длительного хранения, не требующих охлаждения. [1] Асептическая обработка почти полностью заменила стерилизацию жидких продуктов в контейнерах, [2] включая молоко , фруктовые соки и концентраты, сливки , йогурт , заправку для салата , жидкие яйца и смесь для мороженого. Растет популярность продуктов, содержащих мелкие дискретные частицы, таких как творог , детское питание , томатные продукты, фрукты и овощи , супы и рисовые десерты. [1]
Асептическая обработка включает три основных этапа: термическую стерилизацию продукта, стерилизацию упаковочного материала и сохранение стерильности во время упаковки. [3] Для обеспечения коммерческой стерильности предприятия асептической обработки должны вести надлежащую документацию производственных операций, показывающую, что коммерчески стерильные условия были достигнуты и поддерживались во всех зонах предприятия. [4] Любое нарушение запланированного процесса для системы обработки или упаковки означает, что затронутый продукт должен быть уничтожен, повторно обработан или отделен и сохранен для дальнейшей оценки. [4] Кроме того, система обработки и упаковки должна быть очищена и повторно стерилизована до возобновления операций по обработке и/или упаковке. Упаковочное оборудование и упаковочные материалы стерилизуются различными средами или их комбинациями (например, насыщенным паром , перегретым паром, перекисью водорода и тепловой и другой обработкой). [4]
Асептическая обработка была разработана на основе машины Олина Болла «нагрев-охлаждение-заполнение» (HCF), которая была разработана в 1927 году. [5] Хотя HCF успешно улучшил сенсорные качества обработанного шоколадного молока по сравнению с консервированным продуктом, использование оборудования было затруднено его стоимостью, обслуживанием и негибкостью для обработки контейнеров различных размеров, что сделало машину неудачной. [6]
В 1940-х годах Джордж Гриндрод разработал процесс Avoset. Пищевые продукты, обработанные с использованием процесса Avoset, упаковывались под ультрафиолетовыми лампами и стерилизованным воздухом внутри помещения с положительным давлением, чтобы не допустить попадания загрязняющих веществ в помещение для обработки. Стерилизация достигалась с помощью использования прямого впрыска пара при температуре 126–137 °C (260–280 °F) с последующим охлаждением. Пищевые продукты, обработанные с использованием этой технологии, описывались как «превосходный кремовый продукт», и каждую минуту производилось 75–100 контейнеров. [6]
Позже, в 1940-х годах, Мак-Кинли Мартин разработал асептический процесс Dole. [5] Обрабатываемые продукты варьировались от супов до специальных соусов, фруктов и молочных продуктов. [6] Этот процесс включал четыре этапа: [5] [6]
Асептическая машина Dole преодолела препятствия, которые привели к неудаче HCF, поскольку она могла обрабатывать контейнеры разных размеров, требовала меньше времени на обслуживание и стоила меньше. Качество обработанных продуктов было постоянным независимо от размера контейнера, что является важной характеристикой для чувствительных к теплу пищевых продуктов, из-за короткого времени обработки. Гороховый суп обрабатывался с помощью асептической машины Dole в следующей дозировке: время нагрева 140–146 °C (280–290 °F) в течение 3,53 секунды, время выдержки 8,8 секунды и охлаждение до 32 °C (90 °F) за 14,0–17,0 секунд по сравнению с обычным временем обработки 40–70 минут при 115–121 °C (240–250 °F). Отсутствие интереса со стороны потребителей привело к прекращению производства продуктов, которые обрабатывались в асептической машине Dole. [6]
Рой Грейвс начал стерилизовать молоко в 1940-х годах. Молоко, которое получали от коровы, проходило по трубопроводу в вакуумный резервуар, который затем нагревался до 285 °F, а затем охлаждался до комнатной температуры. Продукт, упакованный в металлические банки, был широко принят потребителями, не имеющими доступа к свежему молоку, включая армию США . [7]
В 1959 году в пищевой промышленности появились контейнеры из ламинированной бумаги, фольги и пластика, называемые тетраэдрами. В 1962 году шведская компания Tetra Pak представила этот контейнер на рынке США. Они продавали в этих контейнерах пастеризованное молоко и напитки. Компания Роя Грейвса начала стерилизовать этот контейнер хлором и смогла асептически заполнять и герметично запечатывать контейнер. Использование этих контейнеров не было принято американскими потребителями из-за их сложности в открывании. Он широко использовался ВМС США . [7]
В 1981 году перекись водорода была одобрена FDA для использования в стерилизации контейнеров. [5]
Сегодня суда, используемые для континентальной перевозки продуктов питания, оборудованы асептическими танками для перевозки фруктовых соков. Другим способом транспортировки асептически обработанных продуктов питания является использование асептических пакетов. [5]
Асептическая обработка позволяет правильно стерилизовать пищу вне контейнера, а затем поместить ее в предварительно стерилизованный контейнер, который затем запечатывается в стерильной среде. [1] Большинство систем используют стерилизацию сверхвысокой температурой (UHT) для стерилизации пищевого продукта перед его упаковкой. UHT стерилизует пищу при высоких температурах, обычно выше 135 °C, в течение 1–2 секунд. Это выгодно, поскольку обеспечивает более быструю обработку, обычно несколько секунд при высоких температурах (130–150 °C), и лучшее сохранение сенсорных и питательных характеристик. [1] Асептические продукты имеют срок хранения без охлаждения от нескольких месяцев до нескольких лет.
Стерилизация асептического упаковочного материала является важнейшим этапом асептической обработки пищевых продуктов. Эти контейнеры стерилизуются для уничтожения микроорганизмов, присутствующих на контейнере во время формирования и транспортировки, а также перед наполнением. [8] Существует множество методов стерилизации контейнеров, наиболее часто используемые методы включают: тепло, горячую воду, химические стерилизаторы ( перекись водорода или надуксусная кислота ), а также излучение или комбинацию методов. [7] [8]
Пищевые продукты UHT можно стерилизовать с использованием прямых или косвенных методов теплопередачи. Прямая теплопередача может быть достигнута с помощью паровой инъекции и паровой инфузии . Пищевые продукты, обработанные паровым инжектором , проходят через камеру инжекции, где пар (150 °C) впрыскивается в продукт, затем продукт мгновенно охлаждается до 70 °C. Прямая теплопередача подходит для термочувствительных пищевых продуктов, таких как молоко. Однако с помощью паровой инъекции можно обрабатывать только жидкости с низкой вязкостью, и для обеспечения стерилизации требуется высококачественный пар. [1] Паровая инфузия пищевых продуктов подразумевает свободное падение пищевых продуктов в пар под высоким давлением, который нагревает пищу примерно до 145 °C, а затем ее мгновенное охлаждение до 65–70 °C. Паровая инфузия обеспечивает переработчикам больший контроль по сравнению с паровой инъекцией и снижает риски пригорания и перегрева. Он может обрабатывать более вязкие пищевые продукты по сравнению с паровой инъекцией, но рискует засорить сопла в оборудовании. [1] Косвенные формы теплопередачи включают: пластинчатые теплообменники , трубчатые теплообменники или теплообменники со скребковой поверхностью. [7] Пластинчатые теплообменники в основном используются, потому что они недорогие и позволяют легко вносить изменения в процессе производства. Трубчатые и со скребковой поверхностью могут нагревать вязкую пищу с частицами или высоким содержанием мякоти с минимальным повреждением. [1]
Оборудование, используемое при асептической обработке пищевых продуктов и напитков, должно быть стерилизовано перед обработкой и оставаться стерильным во время обработки. [1] При проектировании оборудования для асептической обработки необходимо учитывать шесть основных требований: оборудование должно иметь возможность тщательной очистки, его необходимо стерилизовать паром, химикатами или высокотемпературной водой, стерилизующие среды должны иметь возможность контактировать со всеми поверхностями оборудования, то есть оборудование не должно содержать трещин, щелей или мертвых зон, оборудование должно иметь возможность поддерживаться в стерильном состоянии, его необходимо использовать непрерывно, и, наконец, оборудование должно соответствовать нормативным требованиям. [7]
Асептическая упаковка обычно делится на следующие категории: [9] заполнение, сборка, формирование, термоформование , выдувное формование , а также системы упаковки и хранения навалом. [3]
Асептическая упаковка заключается в заполнении и герметизации стерилизованного упаковочного материала стерилизованным продуктом. Асептический упаковочный материал должен не только обеспечивать стерильные условия внутри упаковки и защищать продукт от физических повреждений, но и сохранять качество продукта внутри упаковки. [8] Для достижения этого из следующих компонентов формируется ламинированный материал: полужесткая бумага, алюминий и пластик. [3] Бумага (70%) обеспечивает жесткость, прочность и эффективную форму кирпича для упаковки; необходимо устранить потенциал для бактерий. [10] Полиэтилен низкой плотности (24%), наиболее распространенный пластик, используемый для асептической упаковки, расположенный на самом внутреннем слое, образует уплотнения, которые делают упаковку непроницаемой для жидкости. Алюминий (6%) находится на внутренней стороне асептической упаковки, образуя барьер против света и кислорода, тем самым устраняя необходимость в охлаждении и предотвращая порчу без использования консервантов. [11] Большая часть упаковочного материала, используемого в асептической упаковке, изготавливается из пластика, а не из металлических или стеклянных контейнеров из-за относительно низкой стоимости производства пластикового материала по сравнению с металлом и стеклом. Пластик легче металла или стекла, что делает его более дешевым и простым в транспортировке. Пластик также требует гораздо меньше энергии для производства, чем металл и стекло. [3] Эти факторы сделали пластик предпочтительным упаковочным материалом для использования в асептической обработке.
Существует множество факторов, которые могут влиять на тип асептического контейнера, выбранного для продукта. Следующие факторы могут влиять на выбор упаковочного материала для асептически обработанных продуктов: функциональные свойства пластикового полимера (свойства барьера для газа и водяного пара, химическая инертность , а также поглощение или удаление запаха и вкуса ), потенциальные взаимодействия между пластиковым полимером и пищевым продуктом, желаемый срок годности, экономические затраты, механические характеристики упаковочного материала (формовочные свойства, характеристики обработки материала и совместимость с методами упаковки и стерилизации), условия транспортировки и обработки (прочность, сжатие), соответствие нормативным требованиям и целевая группа потребителей. [12]
В зависимости от продукта можно выбирать из ряда различных типов контейнеров. В таблице ниже приведены несколько типов контейнеров и примеры. [3]
Асептическая обработка сохраняет качество пищевых продуктов за счет быстрой тепловой обработки с последующим коротким временем выдержки и быстрым охлаждением. [1] По сравнению с консервированием , при котором пищевые продукты подвергаются высокотемпературной обработке, быстрая тепловая обработка, обеспечиваемая асептической обработкой, позволяет лучше сохранять термочувствительные характеристики пищевых продуктов. [1]
Вкус асептически обработанных пищевых продуктов изменяется минимально. [1] Молочные продукты могут иметь привкус вареных продуктов из-за воздействия сульфгидрильных групп. При хранении вкус уменьшается, поскольку сульфгидрильные группы окисляются . Сильно обработанное молоко может иметь горький привкус из-за протеолиза . [1]
Молочные продукты могут иметь изменения в цвете, эффект, вызванный потемнением Майяра . Это зависит от количества редуцирующего сахара, образования пирализинов и меланоидинов , степени обработки и температуры хранения. [1]
Пигменты растений, каротин и бетанин , не затрагиваются, в то время как хлорофилл и антоцианы снижаются минимально. [1]
Мясо менее склонно к затвердеванию при асептической обработке по сравнению с консервированными продуктами. [1]
Вязкость фруктового сока не изменяется. Обработанные нарезанные кусочки фруктов и овощей мягче по сравнению с необработанными кусочками в результате растворения пектиновых веществ и потери тургора клеток. [1]
Асептическая обработка обеспечивает стерильность посредством процесса мгновенного нагрева при температурах от 91 °C до 146 °C и минимально обрабатывается. Благодаря значительно более короткому времени обработки и температурному диапазону, используемым при асептической обработке по сравнению с обычной стерилизацией, такой как консервирование, продукты, обработанные асептически, способны сохранять больше питательных веществ. [13] Рибофлавин , пантотеновая кислота , биотин , ниацин и витамин B6 не подвергаются воздействию. При асептической обработке теряется около 10% тиамина и витамина B12 , около 15% фолиевой кислоты и пиридоксина и около 25% витамина C. [1]
Продукты, обработанные асептически, обладают лучшей сохранностью питательных веществ, витаминов и натуральных пигментов ( хлорофилла , антоцианов , беталаинов , каротиноидов ) по сравнению с консервированными продуктами из-за более низкой температуры, которой подвергаются продукты во время обработки. [1] Асептическая обработка обеспечивает гибкость в использовании различных размеров контейнеров, а также возможность добавления биоактивных и термочувствительных компонентов после обработки ( пробиотиков , омега-3 жирных кислот , конъюгированных линолевых кислот ). [1]
Асептическая обработка обходится дороже, чем консервирование, поскольку стерилизация упаковочных материалов требует другого оборудования и может оказаться сложной. [1] Кроме того, сложно поддерживать стерильность воздуха в помещении для обработки. [1]
Инспекции асептической обработки являются одними из самых сложных проверок операций по производству пищевых продуктов. Органы, контролирующие процесс, обязаны установить процесс, который обеспечивает коммерческую стерильность для следующих видов:
На предприятии должна вестись документация по производственным операциям, демонстрирующая достижение коммерческих стерильных условий на всех участках предприятия. [4]
Общие нормативные требования для всех пищевых продуктов, регулируемых Управлением по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США (FDA), содержатся в разделе 21 Свода федеральных правил США (CFR), часть 117. Раздел 113.40 перечисляет конкретные требования к системам асептической обработки и упаковки, включая спецификации для оборудования и приборов. Одним из требований правил FDA является то, что все операции по термической обработке должны проводиться под оперативным контролем лица, которое завершило одобренный FDA курс обучения по контролю систем термической обработки, укупорки контейнеров и процедур подкисления. Школа лучшего управления процессами предоставляет раздел по системам асептической обработки и упаковки и будет соответствовать требованиям FDA для руководителей асептических операций. [14]
Органы по обработке, ответственные за асептические системы, должны знать определенные факторы, уникальные для операций асептической обработки и упаковки, поэтому особые знания в этой области необходимы. Ни FDA, ни другие регулирующие органы не ведут список признанных органов по обработке, однако некоторые организации широко признаны в государственных учреждениях и отрасли как имеющие опыт и экспертизу. Правила FDA полагаются на органы по асептической обработке и упаковке для установления параметров стерилизации продукта, упаковок и оборудования, чтобы гарантировать коммерческую стерильность конечного продукта. [14]
Формы, которые в настоящее время используются для подачи асептических процессов для малокислотных продуктов в FDA, это Форма 2541c. Процессы для подкисленных продуктов, которые обрабатываются и упаковываются асептическим способом, подаются в соответствии с 2541a. Кроме того, перерабатывающие предприятия должны быть зарегистрированы в FDA с использованием Формы 2541. FDA также разработало Электронную систему заполнения процессов для малокислотных консервированных продуктов (LACF), которая облегчает заполнение и отправку форм. [14]
FDA осуществляет полномочия в отношении типов систем асептической обработки и упаковки, которые могут использоваться для производства продуктов питания для распространения в торговле США, путем рассмотрения и принятия или отклонения форм подачи заявок на процесс от отдельных фирм-переработчиков. FDA может запросить у переработчика достаточную техническую информацию для оценки адекватности оборудования и процедур, используемых для производства коммерчески стерильного продукта. Пока FDA не найдет никаких дальнейших возражений против подачи заявки на процесс, компания не может распространять продукцию, произведенную с помощью этой системы, в межгосударственной торговле. [14]
Конечные асептические продукты должны пройти инкубационный тест перед выпуском продукта в продажу. Фирма должна определить время и температуру инкубации, а также количество инкубируемых контейнеров. [14] Обычно принято инкубировать при температуре 20–25 °C в течение как минимум 7 дней, а затем сразу же или после первого считывания проводить инкубацию при температуре 30–35 °C в течение общего минимального времени инкубации 14 дней. Другие графики инкубации должны основываться на подтверждающих данных проверки. Важно отметить, что перед инкубацией контейнеры со средой для роста микроорганизмов необходимо перевернуть, чтобы убедиться, что все поверхности тщательно смочены средой. [15]
FDA полагается на периодические проверки перерабатывающих предприятий для контроля за соблюдением своих нормативных требований. Частота проверок для отдельного предприятия может значительно различаться в зависимости от упакованных продуктов, возникновения потенциально опасных проблем обработки на предприятии и наличия инспекционного персонала FDA. [14]
{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )