Асептическая обработка - это метод обработки, при котором коммерчески стерилизованные термически жидкие продукты (обычно пищевые или фармацевтические ) упаковываются в предварительно стерилизованные контейнеры в стерильных условиях для производства продуктов длительного хранения, которые не нуждаются в охлаждении. [1] Асептическая обработка почти полностью заменила стерилизацию в контейнерах жидких пищевых продуктов, включая молоко , фруктовые соки и концентраты, сливки , йогурт , заправку для салатов , жидкое яйцо., и смесь 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: термическая стерилизация продукта, стерилизация упаковочного материала и сохранение стерильности во время упаковки. [2] Чтобы гарантировать коммерческую стерильность, требуется оборудование для асептической обработки, которое должно вести надлежащую документацию производственных операций, показывая, что коммерчески стерильные условия были достигнуты и поддерживаются на всех участках предприятия. [3] Любое нарушение запланированного процесса для системы обработки или упаковки означает, что затронутый продукт должен быть уничтожен, переработан или отделен и сохранен для дальнейшей оценки. [3] Кроме того, перед возобновлением операций по переработке и / или упаковке необходимо очистить и повторно стерилизовать систему обработки и упаковки. Упаковочное оборудование и упаковочные материалы стерилизуются различными средами или комбинациями сред (например, насыщенным паром , перегретым паром, перекисью водорода и теплом и другими видами обработки). [3]
Историческое развитие пищевых продуктов
Асептическая обработка была получена на основе машины Олин Болл , разработанной в 1927 году. [4] Хотя HCF добилась успеха в улучшении сенсорных качеств обработанного шоколадного молока по сравнению с консервированным продуктом, использование оборудование было затруднено из-за его стоимости, обслуживания и негибкости для обработки контейнеров различных размеров, что привело к отказу машины. [5]
В 1940-х годах процесс Avoset был разработан Джорджем Гриндродом. Пищевые продукты, обработанные с использованием процесса Avoset, упаковывались под ультрафиолетовыми лампами и стерилизованным воздухом в помещении с избыточным давлением, чтобы не допустить попадания загрязняющих веществ в помещение для обработки. Стерилизация была достигнута за счет использования прямого впрыска пара при температуре 126–137 ° C (260–280 ° F) с последующим охлаждением. Пища, обработанная с использованием этой техники, была описана как «отличный кремовый продукт», и каждую минуту производилось 75–100 контейнеров. [5]
Позже, в 1940-х годах, Мак-Кинли Мартин разработал метод Dole Aseptic Process. [4] Переработанная пища варьировалась от супов до фирменных соусов, фруктов и молочных продуктов. [5] Этот процесс включал четыре этапа: [4] [5]
- Стерилизация продукта путем нагревания и немедленного охлаждения
- Стерилизация тары и крышек паром
- Асептическое розлив охлажденных продуктов в предварительно простерилизованные контейнеры.
- Герметизация крышек в атмосфере насыщенного или перегретого пара
Асептическая машина Dole преодолела препятствия, которые привели к выходу из строя HCF, поскольку она могла обрабатывать контейнеры различных размеров, требовала меньше времени на техническое обслуживание и меньше затрат. Качество обработанных продуктов оставалось неизменным независимо от размера контейнера, что является важной характеристикой термочувствительных пищевых продуктов из-за короткого времени обработки. Гороховый суп обрабатывали с использованием 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 потребителей вынудило отказаться от производства продуктов, которые обрабатывались в асептической машине Dole. [5]
Рой Грейвс начал стерилизовать молоко в 1940-х годах. Молоко, полученное от коровы, прошло по трубопроводу в вакуумный резервуар, который затем нагревается до 285 ° F, а затем охлаждается до комнатной температуры. Продукт, расфасованный в металлические банки, был широко принят потребителями, не имеющими доступа к свежему молоку, в том числе американскими военными . [6]
В 1959 году в пищевой промышленности появились многослойные контейнеры из бумаги, фольги и пластика, получившие название тетраэдр. В 1962 году шведская компания Tetra Pak представила этот контейнер на рынке США. Они продавали пастеризованное молоко и напитки в таре. Компания Роя Грейвса начала стерилизовать этот контейнер хлором и смогла асептически заполнить и герметично запечатать контейнер. Использование этих контейнеров не было принято американскими потребителями из-за того, что их трудно открывать, однако они широко использовались ВМС США . [6]
В 1981 году FDA разрешило использовать перекись водорода для стерилизации контейнеров. [4]
Сегодня суда, используемые для континентальной перевозки пищевых продуктов, оснащены асептическими цистернами для перевозки фруктовых соков. Еще один способ транспортировки пищевых продуктов, прошедших асептическую обработку, - это использование асептических пакетов. [4]
Обработка
Асептическая обработка позволяет правильно стерилизовать пищу вне контейнера, а затем помещать в предварительно стерилизованный контейнер, который затем герметично закрывается в стерильной среде. [1] В большинстве систем используется стерилизация при сверхвысокой температуре (УВТ) для стерилизации пищевых продуктов перед их упаковкой. УВТ стерилизует пищу при высоких температурах, обычно выше 135 ° C, в течение 1-2 секунд. Это выгодно, поскольку позволяет ускорить обработку, обычно за несколько секунд при высоких температурах (130–150 ° C), и лучше сохранить сенсорные и питательные характеристики. [1] Срок хранения асептических продуктов без охлаждения составляет от нескольких месяцев до нескольких лет.
Стерилизация асептического упаковочного материала - важный шаг в асептической обработке пищевых продуктов. Эти контейнеры стерилизуются для уничтожения микроорганизмов, присутствующих на контейнере во время формования и транспортировки, а также перед заполнением. [7] Существует множество методов стерилизации контейнеров, наиболее часто используемые методы: нагревание, горячая вода, химические стерилизаторы ( перекись водорода или надуксусная кислота ) и облучение или комбинация методов. [6] [7]
Пищевые продукты, прошедшие асептическую обработку, можно стерилизовать с использованием прямых или косвенных методов теплопередачи. Прямая передача тепла может быть достигнуто за счет инжекции пара и паровой инфузии . Пищевые продукты, обработанные с помощью парового инжектора, проходят через камеру впрыска, где в продукт вводится пар (150 ° C), а затем продукт мгновенно охлаждается до 70 ° C. Прямая теплопередача подходит для термочувствительных продуктов, таких как молоко. Однако с помощью впрыска пара можно обрабатывать только жидкости с низкой вязкостью, и для обеспечения стерилизации требуется пар высокого качества. [1] Пищевые продукты, приготовленные паром, включают свободное падение пищи в пар под высоким давлением, который нагревает пищу примерно до 145 ° C, а затем мгновенно охлаждает ее до 65–70 ° C. Паровая инфузия обеспечивает переработчикам больший контроль по сравнению с паровой инфузией, а также снижает риск возгорания и перегрева. Он может обрабатывать продукты с более высокой вязкостью по сравнению с впрыском пара, но рискует заблокировать форсунки в оборудовании. [1] Косвенные формы теплопередачи включают пластинчатые теплообменники , трубчатые теплообменники или скребковые теплообменники. [6] Пластинчатые теплообменники используются в основном потому, что они недороги и позволяют легко заменять их в процессе производства. Трубчатая и очищенная поверхность позволяет нагревать вязкую пищу с частицами или высоким содержанием мякоти с минимальным повреждением. [1]
Оборудование и системы
Оборудование, используемое для асептической обработки пищевых продуктов и напитков, должно быть стерилизовано перед обработкой и оставаться стерильным во время обработки. [1] При разработке оборудования для асептической обработки необходимо учитывать шесть основных требований: оборудование должно иметь возможность тщательной очистки, оно должно быть способно стерилизоваться паром, химикатами или высокотемпературной водой, стерилизационные среды должны иметь возможность для контакта со всеми поверхностями оборудования, то есть на оборудовании не должно быть трещин, щелей или мертвых зон, оборудование должно храниться в стерильном состоянии, оно должно иметь возможность непрерывного использования, и, наконец, оборудование должны соответствовать нормам. [6]
Асептическую упаковку обычно подразделяют на следующие категории: [8] наполнение, сборка, форма, термоформование , выдувная форма , а также насыпная упаковка и системы хранения. [2]
- Заполнить и запечатать. Контейнеры заполняются и запечатываются в стерильных условиях, чтобы избежать заражения.
- Установить, заполнить и запечатать . Пластиковый контейнер устанавливается, затем стерилизуется, наполняется и запечатывается.
- Сформировать, заполнить и запечатать. В этой системе сначала стерилизуется рулон пленки. После стерилизации ему придают желаемую форму, заполняют и запечатывают.
- Термоформовать, заполнить и запечатать. Рулон пленки нагревают и термоформуют на стерильной поверхности или среде. Затем его заполняют и запечатывают, также в стерильной среде.
- Выдувать, заполнить и запечатать. Процесс требует, чтобы экструдируемый материал сначала был выдувным способом в стерильную упаковку перед заполнением и запечатыванием. Этот процесс обычно используется для производства бутылочных продуктов, таких как соки и газированные напитки.
- Системы оптовой упаковки и хранения. Упаковка, используемая для бестарного хранения (бочки, сумки, пакеты и т. Д.), Стерилизуется с использованием тепла или дезинфицирующих средств . После стерилизации их можно наполнить и запечатать.
Упаковочный материал
Асептическая упаковка состоит из наполнения и запечатывания стерилизованного упаковочного материала стерилизованным продуктом. Асептический упаковочный материал должен не только обеспечивать стерильные условия внутри упаковки и защищать продукт от физического повреждения, но и поддерживать качество продукта внутри упаковки. [7] Для этого ламинат формируется из следующих компонентов: полужесткая бумага, алюминий и пластик. [2] Бумага (70%) придает упаковке жесткость, прочность и эффективную форму кирпича; потенциал для бактерий необходимо рассмотреть. [9] Полиэтилен низкой плотности (24%), наиболее распространенный пластик, используемый для асептической упаковки, расположенный на самом внутреннем слое, образует уплотнения, которые делают упаковку непроницаемой для жидкостей. Алюминий (6%) находится внутри асептической упаковки, образуя барьер от света и кислорода, тем самым устраняя необходимость в охлаждении и предотвращая порчу без использования консервантов. [10] Большая часть упаковочного материала, используемого в асептической упаковке, изготавливается из пластика, а не из металлических или стеклянных контейнеров из-за относительно низкой стоимости производства пластика по сравнению с металлом и стеклом. Пластик легче металла или стекла, что делает его дешевле и проще в транспортировке. Для производства пластика также требовалось гораздо меньше энергии, чем для производства металла и стекла. [2] Эти факторы сделали пластик предпочтительным упаковочным материалом для асептической обработки.
Подбор асептических емкостей
Существует множество факторов, которые могут повлиять на тип асептической тары, выбранной для продукта. Следующие факторы могут повлиять на выбор упаковочного материала для продуктов, подвергшихся асептической обработке: функциональные свойства пластикового полимера (газо- и водонепроницаемость, химическая инертность , абсорбция вкуса и запаха или удаление скальпа ), потенциальные взаимодействия между пластиковым полимером и пищевым продуктом, желаемый срок хранения, экономические затраты, механические характеристики упаковочного материала (формовочные свойства, характеристики обращения с материалом и совместимость с методами упаковки и стерилизации), условия транспортировки и обращения (прочность, сжатие), соответствие нормативным требованиям и целевая группа потребителей. [11]
В зависимости от продукта можно выбрать различные типы контейнеров. В таблице ниже представлены несколько типов контейнеров и примеры. [2]
Тип контейнера | Примеры | Характеристики контейнера |
Жесткие контейнеры | Металлические банки, сумки, стеклянные бутылки и фляги | |
Картонные контейнеры | Картонные коробки из бумаги / фольги / пластика Webfed и Rollfed и предварительно отформованные картонные коробки | |
Полужесткие пластиковые контейнеры | Термоформованные чашки, ванны и подносы Webfed Готовые чашки, ванны, подносы и бутылки | Высокая производительность Гибкость работы, возможность предварительной проверки качества тары |
Гибкие пластиковые контейнеры | Пакеты, саше и т. Д. |
Влияние на качество еды
Асептическая обработка сохраняет качество пищевых продуктов за счет быстрой термической обработки с последующим коротким временем выдержки и быстрым охлаждением. [1] По сравнению с консервированием, при котором пищевые продукты подвергаются высокотемпературной обработке, быстрая термообработка, обеспечиваемая асептической обработкой, позволяет лучше сохранять термочувствительные характеристики пищевых продуктов. [1]
Вкус
Вкус продуктов, прошедших асептическую обработку, изменяется минимально. [1] Молочные продукты могут иметь привкус вареной из-за воздействия сульфгидрильных групп. Вкус уменьшается во время хранения по мере окисления сульфгидрильных групп . Молоко, подвергшееся строгой обработке, может иметь горький привкус из-за протеолиза . [1]
Цвет
Цвет молочных продуктов может измениться, что вызвано потемнением по Майяру . Это зависит от количества редуцирующего сахара, образования пирализинов и меланоидинов , степени обработки и температуры хранения. [1]
Растительные пигменты, каротин и бетанин , не подвержены влиянию, в то время как хлорофилл и антоцианы минимально восстанавливаются. [1]
Текстура
При асептической обработке мясо менее жестко, чем консервированные продукты. [1]
Не влияет на вязкость фруктового сока . Обработанные нарезанные кусочки фруктов и овощей мягче по сравнению с необработанными кусочками в результате солюбилизации пектиновых материалов и потери клеточного тургора. [1]
Пищевая ценность
Асептическая обработка обеспечивает стерильность за счет процесса мгновенного нагрева с температурами от 91 ° C до 146 ° C и минимальной обработки. Из-за значительно меньшего времени обработки и диапазона температур, используемых при асептической обработке, по сравнению с традиционной стерилизацией, такой как консервирование, продукты, подвергнутые асептической обработке, способны удерживать больше питательных веществ. [12] Рибофлавин , пантотеновая кислота , биотин , ниацин и витамин B6 не подвержены действию. Примерно 10% тиамина и витамина B12 , примерно 15% фолиевой кислоты и пиридоксина и примерно 25% витамина C теряются во время асептической обработки. [1]
Преимущества и ограничения
Преимущества
Продукты, обработанные в асептических условиях, лучше удерживают питательные вещества, витамины и естественные пигменты ( хлорофилл , антоцианы , беталаины , каротиноиды ) по сравнению с консервированными продуктами из-за более низкой температуры, которой подвергаются продукты во время обработки. [1] Асептическая обработка обеспечивает гибкость в использовании контейнеров различных размеров, а также возможность добавления биоактивных и термочувствительных компонентов после обработки ( пробиотики , омега-3 жирные кислоты , конъюгированные линолевые кислоты ). [1]
Ограничения
Асептическая обработка стоит больше, чем консервирование, потому что стерилизация упаковочных материалов требует другого оборудования и может быть сложной. [1] Кроме того, трудно поддерживать стерильность воздуха в помещении для обработки. [1]
Контроль и регулирование FDA для асептической обработки
Инспекции асептической обработки - одна из самых сложных инспекций производства пищевых продуктов. Органы управления технологическим процессом должны разработать процесс, обеспечивающий коммерческую стерильность для следующего:
- Продукт
- Все оборудование, включая удерживающую трубку и любое оборудование, расположенное ниже по потоку от удерживающей трубки, например, наполнитель
- Упаковочное оборудование
- Упаковочный материал.
На предприятии должна вестись документация по производственным операциям, свидетельствующая о достижении коммерческих стерильных условий на всех участках предприятия. [3]
Общие нормативные требования для всех пищевых продуктов, регулируемых Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), приведены в разделе 21 Свода федеральных правил США (CFR), часть 117. В разделе 113.40 перечислены особые требования к системам асептической обработки и упаковки, включая спецификации оборудования. и приборы. Одно из требований правил FDA состоит в том, что все операции термической обработки должны проводиться под операционным надзором лица, прошедшего утвержденный FDA курс инструкций по контролю систем термической обработки, укупорке контейнеров и процедурам подкисления. Школа лучшего управления процессами включает раздел по системам асептической обработки и упаковки и отвечает требованиям FDA для руководителей асептических операций. [13]
Органы обработки, отвечающие за асептические системы, должны знать определенные факторы, характерные для операций асептической обработки и упаковки, поэтому особые знания в этой области имеют важное значение. Ни FDA, ни другой регулирующий орган не ведут список признанных органов обработки, однако некоторые организации широко признаны в государственных учреждениях и в отрасли как имеющие опыт и знания. Правила FDA полагаются на органы, занимающиеся асептической обработкой и упаковкой, чтобы установить параметры стерилизации продукта, упаковки и оборудования, чтобы гарантировать коммерческую стерильность конечного продукта. [13]
Форма 2541c, используемая в настоящее время для регистрации асептических процессов для малокислотных пищевых продуктов в FDA, - это форма 2541c. Процессы для подкисленных пищевых продуктов, которые обрабатываются и упаковываются в асептических условиях, зарегистрированы в соответствии с 2541a. Кроме того, перерабатывающие предприятия должны быть зарегистрированы в FDA с использованием формы 2541. FDA также разработало электронную систему наполнения низкокислотных консервов (LACF), которая упрощает заполнение и отправку форм. [13]
FDA обладает полномочиями в отношении типов систем асептической обработки и упаковки, которые могут использоваться для производства пищевых продуктов для распространения в торговле США, путем рассмотрения и принятия или отклонения форм обработки от отдельных перерабатывающих фирм. FDA может запросить у переработчика достаточную техническую информацию для оценки соответствия оборудования и процедур, используемых для производства коммерчески стерильного продукта. Пока FDA не найдет дальнейших возражений против регистрации процесса, компании запрещается распространять продукцию, произведенную в этой системе, в межгосударственной торговле. [13]
Готовые асептические продукты должны пройти инкубационный тест до того, как продукт будет выпущен в продажу. Фирма должна определить время и температуру инкубации, а также количество инкубируемых контейнеров. [13] Обычно принято инкубировать при 20–25 ° C в течение минимум 7 дней, а затем сразу или после первого считывания инкубировать при 30–35 ° C в течение минимального времени инкубации 14 дней. Другие графики инкубации должны основываться на подтверждающих данных валидации. Важно отметить, что перед инкубацией контейнеры со средой для выращивания микробов необходимо перевернуть, чтобы обеспечить полное смачивание средой всех поверхностей. [14]
FDA полагается на периодические проверки перерабатывающих предприятий, чтобы контролировать соблюдение нормативных требований. Частота инспекций для отдельного предприятия может значительно варьироваться в зависимости от упакованной продукции, возникновения потенциально опасных проблем обработки на предприятии и наличия инспекционного персонала FDA. [13]
Смотрите также
- Выдувное заполнение уплотнения
- Косметические средства
- Биологически активная добавка
- Пищевая и биотехнологическая промышленность
- Пищевая химия
- Пищевая инженерия
- Обогащение пищевых продуктов
- Пищевая микробиология
- Упаковка для еды
- Консервация продуктов питания
- Реология пищевых продуктов
- Наука о еде
- Хранение продуктов
- Пищевые добавки
- Безопасности пищевых продуктов
- Пищевые технологии
- Картон для упаковки жидкости
- Нутрицевтики
- Нутрификация (также известная как обогащение пищи или обогащение)
- Фармацевтические препараты
- Мешочек для реторты
- Ультравысокотемпературная обработка
- Тетра Пак
Рекомендации
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р д т ы т у Fellows, Питер (2016). Технология пищевой промышленности: принципы и практика (4-е изд.). Кент: издательство Woodhead Publishing / Elsevier Science. ISBN 9780081005231. OCLC 960758611 .
- ^ а б в г д е Справочник по технике безопасности пищевых продуктов . Сун, Да-Вен. Оксфорд: Уайли-Блэквелл. 2011. ISBN. 978-1444333343. OCLC 767579357 .CS1 maint: другие ( ссылка )
- ^ а б в г FDA. «Асептическая обработка и упаковка для пищевой промышленности» . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США . Проверено 3 апреля 2018 .
- ^ а б в г д Пиллай, Суреш; Шаянфа, Шима (2014). Электронно-лучевая пастеризация и дополнительные технологии пищевой промышленности . Кембридж: издательство Woodhead Publishing. ISBN 9781782421085. OCLC 897799891 .
- ^ а б в г д Достижения в исследованиях пищевых продуктов Vol. 32 . Чичестер, Колорадо, 1925–, Schweigert, BS Сан-Диего: Academic Press. 1988. ISBN. 9780080567778. OCLC 647803601 .CS1 maint: другие ( ссылка )
- ^ а б в г д Д., Дэвид, Иаир Р. (2013). Справочник по асептической обработке и упаковке . Грейвс, Ральф Х., Семпленски, Томас. Бока-Ратон: Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781138199071. OCLC 811776682 .
- ^ а б в Ансари, ИА; Датта, АК (2003). «Обзор методов стерилизации упаковочных материалов, используемых в системах асептической упаковки». Переработка пищевых продуктов и биопродуктов . 81 (1): 57–65. DOI : 10.1205 / 096030803765208670 .
- ^ Херсом, AC (2009). «Асептическая обработка и упаковка продуктов питания». Food Reviews International . 1: 2 : 215–270.
- ^ Вайсанен, О.М. (1991). «Бактерии в пищевой бумаге и картоне» (PDF) . Журнал прикладной бактериологии . 71 : 130–133 . Проверено 24 марта 2021 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Уилхофт, Эдвард (1993). Асептическая обработка и упаковка пищевых продуктов в виде твердых частиц (1-е изд.). Лондон: Blackie Academic & Professional. С. 1–192.
- ^ Смит, Дж. Скотт (2004). Пищевая промышленность: принципы и приложения (1-е изд.). Айова, США: Blackwell Publishing.
- ^ Смолин, Лори (2017). Питание: наука и приложения (2-е изд.). Content Technologies, Inc.
- ^ а б в г д е Нельсон, Филип (1993). Принципы асептической обработки и упаковки (3-е изд.). США: Фонд науки и образования GMA. п. 151. ISBN. 978-1-55753-496-5.
- ^ Харгривз, Пол. «Рекомендации по валидации асептических процессов» . Схема сотрудничества в области фармацевтической инспекции . PIC / S . Проверено 8 мая 2018 .
дальнейшее чтение
- Bozenhardt, Erich H .; Боженхардт, Герман Ф. (18 октября 2018 г.). "Вы слишком много просите наполнителя?" . Pharmaceutical Online (гостевая колонка). VertMarkets . Проверено 30 октября 2018 года .
Внешние ссылки
- «Руководство для промышленности: стерильные лекарственные препараты, произведенные путем асептической обработки - действующая надлежащая производственная практика» (PDF) . Фармацевтические CGMP . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов . Сентябрь 2004 г. Архивировано 27 августа 2009 г. (PDF) из оригинала . Проверено 15 августа 2009 .