Tecnología y equipos de esterilización de alimentos: requisitos para los materiales de embalaje

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puntos de vista : 38

autor : sumpot

tiempo de actualizacion : 2024-04-08 08:24:35

Los materiales de embalaje son el componente más crítico en el proceso de producción de alimentos esterilizados a alta temperatura. El desarrollo de alimentos esterilizados a alta temperatura va acompañado del avance continuo de los materiales de envasado. Aquí, hablemos de la relación entre los materiales de embalaje y la tecnología de esterilización de alimentos durante el proceso de esterilización de alimentos a alta temperatura basado en los materiales de embalaje que se ven comúnmente en el mercado hoy en día:

1. Materiales de embalaje duros

Los denominados materiales de embalaje rígidos se refieren aquí a un tipo de materiales de embalaje que no se pueden cambiar una vez que se forma la forma estructural de los materiales de embalaje.

Los materiales de embalaje rígidos y los materiales rellenos en materiales de embalaje tienen un cierto coeficiente de expansión lineal o de expansión del cuerpo cuando cambia la temperatura. Por lo tanto, al diseñar productos con materiales de embalaje rígidos, se dejará una cierta cantidad de espacio en la parte superior del contenedor: espacio en la cabeza, porque el espacio en la cabeza está lleno de aire y el aire tiene un cierto grado de compresibilidad. Cuando los cambios de temperatura hacen que cambie el volumen del material, inevitablemente provocarán cambios en el espacio del cabezal en el recipiente cerrado, lo que generará correspondientemente presión en el recipiente. Variedad. Para cada material, cada material de embalaje, diferentes especificaciones y diferentes modos de esterilización, la cantidad de espacio libre requerido será diferente. Este es sólo un análisis cualitativo. Los ajustes cuantitativos específicos siguen siendo necesarios. Se requiere que el personal técnico de la línea de producción establezca las condiciones de acuerdo con las condiciones determinadas.

01 botella de vidrio

La característica más importante de los materiales de embalaje de botellas de vidrio es que la temperatura ambiente no puede enfriarse o calentarse repentinamente durante el proceso de esterilización del producto. Para una sola botella, la diferencia de temperatura en varias partes del cuerpo no puede exceder un cierto valor (el valor específico de la diferencia de temperatura depende del material y la estructura de la botella de vidrio). Consulte el manual correspondiente para conocer la diferencia). Esto se debe a que el material de vidrio casi no tiene ductilidad ni dureza dentro del rango de temperatura de esterilización del producto. Si hay una diferencia de temperatura en toda la botella, la expansión y contracción térmica del material de vidrio dañará las distintas partes de la botella. La expansión lineal del vidrio es inconsistente, lo que genera tensiones internas en el material de la botella. Dado que la ductilidad del material de vidrio es muy pequeña, es decir, es muy quebradizo, una tensión interna excesiva hará que la botella se agriete, que es lo que dice el refrán, es mejor romperse que doblarse. .

Esta característica del material de la botella de vidrio determina el modo de esterilización y los requisitos estructurales de la retorta de esterilización utilizada en el proceso de esterilización: el proceso de cambio de temperatura en cada botella debe ser uniforme y continuo, y la velocidad de cambio de temperatura debe ser consistente con la estructura de la botella de vidrio. Adaptación, en resumen, la tensión interna causada por los cambios de temperatura en el cuerpo de la botella de vidrio no puede ser mayor que la resistencia que la botella de vidrio puede soportar.

Cuando se sella la botella de vidrio, es necesario descargar parte del gas de la botella, de modo que la botella de vidrio con la tapa instalada tendrá una presión negativa en comparación con la presión atmosférica. Hay dos propósitos para hacer esto. Primero, durante el proceso de esterilización, la presión dentro de la botella de vidrio no aumentará demasiado durante la etapa de alta temperatura (por supuesto, si la presión dentro de la botella aumenta demasiado, se puede equilibrar aumentando la presión dentro de la retorta de esterilización). Pero esto aumenta el consumo de aire comprimido). Otro propósito, que también es el principal, es que durante el almacenamiento de botellas y latas de vidrio, una vez que el material de relleno se deteriora, se genere gas debido a la actividad bacteriana. Como resultado, la presión en la botella de vidrio aumentará y la tapa abollada se hinchará, logrando así el propósito de recordarle al comensal que la comida en la botella se ha deteriorado antes de abrir la tapa.

Aunque la botella de vidrio es relativamente frágil, todavía tiene cierta resistencia. Por lo tanto, durante el proceso de esterilización, el rango de cambios de temperatura al que se adapta la botella de vidrio sigue siendo relativamente grande, lo que reduce los requisitos de precisión del control de la presión durante el proceso de esterilización. . Sin embargo, cabe señalar que durante todo el proceso de esterilización, la presión en la retorta de esterilización es correspondientemente mayor que la presión en la botella de vidrio. La diferencia de presión resultante entre el interior y el exterior de la botella de vidrio puede mejorar el efecto de sellado en la tapa de la botella.

02Lata de hojalata de tres piezas

Como su nombre indica, este tipo de lata se compone de tres piezas de material: el fondo, el cuerpo y la tapa. La lata de tres piezas hecha de hojalata puede soportar cambios bruscos de temperatura y también puede soportar una cierta diferencia de presión entre el interior y el exterior (la capacidad de soportar la diferencia de presión entre el interior y el exterior está determinada por el grosor de la placa, la forma de el tanque, el tamaño del tanque y otros factores).

Durante el proceso de esterilización por vapor, cuando la retorta esterilizadora se encuentra en la etapa de escape de vapor, el vapor ingresa rápidamente a la retorta esterilizadora y la temperatura dentro de la retorta aumentará repentinamente desde la temperatura normal a más de 100 °C, y el cambio de temperatura será bastante dramático. . Cuando se completa la esterilización y la preservación del calor, el proceso de esterilización tradicional consiste en liberar primero el vapor en la retorta de esterilización, lo que hace que la presión en la retorta disminuya. Sin embargo, el interior de la lata todavía está a la temperatura de esterilización y tiene una presión alta. En este momento, la lata soportará la mayor presión interna.

Para latas de hojalata con diámetros mayores, durante la etapa de esterilización a alta temperatura del proceso de esterilización, la presión dentro de las latas (para ser precisos, debería ser presión) no aumenta en comparación con las latas con diámetros pequeños, sino debido al área de la tapa del extremo ha aumentado mucho, por lo que la presión total que soporta la tapa del extremo también es mucho mayor. Por lo tanto, no es adecuado utilizar el modo de esterilización con vapor puro para latas de hojalata de mayor diámetro.

En el entorno de presión normal después del llenado y sellado, hacer que las latas presenten una presión negativa ayudará a reducir la presión dentro de las latas durante la etapa de alta temperatura del proceso de esterilización a alta temperatura.

03Lata de dos piezas

Las latas de dos piezas se distinguen por el material, que incluye aleación de aluminio y hojalata. Latas de aleación de aluminio de dos piezas, debido a que la ductilidad del material de aleación de aluminio es muy buena, el material de la lata se puede estirar muy fino y su resistencia a la tracción también mejorará enormemente, pero un material de aleación de aluminio tan delgado tiene su resistencia a la flexión. La resistencia disminuirá drásticamente, por lo que al llenar materiales en latas de dos piezas de aleación de aluminio, es necesario inyectar nitrógeno líquido en la lata antes de sellar. Después del sellado, el gas nitrógeno líquido se vaporiza para hacer que la presión dentro de la lata sea mayor que la de la lata. Un cierto valor de presión atmosférica externa, en términos sencillos, hace que la lata de dos piezas de aleación de aluminio se abulte para aumentar la resistencia de la lata misma.

Vale la pena señalar que cuando se realiza la esterilización a alta temperatura en latas llenas de nitrógeno, la presión dentro de las latas aumentará mucho, lo que requiere que la presión del ambiente de esterilización (presión dentro de la retorta de esterilización) donde se encuentran las latas también debe ser aumenta en consecuencia, de modo que la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la lata se reduce al rango permitido por el material del tanque.

En algunos casos, se cree que reducir la presión en algunas retortas de esterilización y aumentar la diferencia de presión de las latas durante la esterilización a alta temperatura no causa ningún problema con las latas. Esto no sólo puede reducir el consumo de aire comprimido, sino también reducir el costo de fabricación de las retortas de esterilización. Costo (reduciendo la presión de trabajo máxima permitida de la retorta de esterilización, reduciendo correspondientemente el espesor de la pared del tanque). Esto es un malentendido: en lugar de pensar así, ¿por qué no trabajar duro para reducir el espesor de las paredes de los materiales de las latas de aleación de aluminio? Cómo mejorar la eficiencia económica de los fabricantes que utilizan productos de latas de aleación de aluminio es una explicación económica muy simple.

La presión dentro de la lata de dos piezas de aleación de aluminio (que depende de esta presión para darle a la lata una alta resistencia a la compresión) está determinada por factores como la cantidad de nitrógeno que se llena, la altura del espacio del cabezal después de verter el material y la temperatura ambiente. La cantidad de presión necesaria se ve afectada por las propiedades mecánicas del material del cuerpo de la lata de aleación de aluminio, la fuerza de impacto extrema máxima que el producto de lata puede soportar durante el almacenamiento y el transporte, y otros factores. La elección cuidadosa y cuidadosa de estos parámetros mejorará beneficiosamente los beneficios económicos de la empresa.

Para las latas de ferroaleación de dos piezas, debido a las propiedades mecánicas del material de ferroaleación, la lata terminada todavía tiene una cierta resistencia a la flexión y, en la mayoría de los casos, no es necesario llenarla con nitrógeno.

04 caja de papel de aluminio

La clasificación de las cajas de papel de aluminio como materiales de embalaje duros no se basa en la resistencia a la flexión de los materiales de embalaje, sino en la capacidad antideformación de los materiales de embalaje. Podemos entender que las cajas de papel de aluminio son los materiales de embalaje duros más frágiles. Paquete. Los materiales que componen las cajas de papel de aluminio son casi inelásticos, lo que significa que son propensos a la deformación plástica. Durante las etapas de calentamiento, aislamiento y enfriamiento del proceso de esterilización de materiales llenos en cajas de papel de aluminio, a medida que cambia la temperatura, el volumen de gas en la caja de papel de aluminio debe mantenerse constante, lo que garantiza que la caja de papel de aluminio no se vea afectada. por deformación.

Durante el proceso de esterilización de la caja de papel de aluminio, a medida que cambia la temperatura en la retorta de esterilización, la temperatura de los materiales en la caja de papel de aluminio también cambia en consecuencia. Vale la pena señalar que el tiempo de retraso del cambio de temperatura en la caja de papel de aluminio está relacionado con el contenido lleno. Relevante para las propiedades del material. A medida que cambia la temperatura, el estado del gas en la caja de papel de aluminio también cambia al mismo tiempo. Si desea evitar que cambie la forma de la caja de papel de aluminio, debe mantener constante el volumen del gas en la caja de papel de aluminio. Mantenga constante el volumen del gas en la caja de papel de aluminio. , la presión del gas en la caja debería cambiar en consecuencia. Dado que el material de papel de aluminio de la caja de papel de aluminio difícilmente puede soportar una ligera diferencia de presión en ambos lados, es decir, la presión dentro de la caja de papel de aluminio es casi igual a la presión dentro de la retorta de esterilización fuera de la caja de papel de aluminio. Por lo tanto, la presión dentro de la retorta de esterilización de la caja de papel de aluminio durante el proceso de esterilización el ajuste de presión debe seguir estrictamente los cambios de temperatura.

Con el análisis anterior de los cambios en el estado de la caja de papel de aluminio durante el proceso de esterilización, podemos sacar una conclusión: mientras la presión dentro y fuera de la caja de papel de aluminio sea igual, la forma de la caja de papel de aluminio no cambiar. Esto es muy importante para el proceso de esterilización de cajas de papel de aluminio. La formulación tendrá una influencia vital en el diseño de la estructura de la retorta de esterilización.

Es relativamente fácil determinar los parámetros del proceso de esterilización de un solo producto de caja de papel de aluminio y garantizar que su forma permanezca sin cambios. Sin embargo, en la producción real, los productos de cajas de papel de aluminio se esterilizan en lotes durante el proceso de esterilización. Para garantizar que la calidad de esterilización de cada lote de productos de cajas de papel de aluminio (principalmente en referencia a la forma de la caja de papel de aluminio) sea consistente, es necesario diseñar la estructura de la caja de papel de aluminio en sí, la estructura de la jaula de esterilización, el modo de esterilización y la estructura del hervidor de esterilización, etc. En términos de estilo, debemos trabajar duro en los siguientes elementos:

a) Según el análisis anterior, las características de transferencia de calor de los materiales empaquetados en la caja de papel de aluminio deben ser lo más consistentes posible. Para lograr esto, al diseñar la fórmula del producto, se debe tener en cuenta el método de transferencia de calor a través de la caja de papel de aluminio al material durante el proceso de esterilización. En prácticas de producción específicas, ya sea un fabricante de productos que utiliza autoclaves esterilizantes o una empresa de fabricación de equipos que fabrica autoclaves esterilizantes, es necesario analizar cuidadosamente las características termodinámicas de productos esterilizados específicos. Este es el mejor proceso de esterilización para formular productos esterilizados. Muy útil;

b) La velocidad del cambio de temperatura debe controlarse estrictamente. Dado que el material de la caja de papel de aluminio es particularmente frágil, difícilmente puede soportar cualquier diferencia de presión entre el interior y el exterior. La presión dentro de la caja de papel de aluminio está determinada por la temperatura de los materiales del interior. Durante las etapas de calentamiento, aislamiento y enfriamiento del proceso de esterilización, la transferencia de calor de todos los productos. La velocidad debe sincronizarse dentro del rango requerido, de modo que la presión en todas las cajas de papel de aluminio en la retorta de esterilización esté dentro de la misma presión requerida. rango, de modo que todas las cajas de papel de aluminio no se verán afectadas por la deformación debido a la diferencia de presión dentro de sus propias cajas. . Al considerar este tema, siempre se debe recordar una cosa: durante el proceso de esterilización, todos los productos en la retorta de esterilización están en el mismo ambiente de presión, y la presión en la caja de papel de aluminio cambiará a medida que cambien los materiales en la caja. La presión del ambiente externo de la caja de papel de aluminio se puede ajustar en cualquier momento. La base para ajustar la presión externa de la caja de papel de aluminio se basa en los cambios en la presión dentro de la caja de papel de aluminio. El resultado requerido es maximizar la diferencia de presión interna y externa que puede soportar el material de la caja de papel de aluminio. Extremadamente cerca de cero;

c) Al mismo tiempo, la temperatura de los productos de las cajas de papel de aluminio en el esterilizador debe controlarse dentro del rango requerido. En operaciones prácticas específicas, es muy difícil lograr temperaturas absolutamente consistentes en todas partes de la retorta esterilizadora. Esto requiere tomar ciertas medidas para mantener al mínimo la temperatura de los productos esterilizados en la retorta esterilizadora. diferencia de temperatura;

d) En la práctica de producción, debido a las limitaciones de la estructura existente del equipo de retorta de esterilización, la mayoría adopta calentamiento por etapas. Es decir, debido a que no se puede eliminar el fenómeno de distribución desigual del calor durante el proceso de calentamiento, el calentamiento se detiene y la temperatura se detiene cada vez que ésta aumenta. Manténgase caliente a esta temperatura durante algún tiempo. De esta manera, se pueden retrasar los productos con un aumento de temperatura relativamente rápido y se pueden calentar los productos con un aumento de temperatura relativamente lento, de modo que la temperatura de todos los productos en la retorta de esterilización se mantenga dentro de un rango de diferencia de temperatura requerido. Por supuesto, si la tasa de aumento de temperatura de todos los productos y la temperatura al mismo tiempo durante el proceso de aumento de temperatura se mantienen constantes desde la estructura interna de la retorta de esterilización, el calentamiento continuo es la mejor manera de calentar.

2. Materiales de embalaje flexibles

01Bolsas de cocción al vacío de alta temperatura de embalaje blando

La esterilización de productos de embalaje flexible es relativamente fácil, porque los requisitos para el control de presión de los productos de embalaje flexible son relativamente amplios, es decir, siempre que la presión en la retorta de esterilización sea superior a un cierto valor, que es de lo que normalmente hablamos. sobre la esterilización a presión constante. Cómo determinar la presión establecida en la retorta de esterilización durante el proceso de esterilización es una cuestión que merece una seria consideración.

Es necesario considerar los siguientes aspectos al establecer la presión:

a) Siempre que la presión sea superior a la presión de vaporización de la temperatura de esterilización en un cierto valor, el valor específico de la presión de vaporización depende del producto específico. Generalmente, la presión establecida es aproximadamente 0,05 mayor que la presión de vaporización de la temperatura de esterilización. ~0,1 MPa es suficiente;

b) La presión de ajuste en la retorta de esterilización es superior al límite inferior de la presión de vaporización, lo que ahorra el consumo de aire comprimido;

c) La presión de ajuste en la retorta de esterilización es superior al límite superior de la presión de vaporización. Cuanto menor sea la expansión del gas contenido en el material del producto, la textura del material del producto será más densa, lo que será beneficioso para el producto durante el proceso de esterilización. El calor se transfiere a;

d) Al diseñar la estructura del tanque y el modo de esterilización de la retorta de esterilización, se debe considerar que la presión en la retorta de esterilización no debe fluctuar demasiado durante todo el proceso de esterilización, y el límite inferior de reducción de presión no debe excederse durante el proceso de fluctuación de presión. El valor mínimo se establece para evitar efectos adversos sobre la calidad material de los materiales de embalaje y productos esterilizados. Este punto debería atraer la atención de los desarrolladores de procesos de esterilización de productos, porque en prácticas de producción específicas, a veces la reducción y fluctuación de la presión en la retorta de esterilización ocurren instantáneamente y a menudo son difíciles de observar en tiempo real;

e) Otro factor que debe considerarse al ajustar la presión en la retorta de esterilización es el margen de cavitación de la bomba de circulación de agua. Este factor involucra principalmente el diámetro de entrada y el caudal de la bomba de circulación, la posición de apertura de la salida de agua en la retorta, etc. Vale la pena señalar que una vez que ocurre la cavitación, causará ruido, vibración, fluctuaciones de flujo y otros fenómenos del bomba de agua.

02Materiales de embalaje inflables para embalaje blando.

Envases flexibles inflables, la mayoría de los cuales son bolsas autoportantes con papel de aluminio. Para este tipo de material de embalaje, dado que el material de embalaje contiene aire, el volumen del aire cambiará con los cambios de temperatura. Si desea mantener su estado inicial (volumen) sin cambios, o minimizar la cantidad de cambio, necesita cambiar el embalaje. El estrés del entorno al que está expuesto el material. En otras palabras, la presión en el recipiente de esterilización debe cambiar con la temperatura, de modo que la deformación del material de embalaje pueda mantenerse dentro del rango requerido.

Un problema que requiere atención aquí es que durante el proceso de calentamiento y enfriamiento, todos los productos en la retorta de esterilización deben estar dentro de un rango de temperatura lo más pequeño posible, porque la temperatura del gas en el producto afecta directamente el volumen del gas. . Todos los productos en el contenedor de retorta esterilizante se encuentran en el mismo entorno de presión externa. Si la diferencia de temperatura entre diferentes lugares en la retorta esterilizadora es grande durante el proceso de calentamiento y enfriamiento, inevitablemente conducirá a diferencias en las temperaturas internas de los productos en diferentes lugares. Aumento, lo que hace que sea más difícil asegurar la deformación de la bolsa de papel de aluminio (esto es similar a las características de la caja de papel de aluminio antes mencionada, pero los requisitos son relativamente menores que los de la caja de papel de aluminio).

Materiales de embalaje de botellas 04PE

Una de las principales características de las botellas de plástico es que su resistencia será baja después de calentarse, tienen cierto grado de plasticidad, se encogen por calor y tienen cierta elasticidad.

1. Cuando el volumen del gas en un espacio cerrado permanece constante bajo presión normal y la temperatura aumenta de 30°C a 121°C, la presión en este espacio cerrado aumentará a 1,2587 veces la presión normal. Por supuesto, si hay agua presente, es necesario agregar la presión del vapor saturado.

2. Cuando se llena en caliente a 75°C, incluso si la botella de plástico mantiene su forma durante la esterilización, enfriamiento, etc., después de que el material de la botella de plástico se enfríe a una temperatura normal de 30°C, debido al cambio en la densidad del agua. ,:

● Para una botella de plástico de 360 ml, el volumen de agua se reducirá en 7,416 ml;

●Para una botella de plástico de 1500 ml, el volumen de agua se reducirá en 30,9 ml.

3. Cuando se llena en caliente a 75 ℃, debido al cambio en la densidad del agua durante la esterilización a 120 ℃, para:

● Para una botella de plástico de 360 ml, el volumen de agua se expandirá en 11,448 ml;

●Para una botella de plástico de 1500 ml, el volumen de agua se expandirá en 47,7 ml.

4. Debido al cambio de densidad del agua a diferentes temperaturas, de 30 ℃ a 120 ℃, para:

● Para una botella de plástico de 360 ml, el cambio de volumen del material es 18,864 ml;

● Para una botella de plástico de 1500 ml, el cambio de volumen del material es 78,6 ml;

5. Del cálculo anterior, se puede ver que el volumen del material en la botella de plástico cambiará mucho a diferentes temperaturas, y la botella de plástico es un material blando. Para la cavidad de la botella de plástico sellada, debido al volumen del contenido, la contracción en sí no puede soportar la presión externa, por lo que solo puede adaptarse mediante su propia deformación. En vista de esto, se recomienda dejar algo de espacio libre en la botella durante el llenado para que la botella de plástico pueda adaptarse a los cambios en el espacio libre durante todo el proceso de esterilización después del llenado.

6. Para las botellas de plástico, cuando se llenan a una temperatura más baja, a medida que aumenta la temperatura, por un lado, el volumen de agua se expande (la presión ambiental del agua es mayor que la presión de vaporización del agua), y el volumen es incompresible, por lo que en el espacio dentro de una botella de plástico cerrada, si el volumen de la botella de plástico permanece sin cambios, el espacio superior en la botella debe reducirse y la presión del aire en el espacio superior aumentará (deje que el aire Compresión , dejando espacio para que lo ocupe el agua en expansión), esta es la contrapresión requerida en la retorta de esterilización.

7. ¿Cuánto espacio libre necesitas reservar para diferentes tipos de botellas? ¿Cuál es la temperatura de llenado adecuada? ¿Cuánta contrapresión se necesita en la retorta de esterilización? Todos requieren cálculos y experimentos específicos para obtener datos precisos.

8. El método de cálculo es: primero determine la cantidad de llenado, determine el volumen de espacio libre razonable que debe reservarse mediante el cambio en la densidad del material a diferentes temperaturas (es decir, el cambio en el volumen del material) y luego determine el volumen de la botella de plástico. Especificación. O cuando se determina el tipo de botella, se puede determinar una proporción razonable de materiales y espacio libre. Sólo con una proporción razonable de material a espacio superior se puede compensar la expansión del material durante el proceso de esterilización mediante la reducción del espacio superior bajo una determinada presión. De lo contrario, sólo podrá adaptarse mediante la expansión de la propia botella de plástico.

9. Método de prueba: durante el proceso de calentamiento, mantenimiento y enfriamiento, observe los cambios de estado de las botellas de plástico en el dispositivo de prueba en cualquier momento, ajuste constantemente la presión en el dispositivo, de modo que la forma de la botella de plástico permanezca básicamente sin cambios y registrar diferentes velocidades de calentamiento. A continuación, los valores de presión necesarios a diferentes temperaturas se introducen en la retorta de esterilización del taller de producción para determinar los parámetros del proceso de esterilización de botellas de plástico.

A través del análisis anterior de los materiales del producto, materiales de embalaje, etc., el control de temperatura está relacionado principalmente con la esterilización del producto y también afecta los indicadores físicos y químicos del producto, mientras que el control de presión está relacionado principalmente con los materiales de embalaje del producto. En términos sencillos, al formular el proceso de esterilización de un producto, los parámetros de cambio de temperatura deben determinarse en función de las propiedades físicas y químicas del material del producto y los requisitos de esterilización, y los parámetros de cambio de presión deben determinarse en función de las propiedades físicas de el material de embalaje. Estos dos puntos deben dominarse. La esterilización de productos es crucial.

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