通过选择更高的温度和脱臼时间更优化蘑菇罐工艺蒸汽消耗

摘要

增加能源成本推动了食品罐装行业，以优化其能源消耗，以便有效地生产安全和货架稳定的食物。在蘑菇罐头工业中，能源效率对提高产品（价格）竞争力非常重要。该研究旨在展示总蒸汽消耗以达到相同的无菌水平（ -通过使用不同的时代组合和脱臼温度的不同组合来罐装蘑菇的价值。双孢蘑菇在盐水中罐头在水平静态蒸馏炉中进行热处理。三种不同的蒸馏温度(115、121和130°C)和不同的操作时间(从2到97分钟)，以达到不同的水平 -价值观。我们的研究结果表明，在相同水平的无菌水平时，随着蒸馏温度的增加，蒸汽消耗逐渐降低。同一等 -值为10分钟时，通过将温度从115到130°C和115到121°C分别提高到72.9%和58.1%的每批干馏的能源效率。由于蒸汽消耗是罐头工业生产成本的主要因素，选择较高的温度和较短的干馏时间将产生积极的商业影响，因为生产成本降低了。

1.介绍

热加工是最具成本效益的食品加工和保存技术之一，广泛应用于食品工业[1，2］．这是一种重要的技术，不仅是通过扩大保质期保留食品，而且还可以提高饮食质量，增加食物可用性，安全性和负担能力[3.］．加热食品的一定时期和温度，以实现商业灭菌条件的安全标准[4]，其中反驳是最常见的方法[5］．

在罐头食品生产过程中，蒸汽量是生产成本的一个主要因素[6］．食品罐头工业的一个关键问题是通过减少灭菌过程中的蒸汽消耗来尽量减少生产成本[7，8］．事实表明，食品罐装行业用批量蒸煮进行灭菌过程倾向于过度核实确保无菌商业条件的实现。[9- - - - - -12］．由于产品质量下降和未充分利用工厂产能，必须避免过度加热[13- - - - - -15］．不必要的过度加工可能导致蒸汽过度消耗，从而显著增加生产成本[16］．因此，应优化热处理，以最大限度地减少所需的能量消耗和所需的质量特性的恶化，并且由于消除腐败微生物而实现食品的所需保质期[17，18］．

各种热过程文献可用，但主要与微生物和生化方面的观点相关。能源管理研究优化Bhowmik和Hayakawa进行的蒸汽消耗[19]，辛普森等人。[20.， Kannan和Neeharika [21]，并holdsworth和simpson [22提供了理论评价和实验模型的示例，以及对热处理的实验室规模的能耗实践。然而，在各种温度和蒸汽过程中的蒸汽消耗研究 -真正的食品工业系统的价值仍然有限。

我们选择了蘑菇作为一个研究典范，因为蘑菇（姬松茸）是全球市场中受欢迎的罐装食品之一[23]以其营养特性认可[24］．然而，双孢蘑菇易腐烂，并迅速失去感官特性[25，对加热也极其敏感。本研究的目的是优化总汽耗，以达到相同的目标 -利用不同的时间和温度组合进行蒸煮。本研究希望通过优化设计和操作，提高蒸汽消耗效率，提高蘑菇罐头行业的竞争力。

2。材料和方法

2．1.材料

原料是新鲜的双孢蘑菇这些蘑菇是由印度尼西亚东爪哇岛Probolinggo的PT. Suryajaya Abadiperkasa栽培的。使用的设备有直径1.25 m、长度2.35 m的卧式静态蒸馏塔(台湾驰银发)、智能数字涡旋流量计和流量累计器(烟台汽车仪表制造有限公司)。我们使用了11个温度数据记录器OM-CP-Hitemp140和两个带有柔性探头的高温数据记录器OM-CP-Hitemp140- pt (Omega Engineering, Norwalk, Connecticut, USA)。OM-CP-Hitemp140和OM-CP-Hitemp140- pt数据记录器都是高精度设备，可潜水，可承受高达140°C(284°F)的温度，配备的探头精度为±0.1°C(0.18°F)，整个工作范围为-200至260°C(-328至500°F)。蒸汽由锅炉(Omnical GmbH No. 16496, Germany)生产，容量为3,000公斤/小时，最高温度为160°C，最大压力为6bar。

２.２.方法

利用数据记录仪观察不同的位置(热分布试验)，进行了初步试验，找出了蒸馏箱和灭菌器的最冷点。本研究是通过评估罐头产品的加热过程的充分性来进行的双孢蘑菇．灭菌过程的充分性是根据热渗透数据评估的，并作为最小值进行计算 -价值。转介给热处理专家学会(IFTPS)的热分布测试的实施程序[26］．共有11个无线数据记录器分布在罐头中心的一个蒸馏器中，以测量热穿透。

蒸馏炉由三个篮子组成，罐头盒杂乱地装在篮子里。每筐装700罐整菇制品或全容量存放。在进行实验前，先将蒸馏釜中的冷凝液去除。蒸煮操作人员保持其他灭菌参数(如温度和压力)，并按照罐头工厂标准操作程序的指示执行步骤。就热渗透测试而言，所有测试产品均按各食品罐头工厂的标准操作程序制备。所有被测试的产品都以蘑菇的固体成分为主要成分，因此可以假设被测试的包装主要通过传导加热。数据记录器被放置在罐子的中心，它们的尖端被放置在蘑菇产品的刚性部分内。的双孢蘑菇然后使用附加数据记录器测试的产品位于每个篮子的中心附近。使用涡流流量计测量蒸汽消耗[27］．

2.3。罐头过程条件

本研究开展的罐头过程是在蘑菇罐装工业中使用标准加工步骤，如图所示1．通常，蘑菇罐工艺的步骤是制备材料，漂白，填充罐，填充介质，排气，接缝，灭菌，冷却，标记和储存。该实验从繁殖的厂生产了罐装产品双孢蘑菇尺寸为8盎司罐的尺寸．

2．4． -价值计算

用于灭菌的蒸馏温度为115,121和130℃。在这项研究中，所用产品的平均初始温度是，开始时间是12分钟。热穿透测试使用校准的美国Omega无线数据记录器进行。不育性用一种 -用一般方法计算的值[14),如在哪里在121.1°C(250°F)的恒定温度下灭活的等效加热时间(分钟)表示的商业灭菌过程的热充分性是多少Clostridium botulinum.孢子。为任意给定时刻的温度;参考加工温度(121.1°C或250°F)，和 -值为10°C。

数据记录器安装在Retort中的预定位置，如图所示2．在蒸馏托盘的中间和蒸馏中心中间发现冷却区域。认为其内容的最冷点是蘑菇罐的几何轴线。共有11个数据记录器用于测量热渗透。

2．5．蒸汽消耗计量

采用与数字累加器集成的涡流流量计测量蒸汽耗量。蒸汽的总耗量是从“蒸汽启动”到“蒸汽关闭”或在启动和保持期间进行测量的。冷却过程没有测量，因为不需要蒸汽[20.］．计算了每道工序的蒸汽消耗 -值和蒸馏温度来描述这些参数之间的关系。涡旋流量计安装在入口蒸汽上，如图所示3.．

3.结果与讨论

耐储存的罐头双孢蘑菇被归类为商业无菌食品的原因是，，密封包装，热加工。商业无菌条件可以通过加热和其他处理来达到，这些处理足以使孢子失活，从而使食品在分配和储存期间不受在室温(非冷藏)下生长的微生物的影响。商业无菌通常被设定在最低限度 -12D值的值提供最耐热微生物的可行孢子的技术12日志循环减少[28］．商业灭菌过程的状况非常依赖于各种因素，例如pH，初始微生物载荷，微生物种类，加工产品和容器，培养基和储存条件中的热传递。

我们检验了蒸汽消耗， -值和操作者在三种不同的蒸馏温度下的灭菌时间，如图中所示4- - - - - -6．的 -值成为确定灭菌过程中温度和加热时间的组合时的主要考虑因素。相同 -值可以从不同的温度和灭菌时间的组合中得到。提高温度显著减少了达到相同温度水平所需的时间 -值(参见图4）。达到所需的估计灭菌时间 -值可以用得到的回归计算在每个温度。整个蘑菇浸泡在盐水中 -值为10分钟，在温度为115、121和130°C时，估计灭菌时间为39.32、11.22和1.30分钟，以达到推荐的灭菌时间 -值,分别。

以...的速率 -值可以由每条回归线的梯度确定(见图)4）。以...的速率 -值增加在较高的蒸馏温度下更快。最高率 -蒸馏温度为130°C的值遵循一般的方法公式（参见公式（1）））。的 -值是时间和工艺温度的函数。的 -值更多地取决于过程温度而不是过程时间[2，29］．

加工时间的增加导致所有蒸汽蒸汽消耗量增加（115,121和130°C），如图所示5．蒸汽消耗速率可以通过斜坡线的梯度来确定，其描述了处理时间的每分钟蒸汽消耗量。基于获得的回归，如图所示5，115,121和130℃的蒸汽消耗率分别为1.15,2.80和4.66千克/分钟。很明显，在相同的处理时间中，蒸汽消耗率较高，蒸馏率较高。

但是，在获得相同水平所需的时间内，温度较高的操作蒸煮器 -价值。因此，所需的蒸汽消耗可以由蒸汽消耗率和所需运行的组合来决定。例如，实现推荐 -在115,121和130°C下的10分钟值将采用39.32,11.22和1.30分钟的操作时间，因此需要分别更少45.11,31.47和6.08千克的蒸汽。它表明需要较少的蒸汽来获得相同的蒸汽 -在较高温度下的值。

越高 -值需要更高的蒸汽消耗在所有蒸馏温度。达到同样的目标 -值，使用更高的蒸馏温度（130°C）需要最少的蒸汽消耗，如图所示6．发生这种现象的原因是操作人员在三个蒸馏温度(115、121和130℃)之间的处理时间相同 -价值不同。在较低的蒸馏温度下，由于延长的持续时间，蒸汽消耗量更高。在达到蒸馏温度目标或保持周期之后，泄放器和排水阀保持完全打开，而蒸汽被注入蒸馏物，直到压力等同于蒸气压力器处的蒸气压以维持蒸发温度设定。温度较低的灭菌过程需要更长的操作员处理时间来达到相同的 -价值。加工时间越长，热损失就越大。在保温期间，蒸汽更多地用于补偿由于泄放器、凝结水、对流和辐射造成的热量损失[30.］．

Bhowmik和Hayakawa也报告了类似的迹象[19他们在两种不同的蒸馏温度(110°C和121°C)下使用食品模拟剂进行了研究。他们同时报告了这一点 -值，121°C的蒸汽消耗小于110°C的蒸汽消耗。我们的研究结果提供了更多的清晰度，因为我们使用了更广泛的抗腐蚀温度（在115,121和130°C的三种不同蒸馏温度下，我们在罐头行业的真实系统中测量的蒸汽消耗数据。

4.结论

基于蒸汽消耗，我们发现使用更高的温度和更短的时间与较低的温度和较长的脱回时间相比更经济。用于要求的罐装过程 -当温度从115℃提高到130℃、从115℃提高到121℃时，每批干馏汽耗效率分别达到72.9%和58.1%。

数据可用性

数据将提交给相应作者讨论。

的利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

这项工作得到了PT的支持。Suryajaya Abadiperkasa。这项工作由印度尼西亚FDA资助，项目编号（KP.03.01.243.08.15.05524）。

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