СПОСОБ ОБРАБОТКИ КАРТОННЫХ КОНТЕЙНЕРОВ Российский патент 2008 года по МПК A23L3/10 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к автоклавным системам для сохранения в контейнере пищевых продуктов и конкретнее к автоклавным системам для использования с контейнерами, образованными из материалов, имеющих компонент материала на основе волокон (например, картона).

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обработка пищевых продуктов в контейнере производится либо в стерилизаторах периодического действия, либо в автоклавах непрерывного действия. Системы периодического действия состоят из одного или нескольких автоклавов, в которых обрабатывается загрузка контейнеров. Обычно обработка следует профилю времени, давления и температуры, который заранее определен, так что контейнеры, размещенные в «самой холодной» области загрузки все еще будут подвергаться достаточной летальности, чтобы продукты внутри контейнера стали полезными.

Температуры стерилизации, создаваемые внутри автоклава, обычно бывают в диапазоне от 115 до 130°С. Эти температуры могут вызвать избыточное давление внутри контейнера. Первые контейнеры для пищевых продуктов, такие как оловянные банки с гальваническим покрытием, были достаточно прочными для обработки в первых автоклавных системах. В этих системах обычно использовался только пар для создания необходимой температуры стерилизации. Оловянные контейнеры были способны выдерживать получающийся перепад давлений, который создавался между внутренним объемом контейнера и давлением насыщенного пара, который соответствовал температуре стерилизации в автоклаве, особенно во время тепловой обработки, когда давление в контейнере бывает больше, чем давление в резервуаре.

С течением лет разработчики пытались уменьшить стоимость используемых контейнеров, включая уменьшение толщины оловянной гальванической пластины. Кроме того, рассматривались другие типы контейнеров и упаковочного материала, некоторые из которых не были реализованы из-за их неспособности выдерживать перепад давлений. Другим усовершенствованием в промышленности обработки пищевых продуктов было введение перемешивания в автоклавах, что позволяет пользователям повышать температуры обработки, одновременно поддерживая (и даже улучшая) качественные характеристики пищевых продуктов.

Эти события привели к введению автоклавов, в которых дополнительное парциальное давление создается введением воздуха внутрь резервуара. Для обеспечения хорошего и стойкого переноса тепла к контейнерам обычно либо смесь пара с воздухом перемещается и непрерывно перемешивается вентилятором, или небольшое количество перегретой воды вводится в резервуар и непрерывно разбрызгивается или выливается струйкой над загрузкой. Давление внутри автоклава регулируется отдельно, и профиль в течение всей обработки делается таким, что упаковки не подвергаются недопустимым перепадам давления. Далее, в случае, например, пакетов, давление регулируется так, чтобы сохранять форму пакета. Это позволяет контейнеру поддерживать свои характеристики теплопередачи, соответствующие его конкретной форме.

Регулировка давления внутри резервуара также удовлетворяет необходимость уравновешивать давление внутри контейнера во время обработки. В некоторых случаях внутреннее давление в контейнере оказывается достаточным для того, чтобы контейнер разрывался, если в резервуаре не было создано противоположное давление. Как обычно понимают специалисты, для некоторых типов гибких контейнеров не важно иметь общее давление в резервуаре большим, чем давление в контейнере из-за температуры обработки, поскольку контейнер автоматически деформируется, и два давления (т.е. общее давление в резервуаре и общее давление внутри контейнера) сравняются.

На фиг.1 показаны обычные этапы процесса стерилизации в автоклаве, например система пара-воды-разбрызгивания, для использования с гибкими контейнерами. Эти контейнеры герметизируются, и у них нет оголенного картонного края. Обработка состоит из фазы прогревания, фазы тепловой обработки и фазы охлаждения. В фазе прогревания температура автоклава повышается с базового значения до температуры стерилизации (на фиг.1 это примерно 121°С). Аналогичным образом давление внутри резервуара автоклава регулируется для его увеличения от базового значения до избыточного давления примерно 2 бар. Во время фазы тепловой обработки температуру стерилизации и общее давление в резервуаре поддерживают в течение заранее определенного времени.

Фаза охлаждения включает в себя часть микроохлаждения, причем температуру циркулирующей воды медленно снижают во избежание любого внезапного падения пара, которое может произойти в резервуаре. Такое событие привело бы к ненормальным перепадам давления между давлением внутри контейнера и давлением в резервуаре автоклава. (Если это делать слишком быстро, давление внутри контейнера может не снизиться достаточно быстро, тем самым, разрывая контейнер.) Фаза охлаждения также включает в себя часть полного охлаждения, чтобы охладить загрузку, что обычно делается как можно быстрее. Каждая из разных фаз имеет свои собственные установленные скорости изменения температуры и давления.

В последнее время на рынке появился новый материал для контейнеров. Новый материал имеет многослойное соединение, выполненное из материала картона, покрытого несколькими слоями и покрытиями полимера. См., например, упаковочный материал, описанный в заявках WO 97/02140, WO 02/28637 и WO 02/22462, представленных здесь в качестве ссылок. В одном примере выполнения замкнутые контейнеры, выполненные из упаковочного материала такого типа, имеют оголенные картонные края. Согласно производителям таких материалов картонные края способны легко переносить молекулы воздуха, так что давление в самой стенке картона то же самое, что и давление в резервуаре во время обработки. Во время фаз тепловой обработки и начального охлаждения рекомендовано поддерживать относительно высокий уровень общего давления в резервуаре, чтобы избежать разрыва этих новых типов картонных контейнеров.

Однако в попытках использовать этот новый материал в обычной обработке в автоклавах стерилизации периодического действия замкнутых гибких контейнеров проникновение воды в оголенные картонные края, как оказалось, происходит на недопустимо высоких уровнях. Проникновение воды в эти края можно терпеть только в малых количествах, пока не подвергнется опасности целостность упаковки. Далее, было обнаружено, что это явление ухудшается, когда такие контейнеры обрабатываются в режиме перемешивания.

Таким образом, существует проблема, как избежать поглощения влаги в оголенном картонном крае замкнутого контейнера во время обработки. Данное изобретение занимается этой проблемой, как и другими, как описано ниже.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение представляет собой способ обработки пищевого продукта в замкнутой окружающей среде, такой как обычный резервуар автоклава. Способ включает в себя помещение контейнера в резервуар и проведение в нем фаз тепловой обработки и охлаждения, используя заранее определенные профили температуры, давления и времени. Согласно изобретению во время фазы охлаждения температуру и давление в резервуаре активно регулируют так, чтобы свести к минимуму поглощение жидкости в любой оголенной волокнистой поверхности. В одном примере выполнения это достигается путем снижения температуры согласно заранее определенному графику и путем одновременного уменьшения давления в резервуаре, следуя за уменьшением давления, возникающим из-за снижения температуры. В другом примере выполнения давление в резервуаре активно регулируют до значения, меньшего, чем изменение давления, соответствующего снижению температуры. При осуществлении настоящего изобретения обработку можно проводить быстро и без значительного поглощения влаги внутри волокнистого материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеуказанные аспекты и многие другие сопровождающие преимущества этого изобретения станут более понятными при ссылке на следующее подробное описание в сочетании с сопроводительными чертежами, на которых:

Фиг.1 - это график обработки в автоклаве, соответствующей уровню техники, показывающий установленные точки температуры и давления внутри резервуара автоклава;

Фиг.2 - это график этапов, перечисленных в таблице 1, и их соответствующие контрольные значения температуры и давления для использования в резервуаре автоклава с перемешиванием;

Фиг.3 - это график теоретических значений температуры и давления, соответствующих величинам, данным в таблице 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ПРИМЕРА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретатель определил, в отличие от того, как это понимают специалисты, что проникновение влаги в картонный край может происходить, потому что общее давление внутри резервуара автоклава больше общего давления внутри самого материала картона во время фазы охлаждения и особенно во время этапа начального охлаждения.

Когда фаза охлаждения началась и температура внутри резервуара уменьшилась, соответствующее изменение давления происходит внутри резервуара. Регулятор давления в автоклаве компенсирует это снижение, добавляя давление в резервуар путем введения дополнительного воздуха. Когда контейнеры опрыскиваются или орошаются струйкой более холодной воды обработки, понижение давления произойдет в материале картона. Изобретатель здесь высказал догадку, что парциальное давление, добавляемое в резервуар, также быстро не возникает в картоне. Таким образом, в течение короткого промежутка времени давление в резервуаре может быть больше, чем давление внутри материала картона, и, следовательно, окружающая влага попадает в оголенные края картона. С течением времени значения температуры и давления внутри резервуара, внутри материала картона и внутри замкнутого контейнера сравняются. Но когда эти значения не одни и те же, имеется тенденция того, что более низкое давление внутри материала картона втянет влагу вовнутрь через любую оголенную поверхность.

Таким образом, согласно настоящему изобретению, чтобы избежать или снизить этот доступ влаги, целесообразно в высшей степени контролировать общее давление в резервуаре и активно снижать его так, чтобы соответствовать снижению температуры во время фазы охлаждения, особенно в течение начального охлаждения. Это можно сделать различными способами.

Таблица 1. Ниже показан один пример выполнения способа обработки картонного контейнера, образованный в соответствии с настоящим изобретением, для использования в системе автоклава с перемешиванием. Для каждого отрезка времени условия внутри резервуара устанавливаются при заранее определенной температуре (обозначенной "установленная точка Т") и давлении (обозначенном "установленная точка Р"). Каждая часть продолжается установленный период времени (обозначенный "Время (мин)". Тип регулирования температуры и давления в течение периода времени также задан. Причем это либо пилообразные (наклонные), либо ступенчатые величины. Можно использовать и другие функции в зависимости от применения.

В Таблице 1 этап начального охлаждения (фаза 5) имеет продолжительность 4 минуты. В течение этого времени температура контроля резервуаром идет по наклону вниз со 130 до 122°С. Одновременно давление контроля резервуара идет по наклону вниз от 4,8 до 4 бар о.р. Остальные этапы интерпретируются аналогичным образом.

Таблица 1ФазаНазваниеВремя (мин)Тип температурыТип давленияУстановленная точка Т (С°)Установленная точка Р (Бар)1Прогревание2НаклонныйСтупень3522Прогревание4НаклонныйНаклонный1004,83Прогревание11НаклонныйНаклонный1354,84Теп. обработка30ВыдержкаВыдержка1304,85Охлаждение (начальное)4НаклонныйНаклонный1224

6Охлаждение4НаклонныйНаклонный1143,47Охлаждение8НаклонныйНаклонный992,68Охлаждение4НаклонныйНаклонный952,369Охлаждение5НаклонныйНаклонный902,1610Охлаждение10НаклонныйНаклонный301,511Охлаждение5ВыдержкаВыдержка301,512Конец и выпуск     

Этапы 5-9 иллюстрируют изобретательский аспект снижения давления внутри резервуара так, чтобы соответствовать снижению температуры. Установленные точки контроля давления основаны на Таблице 2 ниже, в которой теоретическое давление рассчитывается как функция температуры.

Теоретически для каждого падения температуры в резервуаре происходит соответствующее падение давления пара, как указано в обычных линиях насыщения пара. Кроме того, для каждого падения температуры в резервуаре происходит соответствующее падение давления воздуха согласно общему уравнению состояния газа (т.е. давление, умноженное на объем, деленное на температуру, равняется постоянной). В настоящем изобретении давление в резервуаре регулируется так, чтобы соответствовать падению давления, происходящему в ткани картона в результате снижения температуры.

В Таблице 2 ниже показаны рассчитанные значения давления пара и давления воздуха, и они используются для определения целевых установленных точек для фаз охлаждения. На практике во время охлаждения можно создать большое количество малых снижений давления, точно следуя теоретическому падению. Однако чтобы сохранить это программирование практичным и простым, этот наклон вниз можно осуществить только в нескольких фазах, причем целевые установленные точки поставлены несколько ниже теоретических значений, чтобы обеспечить запас прочности по поддержанию положительного давления внутри картона относительно давления в резервуаре. Таким образом, значения в шестом столбце немного меньше, чем значения в столбце пять Таблицы 2. Эти значения использовались в Таблице 2 (выраженные в терминах избыточного давления).

Как видно из Таблицы 2, первый столбец, названный "Время", указывает время событий в фазе охлаждения процесса стерилизации. Второй столбец, названный "Температура", - это целевая температура, контролируемая внутри резервуара автоклава. Третий столбец, названный "Р насыщения пара", - это теоретическое давление пара согласно известным данным насыщения пара для соответствующей температуры. Четвертый столбец, названный "Р парциальное", - это теоретическое парциальное давление воздуха внутри резервуара, начиная со 130°С, для получения абсолютного давления 5,8 бар и скорректированное для снижения давления согласно общему уравнению состояния газа, как функция температуры. Пятый столбец, названный "Р полное", - это теоретическое полное давление, отнесенное к температуре, т.е. сумма Р насыщения пара и Р парциального. Шестой столбец, названный "Р резервуара", - это установленная точка для контроля давления в резервуаре.

Таблица 2ФазаВремяТемператураР насыщения пара+Р парциальное=Р полноеР резервуара 01302,701303,098705,800005,8 0,51292,621503,0910145,712515,7 11282,543503,0833285,626835,6 1,51272,467503,0756415,543145,5 21262,393303,0679555,461265,4 2,51252,321003,0602695,381275,3 31242,250403,0525835,302985,2 3,51232,181603,0448965,226505,1541222,114503,031215,151715 4,51212,049203,0295245,078724,925 51201,985403,0218385,007244,85 5,51191,923303,0141524,937454,775 61181,862803,0064654,869274,7 6,51171,803902,9987794,802684,625 71161,746502,9910934,737594,55 7,51151,690602,9834074,674014,475681141,636202,975724,611924,4 8,51131,583202,9680344,551234,35 91121,531602,9603484,491954,3 9,51111,481502,9526624,434164,25 101101,432702,9449764,377684,2 10,51091,385202,9372894,322494,15 111081,339002,9296034,268604,1 11,51071,294102,9219174,216024,057121061,250402,9142314,164634 12,51051,208002,9065444,114543,95 131041,166802,8988584,065663,9 13,51031,126702,8911724,017873,85 141021,087802,8834863,971293,8 14,51011,050002,87583,925803,75 151001,013252,8681133,881363,7 15,599,50,995432,864273,859703,65816990,977612,8604273,838043,6 16,598,50,960312,8565843,816893,57 17980,943012,8527413,795753,54 17,597,50,926232,8488983,775123,51 18970,909442,8450553,754493,48 18,596,50,893152,8412123,734363,45 19960,876862,8373683,714233,42 19,595,50,861062,8335253,694593,39920950,845262,829823,674943,36 20,594,50,829942,8258393,655773,34 21940,814612,8219963,636613,32 21,593,50,799752,8181533,617903,3 22930,784892,814313,599203,28 22,592,50,770492,8104673,580953,26 23920,756082,8066243,562703,24 23,591,50,742122,802783,544903,22 24910,728152,7989373,527093,2 24,590,50,714622,7950943,509713,181025900,701092,7912513,492343,16

Давления в Таблице 2 выражены как «абсолютные давления» в барах, а не избыточных давлениях (или манометрические давления). Фаза начального охлаждения и фазы охлаждения следующих этапов в Таблице 2 нанесены на график фиг.3.

Хотя предпочтительный пример выполнения изобретения проиллюстрирован и описан, понятно, что в нем можно сделать разные изменения, не отходя от сути и объема изобретения. Например, настоящее изобретение можно применить к разным известным методам обработки, например, с использованием разбрызгиваемой воды и пара, пара-воды, струйки воды и др.

Кроме того, показано, что настоящее изобретение приводит к успешной обработке этих типов упаковок при обработках с перемешиванием и также может успешно применяться для статических видов обработки. В обоих случаях показано, что проникновение влаги минимально. Данное изобретение можно также применять в сочетании с другими методами снижения проникновения влаги для использования с гибкими контейнерами, имеющими компонент материала картона.

Хотя описанные здесь примеры выполнения включают в себя общее давление начального охлаждения, прилагаемое при 5,8 бар абсолютного давления, можно использовать другие исходные точки также вместе с их соответствующими скоростями наклона. Кроме того, вместо этого можно применять другие скорости снижения температуры и периоды времени. Например, можно сделать так, чтобы фаза начального охлаждения происходила быстрее или медленнее. В одном эксперименте снижение температуры по наклону со 130 до 100°С было успешно достигнуто за приблизительно 10 минут вместо приблизительно 15 минут, представленных выше в Таблице 1.

Изобретение относится к автоклавным системам для сохранения в контейнере пищевых продуктов, а конкретно к автоклавным системам для использования с контейнерами, образованными из материалов, имеющих компонент на основе волокон (например, картона). Способ обработки контейнера, имеющего компонент материала на основе волокна в резервуаре автоклава, включает в себя прохождение контейнера, заполненного продуктом, и герметизированного контейнера через фазу тепловой обработки и фазу охлаждения. Во время фазы охлаждения давление в резервуаре автоклава активно снижают до значения, меньшего, чем изменение давления, соответствующего снижению температуры. Т.е. перепад давлений между давлением в резервуаре и давлением в волокне сводится к минимуму и предпочтительно поддерживается отрицательным, тем самым не давая влаге проникать в любую оголенную волокнистую поверхность. 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Способ обработки пищевого продукта в резервуаре автоклава, предусматривающий:

(a) размещение пищевого продукта в контейнере, имеющем компонент материала на основе волокна, и герметизацию контейнера до закрытого состояния, причем контейнер имеет, по меньшей мере, один свободный край картона;

(b) размещение закрытого контейнера в резервуаре и тепловую обработку в нем пищевого продукта, включая регулирование внутренних условий резервуара с использованием контрольной температуры и контрольного давления; и

(c) охлаждение пищевого продукта внутри резервуара в соответствии с заранее заданным графиком температуры, указанный график температур содержит множество предопределенных контрольных величин температуры;

(d) где охлаждение пищевого продукта включает в себя активное снижение контрольного давления внутри резервуара автоклава согласно заранее заданному графику давления, причем указанный график температуры включает множество предопределенных контрольных значений давления, каждое контрольное значение давления соответствует значению контрольной температуры, включенному в график температур и имеет меньшее значение, чем теоретическое общее давление, зависящее от температуры на основании значения соответствующей контрольной температуры, что способствует предотвращению проникновения влаги в оголенный край картона, причем указанные контрольные значения давления достаточны для предотвращения разрыва автоклава.