Деаэрация продуктов: работает ли удаление кислорода и как это контролировать
Содержание статьи
- 1. Что такое деаэрация и зачем она нужна в пищевой промышленности
- 2. Нормы содержания кислорода в пищевых продуктах
- 3. Влияние кислорода на качество и срок хранения
- 4. Температурные режимы процесса деаэрации
- 5. Методы контроля вакуума при деаэрации
- 6. Портативные приборы измерения остаточного кислорода
- 7. Оптимизация эффективности деаэрации
- 8. Проверка качества деаэрации
- Часто задаваемые вопросы
1. Что такое деаэрация и зачем она нужна в пищевой промышленности
Деаэрация представляет собой технологический процесс удаления растворенных газов из жидких пищевых продуктов. Основной целью является устранение кислорода и углекислого газа, которые негативно влияют на качество и срок хранения продукции.
Согласно данным международного справочника по переработке молочной продукции, сырое молоко содержит от четырех с половиной до шести процентов различных растворенных газов. Из них кислород составляет около ноля целых одной десятой процента, азот - около одного процента, а углекислый газ - от трех с половиной до четырех целых девяти десятых процента.
В молочной промышленности деаэрированные продукты демонстрируют улучшенную плотность, отсутствие посторонних запахов и повышенную стабильность при хранении. Процесс также критичен для производства консервов, соков, растительных масел и других категорий пищевой продукции.
2. Нормы содержания кислорода в пищевых продуктах
Содержание остаточного кислорода регламентируется в зависимости от типа продукции и способа упаковки. Требования различаются для молочных продуктов, консервов, напитков и упаковки в модифицированной газовой среде.
| Тип продукции | Целевое содержание O₂ | Применяемый метод | Значение для качества |
|---|---|---|---|
| Молоко после деаэрации | Менее 0,1% объемных | Вакуумная деаэрация | Устранение посторонних запахов |
| Соки и напитки | Следовые количества | Термовакуумная обработка | Сохранение витаминов и аромата |
| Консервы стерилизованные | Практически полное отсутствие | Вакуумирование + стерилизация | Предотвращение коррозии тары |
| Упаковка в МГС | Менее 1-2% объемных | Газовая продувка | Замедление окисления |
| Котловая вода (для справки) | Менее 0,05-0,2 мг/л | Термическая деаэрация | Защита от коррозии |
| Растительные масла | Минимально возможное | Азотирование | Предотвращение прогорклости |
Пример практического применения
Задача: Молочный завод проводит деаэрацию молока перед пастеризацией.
Исходное состояние: Сырое молоко содержит около шести процентов растворенных газов.
Процесс: Молоко нагревается до температуры от шестидесяти до семидесяти градусов Цельсия и подается в вакуумную камеру.
Результат: Содержание кислорода снижается до менее чем ноль целых одной десятой процента, что соответствует требованиям технологии.
Для упаковки в модифицированной газовой среде используются специальные поглотители кислорода, которые снижают его концентрацию до ноля целых одной десятой процента и ниже за двадцать четыре часа при комнатной температуре. Это обеспечивает продление срока хранения продукции в два-пять раз по сравнению с обычной упаковкой.
3. Влияние кислорода на качество и срок хранения
Кислород является одним из основных факторов, ограничивающих срок годности пищевых продуктов. Его присутствие инициирует окислительные реакции, которые приводят к порче продукции.
Основные процессы порчи, связанные с кислородом
| Тип воздействия | Механизм процесса | Видимые последствия | Характерное время |
|---|---|---|---|
| Окисление жиров | Прогорклость масел и жирных продуктов | Неприятный вкус и запах | От дней до недель |
| Деградация витаминов | Окисление витаминов С, Е и группы В | Потеря пищевой ценности | От одних до трех суток |
| Изменение цвета | Окисление пигментов в мясе и овощах | Побурение, потеря товарного вида | От часов до суток |
| Рост аэробных бактерий | Размножение микроорганизмов | Плесень, гниение | От двенадцати часов |
| Потеря аромата | Окисление летучих соединений | Изменение запаха продукта | От суток до недель |
Эффект деаэрации на срок хранения
Снижение содержания кислорода в упаковке продлевает срок годности продукции:
- Свежее мясо и птица - увеличение срока в два-три раза
- Молочная продукция - продление в полтора-два раза
- Хлебобулочные изделия - увеличение в два-четыре раза
- Снеки и чипсы - продление в три-пять раз
Окисление жиров приводит к прогорклости и изменению вкусовых качеств, что особенно критично для масел, орехов, молочных продуктов с высоким содержанием жира. Сухие пищевые продукты, такие как мука, чипсы, кофе, содержащие ненасыщенные жиры, особенно чувствительны к окислению даже при небольших концентрациях кислорода.
4. Температурные режимы процесса деаэрации
Температура является ключевым параметром, определяющим эффективность деаэрации. Растворимость газов в жидкости уменьшается с повышением температуры, что используется в термических методах удаления растворенных газов.
Типы деаэраторов по температурному режиму
| Тип системы | Рабочая температура | Давление в системе | Применение |
|---|---|---|---|
| Повышенного давления | От ста до ста восьмидесяти градусов | Выше атмосферного | Паровые котлы высокого давления |
| Атмосферные | Около ста - ста четырех градусов | Атмосферное | Водоподготовка, отопительные системы |
| Вакуумные | От сорока до девяноста градусов | Ниже атмосферного | Молочная промышленность, соки |
| Для молока | От шестидесяти до семидесяти градусов | Вакуум | Молочные заводы |
Процесс вакуумной деаэрации молока
Шаг 1: Предварительный нагрев молока до температуры от шестидесяти до семидесяти градусов Цельсия в пластинчатом теплообменнике.
Шаг 2: Подача нагретого молока в вакуумную деаэрационную камеру через тангенциальный вход для распределения тонкой пленкой.
Шаг 3: Создание вакуума, соответствующего температуре кипения на семь-восемь градусов ниже температуры нагрева.
Шаг 4: Мгновенное вскипание продукта с выделением растворенных газов.
Шаг 5: Конденсация паров влаги во встроенном конденсаторе и возврат в молоко.
Шаг 6: Удаление газов вакуумным насосом из системы.
Влияние температуры на растворимость газов
При температуре пять градусов Цельсия в одном литре воды растворяется около тринадцати миллиграммов кислорода. При нагревании до семидесяти градусов растворимость снижается в несколько раз. При температуре кипения вода практически полностью освобождается от растворенных газов.
5. Методы контроля вакуума при деаэрации
Эффективность вакуумной деаэрации напрямую зависит от точности поддержания заданного уровня разрежения в деаэрационной камере. Современные установки оснащаются автоматическими системами контроля давления.
Контрольно-измерительные приборы
| Тип датчика | Диапазон измерения | Типичная точность | Применение |
|---|---|---|---|
| Мембранные вакуумметры | От атмосферного до глубокого вакуума | От одного до двух процентов шкалы | Молочная промышленность |
| Емкостные датчики | Широкий диапазон давлений | От одного до трех процентов | Соковое производство |
| Пьезорезистивные | От вакуума до избыточного давления | От ноля целых пяти до двух процентов | Водоподготовка |
| Диафрагменные | Средний вакуум | От полутора до трех процентов | Масложировое производство |
Определение необходимого вакуума
Для эффективной деаэрации вакуум подбирается так, чтобы обеспечить кипение продукта при рабочей температуре:
Принцип: Температура кипения должна быть на семь-восемь градусов ниже температуры нагрева.
Пример для молока:
- Температура нагрева: семьдесят градусов Цельсия
- Требуемая температура кипения: от шестидесяти двух до шестидесяти трех градусов
- Соответствующее абсолютное давление определяется по таблицам насыщенного пара
Контроль давления в деаэрационной камере осуществляется датчиками, которые передают сигнал на автоматический регулятор. Регулятор управляет производительностью вакуумного насоса и положением клапанов для поддержания стабильного разрежения независимо от колебаний нагрузки.
6. Портативные приборы измерения остаточного кислорода
Контроль качества деаэрации требует измерения остаточного содержания кислорода в продукте или газовой среде упаковки. Современные портативные анализаторы позволяют проводить измерения непосредственно на производственных линиях.
Типы портативных анализаторов
| Тип прибора | Принцип работы | Диапазон измерений | Область применения |
|---|---|---|---|
| Электрохимические газоанализаторы | Окисление на электроде | От нуля до ста процентов объемных | Контроль упаковки в МГС |
| Оптические оксиметры | Тушение люминесценции | Растворенный кислород в жидкостях | Напитки, молоко, растворы |
| Амперометрические датчики | Мембранно-электродный | Микрограммы и миллиграммы на литр | Вода, технологические жидкости |
| Анализаторы серии ПКГ | Электрохимический сенсор | От нуля до ста процентов | Пищевая упаковка, производство |
Практика измерения в упаковке
Задача: Проверить качество упаковки мясных продуктов в модифицированной газовой среде на производственной линии.
Прибор: Портативный газоанализатор с иглой для прокола упаковочной пленки.
Процедура:
- Калибровка прибора по атмосферному воздуху
- Прокол упаковки в контрольной точке стерильной иглой
- Отбор пробы газа из внутреннего объема упаковки
- Считывание результата с дисплея прибора
- Документирование данных для контроля качества
Критерий: Содержание кислорода должно быть менее одного-двух процентов объемных для данного типа продукции.
Методы измерения в жидких продуктах
Для определения растворенного кислорода в жидких продуктах применяются амперометрический и оптический методы. Амперометрический метод основан на диффузии кислорода через мембрану к электродам, где происходит его восстановление с образованием электрического тока, пропорционального концентрации. Оптический метод использует принцип тушения люминесценции специального индикатора кислородом.
7. Оптимизация эффективности деаэрации
Достижение максимальной эффективности деаэрации требует оптимизации нескольких взаимосвязанных параметров процесса. Правильная настройка оборудования позволяет получить высокое качество продукта при разумных энергетических затратах.
Ключевые параметры процесса
| Параметр | Влияние на деаэрацию | Рекомендуемый диапазон | Способ регулирования |
|---|---|---|---|
| Температура нагрева | Определяет растворимость газов | Зависит от типа продукта | Пластинчатый теплообменник |
| Глубина вакуума | Обеспечивает кипение продукта | По температуре кипения | Вакуумный насос с регулятором |
| Время пребывания | Полнота удаления газов | От двадцати до шестидесяти секунд | Объем камеры и скорость потока |
| Площадь контакта | Интенсивность массообмена | Максимально возможная | Конструкция распылителя |
Комбинированные методы
Наиболее эффективным подходом является сочетание термической деаэрации с добавлением инертного газа. Подача азота в продукт выше по потоку от деаэрационной камеры способствует дополнительному вытеснению кислорода. Соотношение инертного газа к деаэрируемой жидкости обычно составляет от одной девятой до одной пятой по объему.
Снижение энергопотребления
Оптимизация энергозатрат достигается следующими методами:
- Рекуперация тепла: Использование тепла деаэрированного продукта для предварительного нагрева исходного - экономия до тридцати процентов энергии
- Оптимальный вакуум: Работа при минимально необходимом разрежении - снижение нагрузки на насос до двадцати процентов
- Автоматизация: Поддержание оптимальных параметров независимо от нагрузки - повышение эффективности до пятнадцати процентов
Дополнительная химическая обработка
В некоторых случаях после термической деаэрации применяются химические реагенты для связывания остаточного кислорода. В водоподготовке используются комплексные реагенты-ингибиторы коррозии. Однако для пищевых продуктов химические методы применяются ограниченно из-за требований к чистоте продукции.
8. Проверка качества деаэрации
Регулярный контроль эффективности деаэрации является обязательным элементом системы управления качеством на пищевых производствах. Существует несколько методов оценки остаточного содержания кислорода.
Методы лабораторного анализа
| Метод | Принцип | Диапазон | Время анализа |
|---|---|---|---|
| Йодометрический | Титриметрический | От пяти микрограммов на литр | От пятнадцати до двадцати минут |
| Колориметрический | С цветными индикаторами | От десяти микрограммов на литр | От пяти до двенадцати минут |
| Приборный амперометрический | Электрохимический | От единиц микрограммов на литр | От одной до двух минут |
| Оптический | Люминесцентный | Широкий диапазон | Менее минуты |
Методика проверки деаэратора
Этап 1: Отбор пробы исходного продукта до деаэрации с немедленной фиксацией содержания кислорода.
Этап 2: Отбор пробы деаэрированного продукта из выходного патрубка установки.
Этап 3: Параллельный анализ обеих проб одним методом в идентичных условиях.
Этап 4: Расчет степени удаления кислорода по разности концентраций.
Этап 5: Сравнение результата с технологическими нормативами.
Критерий качества: Эффективность деаэрации должна составлять не менее восьмидесяти пяти процентов для молочных продуктов.
Косвенные показатели качества
Помимо прямого измерения кислорода, качество деаэрации оценивается по косвенным показателям: отсутствие пузырьков воздуха в продукте после обработки, улучшение органолептических показателей, увеличение фактического срока хранения по сравнению с недеаэрированным продуктом, отсутствие посторонних запахов и привкусов.
Часто задаваемые вопросы
Эффективность деаэрации проверяется несколькими способами. Во-первых, визуальный контроль - в правильно деаэрированном продукте не должно быть видимых пузырьков воздуха. Во-вторых, продукт не должен иметь посторонних запахов, которые часто связаны с растворенными газами. В-третьих, срок хранения деаэрированного продукта значительно увеличивается по сравнению с обычным. Для точного контроля применяют портативные газоанализаторы или лабораторные методы измерения остаточного кислорода. Профессиональные производства обязательно проводят периодический контроль с документированием результатов.
Появление пузырьков после деаэрации указывает на проблемы в процессе. Основные причины: недостаточная температура нагрева продукта перед деаэрацией, неправильно подобранный уровень вакуума, слишком короткое время обработки, подсос воздуха через неплотности в системе, вторичное растворение газов при охлаждении продукта в присутствии воздуха. Для устранения необходимо проверить все параметры процесса, герметичность оборудования и убедиться, что продукт после деаэрации не контактирует с атмосферным воздухом до момента упаковки.
Допустимый уровень остаточного кислорода зависит от типа продукта. Для продуктов в модифицированной газовой среде обычно требуется менее одного-двух процентов объемных. Для вакуумной упаковки - практически полное отсутствие. Молочные продукты после деаэрации должны содержать менее ноля целых одной десятой процента кислорода. Соки и напитки требуют еще более глубокой деаэрации. Консервы должны иметь практически нулевое содержание кислорода для предотвращения коррозии и развития микроорганизмов. Конкретные требования устанавливаются технологическими инструкциями для каждого вида продукции.
Технически возможно использование универсального деаэратора для различных продуктов, но с определенными ограничениями. Оборудование должно быть изготовлено из нержавеющей стали пищевого класса, совместимой со всеми продуктами. Между переработкой разных продуктов необходима тщательная мойка и дезинфекция для предотвращения перекрестной контаминации. Параметры процесса должны регулироваться в широком диапазоне. На крупных производствах предпочтительно использовать отдельные линии деаэрации для различных групп продуктов - это обеспечивает стабильное качество и исключает риски загрязнения.
Правильно проведенная деаэрация положительно влияет на сохранность витаминов. Удаление кислорода предотвращает окислительную деградацию витаминов С, Е и группы В, которые особенно чувствительны к окислению. Кратковременное температурное воздействие при деаэрации обычно не превышает тридцати-шестидесяти секунд при температуре от шестидесяти до семидесяти градусов, что не приводит к значительным потерям термолабильных компонентов. Белки, жиры и углеводы остаются стабильными. Исследования показывают сохранение более девяноста пяти процентов исходного содержания витаминов в деаэрированных продуктах.
Регулярное техническое обслуживание деаэратора критически важно. Ежедневно проводят визуальный осмотр на предмет утечек и проверку показаний приборов. Еженедельно проверяют герметичность соединений и состояние уплотнений. Ежемесячно выполняют калибровку измерительных приборов и проверку эффективности деаэрации лабораторными методами. Ежеквартально проводят замену изношенных уплотнений и профилактику вакуумного насоса. Ежегодно требуется полная ревизия оборудования с разборкой основных узлов и поверка приборов в метрологической службе. Соблюдение графика обслуживания обеспечивает стабильную работу и высокое качество продукции.
Вздутие вакуумной упаковки может происходить по нескольким причинам. Недостаточная деаэрация продукта приводит к постепенному выделению остаточных газов. Развитие газообразующих микроорганизмов, что особенно опасно и может указывать на порчу продукта. Химические реакции внутри продукта с образованием газов. Нарушение герметичности упаковки с подсосом воздуха. Выделение углекислого газа из продуктов с высоким его содержанием. Для предотвращения необходимо обеспечить качественную деаэрацию, соблюдать санитарные нормы при упаковке, поддерживать температуру хранения не выше пяти градусов, использовать качественные упаковочные материалы с низкой газопроницаемостью.
Типичные ошибки включают: недостаточный предварительный нагрев продукта, что не позволяет эффективно выделиться газам; неправильный выбор глубины вакуума - слишком слабый не обеспечивает кипения, слишком сильный вызывает вспенивание; игнорирование проверки герметичности системы; недостаточное время пребывания продукта в камере; отсутствие регулярной калибровки измерительных приборов; использование загрязненного оборудования с отложениями; нарушение последовательности операций; игнорирование температурных режимов хранения. Для предотвращения ошибок необходимы обучение персонала, регулярный контроль параметров и своевременное техническое обслуживание.
Заключение
Деаэрация является важным технологическим процессом в пищевой промышленности, обеспечивающим продление срока хранения и сохранение качества продукции. Эффективность процесса зависит от правильного подбора температурного режима, глубины вакуума, времени обработки и качества контроля параметров.
Современные технологии деаэрации позволяют достичь остаточного содержания кислорода на уровне менее ноля целых одной десятой процента объемных, что соответствует требованиям качества и безопасности. Использование портативных анализаторов обеспечивает оперативный контроль непосредственно на производстве.
Успешная деаэрация требует комплексного подхода: правильный выбор оборудования, точная настройка параметров, регулярное техническое обслуживание и квалифицированный персонал. Вложения в качественные системы деаэрации окупаются за счет увеличения срока хранения продукции и снижения потерь от брака.
Источники информации
При подготовке статьи использовались следующие авторитетные источники:
- Dairy Processing Handbook (Tetra Pak) - международное руководство по технологиям переработки молока
- Научные публикации по теплоэнергетике и промышленной водоподготовке (Теплоэнергетика РФ, 2013-2025)
- ГОСТ Р 52054-2023 "Молоко коровье сырое. Технические условия" (вступил в силу 01.01.2025)
- СанПиН 2.3.2 по гигиеническим требованиям к пищевым продуктам
- Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 021/2011 "О безопасности пищевой продукции"
- Рекомендации Всемирной организации здравоохранения по микробиологической безопасности
- Техническая документация производителей деаэрационного оборудования
- Публикации специализированных изданий по пищевым технологиям (2023-2025 гг.)
Вся информация в статье основана на проверенных источниках и актуальна на 2025 год. Данные соответствуют современным технологическим подходам и нормативным требованиям, действующим в Российской Федерации и международной практике.
