Способ получения термообработанной наполненной и закрытой металлической банки (варианты)
Изобретение относится к способу получения термообработанной наполненной и закрытой металлической консервной банки. Способ заключается в наполнении гибкой металлической чашки содержимым, закрытии гибкой металлической чашки крышкой, предпринятии мер для достижения пониженного давления в консервной банке после закрытия крышкой, а также термообработке закрытой консервной банки. При этом используют банку с гибкостью, по меньшей мере, 25 мл/бар. Достигается возможность стерилизации большого количества банок гибкого типа при непрерывном процессе гидростатической стерилизации без необходимости включения в оборудования дополнительных дорогих ступеней, а также использования легкоснимаемой герметизированной крышки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к способу получения термообработанной наполненной и закрытой металлической консервной банки.
Термообработанная наполненная и закрытая металлическая консервная банка обычно будет содержать пищевой продукт для людей или животных, который термообработан или подлежит термообработке в закрытой металлической упаковке после ее наполнения. Термообработка, которой подвергается пищевой продукт, по существу связана с видом пищевого продукта и, кроме того, может варьироваться в зависимости от рецептуры и изготовителя.
Металлом для консервной банки обычно является сталь или алюминий. В сталелитейной и алюминиевой промышленности, а также в тароупаковочном производстве и пищевой промышленности ведется непрерывный поиск по улучшению упаковки, например, в отношении количества материала, расходуемого при изготовлении банки, или количества материала, который может быть переработан для повторного использования, или внешнего вида банки, воспринимаемого потребителем.
Примером достижений в процессе непрерывного усовершенствования является банка типа "Le Carró®", которая является многослойной консервной банкой, имеющей плоские части корпуса, как это описано, например, в EP 1005428, раскрывающем "металлический корпус для упаковочных целей, например консервной банки для пищевых продуктов".
Согласно EP 1005428 создание гибкой банки делает возможным осуществление способа термообработки, например стерилизации наполненной банки в автоклаве, посредством чего банка нуждается в намного менее осторожном обращении по давлению. На практике это означает, что можно намного легче достигнуть регулирования давления в автоклаве. Ничего плохого не может произойти, пока давление в автоклаве выше, чем давление в банке.
Хотя вышеуказанная банка "Le Carró®" была очень многообещающей, существует проблема, заключающаяся в том, что термообработка в автоклавах не всегда является экономически привлекательной даже при гибком режиме работы. Промышленные стерилизационные автоклавы действуют периодически, а периодический процесс не является экономически привлекательным для всех пищевых продуктов в рассматриваемых упаковках для пищевых продуктов.
Кроме того, существует потребность в нахождении лучших технических решений в отношении доступности упакованного в банки пищевого продукта посредством создания легкооткрываемых крышек, и, как известно, такие крышки вследствие их легкой открываемости будут более уязвимыми в отношении - даже очень низкого - внутреннего избыточного давления, особенно когда такое избыточное давление сочетается с высокой температурой, например температурой стерилизации в 120°C или более, и со временем, например периодом стерилизации полчаса или более. В данном патентном документе термин "избыточное давление" обозначает давление в закрытой банке, которое выше, чем давление снаружи закрытой банки. Аналогично этому термин "пониженное давление" обозначает давление в закрытой банке, которое ниже, чем давление снаружи закрытой банки.
Теперь эта проблема решается или существенно снижается посредством первого варианта осуществления изобретения, определенного как способ получения термообработанной наполненной и закрытой банки, при котором
- наполняют металлическую чашку,
- закрывают металлическую чашку крышкой, получая герметичную термообрабатываемую консервную банку,
- подвергают консервную банку термообработке,
при этом предпринимают меры для достижения пониженного давления в консервной банке после закрывания чашки, отличающийся тем, что консервная банка является гибкой.
Упомянутые меры включают этап, относящийся к группе этапов, при котором
- используют частично замороженное наполнение,
- используют компоненты с наполнением, которые взаимодействуют после закрывания консервной банки, уменьшая удельный объем наполнения в консервной банке,
- вводят пар в чашку после ее наполнения и до закрывания,
- закрывают чашку при давлении ниже атмосферного,
- частично вакуумируют консервную банку после закрывания.
Термин "гибкий" обозначает, что объем, который занимает закрытая и наполненная банка, значительно увеличивается при наличии лишь небольшого избыточного давления в банке и значительно уменьшается при наличии лишь небольшого пониженного давления в банке.
Выбирая при этом способе банку с этим свойством гибкости, можно достигнуть преимуществ благодаря переключению от ориентированного на давление подхода к ориентированному на объем подходу, что будет дополнительно объяснено ниже.
В этом контексте наполнение содержит компоненты, которые взаимодействуют после закрывания чашки, уменьшая удельный объем наполнения в консервной банке, например наполнение содержит компоненты, которые после закрывания чашки реагируют с образованием продукта реакции, который занимает меньший объем, чем объем первоначальных компонентов, и это независимо от влияния температуры на объем.
В варианте осуществления способа согласно изобретению, при котором выбрана консервная банка гибкого типа, банка закрыта легкоснимаемой герметизированной крышкой, приклеенной герметиком к металлической чашке. Согласно изобретению теперь можно использовать такую легкооткрываемую, но чувствительную к избыточному давлению крышку, несмотря на термообработку, которая согласно существующему в промышленности предубеждению обязательно вызывала бы избыточное давление, которое приводило бы к разрушению такой герметизированной крышки, чувствительной к избыточному давлению.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения выбирают гибкую консервную банку, которая имеет гибкость больше, чем 25, или равную 25, предпочтительно 35, при этом ниже дается подробное количественное определение гибкости. При выборе консервной банки со значительно большей величиной гибкости, чем у обычных термообрабатываемых банок, существенно уменьшается риск слишком высокого избыточного давления, а также риск слишком большого пониженного давления.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения выбирают гибкую консервную банку, способную без разрушения выдерживать уменьшение объема больше, чем на 7,5%, предпочтительно больше, чем 10%, или даже на 15%. При выборе такой консервной банки сводится к минимуму риск разрушения при чрезмерном пониженном давлении.
Кроме того, изобретение воплощено в способе по пункту 1 формулы изобретения, при котором выбирают чашку с по существу плоской стенкой. Такая чашка является гибкой благодаря механическим свойствам, присущим по существу плоской, образующей стенку части корпуса чашки.
Кроме того, вышеуказанная проблема решается или значительно снижается благодаря второму варианту осуществления изобретения, определенному как способ получения термообработанной наполненной и закрытой банки, при котором
- наполняют металлическую чашку,
- закрывают металлическую чашку крышкой, получая герметичную термообрабатываемую консервную банку,
- подвергают консервную банку термообработке,
при этом предпринимают меры для достижения пониженного давления в банке после закрывания чашки, отличающийся тем, что консервная банка относится к жесткому типу и при этом консервная банка содержит легкоснимаемую крышку, приклеенную к металлической чашке, причем мерами являются вышеупомянутые меры.
Термин "жесткий" обозначает, что объем, который занимает закрытая и наполненная банка, существенно не изменяется при наличии даже значительного избыточного давления в банке и наоборот.
Выбирая при этом способе консервную банку с этим свойством жесткости и при ориентированном на давление подходе изменяя внутреннее пониженное давление до более высоких абсолютных величин, понижая, таким образом, максимальное внутреннее избыточное давление, теперь можно использовать "герметизированную" крышку банки при условии, что жесткая банка изготовлена достаточно прочной для того, чтобы выдерживать увеличенное внутреннее пониженное давление, как это будет дополнительно объяснено ниже.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 приведен график зависимости между ΔP-ΔV при однородной температуре T, который показывает характеристику банки "Le Carró®", имеющей легкоснимаемую крышку, и сравнительной банки во время стерилизации с различными степенями наполнения под вакуумом, достигаемыми введением пара в чашку банки до ее закрывания. Линия 1 относится к банке "Le Carró®", линия 2 - к сравнительной банке, линия 3 - к верхним границам и линия 4 - к нижним границам, как это будет объяснено ниже.
По вертикальной оси отложено изменение объема ΔV банки в мл, а по горизонтальной оси - перепад давления ΔP через банку в барах. Измерения ΔP-ΔV выполняли закачиванием текучей среды (в этом случае - воды) в уже наполненную банку (состояние избыточного давления) или откачиванием воды из наполненной банки (состояние пониженного давления). Изменения давления или объема измеряли при закачивании или откачивании воды.
На фиг.1 линия гибкости, относящаяся к банке "Le Carró®" (стенка - 0,13 мм, донышко - 0,17 мм, легкоснимаемая крышка - 0,17 мм) проходит из левой нижней четверти в правую верхнюю четверть, и наклон этой линии характеризует гибкость банки "Le Carró®", фотография которой показана на фиг.2. Линия гибкости, относящаяся к "сравнительной банке", также проходит из левой нижней четверти в правую верхнюю четверть, и наклон этой линии характеризует гибкость круглой сравнительной банки (состоящая из 3 частей стальная банка диаметром 73 мм и толщиной 0,14 мм с обычными концами толщиной 0,196 мм и максимальной емкостью 414 мл при окружающих условиях). При определении гибкости как наклон ΔV/ΔP линии гибкости в интервале между ΔV=10 мл и ΔV=10 мл банка "Le Carró®" имеет гибкость приблизительно 154, которая почти в 9 раз больше гибкости сравнительной банки, равной приблизительно 17.
Для полноты отметим, что для возможности сравнения гибкости разных контейнеров в случае, когда испытывался бы контейнер с другой емкостью, например контейнер с максимальной емкостью 500 мл при окружающих условиях, интервал, используемый для вычисления гибкости, будет 400/414·10, что составляет приблизительно 12 мл.
Верхние и нижние границы характеризуют крайние технологические режимы, которым может подвергаться банка во время процесса стерилизации. Верхние границы процесса стерилизации соответствуют температуре стерилизации 121°C и противодавлению 2 бара, а нижние границы - температуре стерилизации 20°C и противодавлению также 2 бара.
Конкретные граничные условия, показанные на фиг.1, относятся к помещению начинки при температуре 60°C в цилиндрический опытный сосуд емкостью также 414 мл с оставлением 5% свободного пространства над начинкой и к приложению поршнем давления к содержимому опытного сосуда (т.е. как к начинке, так и к содержимому свободного пространства). К опытному сосуду прилагали внешнее давление в 2 бара. Измеряли изменения давления и объема в опытном сосуде при нижней температуре 20°C и верхней температуре 121°C.
"Нормальная" граница - это положение, при котором не подается никакого пара в чашку банки до ее закрывания. Однако при температуре начинки 60°C будет вытесняться приблизительно 20% воздуха в свободном пространстве над начинкой. Остальные верхние и нижние граничные условия выражены в процентных величинах, которые показывают процент воздуха, принудительно замещенного введением пара в свободное пространство над начинкой. Такое частичное или полное наполнение под вакуумом приводит к тому, что банка должна выдерживать меньшее избыточное давление во время стерилизации.
Согласно изобретению избыточное давление может быть снижено введением пара в чашку после ее наполнения и до закрывания, но согласно изобретению одинаковый результат может быть также достигнут посредством использования частично замороженной начинки, содержащей компоненты, которые взаимодействуют после закрывания чашки, уменьшая удельный объем начинки в банке, закрывания чашки при давлении ниже атмосферного и частичного вакуумирования банки после ее закрывания.
Как можно ясно видеть на фиг.1, замещение паром, например, 50% воздуха в свободном пространстве над начинкой снижает избыточное давление в горячем состоянии, а также увеличивает пониженное давление в холодном состоянии.
Снижение или даже полное устранение избыточного давления в банке во время процесса стерилизации дает возможность закатывать банку наклеиваемой или напаиваемой крышкой, например легкоснимаемой крышкой, изготовленной, например, из сверхтонкой упаковочной стали с полимерным покрытием, без риска разрушения крышки. Крышка, такая как легкоснимаемая крышка, может быть особенно чувствительной к избыточному давлению и, таким образом, может создавать риск ее разрушения во время обычной операции стерилизации. Одним способом улучшения стойкости банок, снабженных легкоснимаемыми крышками, является приложение тщательно контролируемого, достаточного внешнего противодавления во время процесса стерилизации для снижения или компенсации избыточного давления, испытываемого банкой.
Согласно изобретению аналогичный результат достигается без необходимости приложения такого противодавления. При обычных непрерывных процессах стерилизации, например гидростатическом процессе, способом приложения дополнительного противодавления является добавление большего числа ступеней в оборудование, что является сложным и дорогостоящим делом. Способ согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, таким образом, делает возможной стерилизацию больших количеств банок гибкого типа, имеющих гибкость, например, больше, чем 25, при непрерывном процессе гидростатической стерилизации без необходимости включения в оборудование дорогостоящих дополнительных ступеней. Способ согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, таким образом, делает возможной стерилизацию больших количеств жестких банок, имеющих повышенную прочность и гибкость, например, меньше, чем 20, и снабженных легкоснимаемой крышкой, при непрерывном процессе гидростатической стерилизации без необходимости включения в оборудование дорогостоящих дополнительных ступеней.
Как можно видеть из нижних границ процесса, понижение избыточного давления в банке, однако, также увеличивает пониженное давление в банке. "Нормальная" граничная линия показывает состояния менее сильного пониженного давления, чем те, которые достигаются при замещении 50-100% воздуха в свободном пространстве над начинкой. Для устранения этого при способе согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения используют гибкую банку, способную выдерживать увеличенное пониженное давление.
При способе согласно второму варианту осуществления изобретения используют банку жесткого типа с увеличенной прочностью, снабженную легкоснимаемой крышкой.
Отметим, что известна заполненная паром, жесткая круглая банка (диаметром приблизительно 85 мм, высотой приблизительно 85 мм, изготовленная из алюминия толщиной 0,24 мм), снабженная обычной легкооткрываемой крышкой для полного отверстия и с закаточным швом. Такая банка используется на рынке для упаковывания, например, сладкой кукурузы. Однако термообработанная наполненная и закрытая банка согласно способу по второму варианту осуществления настоящего изобретения является жесткой банкой, снабженной легкоснимаемой наклеенной крышкой, а не обычной легкооткрываемой по всему отверстию крышкой. Таким образом, в противоположность ожиданию, существующему в настоящее время в промышленности, теперь можно, используя способ согласно настоящему изобретению, применять легкоснимаемые крышки в таких банках и обрабатывать такие банки при простых и крупномасштабных процессах термообработки без повышенного риска их разрушения.
Как можно видеть на фиг.1, линия гибкости банки "Le Carró®" пересекает нижние границы технологического режима и простирается за них. Таким образом, банка "Le Carró®", полученная по способу согласно изобретению, не будет разрушаться даже при самых крайних возможных условиях. Однако линия гибкости сравнительной банки не простирается до всех нижних граничных линий или не пересекает их. Сравнительная банка не является достаточно прочной и жесткой или достаточно гибкой, чтобы выдерживать чрезмерное пониженное давление, и разрушается.
Способ согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, при котором используется гибкая банка, таким образом, дает возможность стерилизовать такие банки без противодавления даже тогда, когда банки снабжены крышками, чувствительными к избыточному давлению, например легкоснимаемыми крышками.
Как показали эксперименты, гибкая банка "Le Carró®" способна наилучшим образом выдерживать пониженное давление, если свободное пространство над начинкой является сравнительно небольшим, например меньше, чем 8%.
Следует отметить, что жесткая банка способна наилучшим образом выдерживать пониженное давление, если свободное пространство над начинкой является сравнительно большим, например больше, чем 5%.
Хотя способ подробно описан в отношении банки "Le Carró®", ясно, что способ мог быть успешно использован для других термообработанных наполненных и закрытых гибких банок или таких же жестких банок повышенной прочности, снабженных крышками, уязвимыми для избыточного давления.
1. Способ получения термообработанной наполненной и закрытой консервной банки, при котором последовательно наполняют гибкую металлическую чашку, закрывают металлическую чашку крышкой, получая герметичную термообрабатываемую консервную банку, предпринимают меры для достижения пониженного давления в консервной банке после закрывания крышкой, подвергают наполненную и закрытую банку термообработке, при этом используют банку с гибкостью, составляющей, по меньшей мере, 25 мл/бар, посредством которой обеспечивают уменьшение риска слишком высокого избыточного давления и риска слишком высокого давления разрежения.
2. Способ по п.1, при котором консервную банку закрывают легкоснимаемой крышкой, герметизируемой приклеиванием герметиком к металлической чашке.
3. Способ по п.1 или 2, при котором выбирают консервную банку, которая имеет гибкость, большую или равную 35 мл/бар.
4. Способ по п.1 или 2, при котором выбирают гибкую консервную банку, которая способна без разрушения выдерживать уменьшение объема больше чем на 7,5%, предпочтительно больше чем на 10% или даже на 15%.
5. Способ по п.1 или 2, при котором выбирают чашку, которая имеет гибкость, большую или равную 25 мл/бар, предпочтительно большую или равную 35 мл/бар, и которая способна без разрушения выдерживать уменьшение объема больше чем на 7,5%, предпочтительно больше чем на 10% или даже на 15%.
6. Способ по п.1 или 2, при котором выбирают чашку, которая содержит, по существу, плоскую боковую стенку.
7. Способ по п.1 или 2, при котором выбирают чашку, которая содержит, по существу, плоскую боковую стенку и которая имеет гибкость, большую или равную 25 мл/бар, предпочтительно большую или равную 35 мл/бар.
8. Способ по п.1 или 2, при котором выбирают чашку, которая содержит, по существу, плоскую боковую стенку и которая способна без разрушения выдерживать уменьшение объема больше чем на 7,5%, предпочтительно больше чем на 10% или даже на 15%.
9. Способ по п.1 или 2, при котором выбирают чашку, которая содержит, по существу, плоскую боковую стенку, которая имеет гибкость, большую или равную 25 мл/бар, предпочтительно большую или равную 35 мл/бар, и которая способна без разрушения выдерживать уменьшение объема больше чем на 7,5%, предпочтительно больше чем на 10% или даже на 15%.
10. Способ получения термообработанной наполненной и закрытой консервной банки, при котором последовательно наполняют жесткую металлическую чашку, закрывают металлическую чашку гибкой легкоснимаемой наклеиваемой крышкой, выполненной из упаковочной стали с полимерным покрытием, посредством наклеивания крышки на чашку, получая герметичную термообрабатываемую консервную банку, предпринимают меры для достижения давления разрежения в банке после закрытия крышкой, подвергают наполненную и закрытую консервную банку термообработке, при этом за счет гибкости крышки обеспечивают уменьшение риска слишком высокого избыточного давления и слишком высокого давления разрежения.
