Przechowywanie aseptyczne przetworów

Racjonalnym sposobem do buforowania lub magazynowania płynnych półproduktów lub produktów przetwórstwa owoców i warzyw jest technika przechowywania aseptycznego (w warunkach jałowych).

Zamknięte zbiorniki aseptyczne pozwalają na prowadzenie procesu magazynowania w sposób uniemożliwiający zanieczyszczenie obcą mikroflorą soków, przecierów, syropów, koncentratów, kremogenów, napoi.

Szczególne znaczenie ma magazynowanie cieczy, która została poddana procesowi pasteryzacji lub sterylizacji. Zbiorniki aseptyczne zapewniają bezpieczeństwo mikrobiologiczne półproduktów oczekujących na rozlew w opakowania jednostkowe. Technika przechowywania aseptycznego może skutecznie posłużyć do przetrzymywania płynnych półproduktów lub produktów przetwórstwa owoców i warzyw przed ich dalszym transportem samochodami cysternami.

Użytkowanie

Zbiorniki aseptyczne mają specjalną konstrukcję oraz armaturę (zawory, połączenia, pompy itp.), umożliwiającą uzyskanie pełnej jałowości poprzez wymycie (z wykorzystaniem centralnego systemu mycia CIP). Właściwa budowa zbiorników aseptycznych gwarantuje wprowadzanie produktu do ich wnętrza oraz późniejsze w nich przechowywanie bez możliwości wtórnego zakażenia. Uzbrojone zbiorniki w zabezpieczenia armaturowe umożliwiają także jałowe, stopniowe ich opróżnianie.

Gazowa poduszka – Blanketing

W zbiornikach do jałowego przechowywania, utrzymuje się niewielkie nadciśnienie jałowego gazu. Gazem tym może być sterylne powietrze lub gaz inertny (gaz obojętny – np. azot). Gaz stanowi „poduszkę” gazową. Nieznacznie wyższe od atmosferycznego ciśnienie w przestrzeni nad lustrem cieczy utrudnia wnikanie do wnętrza zbiornika mikroflory przez przypadkowe nieszczelności. „Poduszka” gazu obojętnego zapobiega również starzeniu powierzchniowemu cieczy. Stanowi to istotną przewagę nad „poduszką” ze sterylnego powietrza atmosferycznego. Sterylne sprężone powietrze ma tą wadę, że powoduje natlenianie cieczy wypełniającej zbiornik. Prowadzić to może do niekorzystnych zjawisk obniżających jakość produktu. Rzadziej ma miejsce doprowadzanie dwutlenku węgla, gdyż w przypadku mycia zbiornika niezbędny jest krok wypychania CO₂ innym gazem (zmniejszenie ryzyka reakcji z roztworem myjącym).

Regulator ciśnienia

Zmienne ciśnienie w zbiornikach wymaga kontroli. Regulator ciśnienia gazu zapewnia utrzymanie stałego ciśnienia, w przestrzeni zbiorników. Układ zapewniający utrzymanie stałego ciśnienia tworzy: czujnik wewnętrznego ciśnienia zbiornika, krócieć napływu/odpływu gazu jałowego do/z zbiornika, zawór napływu gazu jałowego do zbiornika, precyzyjny reduktor ciśnienia napływu gazu jałowego (wraz z filtrem i zaworem zwrotnym), zawór odpływu gazu ze zbiornika, zawór dopływu CIP do króćca napływu/odpływu gazu jałowego, automatyczne urządzenie sterujące zaworami.

Gaz tworzący „poduszkę” jest dostarczany by zapobiec powstawaniu podciśnienia podczas usuwania cieczy ze zbiornika lub gdy obniża się temperatura zbiornika (temperatura dnia i nocy) w trakcie przechowywania cieczy. Ciśnienie ulegnie obniżeniu podczas opróżniania zbiornika, jeśli nie zostanie wprowadzony gaz w miejsce upuszczanej cieczy. Zbiorniki szczególnie narażone są na warunki zmiennego ciśnienia podczas mycia w układzie CIP. Są one bardziej podatne na zniszczenie pod wpływem podciśnienia niż nadciśnienia.

Napełnianie zbiornika

Rozerwanie (zjawisko eksplozji) zbiorników bezciśnieniowych może następować pod wpływem tłoczenia cieczy do ich wnętrza bez zapewnienia odpływu gazu tworzącego „poduszkę”. W przypadku, gdy podczas napełniania cieczą zbiornika bezciśnieniowego, zawór odprowadzający gaz cały czas pozostaje zamknięty, następuje wzrost ciśnienia do wartości znacznie wyższej niż ciśnienie otoczenia (panujące na zewnątrz zbiornika).

Opróżnianie zbiornika

Jeśli podczas wypompowywania cieczy ze zbiornika zawór doprowadzający gaz jałowy cały czas pozostaje zamknięty to w zbiorniku następuje wytworzenie podciśnienia. Wraz z obniżaniem się poziomu cieczy w zbiorniku, zmniejsza się ciśnienia do wartości poniżej ciśnienia atmosferycznego. W wyniku tego działania zewnętrzne ciśnienie atmosferyczne może sprasować zbiornik (zjawisko implozji). Naprawa zgniecionego przez ciśnienie atmosferyczne zbiornika, ze względu na skalę uszkodzeń, często nie jest możliwa.

Mycie zbiornika

Zjawisko eksplozji jaki i implozji zbiorników bezciśnieniowych w zależności od konstrukcji może być spowodowane zmianami temperaturowymi. Zmiany temperatury gazu wypełniającego zbiornik wynikają ze zmian temperatury otoczenia (temperatura dnia i nocy) jak i zmian temperatury wprowadzanego medium do zbiornika podczas mycia. W trakcie wprowadzania gorącego roztworu ługu do zbiornika (pierwszy środek myjący) ciśnienie wewnątrz zbiornika wzrasta. Wtedy regulator zezwala na otwarcie zaworu odpływu gazu ze zbiornika. Wprowadzanie wody płuczącej i kolejnych roztworów myjących o temperaturze niższej niż temperatura roztworu ługu powoduje obniżenie ciśnienia. Wynika to z faktu zetknięcia się zimnych kropli cieczy płuczącej z wilgotnym powietrzem lub parą wodną (zgromadzonych podczas ługowania). To powoduje ich skroplenie (zmniejszenie objętości) i obniżenie ciśnienia. Wtedy regulator zezwala na otwarcie zaworu dopuszczającego jałowy gazu do zbiornika. Temperatury wody płuczącej i kolejnych roztworów myjących powinny być odpowiednio dobrane. Przy właściwie działającym regulatorze, przykładowo temperatury kolejnych faz mycia mogą przedstawiać się następująco: 50^oC – płukanie wstępne wodą, 55^oC – mycie roztworem ługu, 50^oC – płukanie wodą po ługu, 30^oC – mycie roztworem kwasu, 25^oC – płukanie wodą po ługu, 15^oC – mycie roztworem dezynfektanta, 10^oC – płukanie końcowe wodą.

Brak gazu jałowego lub awaria odpływu gazu ze zbiornika

W przypadku, gdy zabraknie gazu jałowego i nadciśnienie w zbiorniku spadnie do ciśnienia równego atmosferycznemu przed powstaniem podciśnienia niszczącego zbiornik chroni dodatkowy podciśnieniowy zawór bezpieczeństwa o nastawionym podciśnieniu otwarcia. Po awaryjnym otwarciu podciśnieniowego zaworu bezpieczeństwa do zbiornika wprowadzone zostaje powietrze niejałowe z otoczenia. Awaryjne otwarcie tego zaworu jest sytuacją incydentalną. Ochroni ono zbiornik i jednocześnie doprowadza do wprowadzenia wraz z powietrzem z otoczenia zanieczyszczeń do zbiornika (a co za tym idzie nie chroni jałowego produktu).

Wystąpienie awarii odpływu gazu ze zbiornika nie przyniesie zniszczenia zbiornika, jeśli wyposażony on zostanie w zawór bezpieczeństwa nadciśnienia o nastawionym nadciśnieniu otwarcia. Awaryjne otwarcie tego zaworu jest sytuacją incydentalną. Taki zawór bezpieczeństwa również ulegnie otwarciu w przypadku przepełnienia zbiornika.

Zawory bezpieczeństwa – podciśnienie

Zawory zabezpieczające przed powstaniem podciśnienia maksymalnego muszą otwierać się bardzo lekko. Wyróżnia się zawory podciśnienia z dyskiem dociskanym do gniazda sprężyną lub dyskiem dociskanym ciężarkiem. Zazwyczaj otwarcie zaworu następuje po ruchu dysku zgodnie z kierunkiem działania siły ciężkości.

Przy innym rozwiązaniu otwarcie zaworu następuje po ruchu dysku (będącego ciężarkiem) ku górze ponad gniazdo (w kierunku przeciwnym do kierunku działania siły ciężkości). Wówczas mocowanie zaworu odbywa się na jednym końcu rury wygiętej w kształcie odwróconej litery „U”. Drugi koniec rury jest mocowany do dennicy górnej zbiornika. Przy wyższych wartościach podciśnienia do gniazda dysk dociskany jest od góry sprężyną.

Występują odkryte lub zakryte konstrukcje podciśnieniowych zaworów bezpieczeństwa typu grawitacyjnego ciężarkowego. Konstrukcje zakryte zapobiegają przedostawaniu się przypadkowych zanieczyszczeń stałych z otoczenia podczas zadziałania funkcji otwarcia zaworu.

Zawory ciężarkowe są ustawiane fabrycznie na otwarcie przy zadanej wartości podciśnienia. Przesunięcie ciężarka z pozycji fabrycznej powoduje, że funkcja zamknięcia nie jest gwarantowana lub zadziałanie funkcji otwarcia następuje przy ciśnieniu wyższym lub niższym niż zadane fabrycznie. Zablokowanie zaworu ciężarkowego prostej konstrukcji może nastąpić w wyniku przedostania się cieczy wypełniającej zbiornik (np. syropu) w miejsce uszczelnienia. Zawory ciężarkowe o bardziej zaawansowanej konstrukcji posiadają wbudowany siłownik wymuszający rozdzielnie powierzchni uszczelniających w zaworze na czas mycia. Dodatkowo przez wbudowaną dyszę myjącą roztwór myjący wprowadzany jest w przestrzeń roboczą zaworu ciężarkowego.

Zawory bezpieczeństwa – nadciśnienie

Podobnie jak w przypadku zaworów podciśnienia, wśród zaworów nadciśnienia wyróżnia się zawory grawitacyjne z ciężarkiem lub sprężynowe. Różnica budowy polega na tym, że w zaworach nadciśnienia gniazdo znajduje się między dyskiem dociskowym a lustrem cieczy, a w zaworach podciśnienia dysk znajduje się między gniazdem a lustrem cieczy. Przy przekroczeniu określonego ciśnienia zawór nadciśnienia się otwiera i gaz ulatuje z tanku.

Częstym rozważaniem jest stosowanie płytek bezpieczeństwa. Sposób działania płytki bezpieczeństwa polega na szybkim odprowadzeniu gazu lub medium roboczego przez wolny przekrój powstały w wyniku rozerwania wymiennej płytki. Płytki bezpieczeństwa są montowane jako układy samodzielne lub razem z zaworami bezpieczeństwa. Płytki te mogą być montowane pod zaworem bezpieczeństwa, aby chronić jego elementy wewnętrzne przed zanieczyszczeniem (obklejaniem uszczelnień zaworów).

Moduły myjąco zabezpieczające, tank top plate’y

Układy regulacji ciśnienia i zawory bezpieczeństwa zalicza się do uzbrojenia (armatury) kopuły tanku. Mocowanie armatury może odbywać się przez indywidualne przyłącza wspawane w kopułę tanku. Innym rozwiązaniem jest mocowanie armatury na płycie (zazwyczaj w kształcie okręgu) przykręcanej do kołnierza (o średnicy 500-650 mm) kopuły tanku.  Uzbrojona płyta określana jest pojęciem „tank top plate”. Płytę wyposaża się w przyłącza w liczbie równej liczbie armatury lub w liczbie przyłączy mniejszej, jeśli uzbrojenie tanku stanowi armatura w modułach. Na rynku dostępne są moduły myjąco zabezpieczające mocowane do płyty jednym przyłączem. Elementami składowymi modułu są: nadciśnieniowy zawór bezpieczeństwa, podciśnieniowy zawór bezpieczeństwa, głowica myjąca. Dostawcami modułów myjąco zabezpieczających są: Alfa Laval (Multiplate Unit), Kieselmann (moduł TDAM), Handtmann (moduł RLV), Pentair Sudmo (moduł Tanktop). Rozmiar modułu jest obliczany i dobierany przez producentów na podstawie przedstawionych danych zbiornika, nadciśnienia, podciśnienia oraz indywidualnych wymagań klienta.

Bag-In-Tank – ciecz w szczelnie zamkniętych workach w zbiornikach

W poniżej opisanym rozwiązaniu produkt przechowywany jest w wymiennych sterylnych workach PE (z foli polietylenowej) o pojemności 250, 500, 1000 l. Przed wypełnieniem worki umieszcza się w zbiornikach ciśnieniowych o objętości całkowitej o około 10% większej niż objętości worków. Sterylny produkt chroniony jest barierą fizyczną utworzoną przez ścianki sterylnego worka. Dla zbiornika ciśnieniowego nie ma wymogów sterylności jego ścianek. Metoda ta nie wymaga nakładów finansowych na instalację wytwarzania magazynowania i zasilania gazem obojętnym do wytworzenia „poduszki” gazowej, tak jak to ma miejsce w zbiornikach aseptycznych bez worków sterylnych.

Przed każdym napełnieniem nowy worek umieszcza się w zbiorniku. Pompowanie produktu do pełnego napełnienia worka, prowadzi do wypełnia blisko całej wewnętrznej przestrzeni zbiornika. Opróżnianie produktu z worka odbywa się przez wypychane cieczy sprężonym niesterylnym powietrzem atmosferycznym. Powietrze jest wprowadzane w przestrzeń między ściankę zbiornika ciśnieniowego a powierzchnię zewnętrzną worka. Ścianki foli stanowią mikrobiologiczną barierę dla niewysterylizowanego powietrza i niezdezynfekowanych ścianek zbiornika.