Температура, необходимая для гибели микроорганизмов, устанавливается в банке с консервируемым продуктом не сразу и не является одинаковой во всех точках банки. Все исследова­ния и расчеты проводят применительно к наименее прогревае­мой точке.

На время проникновения теплоты вглубь продукта в про­цессе стерилизации оказывают влияние следующие факторы: специфика процесса (статическая стерилизация или в переме­шиваемой среде); вид греющей среды - пар, вода (распыляе­мая или поток) или паровоздушная смесь; физические свой­ства продукта и материала тары; толщина стенки банки и ее геометрические размеры; начальная и «конечная» (наивысшая) температуры продукта в процессе стерилизации; температура стерилизации (аппарата); состояние покоя или движения банки при стерилизации.

Стерилизуемые консервы значительно различаются по кон­систенции. Передача теплоты в консервах жидкой консистен­ции (соки, например) происходит с помощью конвективных токов, продукты прогреваются быстро. В пищевых продуктах густой консистенции (томатная паста, соусы, паштеты) кон­вективные токи сильно ослаблены или отсутствуют. Передача теплоты в данном случае осуществляется в основном кондук- тивным способом, путем теплопроводности. Такие продукты прогреваются медленно.

Многие консервы являются неоднородными по составу, т.е. содержат и твердую, и жидкую фазы, например плоды и сахар­ный сироп (компоты), овощи и заливку (маринады) и т.п. В этих консервах передача теплоты происходит двумя способами: кон­векцией и теплопроводностью. По интенсивности прогрева та­кие консервы занимают промежуточное положение между пре­дыдущими группами консервов, больше приближаясь к первой.

Разницу между интенсив­ностью прогреваемости раз­личных пищевых продуктов легко проследить на так назы­ваемых графиках прогревае­мости консервов, которые строятся в координатах тем­пература - время стерилиза­ции (рис. 20.1).

На горизонтальной оси от­кладывается продолжительность стерилизации (в мин), начи­ная с момента пуска пара в автоклав и заканчивая моментом охлаждения аппарата до температуры 40 °С. На вертикальной оси откладывается соответствующая каждому промежутку времени температура аппарата и продукта в процессе стерили­зации. При этом измерение температуры продукта производит­ся в точке наихудшей прогреваемости.

Кривая прогрева автоклава имеет вид трапеции. Температу­ра аппарата в течение времени А равномерно повышается до заданной температуры Т (температура стерилизации).

Затем эта температура в течение некоторого времени В, поддерживается на постоянном уровне (период собственно стерилизации), после чего равномерно понижается за время С до той температуры, когда охлаждение аппарата принято счи­тать законченным (до 40±2 °С) в соответствии с «Методиче­скими указаниями по разработке научно обоснованных режи­мов стерилизации и пастеризации плодоовощных консервов», утв. 17.11.2008, Минск).

Условную запись режима стерилизации принято называть формулой стерилизации, в общем виде она такова:

В частном случае, например, формула стерилизации может иметь вид  

Это означает, что за 25 мин температу­ру аппарата следует равномерно поднять до 120 °С, затем вы­держать ее на этом уровне в течение 75 мин, после чего за 30 мин аппарат следует равномерно охладить.

Как видно из рис. 20.1, температурная кривая I для жидких продуктов «отстает» от трапециевидной кривой прогреваемо­сти аппарата. Наивысшая (так называемая «конечная») температура в центре банки достигается несколько позже, чем в ап­парате, и уровень ее чуть ниже температуры аппарата. Неболь­шое запаздывание этой кривой относительно кривой прогрева автоклава наблюдается и в период охлаждения.

Кривая прогрева II густого продукта заметно отличается от кривой прогрева аппарата. Во-первых, наивысшая темпера­тура в центре банки достигается значительно позже, чем до­стигается температура стерилизации в аппарате. Во-вторых, температура продукта несколько «отстает» от температуры ап­парата и, следовательно, за ограниченное время теплового цикла в аппарате продукт не успевает прогреться до темпера­туры стерилизации. Имеет место также большее «запаздыва­ние» на стадии охлаждения.

При математическом анализе кривых прогреваемости мож­но рассматривать не всю кривую, а только ту ее часть, которая относится к восходящей линии до достижения точки наивыс­шего нагрева. В полулогарифмических координатах на гори­зонтальной оси (рис. 20.2) откладывается в линейных отрезках продолжительность стерилизации. На вертикальной оси откла­дывается логарифм разности температур между температурой аппарата Т_а и температурой, которая достигнута в глубине про­дукта в данный момент, Т_пр.

Логарифмическая шкала строится таким образом, чтобы разность температур возрастала сверху вниз (для удобства со­поставления с исходной кривой прогрева).

В полулогарифмических координатах кривые прогреваемо­сти выпрямляются, что позволяет охарактеризовать их относи­тельно простым выражением:

где Т_а - температура аппарата; Т_н - температура продукта в на­чале стерилизации; Т_к - наивысшая температура продукта при стерилизации; τ - время достижения в глубине продукта наи­высшей температуры, мин; f - константа, характеризующая наклон выпрямленной кривой к горизонтальной оси.

Ось абсцисс на рис. 20.2 пересекает ось ординат каждой кривой в той точке, где разность температур составляет 1 °С и где логарифмическое значение равно нулю. Оси ординат под­разумеваются для каждой прямой свои.

Наклон данных прямых удобно характеризовать не танген­сом угла, а горизонтальным катетом f_h, величина которого со­ответствует прохождению одного логарифмического цикла на вертикальной оси - изменению разности температур между аппаратом и продуктом в 10 раз. При этом вертикальный катет равен lg 10, т.е. 1, тангенс угла наклона равен 1/f_h , а значит, и f_h является константой.

Константу f можно определить как время, в течение кото­рого необходимо прогревать продукт, чтобы разность темпера­тур между аппаратом и продуктом сократилась в 10 раз. Чем больше f_h , тем больше время, требуемое для полного прогрева продукта, и, таким образом, можно считать, что f_h является ме­рой термической инерции системы; f_h называют константой термической инерции, а выражение (20.2) - уравнением терми­ческой инерции, которое для инженерных расчетов записывает­ся в следующем виде:

Константа термической инерции f_h различных пищевых про­дуктов колеблется в интервале от 15 до 90 мин. Так, соки, компо­ты и т.п. характеризуются относительно небольшим значением постоянной f_h - около 15-25 мин. Пищевые продукты густой консистенции отличаются большими величинами f_h: для томат­ного сока - 55 мин, томатного пюре - 80 мин, томатной пасты - 90 мин. Значения больше чем 90 мин ни у одного консервируе­мого пищевого продукта не установлено.

Следовательно, физические свойства продуктов, а именно термическая инерция их, оказывают значительное влияние на время проникновения теплоты в центр банки.