Многие считают, что автоклав - это устройство, предназначенное исключительно для стерилизации медицинских инструментов. Однако, область применения такого аппарата намного шире.

Строение и принцип работы автоклава

Изобретение автоклава принадлежит французу Денни Папену. Это был настоящий прорыв в науке. С тех пор устройство нашло свое применение во многих отраслях: в строительстве, медицине, а также в химической и резиновой промышленности. В настоящее время аппарат достаточно широко используется при производстве продуктов питания. Что же он собой представляет? Автоклав - это прибор, который позволяет вести любой процесс под давлением (до 150 мегапаскалей) с одновременным нагревом выше температуры кипения воды (до 500 градусов). Таких результатов нельзя добиться ни на каком другом устройстве. По строению автоклав - это емкость или сосуд, который может быть замкнутым или снабжен открывающейся крышкой. На нем обязательно устанавливаются приборы для контроля основных параметров. По расположению в пространстве устройства бывают: качающиеся, вращающиеся, колонные горизонтальные и вертикальные. Все зависит от того процесса, в котором участвует прибор. По сути, автоклав - это единственная возможность произвести максимальный нагрев там, где при обычных условиях это сделать не получается.

Домашние заготовки

В продаже уже давно имеются аппараты для обработки продуктов в домашних условиях. Они меньше по размерам, чем производственные. Особенно легко делается тушенка в автоклаве. Для работы нужна плита, электрическая розетка, банки, металлические крышки и набор продуктов: мясо (любое), сало, соль, лавровый лист и перец (душистый и горошек).

Все действия надо вести не спеша:

1. Стеклянные банки для продуктов хорошо промыть и, желательно, простерилизовать.
2. Сало и мясо нарезать небольшими кубиками.
3. На дно каждой банки положить специи (1 листик лавра, 1 перец душистый и несколько горошин).
4. Затем поместить сало, а поверх него уложить мясо.
5. Насыпать 5 грамм (1 чайная ложечка) соли.
6. Закатать каждую банку металлической крышкой.
7. Аккуратно поставить баночки с продуктов в автоклав, залить их доверху водой и плотно закрыть крышку.
8. Довести давление в аппарате до максимума, а затем поставить его на огонь.

Буквально через 4 часа тушенка в автоклаве будет готова, но открывать крышку можно будет только спустя сутки, когда емкость полностью остынет.

Запасы на зиму

Для дачников автоклав - прекрасный вариант стерилизации продуктов. В период массовых заготовок кипятить каждую банку в кастрюле с водой - занятие долгое и утомительное. А консервы в автоклаве можно обработать за считаные часы. Здесь нет ничего сложного:

1. Для начала надо закатать продукты (овощи, фрукты) привычным способом.
2. На дно емкости уложить маленькие деревянные палочки в виде решетки, чтобы стекло от тары не имело прямого контакта с внутренней поверхностью и не повредилось при нагреве.
3. Уложить банки в автоклав рядами, но не до самого верха.
4. Заполнить емкость водой так, чтобы она была выше продуктов.
5. Закрыть крышку и до 1 атмосферы.
6. Поставить аппарат на огонь и довести температуру внутри до 110 градусов. Следить, чтобы она не поднималась выше 120 градусов. В противном случае необходимо убавить пламя.
7. Нагрев вести в течение часа.
8. По истечении времени выключить огонь и подождать, пока температура упадет до 30 градусов.
9. Сбросить давление с помощью клапана и открыть крышку.

Теперь готовые банки с консервами можно окончательно охладить и отнести в погреб.

Рыбные консервы

Автоклав уникален тем, что в нем можно готовить практически любые продукты. Он заметно облегчает труд хозяйки. Он позволяет сделать его менее трудоемким и более безопасным. Рыба в автоклаве делается так же просто как и все остальное. Взять, к примеру, самый простой рецепт приготовления продукта в масле. Для этого из расчета на одну литровую банку понадобится: 1 килограмм рыбы (без внутренностей и голов), 2 лавровых листа, 11 грамм соли, 5-6 горошин перца и 30 грамм растительного масла.

Дальне необходимо поступать следующим образом:

1. Вымыть и подготовить тару.
2. Нарезать рыбу кусочками весом 60-70 грамм и перемешать ее с солью.
3. На дно банки уложить специи.
4. Затем поместить рыбу так, чтобы она на 3 сантиметра не доходила до края посуды.
5. Залить содержимое маслом.
6. Закатать тару крышкой.

Стерилизация кипячением.

Стерилизацию кипячением производят в стерилизаторе. В стерилизатор наливают дистиллированную воду, так как водопроводная образует накипь. (Стеклянные предметы погружают в холодную, металлические предметы-в горячую воду с добавлением гидрокарбоната натрия). Стерилизуемые предметы кипятят на слабом огне 30-60 минут. Началом стерилизации считается момент закипания воды в стерилизаторе. По окончании кипячения инструменты берут стерильным пинцетом, который кипятят вместе с остальными предметами.

Стерилизация сухим жаром.

Стерилизация сухим жаром производится в печи Пастера. Подготовленный к стерилизации материал кладут на полки так, чтобы он не соприкасался со стенками. Шкаф закрывают и после этого включают обогрев. Продолжительность стерилизации при температуре 150°С 2 ч, при 165°С – 1 ч, при 180°С – 40 мин, при 200°С – 10-15 мин (при 170°С бумага и вата желтеют, а при более высокой температуре обугливаются). Началом стерилизации считается тот момент, когда температура в печи достигнет нужной высоты. По окончании срока стерилизации печь выключают, но дверцы шкафа не открывают до полного охлаждения, так как холодный воздух, поступающий внутрь шкафа, может вызвать образование трещин на горячей посуде.

Стерилизация паром под давлением.

Стерилизацию паром под давлением производят в автоклаве. Автоклав состоит из двух котлов, вставленных один в другой, кожуха и крышки. Наружный котел называют водопаровой камерой, внутренний - стерилизационной камерой. В водопаровом котле происходит образование пара. Во внутренний котел помещают стерилизуемый материал. В верхней части стерилизационного котла имеются небольшие отверстия, через которые проходит пар из водопаровой камеры. Крышка автоклава герметически привинчивается к кожуху. Кроме перечисленных основных частей, автоклав имеет ряд деталей, регулирующих его работу: манометр, водомерное стекло, предохранительный клапан, выпускной, воздушный и конденсационный краны. Манометр служит для определения давления, создающегося в стерилизационной камере. Нормальное атмосферное давление (760 мм рт. ст.) принимается за нуль, поэтому в неработающем автоклаве стрелка манометра стоит на нуле. Между показаниями манометра и температурой имеется определенная зависимость (табл. 1).

Красная черта на шкале манометра определяет максимальное рабочее давление, которое допускается в автоклаве. Предохранительный клапан служит для предохранения от чрезмерного повышения давления. Его устанавливают на заданное давление, то есть, давление, при котором нужно производить стерилизацию, при переходе стрелки манометра за черту клапан автоклава автоматически открывается и выпускает лишний пар, замедляя тем самым дальнейший подъем давления.

На боковой стенке автоклава имеется водомерное стекло, показывающее уровень воды в водопаровом котле. На трубке водомерного стекла нанесены две горизонтальные черты - нижняя и верхняя, обозначающие соответственно допускаемый нижний и верхний уровень воды в водопаровой камере. Воздушный кран предназначен для удаления воздуха из стерилизационной и водопаровой камер в начале стерилизации, так как воздух, являясь плохим проводником тепла, нарушает режим стерилизации. На дне автоклава находится конденсационный кран для освобождения стерилизационной камеры от конденсата, образующегося в период нагревания стерилизуемого материала.

Правила работы с автоклавом.

Перед началом работы осматривают автоклав и контрольно-измерительную аппаратуру. В автоклавах с автоматическим регулированием пара на электровакуумном манометре водопаровой камеры стрелки устанавливают в соответствии с режимом стерилизации: нижнюю стрелку ставят на 0,1 атм. ниже, верхнюю-на 0,1 атм. выше рабочего давления, водопаровую камеру заполняют водой до верхней отметки мерного стекла. В период заполнения водой вентиль на трубе, по которой пар поступает в камеру, держат открытым для свободного выхода воздуха из котла. Стерилизационную камеру автоклава загружают стерилизуемым материалом. После этого крышку (или дверцу) автоклава закрывают, плотно закрепляя центральным затвором или болтами; чтобы избежать перекоса, болты завинчивают крест-накрест (по диаметру). Затем включают источник подогрева (электрический ток, пар), закрывая вентиль на трубе, соединяющей источник пара со стерилизационной камерой. С началом парообразования и создания давления в водопаровой камере производят продувку (удаление воздуха из стерилизационного котла). Способ удаления воздуха определяется конструкцией автоклава. Вначале воздух выходит отдельными порциями, затем появляется ровная непрерывная струя пара, указывающая, что из стерилизационной камеры воздух полностью вытеснен. После удаления воздуха кран закрывают, и в стерилизационной камере начинается постепенное повышение давления.

Началом стерилизации считается тот момент, когда стрелка манометра показывает заданное давление. После этого интенсивность подогрева уменьшают, чтобы давление в автоклаве в течение нужного времени оставалось на одном уровне. По окончании времени стерилизации подогревание прекращают. Закрывают вентиль в трубопроводе, подающем пар в стерилизационную камеру, и открывают вентиль на конденсационной (нисходящей) трубе для снижения давления пара в камере. После падения стрелки манометра до нуля медленно ослабляют прижимные приспособления и открывают крышку автоклава.

Температура и продолжительность стерилизации определяются качеством стерилизуемого материала и свойствами тех микроорганизмов, которыми он заражен.

Контроль температуры в стерилизационной камере осуществляется периодически с помощью бактериологических тестов. Биотесты изготовляются бактериологическими лабораториями ЦСЭН. В случае непрохождения данных тестов производят проверку технического состояния автоклава.

Автоклав - это аппарат для стерилизации водяным паром под давлением и при температуре более 100°. Автоклав применяют для стерилизации , белья для операций, инструментов, посуды для , для выращивания микроорганизмов и др. Принцип действия автоклава основан на возрастании температуры кипения воды при повышении давления (при давлении в 1 атм t° кипения воды 99,1С, а при давлении в 2 атм. - 119,6C). Автоклавы бывают стационарные и переносные, горизонтальные и вертикальные. Воду в автоклаве нагревают для образования пара при помощи электрической энергии или энергии горения газа, керосина.

Основные части автоклава (рис. 1): кожух, водопаровая камера, стерилизационная камера, крышка с резиновой прокладкой. Водопаровая камера из специальной высококачественной; стали предназначена для получения пара. Предназначенный для стерилизации материал помещают в стерилизационную камеру. Массивная крышка с резиновой прокладкой наглухо закрывает водопаровую камеру.

Крышку к корпусу прикрепляют болтами и сверху зажимают барашковыми гайками. Наружный кожух предохраняет автоклав от механических повреждений.

В современных электрических автоклавах (рис. 2) система подачи нагретого пара отделена от стерилизационной камеры. Пар подается в стерилизационную камеру через патрубок от котелка, снабженного электронагревательным элементом с регулятором степени нагрева.

К автоклаву придается арматура: манометр с сифонной трубкой и трехходовым краном, водомерная стеклянная трубка для измерения уровня воды в водопаровой камере автоклава, предохранительный клапан для предупреждения чрезмерного повышения давления в автоклаве, воздушный и спускной краны для удаления воздуха в начале стерилизации и для удаления конденсата из стерилизационной камеры.

Персонал, обслуживающий автоклав, должен быть подготовлен на специальных курсах. Квалификационная комиссия в присутствии инспектора котлонадзора выдает удостоверения на право эксплуатации автоклава. При неумелой работе с автоклавом может произойти взрыв.

Пользоваться автоклавом запрещается, если: а) истек срок осмотра автоклава инженером-теплотехником; б) обнаружен хотя бы один неисправный зажимный болт; в) повреждено хотя бы одно ушко крышки автоклава; г) испорчен манометр, предохранительный клапан или стекло водомерной трубки;
д) не произведена в установленный срок очистка автоклав от накипи и грязи;
е) замечена течь котла. Перед тем как приступить к эксплуатации автоклава, необходимо проверить его комплектность и изучить прилагаемую к автоклаву инструкцию. См. также .

Рис. 1. Переносный автоклав (разрез): 1 - крышка; 2 - рубашка крышки; 3 - зонт; 4 - отверстия для поступления пара; 5 - кожух; 6 - водопаровая камера; 7 - стерилизационная камера; 8 - спускной кран; 9 и 11 - паровые краны; 10 - водомерная стеклянная трубка; 12 - воронка с краном; 13 - манометр; 14 - предохранительный клапан.

При высоком давлении и температуре - только автоклав. В случае, если стерилизация проводится при высокой температуре, но без давления, используют термин стерилизатор или сушильный шкаф. Был изобретён Дени Папеном в году. Автоклав - Реактор для гидротермального синтеза . Представляет собой цилиндрический горизонтальный сварной сосуд, герметически закрываемый сферическими крышками. Диаметр автоклава 2–3,6 м, длина 19–40 м.

Разновидности автоклавов

Автоклав

Автоклавы бывают: вращающиеся, качающиеся, горизонтальные, вертикальные и колонные. Автоклав представляет собой сосуд либо замкнутый, либо с открывающейся крышкой. При необходимости снабжаются внутренними, наружными или выносными теплообменниками, механическими, электромагнитными, либо пневматическими перемешивающими устройствами и контрольно-измерительными приборами для измерения и регулирования давления, температуры, уровня жидкости и т. п.

Конструкция автоклавов

Конструкция и основные параметры промышленного автоклава разнообразны, ёмкость от нескольких десятков см³ до сотен м³, предназначаются для работы под давлением до 150 МН/м² (1500 кгс/см²) при температуре до 500 °C. Для химических производств перспективны бессальниковые автоклавы с экранированным электродвигателем, не требующим уплотнения. Ротор этого электродвигателя насажен непосредственно на вал мешалки и накрыт герметичным тонкостенным экраном из немагнитного материала, не препятствующего проникновению магнитных силовых линий от статора электродвигателя к ротору. При производстве строительных материалов применяют туннельные или тупиковые автоклавы. Внешне они представляют из себя трубу 3-6 м в диаметре и 15-20 м в длину, закрываемую крышкой с байонетным затвором (тупиковые с одной стороны, туннельные с 2-х сторон). Вдоль по длине автоклава расположены рельсы для вагонеток с изделиями. Автоклавы оборудованы магистралями для впуска насыщенного пара, перепуска отработанного пара в другой автоклав, выпуска пара в атмосферу или в утилизатор и для конденсатоотвода.

В пищевой промышленности используются вертикальные и горизонтальные автоклавы широкого спектра разновидностей, размеров и принципов действия. Например, в горизонтальных автоклавах для пищевой промышленности может создаваться необходимое противодавление по отношению к каждой отдельно взятой упаковке с продуктом, что позволяет проводить стерилизацию продуктов не только в жесткой таре (стеклобанка, жестебанка), но и в мягкой и полужесткой упаковке.

Применение автоклавов

Автоклавы применяются в химической промышленности (производство гербицидов , органических полупродуктов и красителей , в процессах синтеза); в гидрометаллургии (выщелачивание с последующим восстановлением из растворов цветных и драгоценных металлов , редких элементов); в резиновой промышленности (вулканизация технических изделий); в пищевой промышленности (стерилизация, пастеризация продуктов [в том числе консервов] , приготовление пищи); в промышленности стройматериалов. Автоклавы широко используются в медицине . Также при создании изделий из карбонового волокна, для придания им твердых форм. Рубашка автоклава защитная - устройство, предохраняющее швы и основной материал корпуса реактора от воздействия теплоносителя. Массовое применение автоклавы получили именно в пищевой промышленности. Современные автоклавные кулинарные системы оснащены многоступенчатыми механизмами защиты, специальными замками и системами автоматического отключения. На сегодняшний день для этих целей во всем мире постоянно используется около 1,5 млн. автоклавов.

Принцип работы системы в пищевой промышленности

Автоклавный способ приготовления пищи это метод приготовления продуктов в герметичном сосуде или в автоклаве, не позволяющем воздуху или жидкости покидать емкость, находящуюся под высоким давлением. Поскольку, при увеличении давления точка кипения жидкости смещается вверх, температура жидкости внутри системы может быть повышена до 100 °C. При этом жидкость не достигает точки кипения. Большинство кулинарных систем высокого давления работают при рабочем давлении в 15 psi, согласно стандарту установленному в Соединенных Штатах еще в 1917 году. При таком давлении, жидкость закипает при температуре в 125 °C. Повышенная температура позволяет приготовить продукт несоизмеримо быстрее стандартного способа.
Например, порезанная свежая капуста готовится в течение одной минуты, сохраняя всю витаминную и вкусовою гамму продукта. Свежие зеленые бобы или небольшие картофелины готовятся около пяти минут, а целая курица до 3-х килограмм - около 20 минут. Другое преимущество автоклавного способа приготовления пищи - достижение эффекта тушения и медленного кипения продукта за очень короткий срок.
Прототип первого автоклава изобрел французский физик Дени Папен в 1679 году. Сегодня небольшие установки используют альпинисты, для того чтобы вскипятить воду на больших высотах. Высоко в горах вода выкипает, не достигая температуры 100 °C, что препятствует правильному приготовлению пищи и нормальной тепловой обработке продуктов, как писал Чарльз Дарвин в «Путешествии на Бигле».
Автоклавный способ приготовления пищи считался очень взрывоопасным. Современные автоклавные кулинарные системы оснащены многоступенчатыми механизмами защиты, специальными замками и системами автоматического отключения.

Принцип работы системы

При обычных условиях нагрев воды выше точки кипения невозможен. Как только температура достигает 100 °C, вода перестает нагреваться. Это происходит из-за интенсивного испарения воды в процессе ее нагрева. Если вода кипятится долго, то она полностью переходит в пар.
Когда вода или жидкость кипятится в автоклаве, повышается точка кипения. Как только температура супа или пюре достигает 90 °C, начинается интенсивное испарение. Водяной пар, являясь, по сути, газом, создает избыточное давление в сочетании с температурой, что приводит к остановке испарения. Чем выше температура, тем выше давление в системе. Тепло, генерируемое при повышении давления, называется латентным теплом и имеет большую проникающую силу в структуру микроорганизмов, разрушая их в даже дремлющем состоянии - в спорах. Подобный процесс легко достижим при приготовлении твердых непещеристых продуктов. В случае приготовления губкообразных, пещеристых продуктов, следует выбирать систему с глубоким вакуумированием танка. Остаточное содержание кислорода может способствовать защите бактерий от разрушения, создавая термоизоляцию для их оболочек. Современные автоклавы используют фракционное вакуумирование, которое удаляет кислород в несколько циклов, обеспечивая 100% проникновение пара в процессе стерилизации и гомогенизации продукта.
Приготовление пищи автоклавным методом позволяет готовить блюда в разы быстрее, с сохранением всех питательных свойств продукта.

Давление

Приготовление пищи на пару под высоким давлением - это наиболее диетический способ приготовления продуктов. Высокое давление способствует выходу естественных натуральных соков из продукта, позволяя готовить блюда при высоких температурах в собственном соку. Приготовление при высоком давлении позволяет «восстанавливать» поврежденные ткани продуктов, упакованных в вакууме или ранее замороженных.

Пар

Супернагретый пар, образованный при высоком давлении повышенными температурами, позволяет готовить от 3 до 10 раз быстрее. Обработка высокотемпературным паром позволяет готовить без соли, с минимальным количеством масла, сахара, ароматизаторов и улучшителей вкуса, с меньшим старением и высыханием при сохранении свежести вкуса.

Питательные вещества

Низкое содержание жиров

Приготовление пищи под давлением, это, по сути, процесс приготовления обезжиренной пищи. Горячий пар сцеживает жир из микроволокон продукта, выделяя его в окружающую жидкостную среду.

Обеззараживание продукта

Плесень - это грибок, который растет как шелковистые нити и появляется на продукте в виде пушка. Некоторые виды плесени выделяют микотоксины, которые опасны для здоровья. Плесень может появляться и размножаться в кислотах, которые защищают нас от бактерий. Плесень разлагает продукты на ферменты и делает их непригодными для употребления. Частично кислоты нейтрализует вредоносное действие плесени. Плесень и дрожжи разрушаются при температуре от 60-87 градусов.

Эксплуатация промышленных автоклавов

Для применения автоклавов владелец обязан обеспечить содержание сосудов в исправном состоянии и безопасные условия их работы.

В этих целях необходимо:

• назначить приказом из числа специалистов, прошедших в установленном порядке проверку знаний Правил, ответственного за исправное состояние и безопасное действие сосудов, а также ответственных за осуществление производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности при эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

• Количество ответственных лиц для осуществления производственного контроля должно определяться исходя из расчета времени, необходимого для своевременного и качественного выполнения обязанностей, возложенных на указанных лиц должностным положением. Приказом по организации могут быть назначены специалисты, ответственные за исправное состояние сосудов и ответственные за их безопасную эксплуатацию;
• назначить необходимое количество лиц обслуживающего персонала, обученного и имеющего удостоверения на право обслуживания сосудов, а также установить такой порядок, чтобы персонал, на который возложены обязанности по обслуживанию сосудов, вел тщательное наблюдение за порученным ему оборудованием путем его осмотра, проверки действия арматуры, КИП, предохранительных и блокировочных устройств и поддержания сосудов в исправном состоянии. Результаты осмотра и проверки должны записываться в сменный журнал;
• обеспечить проведение технических освидетельствований, диагностики сосудов в установленные сроки;
• обеспечить порядок и периодичность проверки знаний руководящими работниками и специалистами Правил;
• организовать периодическую проверку знаний персоналом инструкций по режиму работы и безопасному обслуживанию сосудов;
• обеспечить специалистов Правилами и руководящими указаниями по безопасной эксплуатации сосудов, а персонал - инструкциями;
• обеспечить выполнение специалистами Правил, а обслуживающим персоналом - инструкций.

В организации, эксплуатирующей автоклавы, должны быть разработаны и утверждены инструкции для ответственного за исправное состояние и безопасную эксплуатацию сосудов и ответственного за осуществление производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности при эксплуатации сосудов.

При эксплуатации автоклавов следует руководствоваться нормативными документами, ежегодно утверждаемого Госгортехнадзором России Перечня действующих нормативных документов Госгортехнадзора России.

Проектирование, производство, эксплуатация промышленных автоклавов

На территории Российской федерации устанавливают требования к проектированию, устройству, изготовлению, реконструкции, наладке, монтажу, ремонту, техническому диагностированию и эксплуатации автоклавов "ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОСУДОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ" ПБ 03-576-03

Ответственность за нарушение ПБ 03-576-03 Правила обязательны для исполнения всеми должностными лицами, специалистами, работниками, занятыми проектированием, изготовлением, реконструкцией, монтажом, наладкой, ремонтом, техническим диагностированием и эксплуатацией сосудов. Лица, допустившие нарушение настоящих Правил, несут ответственность в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.