Termosterilace. Obsah přednášky. Cíle tepelného záhřevu. Historie. Vliv záhřevu na mikroorganismy

Transkript

1 Obsah přednášky Termosterilace Historie Vysvětlení pojmů Cíle termosterilace Vliv záhřevu na mikroorganismy Faktory ovlivňující termosterilaci Hodnocení sterilačního záhřevu Příklad výpočtu Způsoby provedení termosterilace Zhodnocení termosterilace 2 Historie Cíle tepelného záhřevu Předchůdce člověka tepelné opracování (náhoda požáry), zlepšení chutnosti, prodloužení údržnosti 795 Nicolas Appert umění appertizace Napoleon vypsání ceny 80 Peter Durand - patent skleněné a kovové nádoby pro konzervovaci potravin (cínové nádoby canisters can). 823 vynález konzervového obalu s otvorem nahoře pro vyrovnávání tlaku během záhřevu. 824 Nicolas Appert - postupy pro konzervaci 50 různých potravin 852 Chevalier objev autoklávu. 3 Záhřev na teplotu vyšší než cca 65 C Denaturace bílkovin, rychlost srážení bílkovin - chemická reakce. řádu Inaktivace (usmrcení, devitalizace) mikroorganismů Inaktivace nežádoucích enzymů Inaktivace mikrobiálních toxinů Produkt stabilní po dobu trvanlivosti Součást technologických postupů t 45 C t = 65 C t = 95 C t = 0 20 C nevýhodné podmínky pro mo mo nerostou,ale nehynou mo se brání nepříznivým podmínkám vytvářejí stresové bílkoviny (subletální metabolity) mo jsou odolnější vůči záhřevu, (Lactobacillus kečupy, omáčky) hynou vegetativní buňky hynou i méně odolné bakteriální spóry hynou termorezistentní spóry 4 Nařízení Evropského parlamentu a rady (ES) č. 852/2004 ze dne 29. dubna 2004 o hygieně potravin Vliv záhřevu na mikroorganismy KAPITOLA XI - Tepelné ošetření Následující požadavky se vztahují pouze na potraviny uváděné na trh v hermeticky uzavřených nádobách.. Při každém tepelném ošetření za účelem zpracování nezpracovaného produktu nebo dalšího zpracování zpracovaného produktu musí být a) každá část výrobku vystavena dané teplotě po danou dobu a b) zabráněno tomu, aby se výrobek při tomto procesu kontaminoval. 2. S cílem zajistit, aby bylo při použitém postupu dosaženo požadovaných cílů, musí provozovatelé potravinářských podniků pravidelně kontrolovat hlavní příslušné parametry (zejména teplotu, tlak, těsnost a mikrobiologické parametry), a to mimo jiné použitím automatických přístrojů. 3. Použitý postup musí odpovídat mezinárodně uznávaným normám (například pasterace, vysokoteplotní záhřev nebo sterilace). Codex Alimentarius 5 6

2 Vysvětlení pojmů Praktická sterilita Absolutní sterilita Pasterace Sterilace Tyndalace Blanšírování Polokonzerva Tropická konzerva Inaktivační účinek Praktická (obchodní) sterilita Praktická sterilita Trvalá inaktivace nebo usmrcení pouze těch mikroorganismů, které mohou vegetovat za podmínek daných složením potraviny a způsobem skladování potraviny Spolehlivá a trvalá přímá inaktivace mikroorganismů, které mohou potraviny nepříznivě měnit Mikrobiální kontaminace taková, že produkt je stabilní po dobu skladovatelnosti Obchodní sterilita - nepřítomnost životaschopných mikroorganismů, které by se mohly za podmínek oběhu množit a nepřítomnost mikroorganismů vyvolávajících onemocnění z potravin. Absolutní sterilita - potraviny - NE 7 Blanšírování 8 Pasterace Sterilace Nižší inaktivační účinek Inaktivace vegetativních forem mikroorganismů Obvykle záhřev na teploty do 00 C Konzervace kyselých potravin (ph 4) Vyšší inaktivační účinek Inaktivace vegetativních forem mikroorganismů včetně bakteriálních spór Tepelné opracování na teploty vyšší než 00 C (obvykle 2, C = 250 F) Tepelné opracování nekyselých potravin - ph 4 Nekyselé potraviny - pasterace je doplněna dalším konzervačním zákrokem např. konzervací sníženou teplotou Sterilace - tepelné opracování v širším slova smyslu veškeré tepelné opracování potravin pasterace i sterilace 9 0 Tyndalace Blanšírování Frakcionovaná pasterace Opakovaný záhřev na teploty do 00 C provedený v průběhu jednoho až několika dnů Inaktivace přítomných bakteriálních spor po jejich vyklíčení Nekyselé potraviny (např. dušená šunka) Princip a účel inaktivace enzymů odstranění tkáňových plynů snížení mikrobiální kontaminace zvýšení propustnosti tkání odstranění nežádoucích pachů a chutí úprava konzistence Zařízení blanšírování horkou vodou (roztok soli nebo cukru) blanšírování párou Provádí se před sušením před mražením IQB pásový blanšér Teplotní průběhy blanšírování výpočet dostatečnosti blanšírovacího záhřevu 2 2

3 Faktory ovlivňující průběh termosterilace Vlastnosti mikroorganismů Složení potraviny Vlhkost prostředí Kyselost prostředí Výchozí koncentrace mikroorganismů Doba působení teploty kombinace teploty a času 3 Vlastnosti mo Vlastnosti mikroorganismů Kontaminace potravin Viry Bakterie, kvasinky, plísně, viry, priony jednodušší struktura odolnější v potravině se nemnoží Citlivost vůči záhřevu potravina je vehikulem pro viry Vegetativní formy Spory Různá citlivost vůči záhřevu (Gausova křivka, pasážování) Výběr mikroorganismů patogenní nejodolnější vůči záhřevu Kyselé potraviny spóry plísně Byssochlamys fulva, Bacillus coagulans, Alicyclobacillus acidoterrestris, bakterie mléčného kvašení, mikroflóra kyselých potravin Málo kyselé potraviny - sterilované Clostridium botulinum, Bacillus stearothermophilus, Clostridium thermosaccharolyticum, Clostridium sporogenes anaerobní, sporulující, bílkovinné substráty Málo kyselé potraviny - pasterované salmonela, listerie, neproteolytické kmeny klostridií, Stafylococcus aureus, Bacillus cereus, Streptococcus ( indikátorový mikroogranismus pro masné výrobky) 4 Mikroflóra kyselých potravin Termofilní bakterie způsobující kažení sterilovaných potravin 5 6 Složení potraviny Měření teploty uvnitř výrobku Nejhůře prohřívané místo Cukry, tuky, bílkoviny Antimikrobiální látky Rozpuštěné látky Osmoaktivní složky Ochranný vliv na mikroorganismy proti záhřevu ELAB měření a záznam teplot Ebro bezdrátové teplotní záznamníky Sdílení tepla v potravině Tuhé vedení (kondukce) Kapalné proudění (konvekce) Tuhé + kapalné vedení + proudění Nejhůře prohřívané místo 7 8 3

4 Teplota ( C) Převod tepla obalem z potraviny do vnějšího prostředí a naopak Rychlost ohřevu Prostup tepla - charakterizován součinitelem prostupu tepla k Q = k.a.t Q = množství tepla prošlé za jednotku času A = plocha t = teplotní spád pro součinitel prostupu tepla platí /k = / + d / + / 2 = součinitel přestupu tepla z okolí do stěny obalu d / = tepelný odpor obalového materiálu o tloušťce d ; a tepelné vodivosti 2 = součinitel přestupu tepla z vnitřní stěny obalu do kapalného substrátu pevný obsah lze charakterizovat jako další tepelný odpor d 2 / Vlhkost prostředí Odolnost spor bacilů ve vlhké a přehřáté páře Vlhké prostředí x suché (nevodné) prostředí (vzduch, tuk, ethanol) Mechanismus denaturace (srážení) bílkovin snadnější ve vodném prostředí Suché úkryty vzduch (bubliny) jako izolant ochrana Podmínky sdílení tepla Teplosměnné médium voda měrná tepelná kapacita 480 J.kg -.K -,rychlejší ohřev vzduch - nižší měrná tepelná kapacita 00 J.kg -.K -, horší kontakt, horší přenos tepla horká voda snížení mikroorganismů o 4,5 5,7 řádů horká pára - snížení mikroorganismů o 2,4 2,7 řádů vlhká x přehřátá pára pasterace suchých sypkých směsí, - Bacillus stearothermophilus 2, 2 - Bacillus polymyxa vlhká pára přehřátá pára Čas (min) 2 22 Kyselost prostředí Vliv ph prostředí na tepelnou odolnost spor Mezní hodnota ph 4 Hranice, pod kterou neklíčí sporulující bakterie Bacilus coagulans Potraviny kyselé ph < 4 Potraviny málo kyselé ph 4 ph vztah k růstu mikroorganismů, vztah k odolnosti mikroorganismů vůči záhřevu -!!! kombinace faktorů!!! Potravina Minimální a maximální ph Zelenina 4,9-7,5 Ovoce 2,2-4, Maso 5,3 6,8 Vejce 6,4-9 Mléčné výrobky 5,5 8,5 Pečivo, pekařské výrobky 5,3 8,5 Výjimka Alicyclobacillus acidoterrestris není patogen roste i v kyselých prostředích spory klíčí i při ph 2,6 roste pomalu, může produkovat CO2 přípachy jablečných sťáv Alicyclobacillus acidoterrestris metabolizuje fenoly na guajakol snaha snížit ph pokud to jde 24 4

5 25 26 Rychlost reakce v dc d Separace proměnných Diferenciální rovnice C d k d Řešení dc C C k d Rychlost reakce. řádu závisí na okamžité koncentraci výchozí látky v k. Určení mezí, v nichž se bude integrovat: čas 0 až ; počet mikroorganismů C 0 až C C C0 dc k d = C dc k C0 0 C C 0 Po integraci a úpravě Výchozí koncentrace mikroorganismů Zásadní Ovlivňuje úspěšnost tepelného záhřevu. Termická inaktivace mikroorganismů = chemická reakce. řádu (s rychlostní konstantou k ) d C C koncentrace mikroorganismů C 0 výchozí koncentrace mikroorganismů vždy uvažuji C konečná koncentrace mikroorganismů čas k rychlostní konstanta destrukce mikroorganismů t teplota konstantní 0 ln C 0 C k 0 C log k = 0 C 2, Přímka přežití mikroorganismů Decimálně redukční doba (D hodnota) C 0 log k 0 C 2,303 tg doba zahřívání: ( - 0) = k log C0 log C 2,303 D tg D Rovnice přímky C 0 k log C 2, 303 Směrnice přímky 0 Dlog C 0 C C log C D DlogC 0logC 28 Přímka přežití mikroorganismů Decimálně redukční doba (D hodnota) Přímka přežití mikroorganismů Decimálně redukční doba pro různé teploty záhřevu. D hodnota je doba záhřevu (v minutách) při konstantní teplotě potřebná pro redukci počtu přítomných mikroorganismů o jeden řád. horká voda snížení mikroorganismů o 4,5 5,7 řádů horká pára - snížení mikroorganismů o 2,4 2,7 řádů

6 Termosterilační zásady konstantní teplota Počet přežívajících buněk (spór) Doba záhřevu při teplotě t = minut = 0 5 D minut 0000 = 0 4 2D minut 000 = 0 3 3D minut 00 = 0 2 4D minut 0 = 0 5D minut = 0 0 buňka (spóra) v konzervě 0, = 0 - buňka (spóra) v 0 konzervách 6D minut 7D minut 0,0 = 0-2 buňka (spóra) v 00 konzervách 8D minut 3 0,00 = 0-3 buňka (spóra) v 000 konzervách 9D minut 32 Vliv doby, po kterou teplota působí Termoinaktivační křivky Teplotní citlivost - z Termoinaktivační křivka (čára) t = f (D) anglosaská literatura D = f (t) t = -k logd + q t teplota D decimální redukční doba Lineární zvýšení sterilační teploty umožňuje exponenciální zkrácení doby sterilace 33 z - teplotní citlivost Změna teploty, která způsobí, že dekadická redukční doba D se změní desetkrát Směrnice termoinaktivační křivky 34 Termoinaktivační křivka Teplotní citlivost - z Termoinaktivační křivky

7 Teplota Termoinaktivační křivka Termoinkativace mikroorganismu - termodestrukce kyseliny askorbové Záhřev k inaktivaci mikroorganismů 3D 37 2D Záhřev k uchování kyseliny askorbové D Termoinaktivační křivka mikroorganismu Termodestrukční křivka kyseliny askorbové Čas Šetrnost záhřevu režim se volí tak, aby se nejvíce chránil nutričně cenné látky Hodnocení sterilačního záhřevu

8 Inaktivační účinky. Výběr mikroorganismu inaktivační účinek v nejhůře prohřívaném místě hodnota F sterilace hodnota P pasterace hodnota E enzymy výběr mikroorganismu výběr enzymu (termorezistentní peroxidasy, lipoxigenasy) Málo kyselé potraviny ph>4 Sterilace, t = 2, C Clostridium botulinum Clostridium sporogenes Clostridium thermosaccharolyticum Bacilus stearothermophilus Málo kyselé potraviny ph>4 Pasterace Salmonella Lysteria monocytogenes neproteolytické kmeny Cl. botulinum Streptococcus fecium (pro masné výrobky) Kyselé potraviny ph<4 Pasterace běžná mikroflóra kyselých potravin Byssochlamys fulva, Neosartoria fischeri Enzymy Indikátorové mikroorganismy D t - při referenční teplotě z - směrnice inaktivační čáry Výpočet požadovaného inaktivačního účinku - F s F s = D t. (log C 0 - log C ) F s - potřebná doba záhřevu (min) při konstantní (referenční) teplotě t r, která povede k požadovanému snížení počtu přítomné mikroflóry Clostridium botulinum - snížení o 2 řádů 3. Výpočet inaktivačního účinku konkrétního záhřevu - F Záznam průběhu záhřevu různé časy a teploty Ne při referenční teplotě Výpočet hodnoty F přepočítání - numerická integrace záhřevu s kolísající teplotou na dobu při konstantní teplotě Vypočtená hodnota F je porovnána s požadovanou hodnotou F s Definice Letální podíl - L Numerická integrace Jedna minuta záhřevu na teplotu t má stejný inaktivační účinek jako L minut záhřevu na referenční teplotu t ref F 0 minuta záhřevu při teplotě 2, C Příspěvek určitého zlomku sterilačního záhřevu doby záhřevu při jiné teplotě než referenční L =

9 Způsoby numerické integrace Příklad Posuďte dostatečnost inaktivačního účinku sterilačního záhřevu kg konzervy hovězí ve vlastní šťávě. Kazící mikroflóra: Clostridium botulinum, D 2, = 0,2 min, z = 0 C, t ref = 2, C Vzorec pro výpočet určitého integrálu obdélníková metoda Čas (min) Teplota ( C) Postup výpočtu Nekyselá potravina Snížení o 2 řádů Výpočet F s F s = 0,2.2 = 2,52 min Výpočet F L (min) F (min) 0,0776 0,0776 0,7762 0,8538 7,7625 8,663 0,0776 8,6939 0,0776 8,775 0,0776 8,849 b a f ( x) dx h m i f ( a ) E( f ) i 49 Porovnání F s a F 50 Příklad Postup výpočtu Posuďte dostatečnost inaktivačního účinku sterilačního záhřevu konzerv paštiky. Záznam průběhu teplot v nejhůře prohřívaném místě je znázorněn na obrázku a hodnoty jsou uvedeny v tabulce. Kazící mikroflóra: Clostridium botulinum, D 2, = 0,2 min, z = 0 C, t ref = 2, C Paštika - nekyselá potravina Snížení o 2 řádů Výpočet F s F s = 0,2.2 = 2,52 min Výpočet F Porovnání F s a F 5 52 Ellab Ellab

10 Pasterace Hodnocení pasteračního záhřevu Hotové pokrmy: P-values Clostridium botulinum P-value = 0 (t-90)/z) z = 0 C pro t > 90 C, z = 7 C pro t T< 90 C Masné výrobky pasterované Pasterované produkty nekyselé Streptococcus D 70 = 2,95 min, D 60 = 29,5 min, D 80 = 0,295 min Není stanoven limit, ale F 70 = min a více se bere jako standard Jinak platí 0 minut 70 C v jádře výrobku Výpočet inaktivačního účinku pasteračního záhřevu Způsoby provedení termosterilace Teplosměnné médium voda, pára, horký vzduch (spaliny), olej Homogenita teplotního pole Kontinuální x periodické systémy Sterilace v obalu Sterilace mimo obal aseptické plnění, sekundární kontaminace Autoklávy pro nekyselé potraviny parní, sprchové, vodní stacionární, rotační (lepší sdílení tepla) vertikální, horizontální chlazení regulace tlaku - protitlak periodické systémy (kontinuální málo) Pastéry pro kyselé (i nekyselé) potraviny kontinuální v obalu tunel (lázeň nebo pára nebo sprcha) chlazení důležité Tunelový pastér Deskový pastér - mléko

11 Trubkové výměníky Aseptické plnění 6 62 Stacionární vertikální autokláv Autoklávy Autoklávy (O.P. Panini) Rotační autokláv (A) (B) (C) (D) (A) parní s ventilací, (B) sprchování vodou, (C) skrápění vodou, (D) rotační 65 66

12 Hydrostatický kontinuální autokláv Hydrostatický kontinuální autokláv firmy Storch Mlékárna Hlinsko Molierův diagram Teplota varu vody ( C) Tlak (MPa) Princip V hloubce 0 m ve vodě je tlak: P = p a + h..g = = (Pa) 00 0, 05 0,2 0 0,4 20 0, , Zhodnocení termosterilace Objem termosterilovaných výrobků klesá, rozvíjí se modernější technologie - chladírenské a mrazírenské. Sterilační záhřev je obecně méně šetrný k nutriční a senzorické hodnotě. Prognóza - zůstane významnou konzervační metodou, objem se dále sníží, produkce tradičních výrobků jiným způsobem je nemožná. Vývoj - odlehčování obalů, easy open konzervy, vyšší používání speciální sterilovatelných plastových obalů (i papírových) obalů. 69 2