Historie. Historie. Termosterilace Obsah přednášky. Cíle tepelného záhřevu. Vysvětlení pojmů

Transkript

1 Termosterilace Obsah přednášky Historie Vysvětlení pojmů Cíle termosterilace Vliv záhřevu na mikroorganismy Faktory ovlivňující termosterilaci Hodnocení sterilačního záhřevu Příklad výpočtu Způsoby provedení termosterilace Zhodnocení termosterilace Historie 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. 2 Historie Cíle tepelného záhřevu Záhřev na teplotu vyšší než cca 65 C Denaturace bílkovin Inaktivace (usmrcení, devitalizace) mikroorganismů Inaktivace nežádoucích enzymů Inaktivace mikrobiálních toxinů Produkt stabilní po dobu trvanlivosti 3 Součást technologických postupů 4 NAŘÍZENÍ EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY (ES) č. 852/2004 ze dne 29. dubna 2004 o hygieně potravin 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). Vysvětlení pojmů Praktická sterilita Absolutní sterilita Pasterace Sterilace Tropická konzerva Tyndalace Polokonzerva Blanšírování Blanšírování 5 6 Blanšírování

2 Obchodní sterilita Codex Alimentarius (3) Obchodní sterilitou podle odstavce 2 písm. d) se pro účely této vyhlášky rozumí nepřítomnost životaschopných mikroorganismů, které by se mohly za podmínek oběhu množit (část bod 8 přílohy) a nepřítomnost mikroorganismů vyvolávajících onemocnění z potravin. Díl - Obecné požadavky (původní požadavky veterinárních předpisů, zřejmě už neplatí) 3 (3) Neprodyšně uzavřené, sterilované výrobky musí být tepelně ošetřeny ve všech částech na teplotu, jejíž účinky odpovídají účinkům teploty 2 C, působící po dobu nejméně 0 minut, a tepelně pasterované výrobky (polokonzervy) na teplotu, jejíž účinky odpovídají účinkům teploty 00 C, působící po dobu nejméně 0 minut. (4) Součástí vnitropodnikové kontroly konzerv a polokonzerv je provedení termostatové zkoušky u vzorků z každé dávky (šarže), a to u konzerv při teplotě 37 C po dobu 7 dnů a nebo při teplotě 35 C po dobu 0 dnů, u polokonzerv při teplotě 37 C po dobu 3 dnů a nebo při teplotě 35 C po dobu 5 dnů. Příloha č. 5 k vyhlášce č. 326/200 Sb. výrobek, u kterého bylo ve všech částech dosaženo minimálně tepelného účinku odpovídajícímu působení teploty plus 70 C po dobu 0 minut 7 8 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 potravinyu nepříznivě měnit mikrobiální kontaminace taková, že produkt je stabilní po dobu skladovatelnosti Záhřev na teploty do 00 C Pasterace Inaktace vegetativní formy mikroorganismů Konzervace kyselých potravin (ph 4). Nekyselé potraviny (hotových pokrmů apod.) je pasterace doplněna dalším zákrokem např. konzervací sníženou teplotou. Absolutní sterilita - potraviny - NE 9 0 Sterilace Tepelné opracování na teploty vyšší než 00 C (obvykle 2, C = 250 F) Inaktivace vegetativních forem mikroorganismů včetně bakteriálních spór Tepelné opracování nekyselých potravin - ph 4 Tepelné opracování v širším slova smyslu veškeré tepelné opracování potravin pastarece i sterilace Tyndalace Frakcionovaná pasterace Opakovaný záhřev na teploty do 00 C provedený v průběhu jednoho až několika dnů nekyselé potraviny (např. dušená šunka) Inaktivace přítomných bakteriálních spor po jejich vyklíčení 2 2

3 Blanšírování 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 Blanšírování Provádí se: před sušením před mražením Teplotní průběhy blanšírování IQB pásový blanšér výpočet dostatečnosti blanšírovacího záhřevu 3 4 Tepelné opracování Vliv záhřevu na mikroorganismy Princip: inaktivace (koagulace) bílkovin mikroorganismy hynou rychlost srážení bílkovin chemická reakce. řádu t 45 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) t = 65 C hynou vegetativní buňky t = 95 C hynou i méně odolné bakteriální spóry t = 0 20 C hynou termorezistentní spóry 5 6 Faktory ovlivňující průběh termosterilace Vlastnosti mikroorganismů Složení potraviny Vlhkost prostředí Kyselost prostředí Výchozí koncentrace mikroorganismů Doba působení teploty 7 Vlastnosti mo Vlastnosti mikroorganismů Kontaminace potravin Viry Bakterie, kvasinky, plísně, viry, priony Citlivost vůči záhřevu Vegetativní formy Spory Různá citlivost vůči záhřevu (Gausova křivka, pasážování) Výběr mikroorganismů patogenní nejodolnější vůči záhřevu jednodušší struktura odolnější v potravině se nemnoží potravina je vehikulem pro viry 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 mo pro masné výrobky) 8 3

4 Mikroflóra kyselých potravin 9 20 Složení potraviny Cukry, tuky, bílkoviny Antimikrobiální látky Rozpuštěné látky Osmoaktivní složky Sdílení tepla v potravině Tuhé vedení (kondukce) Kapalné proudění (konvekce) Tuhé + kapalné vedení + proudění Nejhůře prohřívané místo Ochranný vliv na mikroorganismy proti záhřevu Převod tepla obalem z potraviny do vnějšího prostředí a naopak 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 / Rychlost ohřevu

5 Teplota ( C) Měření teploty uvnitř výrobku Vlhkost prostředí Vlhké prostředí x suché (nevodné) prostředí (vzduch, tuk, ethanol) ELAB měření a záznam teplot Ebro bezdrátové teplotní záznamníky Mechanismus denaturace (srážení) bílkovin snadnější ve vodném prostředí 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 vlhká x přehřátá pára pasterace suchých sypkých směsí suché úkryty vzduch (bubliny) jako izolant ochrana Odolnost spor bacilů ve vlhké a přehřáté páře Kyselost prostředí Mezní hodnota ph 4 Hranice, pod kterou neklíčí sporulující bakterie Bacilus coagulans, - Bacillus stearothermophilus 2, 2 - Bacillus polymyxa vlhká pára přehřátá pára Potraviny kyselé ph < 4 Potraviny málo kyselé ph 4 ph vztah k růstu mikroorganismů, vztah k odolnosti mikroorganismů vůči záhřevu -!!! kombinace faktorů!!! Čas (min) 27 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 Vliv ph prostředí na tepelnou odolnost spor snaha snížit ph pokud to jde

6 Výchozí koncentrace mikroorganismů Zásadní Ovlivňuje úspěšnost tepelného záhřevu. Termická inaktivace mikroorganismů = chemická reakce. řádu (s rychlostní konstantou k ) 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. C C koncentrace mikroorganismů C 0 výchozí koncentrace mikroorganismů vždy uvažuji C konečná koncentrace mikroorganismů čas k rychlostní konstanta destrukce mikroorganismů t teplota konstantní 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 C C log k Po integraci a 0 ln k úpravě 0 0 C = 0 3 C 2, d C 0 log k 0 C 2,303 doba zahřívání: ( - 0 ) = k log C0 log C tg 2,303 D D Rovnice přímky C C log 2, k Směrnice přímky Přímka přežití mikroorganismů a decimálně redukční doba D Doba záhřevu (minuty) potřebná pro redukci počtu přítomných mikroorganismů o jeden řád tg 0 C log C D Dlog C 0 C DlogC 0logC 33 horká voda snížení mikroorganismů o 4,5 5,7 řádů horká pára - snížení mikroorganismů o 2,4 2,7 řádů 34 Přímka přežití mikroorganismů a decimálně redukční doba D Přímka přežití mikroorganismů a decimálně redukční doba D

7 Přímka přežití mikroorganismů a decimálně redukční doba D pro různé teploty záhřevu 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 0,0 = 0-2 buňka (spóra) v 00 konzervách 0,00 = 0-3 buňka (spóra) v 000 konzervách 6D minut 7D minut 8D minut 9D minut 39 Vliv doby, po kterou teplota působí Termoinaktivační křivka (čára) t = f (D) t = -k logd + q t teplota D decimální redukční doba anglosaská literatura: D = f (t) Lineární zvýšení sterilační teploty umožňuje exponenciální zkrácení doby sterilace 40 Termoinaktivační křivka Termoinaktivační křivky 4 z - teplotní citlivost definována jako změna teploty, která způsobí, že dekadická redukční doba D se změní desetkrát směrnice termoinaktivační křivky 42 7

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

9 Inaktivační účinky inaktivační účinek v nejhůře prohřívaném místě Hodnocení sterilačního záhřevu hodnota F sterilace hodnota P pasterace hodnota E enzymy výběr mikroorganismu výběr enzymu (termorezistentní peroxidasy, lipoxigenasy) Výběr mikroorganismu 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 2. 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 5 52 Požadovaný účinek F s 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

10 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 = L= 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 57 Porovnání F s a F 58 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

11 Ellab Ellab 6 62 Hotové pokrmy - autokláv 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 65 66

12 Výpočet inaktivačního účinku pasteračního záhřevu Způsoby provedení termosterilace Teplosměnné médium voda, pára, horký vzduch (spaliny), olej Homogenita teplotního pole Kontinuální x periodické systémy Autoklávy pro nekyselé potraviny parní, sprchové, vodní stacionární, rotační (lepší sdílení tepla) vertikální, horizontální chlazení regulace tlaku - protitlak periodické systémy (kontinuální málo) Sterilace v obalu Sterilace mimo obal aseptické plnění, sekundární kontaminace Pastéry pro kyselé (i nekyselé) potraviny kontinuální v obalu tunel (lázeň nebo pára nebo sprcha) chlazení důležité Tunelový pastér Deskový pastér - mléko Trubkové výměníky Stacionární vertikální autokláv

13 73 74 Rotační autokláv (O.P. Panin) (A) (B) Autoklávy: (A) parní s ventilací (B) sprchování vodou, (C) skrápění vodou (O.P. Panini) (C) Hydrostatický kontinuální autokláv Hydrostatický kontinuální autokláv firmy Storch v provozu Mlékárny Hlinsko

14 Hydrostatický kontinuální autokláv firmy Storch v provozu Mlékárny Hlinsko Hydrostatický sterilátor Zhodnocení termosterilace V hloubce 0 m ve vodě je tlak P = p a + h..g = asi = (Pa) Z Molierova diagramu je zřejmé, že za uvedeného tlaku bude voda vřít při teplotě20 C. Teplota varu vody ( C) Tlak (MPa) 00 0, 05 0,2 0 0,4 20 0, ,27 8 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 82 4