Termosterilace. Cíle záhřevu. Historie. Obsah přednášky. 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 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. 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 3 4 Vliv záhřevu na mikroorganismy 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). 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 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 8 Pasterace Sterilace Nižší inaktivační účinek (teplota, čas) Inaktivace vegetativních forem mikroorganismů Obvykle záhřev na teploty do 00 C Konzervace kyselých potravin (ph 4) Nekyselé potraviny - pasterace je doplněna dalším konzervačním zákrokem např. konzervací sníženou teplotou Vyšší inaktivační účinek (teplota, čas) 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 Sterilace - tepelné opracování v širším slova smyslu veškeré tepelné opracování potravin pasterace i sterilace 9 0 Tyndalace 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) Blanšírování Princip a účel Teplotní průběhy blanšírování inaktivace enzymů výpočet dostatečnosti blanšírovacího záhřevu 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 2 2

3 Faktory ovlivňující průběh termosterilace Faktory ovlivňující průběh termosterilace Vlastnosti mikroorganismů Složení potraviny Vlhkost prostředí Kyselost prostředí Výchozí koncentrace mikroorganismů Doba působení teploty kombinace teploty a času 3 4 Vlastnosti mikroorganismů Termofilní bakterie způsobující kažení sterilovaných potravin Kontaminace potravin Bakterie, kvasinky, plísně, viry, priony Citlivost vůči záhřevu Vegetativní formy Spory Viry jednodušší struktura odolnější v potravině se nemnoží potravina je vehikulem pro viry Výběr mikroorganismů patogenní nejodolnější vůči záhřevu Kyselé potraviny nesporulující bakterie rody Lactobacillus a Leuconostoc, Bacillus coagulans (vegetativní stadia), Alicyclobacillus acidoterrestris kvasinky plísně Byssochlamys fulva (askospory), 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) 5 6 Složení potraviny Měření teploty uvnitř výrobku Nejhůře prohřívané místo 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 Sdílení tepla prostupem stěnou obalu nebo stěnou výměníku Tuhé vedení (kondukce) Q = k.a.t kde: Q = množství tepla prošlé za jednotku času k = součinitel prostupu tepla A = plocha t = teplotní spád ELLAB měření a záznam teplot Ebro bezdrátové teplotní záznamníky 7 8 3

4 Teplota ( C) Rychlost ohřevu Vlhkost prostředí 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 9 20 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) 2 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

5 Vliv ph prostředí na tepelnou odolnost spór 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 snaha snížit ph pokud to jde 25 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 0 ln C 0 C k 0 C log k = 0 C 2,303 d 26 Přímka přežití mikroorganismů Decimálně redukční doba (D hodnota) Přímka přežití mikroorganismů Decimálně redukční doba pro různé teploty záhřevu. C 0 log k 0 C 2,303 doba zahřívání: ( - 0) = Rovnice přímky C 0 k log C 2, 303 k log C0 log C tg 2,303 D D tg Směrnice přímky 0 Dlog C 0 C C log C D DlogC 0logC D hodnota je doba záhřevu (v minutách) při konstantní teplotě potřebná pro redukci počtu přítomných mikroorganismů o jeden řád 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 0,00 = 0-3 buňka (spóra) v 000 konzervách 8D minut 9D minut

6 Teplota Vliv doby, po kterou teplota působí Termoinaktivační křivky Teplotní citlivost - z Termoinaktivační křivka (čára) t = f (D) t = -k logd + q D = f (t) anglosaská literatura t teplota D decimální redukční doba Lineární zvýšení sterilační teploty umožňuje exponenciální zkrácení doby sterilace 3 z - teplotní citlivost Změna teploty, která způsobí, že dekadická redukční doba D se změní desetkrát Směrnice termoinaktivační křivky 32 Termoinaktivační křivka Teplotní citlivost - z Termoinaktivační křivky Termoinkativace mikroorganismu - termodestrukce kyseliny askorbové Termoinaktivační křivky Záhřev k inaktivaci mikroorganismů 3D 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 36 6

7 37 38 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 2. Výpočet požadovaného inaktivačního účinku - F s 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 Clostridium botulinum Streptococcus fecium (pro masné výrobky) Kyselé potraviny ph<4 Pasterace běžná mikroflóra kyselých potravin Byssochlamys fulva, Neosartorya fischeri Enzymy Indikátorové mikroorganismy D t - při referenční teplotě z - směrnice inaktivační čáry 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

8 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 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 = Numerická integrace Způsoby numerické integrace Vzorec pro výpočet určitého integrálu obdélníková metoda b a f ( x) dx h m i f ( a ) E( f ) i Čas (min) 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 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 Příklad 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 Porovnání F s a F

9 Postup výpočtu Ellab 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 Ellab Hodnocení pasteračního záhřevu 5 52 Pasterace Výpočet inaktivačního účinku 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

10 Způsoby provedení termosterilace 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 Deskové výměníky Trubkové výměníky Aseptické plnění

11 Stacionární vertikální autokláv Autoklávy 6 62 Autoklávy (O.P. Panini) Rotační autokláv - kontinuální (A) (B) (C) (D) (A) parní s ventilací, (B) sprchování vodou, (C) skrápění vodou, (D) rotační 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, ,

12 Zhodnocení termosterilace Objem termosterilovaných výrobků klesá, rozvíjí se modernější technologie - chladírenské a mrazírenské. Zhodnocení termosterilace 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