Konzervace záhřevem - termosterilace Praktická sterilita Absolutní sterilita Blanšírování Pasterace Sterilace Tyndalace

Pasterace Záhřev na teploty do 100 °C Inaktace vegetativní formy mikroorganismů Konzervace kyselých potravin (pH  4). Nekyselé potraviny (hotových pokrmů apod.) je pasterace doplněna dalším zákrokem např. konzervací sníženou teplotou.

Sterilace Záhřev na teploty vyšší než 100 °C (obvykle 121,1 °C = 250°F) Inaktivace vegetativních formy mikroorganismů včetně bakteriálním spór Konzervace nekyselých potravin (potravin jejichž pH  4)

Tyndalace Frakcionovaná sterilace Opakovaný záhřev na teploty do 100 °C provedený v průběhu jednoho až několika dnů Konzervace nekyselých potravin Inaktivace přítomných bakteriálních spór po jejich vyklíčení

Cíle konzervace záhřevem inaktivace vegetativních buněk a spór mikroorganismů inaktivace nežádoucích enzymů inaktivace mikrobiálních toxinů součást technologických postupů

Vliv záhřevu na mikroorganismy intenzita projevu Růst buněk Teplota subletálního poškození buněk (stress) Produkce toxinu Teplota inaktivace buněk Teplota inaktivace spór teplota

Teplota Sterilace Destrukce bakteriálních spór Pasterace Destrukce většiny bakterií konec růstu +65°C termofilní bakterie Optimální podmínky pro růst mikroorganismů Mezofilní bakterie +10°C Psychrotrofní bakterie Chladírenské zpracování Psychrofilní bakterie 0°C -10°C Konec růstu bakterií Zmrazování -20°C Konec růstu plísní Hluboké zmrazování

Faktory ovlivňující průběh termosterilace Vlastnosti mikroorganismů Složení potraviny Vlhkost prostředí Kyselost potraviny Výchozí koncentrace mikroorganismů Teplota a doba jejího účinku

Kontaminace potravin Bakterie, kvasinky, plísně, viry, priony Výběr mikroorganismů: patogenní nejodolnější vůči záhřevu Málo kyselé potraviny - pasterované : salmonela, listerie, neproteolytické kmeny klostridií, Stafylococcus aureus, Bacillus cereus Málo kyselé potraviny - sterilované: Clostridium botulinum, Bacillus stearothermophilus a Clostridium thermosaccharolyticum Kyselé potraviny: Byssochlamys fulva, Bacillus coagulans, bakterie mléčného kvašení

Složení potravin Cukry, tuky, bílkoviny Antimikrobiální látky Rozpuštěné látky Osmoaktivní složky X Ochranný vliv na mikroorganismy proti záhřevu

Sdílení tepla Sdílení tepla z teplonosného media (vodní lázeň, deska výměníku, obal potraviny) – vedení Sdílení tepla v potravině vedení (kondukce) - tuhé produkty, masové konzervy, těstoviny proudění (konvekce) - kapalina – nápoj, homogenní polévka kombinace vedení a proudění - (kousky v kapalině) Podmínka: dosažení teploty a její působení ve všech částech potraviny - nejhůře prohřívané místo produktu

Měření teploty uvnitř konzervy:

Vlhkost prostředí Suché (nevodné) prostředí x vlhké prostředí: podmínky sdílení tepla mechanismus inaktivačního účinku pasterace suchých sypkých směsí suché úkryty vlhká x přehřátá pára tuk ethanol

Kyselost prostředí mezní hodnota pH 4,0 hranice pod kterou neklíčí spory sporulující bakterie Bacilus coagulans Potraviny kyselé pH < 4 Potraviny málo kyselé pH > 4

pH potravin Skupiny potravin Příklad potraviny pH Kyselé Málo kyselé citrónová šťáva zelenina v sladkokyselém nálevu ovocné džemy kysané zelí ananas, jablka, jahody, grapefruit rajčata, rajský protlak, hrušková šťáva, meruňky, broskve, přezrálé pomeranče bramborový salát ravioly fíky, polévky fazole, hršek, mrkev, řepa, chřest, brambory olivy, vejce, maso, mléko, 2,2  3 3,2 3,7 4,0 4,5 5,0 6,0 7,0

pH potravin

Vliv pH na odolnost bakteriálních spór

Vliv výchozí koncentrace mikroorganismů Inaktivace mikroorganismů - reakce 1. řádu C … koncentrace mikroorganismů  … čas

rychlost inaktivace - přímo úměrná koncentraci přežívajících mikroorganismů množství přežívajících mikroorganismů s časem exponenciálně klesá lineární pokles dekadického logaritmu počtu jedinců v čase není možné dosáhnout absolutní sterility - křivka přežívání mikroorganismů protne nulu v nekonečnu

D – decimální (dekadická) redukční doba doba záhřevu (min) potřebná pro redukci počtu přítomných mikroorganismů na jednu desetinu (o jeden řád) vztahuje k určité teplotě, která musí být uvedena s rostoucí teplotou decimální redukční doba D klesá (teplota roste > úbytek životaschopných jedinců se zrychluje > doba D potřebná na snížení počátečního stavu na 10 % se zkracuje) Použití D posouzení termorezistence jednotlivých mikroorganismů hodnocení inaktivačního účinku pasteračního nebo sterilačního záhřevu

Lineární pokles dekadického logaritmu počtu mikroorganismů v čase

Počet přežívajících buněk (spór) Doba záhřevu při teplotě t 1000000 = 106 0 minut 100000 = 105 D minut 10000 = 104 2D minut 1000 = 103 3D minut 100 = 102 4D minut 10 = 101 5D minut 1 = 100 1 buňka (spóra) v konzervě 6D minut 0,1 = 10-1 1 buňka (spóra) v 10 konzervách 7D minut 0,01 = 10-2 1 buňka (spóra) v 100 konzervách 8D minut 0,001 = 10-3 1 buňka (spóra) v 1000 konzervách 9D minut

Vliv doby, po kterou teplota působí Termoinaktivační křivky t = f (D) D = f(t) t = -k logD + q t … teplota Lineární zvýšení sterilační teploty umožňuje exponenciální zkrácení doby sterilace

z - teplotní citlivost definována jako změna teploty, která způsobí, že dekadická redukční doba D se změní desetkrát směrnice termoinaktivační křivky t = f (D)

Průběh inaktivačních čar mikroorganismů a enzymů a termodestrukčních čar nutričně významných složek mléka

Termoinaktivace kombinace teplota – čas v nejhůře ohřívaném místě výrobku Vegetativní formy plísní, kvasinek a většiny bakterií: záhřev 10 minut při 65 °C Termotolerantní a termofilní bakteriální buňky: záhřev od 5 do 10 minut při 75 až 80 °C Bakteriální spóry: záhřev 15 minut při 121,1 °C Spóry některých plísní: snesou záhřev 90 °C po dobu několika hodin Uvedené příklady inaktivačních účinků jsou závislé na počátečním počtu přítomných mikroorganismů a vztahují se k obvyklé míře mikrobiální kontaminace

Hodnocení sterilačního záhřevu

F - inaktivační (sterilační) účinek účinek, který by mělo zahřátí potraviny na referenční teplotu tr a na dobu F minut Decimální redukční doby D jsou vždy určeny pro určitou hodnotu referenční teploty tr sterilace nekyselých potravin tr = 121,1 °C = 250 °F pasterace např. tr = 70 °C

Výpočet požadovaného účinku Fs potravina kontaminována mikroorganismem – známe D a z před záhřevem je v potravině koncentrace mikroorganismů C0 požadujeme její snížení záhřevem na hodnotu C1 Inaktivační účinek F se vypočte podle vzorce: C0/C1 „kolikrát se má snížit koncentrace záhřevem“ log10 C0/C1 „o kolik dekadických řádů se má snížit koncentrace záhřevem“ Požadovaná míra snížení se volí: podle výsledků mikrobiologických rozborů podle odhadu míry pomnožení před záhřevem podle stupně jistoty, jaký chce výrobce dosáhnout V případě výpočtu na Cl. botulinum se vždy pracuje se snížením o 12 řádů.

Letální podíl,letalita, smrtící účinek, L(t,z) vyjadřuje inaktivační účinek libovolné teploty t na mikroorganismus o teplotní citlivosti z Definice: jedna minuta záhřevu na teplotu t má stejný inaktivační účinek jako L minut záhřevu na referenční teplotu tr Letalita se vypočte pro známé t, tr ,z

Příklad výpočtu letality Mikroorganismus o teplotní citlivosti z = 6,9 °C se má sterilovat při teplotě t = 133 °C místo při referenční teplotě tr = 121,1 °C. Letalita nové teploty je L = 10((133-121,1)/6,9) = 101,725 = 53 tzn. že každá minuta při nové sterilační teplotě "vydá" za 53 minut při teplotě referenční

Výpočet inaktivačního účinku F jakéhokoli teplotního průběhu Teplotní průběh při skutečné sterilaci má obecný tvar odlišný od původní definice F "konstantní teplota tr pro známou dobu F" Mějme teplotní průběh v čase t(), kterým chceme sterilovat mikroorganismus o teplotní citlivosti z. Sterilační účinek F(1) od počátku  = 0 do kteréhokoli okamžiku  = 1 se vypočte jako: Vypočtená hodnota F je porovnána s požadovanou, případně z vypočtené hodnoty dělením příslušným D je odhadována míra snížení počtu mikroflory posuzovaným zákrokem

Příklad výpočtu Potravina, která se zahřívá prouděním (např. homogenní polévka s velmi malými kousky) je sterilována při 115 °C, požadovaný inaktivační účinek záhřevu F je 7 minut (tj. 7 minut záhřevu při 121,1 °C, Fs = 7 min, nebo požadovaný účinek 7F). Záznam průběhu teplot snímaných termočlánkem v nejhůře prohřívaném místě konzervy je v tabulce, zatím proces trvá 60 minut, po 60 minutách začíná chlazení:

Doba (min) Teplota (°C) 95 35 115,5 5 101 40 10 108,5 45 15 111,5 50 115,6 20 113 55 25 60 30 65 100

Řešení: Jedná o málo kyselou potravinu, tj. uvažovaným mikroorganismem je Cl. botulinum, se směrnicí letalitní čáry z = 10 °C. Požadovaný inaktivační účinek je dán v zadání (F = 7 minut). Pro výpočet bude záhřev rozdělen do časových úseků s konstantní teplotou, pro jednotlivé intervaly bude vypočten letální podíl a bude provedena numerická integrace. Řešení je možné provést také graficky, obvyklejší je výpočet např. s využitím tabulkového procesoru. Výpočet je lze provést přesněji s menším krokem při numerické integraci, v tomto případě je krok 5 minut, jednotlivé hodnoty jsou „středy“ pětimitových intervalů.

Pro jednotlivé kroky byl vypočten letální podíl (letální podíl byl vyjádřen v minutách záhřevu při 121,1 °C vynásobením letálního podílu délkou kroku). V posledním sloupci je provedena numerická integrace – součet jednotlivých příspěvků. Z hodnot je zřejmé, že požadovaný inaktivační účinek záhřevu je dosažen ve 40 minutě procesu, termosterilační proces může být optimalizován, tj. výdrž bude ukončena ve 40 minutě záhřevu a bude následovat chlazení.

Tabulka pro výpočty Letální podíl pro z = 10 °C, tr = 121,1 °C

Doba (min) Teplota (°C) Letální podíl L Krok (min) L * krok (min) F kumulativní (min) 95 0,00 5 0,01 101 0,05 0,06 10 108,5 0,28 0,34 15 111,5 0,11 0,56 0,90 20 113 0,16 0,79 1,70 25 115,5 1,41 3,11 30 4,52 35 5,92 40 7,33 45 8,74 50 115,6 0,29 1,44 10,19 55 11,63 60 13,07 65 100 0,04 13,11

Způsoby provedení termosterilace: Kyselé - nekyselé Pasterace - sterilace Kontinuální - periodické (vsádkové) systémy Sterilace mimo obal - v obalu Teplosměnná média - nečastěji voda - horký vzduch (nebo spaliny - sterilace hořákem) - olej

Stacionární vertikální autokláv

Hydrostatický kontinuální autokláv

Hydrostatický kontinuální autokláv

Hydrostatický kontinuální autokláv

Hydrostatický sterilátor V hloubce 10 m ve vodě je tlak P = pa+ h..g = asi 105 + 10.1000.10 = 2.105 (Pa) Z Molierova diagramu je zřejmé, že za uvedeného tlaku bude voda vřít při 120 °C.

Molierův diagram Teplota varu vody °C Tlak MPa 100 0,1 105 0,12 110 0,14 120 0,198 130 0,27

Uperátor

Zhodnocení obecně 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