Παστερίωση και αποστείρωση

ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ hermal processing Παστερίωση και αποστείρωση Δρ. Μαρία Χ. Γιαννακούρου 1

Θερμικές Διεργασίες Ένας τρόπος συντήρησης ορισμένων τροφίμων είναι η κατεργασία τους μέσω θερμικών διεργασιών. Η θερμική επεξεργασία τροφίμων αναφέρεται στη χρήση σχετικά υψηλών θερμοκρασιών για μικρές χρονικές περιόδους και έχει στόχο την αύξηση του χρόνου διατήρησης των τροφίμων. Σε αντίθεση με άλλες μεθόδους συντήρησης τροφίμων (ξήρανση, κατάψυξη, χρήση χημικών προσθετικών, χρήση τροποποιημένων ατμοσφαιρών κλπ.), οι οποίες στοχεύουν στη μείωση τού ρυθμού ανάπτυξης ή δράσης των διαφόρων παραγόντων που συμβάλλουν στην αλλοίωση του προϊόντος, κατά την διάρκεια μιας θερμικής επεξεργασίας οι συνθήκες που υποβάλλεται το προϊόν είναι τέτοιες που καταστρέφουν τους παράγοντες αλλοίωσης (π.χ. τοξίνες, ένζυμα, μικροοργανισμούς). 2

Θερμικές Διεργασίες Στόχος μιας θερμικής διεργασίας είναι: Καταστροφή τοξινών α) τοξίνη του Clostridium botulinum (5 min στους 212F) β) αφλατοξίνη 4h στους 250F για καταστροφή του 95% Απενεργοποίηση (θανάτωση) μικροοργανισμών (κύτταρα, σπόρια) Αδρανοποίηση ενζύμων Μαγείρεμα και επίδραση στην υφή (texture) του τροφίμου 3

Θερμικές Διεργασίες Περιορισμός (αρνητικές επιπτώσεις) Υποβάθμιση ποιοτικών χαρακτηριστικών του προϊόντος Περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά (βιταμίνες, χρώμα, άρωμα, γεύση) 4

Τύποι θερμικών διεργασιών Αποστείρωση: (καταστροφή όλων των μικροοργανισμών και σπορίων) Εμπορική (Βιομηχανική) αποστείρωση: προϊόν ελεύθερο από οποιαδήποτε βιώσιμη μορφή παθογόνων μικροοργανισμών και μη παθογόνων μικροοργανισμών που μπορούν να πολλαπλασιαστούν υπό συνήθεις συνθήκες αποθήκευσης και διακίνησης του προϊόντος. Παστερίωση: καταστροφή των βλαστικών μορφών όλων των παθογόνων και των περισσότερων μη παθογόνων μικροοργανισμών + ψύξη 5

Τύποι θερμικών διεργασιών Ζεμάτισμα (λεύκανση): αδρανοποίηση ενζύμων, π.χ., πριν την κατάψυξη Συνδυασμός ήπιων μορφών θερμικής διεργασίας με π.χ., διεργασίες Υπερυψηλών Πιέσεων 6

Ζεμάτισμα (Λεύκανση, blanching) Χρήση σε φρούτα & λαχανικά Αδρανοποιεί τα ένζυμα Καταστρέφει μερικούς μικροοργανισμούς. 7

Ζεμάτισμα (Λεύκανση, blanching) Το ζεμάτισμα είναι μια ήπια θερμική επεξεργασία, η οποία εφαρμόζεται κυρίως στα φρούτα και λαχανικά πριν από την κονσερβοποίηση, την κατάψυξη ή την αφυδάτωση. Η θέρμανση κατά το ζεμάτισμα γίνεται σε θερμό νερό ή ατμό, ο δε χρόνος θέρμανσης εξαρτάται από το είδος και το μέγεθος του προϊόντος, τη μέθοδο θέρμανσης και τη θερμοκρασία του θερμαντικού μέσου. 8

Ζεμάτισμα (Λεύκανση, blanching) Σκοπός της λεύκανσης: Αδρανοποίηση των ενζύμων Εκδίωξη του αέρα ή αερίων των ιστών Καθαρισμός του ιστού Μάρανση ή συρρίκνωση του προϊόντος προς διευκόλυνση της συσκευασίας Σταθεροποίηση του χρώματος Προμαγείρεμα Αύξηση της θερμοκρασίας 9

Παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν το χρόνο της λεύκανσης Ο τύπος του φρούτου/λαχανικού Το μέγεθος των κομματιών του τροφίμου Η θερμοκρασία της λεύκανσης Η μέθοδος θέρμανσης. 10

Παστερίωση Ως παστερίωση (pasteurization) χαρακτηρίζεται η θερμική επεξεργασία που εφαρμόζεται στα τρόφιμα, σε θερμοκρασίες κατά κανόνα μικρότερες από 100 C, με σκοπό να καταστρέψει: α) τα ενδογενή ένζυμα, β) τις βλαστικές μορφές όλων των παθογόνων μικροοργανισμών και γ) τις βλαστικές μορφές των βακτηρίων, τις ζύμες και τους μύκητες που θα μπορούσαν να αλλοιώσουν το προϊόν κάτω από τις συγκεκριμένες συνθήκες διατήρησής του. 11

Παστερίωση Η παστερίωση είναι μια ήπια θερμική επεξεργασία που καταστρέφει τα ενδογενή ένζυμα και τους θερμοευαίσθητους μικροοργανισμούς, δηλαδή μόνο τις ζύμες, τους μύκητες και τις βλαστικές μορφές των βακτηρίων και όχι τα σπόρια αυτών. Ως ήπια θερμική επεξεργασία η παστερίωση προκαλεί μικρές έως ασήμαντες μεταβολές στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά και τη θρεπτική αξία των τροφίμων και επιτυγχάνει τη συντήρησή τους για περιορισμένο χρονικό διάστημα, ολίγων ημερών ή εβδομάδων, κατά κανόνα σε συνδυασμό με άλλη μέθοδο συντήρησης. 12

Παστερίωση Οι μέθοδοι συντήρησης, οι οποίες χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με την παστερίωση είναι: Η ψύξη η κατάψυξη Η προσθήκη χημικών προσθέτων τα οποία δημιουργούν ανεπιθύμητο περιβάλλον για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών Η συσκευασία κλπ 13

Παστερίωση Ο χρόνος και η θερμοκρασία θέρμανσης κατά την παστερίωση εξαρτώνται: Από τη θερμική αντίσταση του μικροοργανισμού-στόχου (σε βλαστική μορφή), του οποίου η καταστροφή επιδιώκεται Από την ευαισθησία των ποιοτικών δεικτών (π.χ. βιταμίνες, αρωματικά/πτητικά, κλπ) στη θερμότητα 14

Αποστείρωση Ως αποστείρωση (sterilization) χαρακτηρίζεται η θερμική επεξεργασία των τροφίμων η οποία γίνεται σε θερμοκρασίες υψηλότερες των 100 C και αποβλέπει στην καταστροφή των σπορίων των βακτηρίων. Ταυτόχρονα με την αποστείρωση καταστρέφονται και όλες οι βλαστικές μορφές των βακτηρίων, οι ζύμες και οι μύκητες επειδή είναι λιγότερο ανθεκτικοί στη θέρμανση από τα σπόρια των βακτηρίων. 15

Η εμπορική αποστείρωση εφαρμόζεται στα τρόφιμα με δύο τρόπους: a) Το προϊόν μετά από την κατάλληλη προετοιμασία τοποθετείται σε ειδικούς περιέκτες, οι οποίοι κλείνουν ερμητικά και στη συνέχεια υφίσταται αποστείρωση. Η επεξεργασία αυτή ονομάζεται κονσερβοποίηση. b) Το προϊόν υφίσταται αρχικά εμπορική αποστείρωση και τοποθετείται κάτω από ασηπτικές συνθήκες, σε αποστειρωμένους περιέκτες οι οποίοι κλείνουν ερμητικά σε αποστειρωμένο περιβάλλον. Η επεξεργασία αυτή ονομάζεται ασηπτική επεξεργασία. 16

Κονσερβοποίηση Με την όρο κονσερβοποίηση (canning) εννοούμε τη θερμική επεξεργασία (παστερίωση ή εμπορική αποστείρωση) των τροφίμων τα οποία βρίσκονται μέσα σε ερμητικά κλεισμένους περιέκτες. Η κονσερβοποίηση αποτελεί μία από τις σπουδαιότερες μεθόδους συντήρησης των τροφίμων. Την κονσερβοποίηση ανακάλυψε για πρώτη φορά ο Nicholas Appert (1749-1841) στη Γαλλία το 1790. Ο Ναπολέων προκήρυξε διαγωνισμό με χορήγηση βραβείου με σκοπό την ανάπτυξη μεθόδου συντήρησης των τροφίμων για τις ανάγκες του Γαλλικού Στρατού προκειμένου να αντιμετωπισθεί η ασθένεια του σκορβούτου. Το βραβείο πήρε ο Nicholas Appert, οι εργασίες του οποίου οδήγησαν στην ανάπτυξη της εμπορικής αποστείρωσης. Οι αρχές που εφάρμοσε ο Appert για την κονσερβοποίηση των τροφίμων ισχύουν ακόμη και σήμερα. 17

Κονσερβοποίηση Η κονσερβοποίηση αποτελεί μία από τις σπουδαιότερες μεθόδους συντήρησης των τροφίμων. Την κονσερβοποίηση επινόησε ο Nicolas Appert στη Γαλλία το 1790. Nicolas François Appert (1749-1841) 18

Σχέση C σε F o 5 F o o C F 32 9 1.8 32 o o 1.8 32 F C 250 o o F 121.1 C 18 o o F 10 C 19

Θερμοκρασίες αποστείρωσης Για τα όξινα προϊόντα 110 o C, για τα περισσότερα λαχανικά 115 o C, για προϊόντα συνεκτικά που εμποδίζουν την διείσδυση της θερμότητας 121,1 o C. 20

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ Μικροβιολογικά δεδομένα Χαρακτηριστικά μεταφοράς θερμότητας Κινητική αντιδράσεων καταστροφής παραγόντων ποιότητας Προσδιορισμός κατάλληλης θερμικής διεργασίας Υπολογισμός ποιοτικής υποβάθμισης του προϊόντος Βελτιστοποίηση της θερμικής διεργασίας Επαλήθευση της θερμικής διεργασίας στη γραμμή παραγωγής με μικροβιολογικό έλεγχο σε προϊόντα εμβολιασμένα με δεδομένο αριθμό μικροοργανισμών 21

Θερμική ανθεκτικότητα (Θερμική αντίσταση) Θάνατος (απενεργοποίηση) μικροοργανισμών Ορισμοί Θάνατος μικροοργανισμών: ένας μικροοργανισμός θεωρείται νεκρός όταν έχει χάσει την ικανότητα για αναπαραγωγή. (Καλύτερα λοιπόν να μιλάμε για απενεργοποίηση αντί για θανάτωση μικροοργανισμών.) Θερμοανθεκτικότητα μικροοργανισμών: η μέγιστη θερμική κατεργασία (συνδυασμός χρόνου-θερμοκρασίας) που μπορεί να επιβιώσει ένας μικροοργανισμός. (Η θερμοανθεκτικότητα ενός μικροοργανισμού σε δεδομένη θερμοκρασία Τ, χαρακτηρίζεται από την τιμή D.) Θερμική Αντίσταση είναι ο ελάχιστος χρόνος θέρμανσης που απαιτείται σε συγκεκριμένη θερμοκρασία για την θανάτωση των ΜΟ που μας ενδιαφέρουν. 22

Κριτήριο επιλογής είδους/έντασης Θερμικής Επεξεργασίας ph (μεγαλύτερη θερμοανθεκτικότητα σε προϊόντα με ουδέτερο ph) Το ph του προϊόντος όχι μόνον επηρεάζει την θερμοανθεκτικότητα των μικροοργανισμών, αλλά το ph ή η οξύτητα του προϊόντος επηρεάζει και την ικανότητα των μικροοργανισμών για ανάπτυξη Για τον σχεδιασμό θερμικών διεργασιών τα τρόφιμα διακρίνονται σε: όξινα τρόφιμα (acid foods): ph < 4.6 τρόφιμα χαμηλής οξύτητας (low acid foods): ph 4.6 και a w > 0.94 23

Όξινα τρόφιμα: π.χ. χυμοί φρούτων, τομάτα, αχλάδια, ανανάς οι μικροοργανισμοί που αναπτύσσονται σε όξινα τρόφιμα είναι θερμοευαίσθητοι τα υπάρχοντα σπόρια δεν αναπτύσσονται εύκολα το Cl. botulinum δεν αναπτύσσεται συνήθεις κατεργασίες στους 100 C (ατμοσφαιρική πίεση) είναι αρκετή για βιομηχανική αποστείρωση 24

Τρόφιμα χαμηλής οξύτητας: π.χ. κρέας, γάλα, προϊόντα γάλακτος, αυγά, ορισμένα λαχανικά, όπως καλαμπόκι, αρακάς το Cl. botulinum αναπτύσσεται αν a w > 0.94 οι μικροοργανισμοί που επιμολύνουν τα τρόφιμα μπορούν να σχηματίσουν σπόρια που έχουν μεγάλη θερμοανθεκτικότητα οι θερμικές διεργασίες απαιτούν θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 100 C 25

Παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την θερμική αντίσταση των μικροοργανισμών είναι: a) Το είδος του μικροβιακού στελέχους, b) η ηλικία τους, c) η συγκέντρωσή τους, d) η χημική σύνθεση του θρεπτικού υποστρώματος, e) το ph (κυρίως), f) η ενεργότητα του νερού του υποστρώματος, g) η θερμοκρασία και h) η διάρκεια της θερμάνσεως. 26

Παράγοντες που επηρεάζουν την θερμοανθεκτικότητα των μικροοργανισμών: Α) Ιστορικό ανάπτυξης μικροοργανισμών (Προϊστορία) Οι συνθήκες κάτω από τις οποίες έχουν αναπτυχθεί τα κύτταρα ή έχουν παραχθεί τα σπόρια των μικροοργανισμών επηρεάζουν την θερμοανθεκτικότητά τους. Διατροφικό υπόστρωμα ανάπτυξης: όσο πιο κατάλληλο τόσο αυξάνεται η θερμοανθεκτικότητα των μικροοργανισμών. Θερμοκρασία ανάπτυξης: βέλτιστη θερμοκρασία ανάπτυξης του μικροοργανισμού συνεπάγεται μέγιστη θερμοανθεκτικότητα (θερμόφιλοι-μεσόφιλοι-ψυχρόφιλοι-ψυχρότροφοι) ηλικία μικροοργανισμών: νεαρά σπόρια παρουσιάζουν μικρότερη θερμοανθεκτικότητα από ώριμα (mature) σπόρια. Παρουσία οξυγόνου (υποχρεωτικά αερόβια, προαιρετικά αναερόβια και υποχρεωτικά αναερόβια) 27

Παράγοντες που επηρεάζουν την θερμοανθεκτικότητα των μικροοργανισμών: Β) Σύσταση προϊόντος στο οποίο βρίσκονται οι μικροοργανισμοί κατά την διάρκεια της θερμικής κατεργασίας - περιεχόμενη υγρασία: αφυδατωμένα υλικά απαιτούν ισχυρότερη διεργασία για αποστείρωση - διαλυτοί υδατάνθρακες π.χ. σακχαρόζη (sucrose) και άλατα αυξάνουν την θερμοανθεκτικότητα των μικροοργανισμών πιθανότατα γιατί ελαττώνουν την ενεργότητα νερού (a w ) στο προϊόν Γενικά οι μικροοργανισμοί δείχνουν μεγαλύτερη θερμοανθεκτικότητα σε πολύπλοκα οργανικά υποστρώματα. Εκτός από την ενεργότητα νερού σημαντικό ρόλο παίζει και ο προστατευτικός χαρακτήρας (όσον αφορά την απενεργοποίηση των μικροοργανισμών) διαφόρων συστατικών των τροφίμων, όπως πρωτεϊνών, πεπτιδίων, αμινοξέων, λιπαρών σωμάτων). 28

Παράγοντες που επηρεάζουν την θερμοανθεκτικότητα των μικροοργανισμών: Γ) Διαφορές λόγω γενετικών αποκλίσεων ή παραλλαγών Διαφορετικά στελέχη από ίδια είδη μικροοργανισμών παρουσιάζουν διαφορετική θερμοανθεκτικότητα. Για παράδειγμα, το στέλεχος 775W του μικροοργανισμού Salmonella senftenberg έχει την μεγαλύτερη θερμοανθεκτικότητα από τα υπόλοιπα γνωστά στελέχη. 29

ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΔΡΑΝΟΠΟΙΗΣΗΣ/καταστροφής των μ.ο. 1 ης τάξης κινητική (με χρήση του ρυθμού, k): C t dc dc C kc k dt ln C ln C0 kt ln kt dt C C C 0 Ή ισοδύναμα: k C k log C0 log C t log t 2.303 C 2.303 Για την περίπτωση των μ.ο. (θανάτωση): k N k log N log N0 t log t 2.303 N 2.303 o 0 Όπου: No: αρχικός πληθυσμός N: τελικός πληθυσμός 0 30

Αριθμός σπόρων ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΔΡΑΝΟΠΟΙΗΣΗΣ/καταστροφής των μ.ο. Κλασσική θερμο-βακτηριολογική προσέγγιση (με χρήση του D ) : Για την περίπτωση των μ.ο. (θανάτωση): N 10 N o D Όπου: No: αρχικός πληθυσμός N: τελικός πληθυσμός 1 N 1 log N log N0 t log t D N D t o Καμπύλη Ρυθμού Θερμικής Καταστροφής (hermal Death Rate Curve) 1000000 100000 10000 1000 100 10 = 110 C D = 3 min 0 2 4 6 8 10 12 Χρόνος (min) 31

Αριθμός σπόρων ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΘΕΡΜΟΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Κατά την κλασσική θερμο-βακτηριολογική προσέγγιση Καμπύλη ταχύτητας θερμικού θανάτου Καμπύλη Ρυθμού Θερμικής Καταστροφής (hermal Death Rate Curve) 1000000 100000 10000 = 110 C N 10 N o t D 1000 100 D = 3 min 10 0 2 4 6 8 10 12 Χρόνος (min) 32

Η ταχύτητα αδρανοποιήσεως των μικροοργανισμών εξαρτάται κύρια από την θερμοκρασία και την διάρκεια της θερμικής κατεργασίας. Από πειραματικές μετρήσεις έχει βρεθεί ότι για δοθείσα θερμοκρασία η θερμική καταστροφή των μικροοργανισμών μπορεί να αποδοθεί από την εξίσωση: log(n/no) = -t/d, όπου No = ο αρχικός αριθμός των ζωντανών μικροοργανισμών. Ν = ο αριθμός των μικροοργανισμών ύστερα από χρόνο θέρμανσης t. D = ο χρόνος υποδεκαπλασιασμού του μικροβιακού πληθυσμού. 33

Σε διάγραμμα με τον χρόνο t στον άξονα των τετμημένων (x) και την τιμή του log(n/no) στον άξονα των τεταγμένων (y), η καμπύλη επιβιώσεως των μικροοργανισμών είναι μία ευθεία γραμμή με αντίστροφη κλίση (-1/D). Εξ αιτίας του εκθετικού χαρακτήρα της καμπύλης επιβιώσεως δεν είναι θεωρητικά δυνατή η πλήρης καταστροφή και ο απόλυτος μηδενισμός των επιζώντων μικροοργανισμών, ανεξάρτητα από την διάρκεια της θερμάνσεως της μικροβιακής καλλιέργειας. 34

Αριθμός σπόρων ΧΡΟΝΟΣ ΥΠΟΔΕΚΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΥ (D ) ΟΡΙΣΜΟΣ: Η παράμετρος D Τ, ή αλλιώς, Χρόνος Υποδεκαπλασιασμού, ορίζεται ως ο χρόνος σε σταθερή θερμοκρασία,, που απαιτείται για την καταστροφή του 90% του αρχικού φορτίου των μικροοργανισμών (ή άλλων θερμικά ευαίσθητων ουσιών). Καμπύλη Ρυθμού Θερμικής Καταστροφής (hermal Death Rate Curve) 1000000 100000 = 110 C N 10 N o t D 10000 1000 100 D = 3 min 10 0 2 4 6 8 10 12 Χρόνος (min) 35

ΧΡΟΝΟΣ ΥΠΟΔΕΚΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΥ (D ) Ο κλασσικός προσδιορισμός της τιμής D Τ προϋποθέτει την κατασκευή της Καμπύλης Ρυθμού Θερμικής Καταστροφής: Ο λογάριθμος του αριθμού των επιζώντων μικροοργανισμών, μετά από θέρμανση σε σταθερή θερμοκρασία, σχεδιάζεται συναρτήσει του χρόνου θέρμανσης (δεδομένα από κατάλληλα σχεδιασμένα πειράματα). Στη συνέχεια σχεδιάζεται η ευθεία (Καμπύλη Ρυθμού Θερμικής Καταστροφής) που περιγράφει καλύτερα τα πειραματικά δεδομένα (με την παραδοχή κινητικής πρώτης τάξης για τη θερμική απενεργοποίηση των μικροοργανισμών). Η τιμή D Τ λαμβάνεται από το διάγραμμα ως ο χρόνος που απαιτείται ώστε η Καμπύλη Ρυθμού Θερμικής Καταστροφής να διανύσει έναν λογαριθμικό κύκλο 36

ΧΡΟΝΟΣ ΥΠΟΔΕΚΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΥ (D ) ΟΡΙΣΜΟΣ: Η παράμετρος D Τ, ή αλλιώς, Χρόνος Υποδεκαπλασιασμού, ορίζεται ως ο χρόνος σε σταθερή θερμοκρασία,, που απαιτείται για την καταστροφή του 90% του αρχικού φορτίου των μικροοργανισμών (ή άλλων θερμικά ευαίσθητων ουσιών). D N N 10 o t t log N log N o D D Κλίση=-1/D 37

ΤΙΜΗ z Κατ' αντίστοιχο τρόπο με την τιμή D Τ μπορεί να προσδιορισθεί και η τιμή z, η οποία εκφράζει την επίδραση της θερμοκρασίας στο χρόνο υποδεκαπλασιασμού. Συγκεκριμένα, η τιμή z ορίζεται ως η διαφορά θερμοκρασίας που απαιτείται για να δεκαπλασιαστεί ή να υποδεκαπλασιαστεί η τιμή D Τ. Η σχέση που περιγράφει την εξάρτηση του χρόνου υποδεκαπλασιασμού από τη θερμοκρασία, με βάση την παράμετρο z, δίνεται από την παρακάτω εξίσωση: D D 10 ( ) / z 38

ΤΙΜΗ z Η προηγούμενη εξίσωση είναι μια εμπειρική εξίσωση που προέκυψε από τη γραμμική σχέση που παρατηρήθηκε μεταξύ των τιμών του log(d ) και της θερμοκρασίας. Γραφικά, η τιμή z προσδιορίζεται από την Φαινόμενη Καμπύλη Χρόνου Θερμικής Καταστροφής με τρόπο παρόμοιο του γραφικού προσδιορισμού της τιμής D Τ. 39

ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΘΕΡΜΟΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Τιμή D (min) Φαινομενική Καμπύλη Χρόνου Θερμικής Καταστροφής (Phantom hermal Death ime Curve) 1000 Καμπύλη θερμικής αντίστασης ή φανταστική καμπύλη χρόνου θερμικού θανάτου 100 10 1 0,1 z = 12,6 C 0,01 80 90 100 110 120 130 140 Θερμοκρασία ( C) 40

ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΠΡΩΤΗΣ ΤΑΞΗΣ Δεχόμενοι ότι η θερμική καταστροφή ακολουθεί την κινητική μιας αντίδρασης πρώτης τάξης (Esty and Meyer, 1922), ο ρυθμός καταστροφής των μικροοργανισμών (δηλαδή, η αλλαγή της συγκέντρωσης των μικροοργανισμών, dc, ως προς το χρόνο) κατά τη διάρκεια μιας θερμικής κατεργασίας δίνεται από την παρακάτω εξίσωση: dc dt k C 41

ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΠΡΩΤΗΣ ΤΑΞΗΣ Χρησιμοποιώντας τη σχέση του Arrhenius για να εκφράσουμε την επίδραση της θερμοκρασίας στην ειδική ταχύτητα αντίδρασης, k Τ (Lund, 1975) έχουμε: k k k e E a R g k ή k E a 1 1 2.303Rg k E a 1 1 k 10 log k 2.303R g 42

ΣΥΝΟΨΙΖΟΝΤΑΣ Θερμοβακτηριολογική προσέγγιση: και Κινητική χημικών αντιδράσεων: και k C D N C 10 D o E a e N o k 1 1 10 t ( t D ) / z 2.303Rg k E a 1 1 k 10 log k 2.303R g Συνήθως για δεδομένα μικροοργανισμών D ln(10) k k log k z Συνήθως για δεδομένα κινητικής ποιοτικών δεικτών 43

ΣΥΝΟΨΙΖΟΝΤΑΣ Εναλλακτικές εκφράσεις της επίδρασης της θερμοκρασίας Θερμοβακτηριολογική προσέγγιση: D D ( ) / z Κινητική χημικών αντιδράσεων: k E a 1 1 10 2.303Rg k E a 1 1 k 10 log k 2.303R g z ( in C) ln(10) Rg E a Σταθερά Q 10 : Q 10 k ( ) k( 10) k log k z log Q 10 10 o z( C) 44

Καμπύλη χρόνου θερμικού θανάτου 1 log F ( - ) + logf z z z F z ( F 10 - )/ z z Το αρνητικό αντίστροφο της κλίσης της καμπύλης χρόνου θερμικού θανάτου είναι η τιμή z (το ίδιο z που υπολογίζουμε και από την φανταστική καμπύλη χρόνου θερμικού θανάτου). Η τιμή z είναι ο αριθμός F ή C που απαιτούνται για να διατρέξει η καμπύλη χρόνων θερμικού θανάτου έναν λογαριθμικό κύκλο. Η τιμή z είναι ένα μέτρο της επίδρασης μιας μεταβολής της θερμοκρασίας στην θερμική αντίσταση του μικροοργανισμού. Είναι δηλαδή οι βαθμοί που πρέπει να μεταβληθεί η θερμοκρασία για να μεταβληθεί η θερμική αντίσταση (το D) ενός ΜΟ κατά 10 φορές. F = ο αριθμός των min που απαιτούνται για την θερμική καταστροφή δεδομένου αριθμού ΜΟ. σε συγκεκριμένη θερμοκρασία. Συνήθως = 250F (121,1 C) και για το Cl.Botulinum, z = 18F (10 C), το δε o o 18 F 10 C F = F o F 250 F 121.1 C 0 o 45

Καμπύλη χρόνου θερμικού θανάτου 1 log F ( - ) + logf z z z F z ( F 10 - )/ z z F = ο αριθμός των min που απαιτούνται για την θερμική καταστροφή δεδομένου αριθμού ΜΟ. σε συγκεκριμένη θερμοκρασία. 46

Υπολογισμός χρόνου για μείωση μικροβιακού φορτίου χρόνος θερμικού θανάτου t D t 10 log log N No N No t D log No log N D N t F D log log log a log 0 a b D D b N Όπου: a: αρχικός πληθυσμός (N o ) b: τελικός πληθυσμός (N) N ( value) log 0 C SV sterilization log 0 N C 47

Βελτιστοποίηση Θερμικών Διεργασιών Θερμοβακτηριολογική προσέγγιση: Για παράδειγμα, για μείωση του μικροβιακού φορτίου κατά 6 λογαριθμικούς κύκλους t ή D log( N o /(10 6 N o )) F SV D t D log(1/10 6 ) D log(10 6 ) 6D 48

ΧΡΟΝΟΣ ΥΠΟΔΕΚΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΥ (D ) Υπολογισμός χρόνου σε σταθερή Τ για μείωση μικροβιακού φορτίου από a και b Διάρκεια θέρμανσης (min) Αριθμός Ποσοστό log log log a t D a b D επιβιούντων κυττάρων b επιβίωσης (%) 0 10 3 100 0 D 10 2 10 90 2D 10 1 1 99 3D 10 0 0.1 99.9 4D 10-1 0.01 99.99 5D 10-2 0.001 99.999 Ποσοστό καταστροφής (%) 6D 10-3 0.0001 99.9999 49

Ασκήσεις Αριθμητικό Παράδειγμα 1 Για τον προσδιορισμό της θερμικής αντίστασης των σπόρων του PA3679 σε αρακά έγινε το ακόλουθο πείραμα. Αφού το τρόφιμο εμβολιάστηκε με τους σπόρους, ποσότητες 2 ml από το μίγμα τοποθετήθηκαν σε D σωλήνες που στην συνέχεια σφραγίστηκαν στο πάνω άκρο τους. Τέσσερις σωλήνες τοποθετήθηκαν σε ελαιόλουτρο θερμοκρασίας 240 F. Ανά χρονικά διαστήματα που καταγράφονταν ένας σωλήνας αποσυρόταν από το ελαιόλουτρο και γινόταν καλλιέργεια του περιεχομένου για τον προσδιορισμό του αριθμού των σπόρων που επέζησαν. Το περιεχόμενο ενός σωλήνα καλλιεργήθηκε χωρίς να προηγηθεί θέρμανση. Ελήφθησαν τα παρακάτω αποτελέσματα. Χρόνος Θέρμανσης 0 5 10 14 18 σε min Αριθμός επιβιούντων σπόρων ανά ml 10000 900 90 13 2 Σε ημιλογαριθμικό χαρτί να γίνει το διάγραμμα του αριθμού των επιβιούντων σπόρων ως προς τον χρόνο και να υπολογιστεί η τιμή του D 240. Να υπολογιστεί επίσης ο χρόνος θέρμανσης στους 240 F που απαιτείται για καταστροφή του 95% των σπόρων. 50

Χρόνος Θέρμανσης 0 5 10 14 18 σε min Αριθμός επιβιούντων σπόρων ανά ml 10000 900 90 13 2 51

ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1) Σε κονσερβοποιημένο τρόφιμα υπάρχουν στελέχη του PA 3679 (D o =1.2 min) και του Clostridium Botulinum (D o =0.22 min). Εάν η θερμική κατεργασία που υφίσταται το τρόφιμο μειώνει τον πληθυσμό του Clostridium Botulinum σε 10-12 της αρχικής τιμής, να βρεθεί η πιθανότητα επιβίωσης του PA 3679 όταν το αρχικό του φορτίο είναι 2 μ.ο./δοχείο, με δεδομένο ότι οι δύο μ.ο. έχουν την ίδια τιμή z (υπονοείται ότι η θερμοκρασία αναφοράς είναι 250 o F). Έστω ότι η θερμική κατεργασία του τροφίμου γίνεται σε θερμοκρασία Τ F. Οι χρόνοι υποδεκαπλασιασμού για τους δύο μικροοργανισμούς θα είναι: D 250 10 z PA( ) DPA( o) Clostridium Botulinum PA 3679 D 250 10 z Cl. bot ( ) DCl. bot( o) t F D 12 cl. bot ( ) t F D (log a log b) 12 D PA( t) Cl. bot ( t ) D Cl. bot ( t ) Cl. bot ( o) (log a log b) 12 12 12 2.2 D D D PA( t) PA( o) 0.22 1.2 D D D PA( ) PA( o) D Cl. bot ( ) Cl. bot ( o) b (log ) 2.2 b 0.0126 2 52

ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1) Σε κονσερβοποιημένο τρόφιμα υπάρχουν στελέχη του PA 3679 (D o =1.2 min) και του Clostridium Botulinum (D o =0.22 min). Εάν η θερμική κατεργασία που υφίσταται το τρόφιμο μειώνει τον πληθυσμό του Clostridium Botulinum σε 10-12 της αρχικής τιμής, να βρεθεί η πιθανότητα επιβίωσης του PA 3679 όταν το αρχικό του φορτίο είναι 2 μ.ο./δοχείο, με δεδομένο ότι οι δύο μ.ο. έχουν την ίδια τιμή z (υπονοείται ότι η θερμοκρασία αναφοράς είναι 250 o F). Clostridium Botulinum t F D 12 cl. bot ( ) t F D (log a log b) 12 D PA( t) Cl. bot ( t ) PA 3679 D Cl. bot ( t ) Cl. bot ( o) (log a log b) 12 12 12 2.2 D D D PA( t) PA( o) 0.22 1.2 D D D PA( ) PA( o) D Cl. bot ( ) Cl. bot ( o) b (log ) 2.2 b 0.0126 2 Πιθανότητα επιβίωσης 13 κονσέρβες στις 1000 53

ΑΣΚΗΣΕΙΣ προς επίλυση 1) Το παρακάτω πείραμα διεξάγεται για τον προσδιορισμό της θερμικής αντίστασης σπορίων PA3679 (μικροοργανισμός παρόμοιος με τον Cl. botulinum σε πολλά χαρακτηριστικά). Σπόρια εμβολιάζονται σε μαριναρισμένο ψάρι εμβαπτισμένο σε σάλτσα, ph 7.0. Γνωστός όγκος (πολτοποιημένου) μίγματος τοποθετείται σε τριχοειδείς σωλήνες οι οποίοι και σφραγίζονται. Τέσσερις σωλήνες τοποθετούνται σε λουτρό λαδιού στους 230 F. Κάθε πέντε λεπτά, ένας σωλήνας απομακρύνεται και το περιεχόμενό του μεταφέρεται προς επώαση σε αναερόβιο περιβάλλον σε κατάλληλο υπόστρωμα για τον προσδιορισμό του αριθμού των επιζώντων σπορίων. Ένας σωλήνας μεταφέρεται στο ίδιο περιβάλλον χωρίς να έχει θερμανθεί (δείγμα ελέγχου). Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται παρακάτω: α) Σε ημι-λογαριθμικό χαρτί 5 κύκλων, σχεδιάστε τον αριθμό των επιζώντων σπορίων (λογαριθμική κλίμακα) σε σχέση με το χρόνο (τετμημένη). β) Προσδιορίστε την τιμή D230 F. γ) Βάλτε τίτλο στο γράφημα (το όνομα αυτής της καμπύλης). 54

ΑΣΚΗΣΕΙΣ προς επίλυση 2) Το πείραμα του προβλήματος 1 επαναλαμβάνεται σε διάφορες θερμοκρασίες με τα ακόλουθα αποτελέσματα: 1.3 α) Σχεδιάστε αυτά τα δεδομένα σε ημι-λογαριθμικό χαρτί 3 κύκλων (με τετμημένη τη θερμοκρασία). β) Προσδιορίστε την τιμή z για τον PA3679 στο μαριναρισμένο ψάρι σε σάλτσα. γ) Βάλτε τίτλο στο γράφημα (το όνομα αυτής της καμπύλης). ΛΥΣΗ 55

Παρατηρήσεις 1) Συχνά η έκφραση loga-logb θεωρείται ως μια ελάττωση μερικών λογαριθμικών κύκλων, όπως π.χ. 5D, 10D κλπ. Άρα η τιμή θανάτωσης ή τιμή F μπορεί να εκφρασθεί από την εξίσωση: n = ο αριθμός δεκαδικών ελαττώσεων. z n F D log10 nd 2) Επομένως D ο χρόνος για μια κατά 90% ελάττωση του πληθυσμού, ενώ η τιμή F δίνει το χρόνο για την ελάττωση του πληθυσμού κατά ένα πολλαπλάσιο της τιμής D. 56

Άποψη 12D για τρόφιμα χαμηλής οξύτητας 12 D (Bot Cook) concept Απαιτούμενη τιμή επεξεργασίας t F D (log a log b ) 12 D 0 121,1 Για D 121,1 =0,21 t 12* D 2.52 min 3min 57

Για όξινα τρόφιμα Απαιτούμενη τιμή επεξεργασίας t F D (log a log b ) 5 D 0 121,1 58

Στοιχεία D & z για διάφορους μ.ο. 59

Υπολογισμός θερμικής επεξεργασίας Μέθοδοι υπολογισμού 60

ΙΣΟΔΥΝΑΜΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ Η βασική ιδέα στην οποία βασίζεται η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων μιας θερμικής επεξεργασίας απορρέει από τον ορισμό ισοδύναμων επεξεργασιών: Δύο θερμικές επεξεργασίες θεωρούνται ισοδύναμες μόνο όταν παράγουν το ίδιο (καταστρεπτικό) αποτέλεσμα σε δεδομένο μικροβιακό πληθυσμό (ή γενικότερα, σε δεδομένο ποιοτικό χαρακτηριστικό ή παράγοντα αλλοίωσης). 61

ΙΣΟΔΥΝΑΜΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ Έτσι, για παράδειγμα, ο αριθμός επιζώντων σπόρων σε δύο καθ όλα όμοια δείγματα τροφίμων (δηλαδή, του ιδίου προϊόντος και με τον ίδιο αρχικό πληθυσμό σπόρων) μετά από δύο, αντίστοιχα, θερμικές επεξεργασίες που διαφέρουν μεταξύ τους στο χρόνο και τη θερμοκρασία κατεργασίας, αλλά με ίδιες όλες τις άλλες συνθήκες και παραμέτρους, πρέπει να είναι ο ίδιος για να θεωρηθούν οι δύο θερμικές επεξεργασίες ισοδύναμες. 62

ΤΙΜΗ F Η τιμή F δεδομένης θερμικής επεξεργασίας ορίζεται ως ο ισοδύναμος χρόνος κατεργασίας σε μια σταθερή θερμοκρασία αναφοράς μιας υποθετικής θερμικής επεξεργασίας που παράγει το ίδιο αποτέλεσμα (όσο αφορά στην καταστροφή των ίδιων παραγόντων αλλοίωσης ή ποιοτικών χαρακτηριστικών) με τη δεδομένη θερμική επεξεργασία. Η σύγκριση των τιμών F διαφόρων θερμικών επεξεργασιών μας επιτρέπει, τηρουμένων των απαιτούμενων κανόνων, να συγκρίνουμε την αποτελεσματικότητα των εν λόγω επεξεργασιών. 63

64 Σχεδιασμός Θερμικών Διεργασιών b a b a b a t t b a t t C C dt D ) (C ) (C dt D C d D dt C d ή dt N d 1 log log 1 )) (log( 1 )) (log( )) (log(

Σχεδιασμός Θερμικών Διεργασιών Από τον ορισμό των ισοδύναμων επεξεργασιών, είναι κατανοητό ότι η τιμή της διαφοράς log(c a )-log(c b ) πρέπει να είναι η ίδια για να θεωρούνται δύο θερμικές επεξεργασίες ισοδύναμες. Υπολογίζοντας το τελευταίο ολοκλήρωμα για μια κατεργασία σε σταθερή θερμοκρασία αναφοράς,, (όπου D Τ = D Τ = σταθερά) για t a = t 1 και t b = t 2 όπου, εξ ορισμού, t 2 -t 1 =F, που επιφέρει το ίδιο αποτέλεσμα, δηλαδή, οδηγεί σε ίδια διαφορά log(c a )-log(c b ), παίρνουμε: 65

Σχεδιασμός Θερμικών Διεργασιών C C b a 2 1 d(log( C)) dt D log log t t 1 2 1 (C a ) (C b ) ή D log (C ) log(c ) a b t F D t 66

Σχεδιασμός Θερμικών Διεργασιών Έτσι t t b a b 1 log (C a ) log (C b ) dt και D F log (C a ) log (C b ) D tb 1 F 1 dt ή F D dt D D D t t t a a 67

Σχεδιασμός Θερμικών Διεργασιών και για D D ( )/ z 10 παίρνουμε b b b 1 1 ( )/ z F D dt D dt 10 dt ( )/ z D t t D 10 t z F D (log( C ) log( C )) 10 t t t a a a a b t b t a z dt 68

Σχεδιασμός Θερμικών Διεργασιών Επομένως καταλήγουμε ότι b ( )/ z z F 10 dt F t t a process Και ορίζουμε ως βαθμό καταστροφικότητας μιας διεργασίας (lethality): lethality F F process required t t b a 10 ( )/ z F required dt t a, t b οι χρόνοι έναρξης και λήξης της θερμικής διεργασίας ΣΥΜΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΩΝ θέρμανσης ΚΑΙ ψύξης! 69

Υπολογισμός Θερμικών Διεργασιών γενική μέθοδος (θερμική διείσδυση) Η απλούστερη και παλαιότερη μέθοδος θερμικής επεξεργασίας των τροφίμων είναι η ακόλουθη: το τρόφιμο τοποθετείται σε μεταλλικά δοχεία, τα οποία αφού σφραγισθούν θερμαίνονται με ατμό υπό πίεση σε αυτόκλειστα (=αποστειρωτήρες). Υπάρχουν διάφοροι τύποι αποστειρωτήρων. Αρχικά θα εξετάσουμε και θα αναπτύξουμε τις σχετικές εξισώσεις για τον απλούστερο τύπο δηλαδή τον ακίνητο αποστειρωτήρα που λειτουργεί κατά παρτίδες (διαλείποντος έργου) ως ακολούθως. Οι κονσέρβες τοποθετούνται στον αποστειρωτήρα, κλείνεται ο αποστειρωτήρας και ανοίγεται η βάνα του ατμού. Κορεσμένος ατμός σταθερής θερμοκρασίας Τ και πίεσης Ρ εισέρχεται στον αποστειρωτήρα. Αφήνεται για λίγο ανοιχτή η βαλβίδα εκτόνωσης του αποστειρωτήρα ώστε να εκδιωχθεί από τον ατμό ο αέρας που υπήρχε στον αποστειρωτήρα και στην συνέχεια κλείνεται. Ο χρόνος από την εισαγωγή του ατμού στον αποστειρωτήρα μέχρι να φτάσει η θερμοκρασία στο εσωτερικό του αποστειρωτήρα στην θερμοκρασία του ατμού ονομάζεται Χρόνος Ανόδου (= CU = Come-UP ime). Μετά την παρέλευση του CU οι κονσέρβες βρίσκονται σε περιβάλλον σταθερής θερμοκρασίας R (=Retort emperature) που είναι η θερμοκρασία του ατμού. Μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα κλείνεται η βάνα του ατμού, ανοίγεται η βαλβίδα εκτόνωσης και εισάγεται στον αποστειρωτήρα νερό ψύξης θερμοκρασίας W (=emperature water) 70

Υπολογισμός Θερμικών Διεργασιών γενική μέθοδος Ο υπολογισμός μιας θερμικής επεξεργασίας για ένα τρόφιμο σε μεταλλικές κονσέρβες και σε αποστειρωτήρα διαλείποντος έργου είναι ουσιαστικά ο υπολογισμός του χρόνου θέρμανσης που απαιτείται για την επίτευξη εμπορικής στειρότητας με δεδομένη την θερμοκρασία του ατμού θέρμανσης R. Δηλαδή σε ποσά minutes μετά το άνοιγμά της πρέπει να κλείσει η βάνα του ατμού. Όταν θερμαίνουμε ή ψύχουμε μια κονσέρβα ενός τροφίμου τοποθετώντας την σε περιβάλλον σταθερής θερμοκρασίας όλα τα σημεία του τροφίμου δεν έχουν την ίδια θερμοκρασία. Η θερμοκρασία μέσα στο τρόφιμο εξαρτάται από την θέση και μεταβάλλεται με τον χρόνο. Υπάρχει μια περιοχή που θερμαίνεται βραδύτερα από οποιαδήποτε άλλη και ονομάζεται ψυχρό σημείο ή κρίσιμο σημείο ή βραδύτερα θερμαινόμενο σημείο (cold point or critical point or slowest heating point). 71

Υπολογισμός Θερμικών Διεργασιών γενική μέθοδος Το πρώτο που πρέπει να κάνουμε είναι να εντοπίσουμε το ψυχρό σημείο. Κάνουμε ένα πείραμα θέρμανσης και ψύξης στον αποστειρωτήρα μιας κονσέρβας με το τρόφιμο και στον άξονα της κυλινδρικής κονσέρβας σε διάφορα ύψη έχουμε εγκαταστήσει θερμοστοιχεία. Καταγράφουμε τη θερμοκρασία κάθε σημείου συναρτήσει του χρόνου. Το σημείο που θερμαίνεται βραδύτερα είναι το ψυχρό σημείο. Για τα τρόφιμα που η μεταφορά θερμότητας γίνεται αποκλειστικά με αγωγή το ψυχρό σημείο είναι στο μέσον του άξονα για δε τα τρόφιμα που η μεταφορά θερμότητας γίνεται αποκλειστικά με μεταφορά κοντά στη βάση του δοχείου. Για τις ενδιάμεσες περιπτώσεις είναι μεταξύ των προαναφερθέντων σημείων. 72

Υπολογισμός Θερμικών Διεργασιών γενική μέθοδος Έχοντας τη θερμοκρασία του ψυχρού σημείου συναρτήσει του χρόνου για ένα πλήρη κύκλο θέρμανσης ψύξης μπορούμε να υπολογίσουμε έναν ισοδύναμο από άποψη θερμικής καταστροφής χρόνο θέρμανσης σε σταθερή θερμοκρασία. Αυτόν τον ισοδύναμο χρόνο τον ονομάζουμε και τον υπολογίζουμε ως εξής: F έ 0 10 z dt Για να είναι η επεξεργασία ασφαλής, δηλαδή για να παράγεται εμπορικά στείρο αλλά και υψηλής ποιότητας προϊόν θα πρέπει: F F ύ 73

Υπολογισμός Θερμικών Διεργασιών γενική μέθοδος Ορίζουμε την Σχετική Ταχύτητα Θανάτωσης L σε (min στην ) / (min στην Τ) ως: L 10 F z έ 0 10 z dt F έ 0 Ldt 74

ΓΕΝΙΚΗ (ΓΡΑΦΙΚΗ) ΜΕΘΟΔΟΣ 75

ΓΕΝΙΚΗ (ΓΡΑΦΙΚΗ) ΜΕΘΟΔΟΣ Γραφικός (ή αριθμητικός) υπολογισμός του ολοκληρώματος F z process t t b a 10 ( ( t) z dt t Ακριβής μέθοδος (ακρίβεια της αριθμητικής ολοκλήρωσης) Δεν απαιτούνται παραδοχές (όσον αφορά στον προσδιορισμό της τιμής F μιας διεργασίας) Μέθοδος αναφοράς (σύγκρισης) όλων των προτεινόμενων μεθόδων ) / i 10 ( i ) / z 76

ΓΕΝΙΚΗ (ΓΡΑΦΙΚΗ) ΜΕΘΟΔΟΣ Θέμα στην αντιμετώπιση του προβλήματος σχεδιασμού, δηλαδή, της εύρεσης του απαιτούμενου χρόνου θέρμανσης σε δεδομένη θερμοκρασία για την επίτευξη της απαιτούμενης τιμής F. F z required t t h h B z 0 10 dt h t c t t c end 0 10 z dt c Υπολογισμός του χρόνου θέρμανσης, Β, (άνοιγμα κλείσιμο παροχής ατμού) για την επίτευξη της απαιτούμενης τιμής F (για βιομηχανική αποστείρωση) 77

Σχεδιασμός Θερμικών Διεργασιών Το πρώτο μέλος είναι ίσο με την τιμή F value ολόκληρης της διεργασίας. Όταν το i τείνει στο άπειρο, λαμβάνουμε στο δεξί μέλος ένα ορισμένο ολοκλήρωμα: lim n n i 1 i z 10 t t t p t 0 10 ( t) z dt 78

Σχεδιασμός Θερμικών Διεργασιών Όπου το t p είναι ο συνολικός χρόνος της θερμικής επεξεργασίας. Με το Ν να είναι ο τελικός μικροβιακός πληθυσμός, η τελική μορφή της εξίσωσης είναι: F z t t p t 0 10 ( t) z dt D log( N o ) log( N ) 79

Υπολογισμός Θερμικών Διεργασιών γενική μέθοδος (Μεθοδολογία με δεδομένα θερμικής διείσδυσης) Φτιάχνουμε έναν πίνακα στην πρώτη στήλη του οποίου έχουμε το χρόνο t, στην δεύτερη στήλη την θερμοκρασία του ψυχρού σημείου και στην τρίτη στήλη υπολογίζουμε και τοποθετούμε για κάθε Τ την σχετική ταχύτητα θανάτωσης L. Σε χαρτί γραμμικών αξόνων (μιλλιμετρέ) γίνεται το διάγραμμα της σχετικής ταχύτητας θανάτωσης L ως προς τον χρόνο t αρχίζοντας από την στιγμή που ανοίχτηκε η βάνα του ατμού (και όχι από τον διορθωμένο χρόνο 0). Το ολοκλήρωμα είναι το εμβαδόν κάτω από την καμπύλη στην γραφική παράσταση του L ως προς τον χρόνο t. Για τον υπολογισμό του μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε γραφική μέθοδος (π.χ. κανόνας τραπεζίων) ή μαθηματική. 80

Υπολογισμός Θερμικών Διεργασιών γενική μέθοδος (Παράδειγμα) Συνθήκες θερμικής διείσδυσης R (retort temperature) 250 F 250 F z 18 F CU (χρόνος ανόδου) 10,5 min F απαιτ = 6 min Δεδομένα θερμικής διείσδυσης (χρόνος διεργασίας-θερμοκρασία ψυχρού σημείου) t, min, F L εμβαδόν 0 60 0,000 1 60 0,000 2,78256E-11 2 59 0,000 2,6155E-11 3 60 0,000 2,6155E-11 4 70 0,000 6,39128E-11 5 85 0,000 3,90646E-10 6 108 0,000 6,79839E-09 7 133 0,000 1,64572E-07 8 156 0,000 3,15554E-06 9 175 0,000 3,7062E-05 10 192 0,001 0,000333807 11 207 0,004 0,002341861 12 217,5 0,016 0,00986586 13 225 0,041 0,028244934 14 230,5 0,083 0,061691403 15 234,5 0,138 0,110113068 16 238,25 0,222 0,180065249 17 240 0,278 0,250350361 18 241,5 0,337 0,307685354 19 243,25 0,422 0,379405636 20 243,75 0,450 0,435623136 21 244,75 0,511 0,480223373 22 245,25 0,545 0,527769478 23 245,75 0,581 0,562628915 25 246,25 0,619 1,199581671 27 246,75 0,660 1,278814639 29 247 0,681 1,341140889 Διακοπή ατμού & έναρξη ψύξης 30,5 247 0,681 1,021938104 31 247 0,681 0,340646035 32 246,75 0,660 0,670570445 33 233,5 0,121 0,390500793 34 217,5 0,016 0,068400124 35 189 0,000 0,008027953 L 10 z Α) Αριθμητικά, με κανόνα των τραπεζίων για υπολογισμό του εμβαδού F = 9,656003473 81

L (min( )/min()) Υπολογισμός Θερμικών Διεργασιών γενική μέθοδος (Παράδειγμα) Συνθήκες θερμικής διείσδυσης R (retort temperature) 250 F 250 F z 18 F CU (χρόνος ανόδου) 10,5 min F απαιτ = 6 min Δεδομένα θερμικής διείσδυσης (χρόνος διεργασίας-θερμοκρασία ψυχρού σημείου) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 ΕΜΒΑΔΟΝ 0,2 0,1 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 time (min) Β) Γραφικά, με υπολογισμό του εμβαδού κάτω από την χαραχθείσα καμπύλη Π.χ. Ε=94 τετράγωνα F cm cm cm 2 94 (1min/ ) [ 0.1min( ) / min( ) / ) 9.4 min( ) 82

L Υπολογισμός Θερμικών Διεργασιών γενική μέθοδος (Παράδειγμα) Συνθήκες θερμικής διείσδυσης R (retort temperature) 250 F 250 F z 18 F CU (χρόνος ανόδου) 10,5 min F απαιτ = 6 min Δεδομένα θερμικής διείσδυσης (χρόνος διεργασίας-θερμοκρασία ψυχρού σημείου) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 ΕΜΒΑΔΟΝ 0,2 0,1 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 time (min) Β) Γραφικά, με υπολογισμό του εμβαδού κάτω από την χαραχθείσα καμπύλη ΠΡΟΣΟΧΗ Στο εμβαδό μοναδιαίας αποστείρωσης (Unit Sterilization Area), για να πετύχω F επεξ =F απαιτ 2 F F xcm (1min/ cm) [ 0.1min( ) / min( ) / cm) 6min( ) x 60 83

Lethality (L) Υπολογισμός Θερμικών Διεργασιών γενική μέθοδος (Παράδειγμα) Με δοκιμή και σφάλμα, γίνεται προσδιορισμός του χρόνου που πρέπει να διακοπεί η θέρμανση (παροχή του ατμού) έτσι ώστε το εμβαδόν κάτω από την καμπύλη Βαθμού Καταστροφικότητας να είναι ίσο με το Εμβαδόν της Μοναδιαίας Αποστείρωσης, εν προκειμένω ίσο με 60 τετραγωνίδια. 2 F F xcm (1min/ cm) [ 0.1min( ) / min( ) / cm) 6min( ) x 60 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 time (min) 84

ΤΙΜΗ F Η τιμή F είναι ένα μέγεθος (μονάδες χρόνου) που εκφράζει την ένταση μιας θερμικής επεξεργασίας με α) βιολογικούς όρους (αρχική και τελική συγκέντρωση μικροοργανισμών) β) φυσικομαθηματικούς όρους (χρονοθερμοκρασιακά δεδομένα). Επιτρέπει τη σύγκριση διαφορετικών θερμικών διεργασιών. 85

z ΤΙΜΗ F F D (log( C ) log( C )) 10 a Η παραπάνω εξίσωση αποτελεί τη θεμελιώδη εξίσωση για το σχεδιασμό και την αξιολόγηση των θερμικών διεργασιών. Το αριστερό σκέλος της δίνει τη δυνατότητα υπολογισμού της τιμής F γνωρίζοντας τη συγκέντρωση του υπό εξέταση παράγοντα (π.χ. αριθμό σπόρων) πριν και μετά την επεξεργασία. Το δεξιό σκέλος της μας επιτρέπει να υπολογίσουμε την τιμή F χρησιμοποιώντας δεδομένα σχετικά με το χρόνο και τη θερμοκρασία στην οποία υποβλήθηκε το προϊόν κατά την επεξεργασία. b t b t a z dt 86

z ΤΙΜΗ F F D (log( C ) log( C )) 10 a a Το δεξιό σκέλος της παραπάνω εξίσωσης ορίζει, συνήθως, την τιμή F της διεργασίας. Το αριστερό σκέλος της παραπάνω εξίσωσης ορίζει, συνήθως, την απαιτούμενη τιμή F. b t b t z dt 87

z ΤΙΜΗ F F D (log( C ) log( C )) 10 a Με τη βοήθεια της παραπάνω εξίσωσης μπορούμε να απαντήσουμε σε δυο βασικά ερωτήματα: 1. Ποιά τιμή F επετεύχθει κατά τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης θερμικής επεξεργασίας; (έλεγχος θερμικής επεξεργασίας) 2. Ποιός είναι ο απαιτούμενος χρόνος κατεργασίας, για "δεδομένη" θερμική επεξεργασία, ώστε να επιτευχθεί η απαιτούμενη τιμή F; (σχεδιασμός θερμικής επεξεργασίας) b t b t a z dt 88

12 D (Bot Cook) concept Έτσι, z required 12 log( 10 ) log( ) D F D 1 12 και για F o D 250 F required 0.24 min 12 0.24 3 min Ελάχιστη απαιτούμενη τιμή F για τρόφιμα χαμηλής οξύτητας (low acid foods): ph 4.6 και a w > 0.94 89

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΗ ΓΕΝΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟ Κονσέρβα με τρόφιμο στο ψυχρό σημείο της οποίας είχε τοποθετηθεί θερμοστοιχείο υποβλήθηκε σε πλήρη κύκλο θέρμανσης και ψύξης σε αποστειρωτήρα ασυνεχούς λειτουργίας με ατμό θερμοκρασίας 120,2 C. Καταγράφτηκε η μεταβολή της θερμοκρασίας Τ του ψυχρού σημείου συναρτήσει του χρόνου t που δίδεται στον παρακάτω πίνακα. Με τη Γενική Μέθοδο (είτε με γραφική είτε με αριθμητική ολοκλήρωση) να υπολογιστεί η τιμή του της συγκεκριμένης επεξεργασίας. Η τιμή z του μικροοργανισμού στόχου είναι 10 C και η θερμοκρασία αναφοράς 121,1 C. Με την συμπλήρωση του 20 min κλείστηκε η βάνα του ατμού και ανοίχτηκε η βάνα του νερού ψύξης. t (min) ( o C) 0 80,1 5 110,1 10 114,1 15 114,1 20 114,1 25 112,6 30 83,1 10 F 121.1 90

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΗ ΓΕΝΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟ = 121,1 C z = 10 C t (min) (oc) L area 0 80,1 0,000 5 110,1 0,079 0,1988 10 114,1 0,200 0,6974 15 114,1 0,200 0,9976 20 114,1 0,200 0,9976 25 112,6 0,141 0,8519 30 83,1 0,000 0,3535 SUM = 4,10 min Και με τη γραφική μέθοδο με υπολογισμό του εμβαδού κάτω από την χαραχθείσα καμπύλη Ε 16.5 τετράγωνα 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 0 5 10 15 20 25 30 35 F cm cm cm 2 16.5 (5min/ ) [ 0.05min( ) / min( ) / ) 4.13min( ) 91

Μαθηματική μέθοδος ή μέθοδος Ball Η καρδιά των Formula μεθόδων είναι μια εξίσωση που περιγράφει την εξέλιξη της θερμοκρασίας του προϊόντος συναρτήσει του χρόνου κατεργασίας (των κύκλων θέρμανσης και ψύξης) και διαφόρων παραμέτρων. Για παράδειγμα, η εμπειρική εξίσωση του Hayakawa για το αρχικό στάδιο της θέρμανσης: όπου B 1 t h v R log( arccos ( j R h ( R I log( ) R cos( B I )) I t h ( t ) ) h v / f h ) 92

ΚΑΜΠΥΛΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ Έστω Τ η θερμοκρασία στο ψυχρό σημείο και R η θερμοκρασία του αποστειρωτήρα (=θερμοκρασία του ατμού). Έχει βρεθεί εμπειρικά ότι πολύ συχνά κατά την θέρμανση η διαφορά R - είναι μια εκθετική συνάρτηση του χρόνου t. Επομένως αν σε ημιλογαριθμικό χαρτί βάλουμε τον χρόνο t στην γραμμική κλίμακα και την διαφορά (R πρ ) ή πρ στην λογαριθμική τα σημεία, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, θα βρίσκονται σε ευθεία γραμμή. 1 log R- = - t + log R - f h f h = - 1/(κλίση a της καμπύλης θέρμανσης). Το f h είναι ο χρόνος που απαιτείται για να μειωθεί το (R - ) κατά 90% ή για να διατρέξει η καμπύλη θέρμανσης ένα λογαριθμικό κύκλο. t=0 93

ΚΑΜΠΥΛΗ ΨΥΞΗΣ Περιγραφή της εξέλιξης της θερμοκρασίας του προϊόντος κατά τη διάρκεια του κύκλου ψύξης της θερμικής επεξεργασίας: (f c και j c ) 1 log - = - t + log j - cw c c ic cw fc j ( ) 10 CW c g CW t c / f c 94

Εξισώσεις απαραίτητες για μαθηματική μέθοδο ερμηνεία συμβόλων 95

Εξισώσεις απαραίτητες για μαθηματική μέθοδο ερμηνεία συμβόλων Καμπύλη θέρμανσης: Διορθωμένο μηδέν R - j = A h R - I t + log j I log R- = - I 1 f h p = R - I h Καμπύλη ψύξης: 1 log - = - t + log j - cw c c ic cw fc Χρόνος θανατηφόρας επεξεργασίας, B: f log( j I) log( g) h h Χρόνος χειριστή, P t : P 0.42CU t 96

Μέθοδος Ball Προσδιορισμός παραμέτρων που είναι απαραίτητες για τη μέθοδο Ball 97

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ του BALL f h U f ( g, z, m g) 98

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ του BALL Μεθοδολογία επίλυσης προβλημάτων: 1. Υπολογίζουμε τις παραμέτρους R, i, cw, f h, j,z και F. 2. Υπολογίζουμε το χρόνο θερμικού θανάτου στη θερμοκρασία του αποστειρωτήρα, U. 3. Υπολογίζουμε το λόγο f h /U 4. Προσδιορίζουμε το g από πίνακες ή από διαγράμματα f h /U- g. 5. Επιλύουμε την εξίσωση: B f h log( j h ( R I )) log( g ) t f log( j ( )) log( ) t f log( j I) log( g) h h R I R h h 99

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ του Stumbo Δημιούργησε θερμοκρασιακά δεδομένα λύνοντας (αριθμητικά) την εξίσωση μεταφοράς θερμότητας με αγωγή, για πεπερασμένο κύλινδρο, για διάφορες τιμές του συντελεστή θερμικής διαχυτότητας (δημιουργώντας έτσι μια σειρά τιμών f h ) και για διάφορα σημεία του προϊόντος (δημιουργώντας έτσι μια σειρά τιμών j h ). Υπόθεση: f c = f h και j c = j h. Σε αντίθεση με τον Ball επέτρεψε άνοδο της θερμοκρασίας του προϊόντος μετά το τέλος της θέρμανσης. f h U f ( g, z, jc ) 100

ΠΙΝΑΚΕΣ f h /U vs g για z = 24 F 101

ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ hermal processing Ποιοτική υποβάθμιση και βελτιστοποίηση διεργασίας 102

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ Μικροβιολογικά δεδομένα Χαρακτηριστικά μεταφοράς θερμότητας Κινητική αντιδράσεων καταστροφής παραγόντων ποιότητας Προσδιορισμός κατάλληλης θερμικής διεργασίας Υπολογισμός ποιοτικής υποβάθμισης του προϊόντος Βελτιστοποίηση της θερμικής διεργασίας Επαλήθευση της θερμικής διεργασίας στη γραμμή παραγωγής με μικροβιολογικό έλεγχο σε προϊόντα εμβολιασμένα με δεδομένο αριθμό μικροοργανισμών 103

Ποιοτική υποβάθμιση Κατά το σχεδιασμό και έλεγχο θερμικών διεργασιών, σε υπολογισμούς που αναφέρονται στην καταστροφή παραγόντων αλλοίωσης, η "σημειακή" τιμή F για το κρίσιμο σημείο του προϊόντος (δηλαδή του σημείου του προϊόντος που δέχεται τη μικρότερη επίδραση, όσον αφορά την καταστροφή παραγόντων αλλοίωσης, της διεργασίας) είναι γενικώς αποδεκτή ως μέγεθος που περιγράφει την αποτελεσματικότητα της διεργασίας. Αντίθετα, για την εκτίμηση της ποιοτικής υποβάθμισης του προϊόντος, στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι απαραίτητοι οι υπολογισμοί να αναφέρονται σε κάθε σημείο του προϊόντος ξεχωριστά. 104

Ποιοτική υποβάθμιση Για παράδειγμα, το ποσοστό καταστροφής κάποιας βιταμίνης μετά από μια θερμική διεργασία σε προϊόν που θερμαίνεται με αγωγή, δεν είναι το ίδιο σε κάθε σημείο του προϊόντος. Το ποσοστό καταστροφής είναι μεγαλύτερο στην επιφάνεια και μικρότερο στο "κέντρο" του προϊόντος. Έτσι, στην περίπτωση που το ενδιαφέρον εστιάζεται στον υπολογισμό της βιταμίνης που παραμένει στο προϊόν μετά τη θερμική διεργασία θα πρέπει να συνυπολογιστούν, κατάλληλα, τα αποτελέσματα της θερμικής διεργασίας σε όλη τη μάζα του προϊόντος. 105

Χρόνος Θέρμανσης (min) Βελτιστοποίηση θερμικών διεργασιών 1000 100 Σταθερή θερμοκρασία προϊόντος D (log( C o ) log( C)) 10 z t 10 Εμπορική αποστείρωση 90% καταστροφή μ.ο. 1 0.1 90 100 110 120 130 140 150 Θερμοκρασία ( C) 106

Χρόνος Θέρμανσης (min) Βελτιστοποίηση θερμικών διεργασιών 1000 Σταθερή θερμοκρασία προϊόντος 100 10 Εμπορική αποστείρωση 10% διατήρηση βιταμίνης 50% διατήρηση βιταμίνης 1 99% διατήρηση βιταμίνης 90% διατήρηση βιταμίνης 0.1 90 100 110 120 130 140 150 Θερμοκρασία ( C) 107

Βελτιστοποίηση θερμικών διεργασιών Ποσοστό διατήρησης βιταμίνης συναρτήσει των συνθηκών της διεργασίας (για σταθερή θερμοκρασία προϊόντος κατά τη διάρκεια της θερμικής επεξεργασίας) ( C) Χρόνος (min) % Διατήρηση Βιταμίνης 98,5 652 10 108,2 87,6 50 123,3 3,81 90 142,3 0,075 99 108

Παράδειγμα Προϊόν υφίσταται θερμική επεξεργασία σε δύο διαφορετικές ΣΤΑΘΕΡΕΣ θερμοκρασίες, 105 και 135 C. O μ.ο. στόχος παρουσιάζει D 121,1 =0.21 min και z=10 C, και επιθυμείται ελάττωση 12 λογαρ. Κύκλων. Να υπολογισθούν οι χρόνοι στις δύο θερμοκρασίες. Αν η θειαμίνη έχει D 121,1 =115 min και z=25 C, τι ποσοστό αυτής θα παραμείνει μετά από κάθε επεξεργασία? Να υπολογιστεί επίσης το ποσοστό αδρανοποίησης της υπεροξειδάσης του τροφίμου για τις δύο επεξεργασίες, με δεδομένο ότι ισχύει ότι D 121,1 =3 min και z=37 C. F D log10 D log10 12D 2.52 min F z n 12 121.1 0 F F F F z z ( 10 - )/z 10 ( 121.1-105 )/10 102.7 min 105 0 D D D ( 10 - )/z' 115 min 10 ( 121.1-105 )/25 506.6 min 105 F 102.7 F D log C log C log C log C log(100) 1.797 C 62.7% 506.6 0 0 D Για μ.ο. Για θειαμίνη 109

Παράδειγμα Προϊόν υφίσταται θερμική επεξεργασία σε δύο διαφορετικές ΣΤΑΘΕΡΕΣ θερμοκρασίες, 105 και 135 C. O μ.ο. στόχος παρουσιάζει D 121,1 =0.21 min και z=10 C, και επιθυμείται ελάττωση 12 λογαρ. Κύκλων. Να υπολογισθούν οι χρόνοι στις δύο θερμοκρασίες. Αν η θειαμίνη έχει D 121,1 =115 min και z=25 C, τι ποσοστό αυτής θα παραμείνει μετά από κάθε επεξεργασία? Να υπολογιστεί επίσης το ποσοστό αδρανοποίησης της υπεροξειδάσης του τροφίμου για τις δύο επεξεργασίες, με δεδομένο ότι ισχύει ότι D 121,1 =3 min και z=37 C. D D D ( 10 - )/z' 3min 10 ( 121.1-105 )/37 8.2 min 105 F 102.7 11 F D log C log C log C log C log(100) 10.52 C 3*10 % 8.2 0 0 D Αντίστοιχα και για τους 135 C! Για υπεροξειδάση 110

ΑΡΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ Μεγιστοποίηση διατήρησης ποιότητας Ελαχιστοποίηση θερμικής υποβάθμισης ΠΡΟΣΟΧΗ: για τη στειρότητα, μας αρκεί να παρακολουθούμε το ΨΥΧΡΟ σημείο. Στην ποιότητα, για αριστοποίηση της διαδικασίας, μας ενδιαφέρει να υπολογίσουμε το ολοκλήρωμα της ποιοτικής υποβάθμισης σε ΟΛΟ τον όγκο του προϊόντος!!! Συχνά προτιμούνται οι HS/UH διεργασίες 111

ΘΕΡΜΙΚΗ ΥΠΟΒΑΘΜΙΣΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Χαρακτηριστικά είδη παστερίωσης (π.χ. για γάλα) LL διεργασίες: Low emperature-long time Για γάλα: στους 63 C, 30 min, κατάλληλο για γάλα προς παρασκευή τυριού, γιαουρτιού (μικρή υποβάθμιση πρωτεϊνών) με διάρκεια ζωής 7-10 ημέρες HS διεργασίες: High emperature-short time (flash pasteurization) Για γάλα: στους 72 C, 15 s, με διάρκεια ζωής 16-21 ημέρες UH διεργασίες: Ultra High emperature Για γάλα: στους 140-150 C, 1-3 s, με διάρκεια ζωής περίπου 2 μήνες ΕΚΤΟΣ ΨΥΓΕΙΟΥ!!! 112

Υπολογισμός χρόνου επεξεργασίας σε συστήματα ΣΥΝΕΧΟΥΣ ροής 113

Υπολογισμός χρόνου επεξεργασίας σε συνεχή συστήματα Π.χ. παστεριωτής Το προς παστερίωση υγρό τρόφιμο θερμαίνεται σε εναλλάκτη στη θερμοκρασία παστερίωσης και κατόπιν ρέει μέσα σε θερμικά μονωμένο σωλήνα καταλλήλου μήκους ώστε να παραμείνει στη θερμοκρασία παστερίωσης για τον απαραίτητο χρόνο και να επιτευχθεί έτσι παστερίωση. Για παράδειγμα για το γάλα για επιτυχή παστερίωση πρέπει να παραμείνει στους 71,7 C για 15 s και μετά να ψυχθεί κάτω από τους 10 C. Στους υπολογισμούς λαμβάνεται υπόψη μόνον η θερμική καταστροφή στον σωλήνα παραμονής και αγνοείται αυτή που γίνεται στους εναλλάκτες θέρμανσης και ψύξης. 114

Υπολογισμός χρόνου επεξεργασίας σε συνεχή συστήματα Π.χ. παστεριωτής Ο χρόνος παραμονής του υγρού στον σωλήνα παραμονής υπολογίζεται από t= L V max τ = mean V σ ρ m Q V =, :( ), : σωλήνα 2 R Q ή ή R ί όπου V σ ο εσωτερικός όγκος του σωλήνα παραμονής, ρ η πυκνότητα και m p η μαζική παροχή του προϊόντος, L μήκος σωλήνα παραμονής, Vmax, μέγιστη ταχύτητα σωματιδίων (για ασφάλεια πρέπει να βασίσουμε τους υπολογισμούς μας όχι στον μέσο χρόνο παραμονής αλλά στον χρόνο παραμονής του ταχύτερα κινούμενου στρώματος του ρευστού τ f ). P Μέσος χρόνος παραμονής 115

Είδη εξοπλισμού παστερίωσης/αποστείρωσης 116

ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ (παστερίωση ή εμπορική αποστείρωση) Είδη αποστειρωτήρων Οριζόντιοι και κατακόρυφοι Στατικοί ή κινητοί (ανάλογα με το αν οι κονσέρβες περιστρέφονται ή όχι) Συνεχείς ή ασυνεχείς Ανοικτοί (υπό ατμοσφαιρική πίεση) Υδροστατικοί Αποστειρωτές ασυνεχούς λειτουργίας (κατακόρυφοι και οριζόντιοι), κυρίως για χαμηλής οξύτητας τρόφιμα: μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αποστείρωση κονσερβών διαφορετικού μεγέθους και σχήματος ο κατακόρυφος έχει μικρές απαιτήσεις σε ωφέλιμο χώρο δαπέδου, αλλά παρουσιάζει προβλήματα στο γέμισμα και την εκκένωση των κονσερβών ο οριζόντιος έχει μεγαλύτερη χωρητικότητα, ευκολία στη φόρτωση-εκκένωση, μπορεί να έχει μηχανισμό ανακίνησης των περιεκτών, Αλλά έχει απαιτήσεις σε χώρο δαπέδου κατάλληλοι για χαμηλής οξύτητας προϊόντα

Αποστειρωτήρας ασυνεχούς λειτουργίας

119 Αποστειρωτήρες Συνεχούς Λειτουργίας 119

120 Αποστειρωτήρες Συνεχούς Λειτουργίας Οι αποστειρωτήρες συνεχούς λειτουργίας παρουσιάζουν δύο χαρακτηριστικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους αποστειρωτήρες (αυτόκλειστα) διαλείποντος έργου: (1) Ο ρυθμός παραγωγής είναι μεγαλύτερος με μικρότερο κόστος εργασίας και (2) Ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας είναι μεγαλύτερος σε προϊόντα που μεταδίδουν την θερμότητα κατά κύριο λόγο με μεταφορά λόγω του ότι το προϊόν αναδεύεται καθώς κινείται μέσα στον αποστειρωτήρα. Η συνεχούς λειτουργίας αποστείρωση επιτυγχάνεται υπό πίεση (με ατμό) ή σε ατμοσφαιρική πίεση (με θέρμανση με θερμό αέρα ή άμεση φλόγα). 120

Βιβλιογραφία 1. Ταούκης Π, και Ωραιοπούλου Β. 2019. Επιστήμη και Τεχνολογία Τροφίμων, Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων. ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΜΠ, 6ο εξάμηνο 2. Συντήρηση και Συσκευασία Τροφίμων. Συντήρηση τροφίμων. Έκδοση: 1.0. Διδάσκοντες:Λέκτορας Α. Μπαδέκα, Αναπλ. Καθ. Κ. Ρηγανάκος. Ιωάννινα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1326. Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 3. Λάζος Ε. και Λάζου Α. 2017. Επεξεργασία τροφίμων 1. Εκδόσεις Παπαζήση 4. Ρόδης Π.Σ. 1995. Μέθοδοι Συντήρησης Τροφίμων. 5. Μπλούκας Ι.Γ. 2004. Επεξεργασία και Συντήρηση ΤροφίμωνSingh RP and Heldman DR. 2018. Εισαγωγή στη μηχανική Τροφίμων. Επιμέλεια Γιαννιώτης Σ., Τζιά Κ. και Στοφόρος Ν. Εκδόσεις Παρισιάνου 6. Ταούκης Π., Τζιά Κ. και Ωραιοπούλου Β. 2017. EΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ, ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ, Σημειώσεις από τις παραδόσεις. Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π. 7. Στοφόρος Ν. 2014. ΑΡΧΕΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών 121

Ποιοτική υποβάθμιση Για το σκοπό αυτό έχει προταθεί (π.χ., Stumbo, 1973) ο υπολογισμός μιας "ολοκληρωμένης" τιμής F (αν πρόκειται για καταστροφή παραγόντων αλλοίωσης) ή τιμής C (αν πρόκειται για υποβάθμιση ποιοτικών χαρακτηριστικών) που, σε αντίθεση με τη "σημειακή" τιμή F (ή C) αναφέρεται σε όλο το προϊόν και σύμφωνα με την πρόταση του Stumbo υπολογίζεται με βάση την εξίσωση: C s C c D 250 log D 250 10,93 ( C D 250 C c ) 122

Ποιοτική υποβάθμιση C s C c D 250 log D 250 10,93 ( C D 250 όπου C s ( C ) η "ολοκληρωμένη" τιμή C, C c η "σημειακή" τιμή C που αναφέρεται στο γεωμετρικό κέντρο του προϊόντος που θερμαίνεται με αγωγή και C λ η "σημειακή" τιμή C που αναφέρεται σε δεδομένο σημείο του προϊόντος, λ, για το οποίο: g λ g c jλ j c 1 2 Οι "σημειακές" τιμές C c και C λ υπολογίζονται με βάση τις παρακάτω εξισώσεις, δηλαδή, όπως και στην περίπτωση των σημειακών τιμών F. 1 2 C c ) 123

Ερωτήσεις? 124