METODE FIZIČKOG I HEMIJSKOG KONZERVISANJA NAMIRNICA …katedre.vet.bg.ac.rs/~namirnice/001 Studentski folder/New USHIT/3004... · -toplotna obrada-Doc. dr Dragan Vasilev Fakultet

1

Fakultet veterinarske medicine u BeograduKatedra za higijenu i tehnologiju namirnica animalnog porekla

SPECIJALISTIČKE AKADEMSKE STUDIJE

METODE FIZIČKOG I HEMIJSKOG KONZERVISANJA NAMIRNICA

-hidrostatički pritisak--jonizujuće zračenje-

-toplotna obrada-

Doc. dr Dragan Vasilev


HIDROSTATIČKI PRITISAK

Letalni efekat na mikroorganizme

Proizvodi od mesa upakovani – vakuum

Obrada u HIDROSTATU –medijum koji prenosi pritisak najčešće VODA

Pritisak 400 – 800 MPa odn. 4000-8000 bara (1 bar = 1,103 atm = 105 Pa)

REDUKCIJA MIKROORGANIZAMA – zavisi od: → pritiska

→ dužine delovanja

→ temperature

Primer: 600 MPa pri 0oC u toku 10 min → 4-5 decimalnih redukcija

Negativno: vrlo visok pritisak ili dugo delovanje → deformacija pakovanja

→ promena konzistencije

→ promene na prot. i lip.

Rezervoar sa vodom

1)

2)

3)nizak pritisak

voda pod niskim pritiskom

voda pod niskim pritiskom

ULAZ I IZLAZ PROIZVODA

PUNJENJE SISTEMA

DELOVANJE VISOKOG PRITISKA

visok pritisak

visok pritisak


2


JONIZUJUĆE ZRAČENJE

Letalni efekat na mikroorganizme

γ-zraci – izotopi kobalta (60Co) i cezijuma (137Cs)

Jedinica: kGy (količina apsorbovane energije)

Broj mikroorganizama se smanjuje logaritamski (decimalna radukcija)

D-vrednost j.z. – doza zračenja koja broj mikroorganizama smanji 10 puta

Otpornost mikroorganizama: - najotporniji: virusi, spore plesni i bakterija

- osetljiviji: gram poz. bakterije

- najosetljiviji: gram neg. bakterije i paraziti

Manje doze: → površinska dekontaminacija upakovanog i zamrznutog mesa


JONIZUJUĆE ZRAČENJEZA JEDNU DECIMALNU REDUKCIJU potrebno je:

E. coli i Salmonella spp.: 0,2 – 0,45 kGy

Enterococcus faecium: 0,6 – 1,4 kGy

Spore plesni (Aspergillus, Penicillium): 0,5 – 0,7 kGy

Spore klostridija (C. botulinum, i C. sporogenes): 1,5 – 2,5 kGy

UKUPNA LETALNOST= D-vredost x log broja mikroorganizama

LETALNA DOZA za mikroorganizme:

- vegetativni oblici bakterija (radiopasterizacija): 8 – 10 kGy

- spore bacila i klostridija (radiosterilizacija): 25 – 60 kGy

- paraziti (Trichinella, Tenia): 0,1 – 0,8 kGy

3



NEGATIVNI EFEKTI:

- skupa postrojenja

- moguć nepovoljan uticaj na senzorna svojstva

- oksidacija mioglobina

- oksidacija masnih kiselina

- odbojnost kod potrošača

• American Medical Association• American Dietetic Association• American Council on Science and Health• Centers for Disease Control• Council for Agricultural Science and Technology• United State's Department of Agriculture (USDA)• U.S. Food and Drug Administration (FDA)• World Health Organization• American Veterinarian Medical Association• Institute of Food Technologsts• Produce Marketing Association



Kao metod konzervisanja hrane odobren od strane:RADURA LOGO:


4


TOPLOTNA OBRADA

Uništavanje mikroorganizama

Inaktivacija tkivnih enzima

Fizičko-hemijske promene (boja, SVV, miris, ukus, tekstura, hranljiva vrednost)

UNIŠTAVANJE MIKROORGANIZAMA

Temperatura

Vreme

Prirodna otpornost mikroorganizama

Broj mikroorganizama

Faza razmnožavanja mikroorganizama

Osobine supstrata


TOPLOTNA OBRADA

Prirodna otpornost mikroorganizama na dejstvo visoke temperature:

Bakterije otpornije od kvasaca i plesni

Gram pozitivne otpornije od gram negativnih

Kokoidni oblici otporniji od štapićastih

Bakterije koje formiraju grupe otpornije od pojedinačnih

Spore bakterija otpornije od vegetativnih

Otpornost spora: 1. spore termofilnih bacila i klostridija

2. spore mezofilnih klostridija

3. spore mezofilnih bacila i psihrotrofnih klostridija


TOPLOTNA OBRADA

Uticaj faze razmnožavanja mikroorganizama:

Bakterije otpornije u fazi stacionalnog rasta

Manje otporne u fazi logaritamskog rasta

Uticaj supstrata:

Bakterije otpornije u povoljnijem supstratu

Proteini i masti štite bakterije od visokih temperatura

Bakterije otpornije u supstratima sa manje vode i sa niskim aw –vrednostima

Od aditiva, samo nitriti smanjuju otpornost bakterija na toplotu

pH-vrednost: - veća otpornost u neutralnoj sredini

- manja otpornost pri nižim pH vrednostima

5


TOPLOTNA OBRADA

Uticaj pH vrednosti:Na osnovu najniže pH vrednosti (4,6) pri kojoj C. botulinum stvara toksine

Slabo kisela hrana: pH > 4,5

Kisela hrana: pH = 4,0 – 4,5

Jako kisela hrana: pH < 4,0

Letalni efekat u zavisnosti od pH-vrednosti hrane:

sterilizacija slabo kisele hr. = kuvanje kisele hr. = pasterizacija jako kisele hr.

= =


TOPLOTNA OBRADA

Efekat visoke temperature na mikroorganizme:

Inaktivacija (privremeni gubitak sposobnosti razmnožavanja)

Trajni gubitak sposobnosti razmnožavanja

Smanjenje broja mikroorganizama u populaciji:

→ odumiru postepeno u toku toplotne obrade

→ u jednakom intervalu vremena odumire isti % mikroorganizama

→ broj mikroorganizama se smanjuje logaritamski


DECIMALNA REDUKCIJA MIKROORGANIZAMA

Kriva preživljavanja i D-vrednost mikroorganizama

Vreme (min)

Broj

spo

ra

D-vrednost:

vreme (min) za koje se pri stalnoj temperaturi broj mikroorganizama smanji 10 puta ili za 90 %

Dr – pri referentnoj temperaturi

DtoC – pri nekoj temperaturi

D121,1 – D-vrednost pri 121,1 oC

D100 – D-vrednost pri 100 oC

D65,6 – D-vrednost pri 65,6 oC

D-vrednost

6


RELATIVNA TERMOREZISTENTNOST

z-vrednost:

broj stepeni (oC ili F)za koliko se povećatemperaturazagrevanja, tako dase D-vrednost smanji10 puta

Temperatura (oC)

D-v

redn

ost (

min

)

z=10oC

10min

1min115oC 125oC

TDT-kriva (kriva toplotnog letalnog vremena)i z-vrednost spora C. botulinum


D- i z-vrednosti mikroorganizama od značaja za toplotnu obradu

hrane različite kiselostiSlabo kisela hrana (pH>4,5) D121 (min) z (oC)Spore termofilnih bakterija:B. stearothermophilus (stvara kiseline)C. thermosaccharolyticum (stvara gasove)C. nigrificans (stvara sulfide)Spore mezofilnih bakterija:C. botulinum A, B (neurotoksičan)C. sporogenes (truležni anaerob)

4-53-42-3

0,1-0,210,5-1,5

8-129-129-12

8-108-10

Kisela hrana (pH 4,0-4,5) D100 (min) z (oC)Spore termofilnih bakterija:B. coagulans (fakultativni mezofil)Spore mezofilnih bakterija:B. polymyxa, B.maceransC. pasteurianum (anaerob buterne kiseline)

0,01-0,07

0,1-0,50,1-0,5

8-10

6-86-8

Jako kisela hrana (pH<4,0) D65,5 (min) z (oC)Lactobacillus, Leuconostoc, kvasci i plesni 0,5-1,0 4-6


Letalni efekat temperature (L)1.) L = 1/t (recipročna vrednost toplotnog letalnog vremena)

Primer:

Za uništavanje spora C. botulinum pri 111 oC potrebno je 25 min. Koliki je letalni efekat?

L = 1/25 = 0,04

2.) L=10 (Tx-Tr)/z

Tx= letalna temperatura

Tr= referentna temperatura toplotne obrade

z=relativna termorezistentnost

7


L-vrednosti temperatura izračunate za z=10oC


JEDINICA LETALNOSTI- letalnost koja se ostvaruje zagrevanjem u trajanju od 1 min pri referentnoj temperaturi

Referentne temperature:

Sterilizacija: 121,1 oC

Kuvanje: 100 oC

Pasterizacija: 65,6 oC (meso 70 oC)

F-vrednost:

Fo = letalnost za z=10oC

F12 = letalnost za z=12oC

Fs = letalnost u celom proizvodu

Fc = letalnost u geometrijskom središtu

Fλ = letalnost u bilo kojoj tački izvan središta

TDT kriva, z-vrednost (10oC) i jedinica letalnosti postupka sterilizacije Fo=1

z=10oC

Fo=1

temperatura (oC)

Vrem

e (m

in)


Letalnost toplotne obrade:

Fs=Dr (log No-log N)Dr = vreme decimalne redukcije pri referentnoj temperaturi toplotne obrade

No = početni broj mikroorganizama

N = broj mikroorganizama na kraju toplotne obrade (broj izvršenih decimalnih redukcija)

Za C. botulinum (12 D koncept):

Fs=0,21(log 1 – log 10-12)= 0,21 (0+12) = 2,52 min

Za C. sporogenes (5D koncept):

Fs=1,0(log 1 – log 10-5)= 1,0 (0+5) = 5,0 min

Za Enterococcus faecium (5D koncept): pr.: kuvana šunka mase 6,35 kgF70=2,95 [log (106 x 6350) – log 10-5)]= 2,95 (6+3,8+5)= 43,7 min

8


Parametri od značaja za određivanje letalnosti (Fs) različitih

procesa toplotne obrade

Mikroorganizam Temperatura (oC)

Dr vrednost (min)

D koncept Fs vrednost (min)

C. Botulinum, A i BC. Sporogenes, P.A.

3679

121,1 0,211,0

125

> 2,55,0

C. Botulinum, tip E 82,2 3,0 10 30

Enterococcus faecium

70,0 2,95 5 44

S. SenftenbergStaph. Aureus

E. Coli O157:H7

65,6 1,02,00,1

151510

15301


Proces toplotne obradeTemperatura

Vreme trajanja

1. Vreme zagrevanja (B=process time)

- vreme zagrevanja autoklava (CuT= come-up time)

- operativno vreme procesa (Pt = operator’s process time)

2. Vreme hlađenja


Formula sterilizacije

15’ + 30’ + 15’120 oC

9


Vreme zagrevanja konzervi zavisi od:

- letalnosti koju treba ostvariti

- temperature toplotne obrade (viša temp. → brži prenos toplote)

- sastava sadržaja (masno tkivo i masti → sporiji prenos toplote)

- usitnjenosti sadržaja (veći stepen usitnjenosti → sporiji prenost t.)

- formata i mase konzerve (manja masa, mala visina, veći prečnik → brži prenos toplote)

- načina obrade u autoklavu (rotacija → brži prenos toplote)


Pritisak autoklava i konzervi

- temperatura autoklava

- pritisak autoklava (autoklavi sa normalnim pritiskom i natpritiskom)

- veličina i oblik konzerve (manji prečnik → veći pritisak u konzervi)

- veličina praznog prostora u konzervipritisak

Pritisak u autoklavu

Hlađenje dovodi do smanjenja pritiska

Pritisak u konzervi se održava izvesno vreme posle početka hlađenja

vreme

10


Kontrola toplotne obrade- toplotna obrada – CCP

Registrovanje temperature i vremena zagrevanja (termografska lista autoklava)

Merenje temperature u konzervama

Termostatiranje (7 dana pri 30oC; 4 dana pri 37oC)

F-vrednost – najpouzdaniji način

Merenje temperature:

Sonda (termoelement, termopar) Pt-100 ili Pt-1000

Hladna tačka


Položaj hladne tačke u konzervi

Kondukcija KonvenkcijaKonvenkcija pri rotacionoj sterilizaciji

11


Metode određivanja F-vrednosti

Adiciona

Grafička

Brza (računarska) metoda

1. ADICIONA METODA

- Zbrajanje L-vrednosti temperatura izmerenih u hladnoj tački u svakomminutu procesa toplotne obrade

period zagrevanja period hlađenja

min oC L min oC L

0456789

10

10100107112116

118,5120

120,5

-0,0080,0390,1230,3080,5480,7750,869

11121314152023

121118,51121061005540

0,9750,5480,1230,0310,008

--

ΣL = 2,67 ΣL = 1,68

Fo = 2,67 + 1,68 = 4,35 min


ODREĐIVANJE F-VREDNOSTI ADICIONIM METODOM ZA POSTUPAK STERILIZACIJE KONZERVI “HRENOVKE U LIMENCI”

12

GRAFIČKA METODA

1. Konstruisanje linije koja pokazuje tok temperature u autoklavu

2. Konstruisanje linije koja pokazuje tok temperature u termalnom centru konzerve za svaki minut procesa

GRAFIČKA METODA

3. Konstruisanje letalne krive

GRAFIČKA METODA

3. Konstruisanje letalne krive

4. Izračunavanje površine koju ograničava letalna kriva i x-osa

13

GRAFIČKA METODA

5. Konstruisanje površine jedinice letalnosti Fo=1

6. Izračunavanje F-vrednosti:

a) Deljenjem površine ispod letalne krive sa površinom jedinice letalnosti

F = 43:10 = 4,3

a) Množenjem površine ispod letalne krive sa letalnom vrednošću jednog kvadratnog centimetra

F= 43 x 0,1 = 4,3


14

BRZA RAČUNARSKA METODA

DATA LOGGER



15




Kriterijumi letalnosti toplotne obradaSTERILIZACIJA

3/4 sterilisane konzerve:

105-110oC; Fo=0,6-0,8

uništene psihrotrofne klostridije i mezofilni bacili

održivost: 12 meseci; do 10 OC

Sterilisane konzerve:

110-125oC; Fo>3

uništene spore mezofilnih tipova A i B C.botulinum

održivost: 4 godine; do 25oC

Visoko sterilisane kobzerve (tropske konzerve):

125-130oC; Fo=12-14

uništene spore termofilnih bacila i klostridija

održivost: do 12 meseci; preko 40oC

16


Kriterijumi letalnosti toplotne obradeSHELF-STABLE canned cured meats (Codex alimentarius)

Fo< 3; 150 mg/kg nitrita; pH 6,0-6,7; % NaCl; Dobra hermetičnost

Luncheon meat i chopped meat

Fo=1,0-1,5 + koncentracija soli u vodi 3,0-4,0 %

Fo=1,0 + koncentracija soli u vodi 4,0-4,5%

Fo=0,5-1,0 + koncentracija soli u vodi 4,5-5,0%

Fo=0,5 + koncentracija soli u vodi 5,0-5,5%

Kobasice u konzervi

Fo= 1,5 + koncentracija soli u vodi 2,5%

Šunka i plećka u konzervi

Fo=0,3-0,5 + koncentracija soli u vodi 3,3%




Kriterijumi letalnosti toplotne obradaKUVANJE

Temperatura klučanja vode (96-98 oC)

Fo > 0,5

Uništene spore psihrotrofnih neoproteolitičkih tipova B i E C.botulinum

Održivost do 12 meseci; t < 10 oC

PASTERIZACIJA

Temperatura 75-85 oC

Temperatura u termalnom centru > 70 oC

Uništeni vegetativni oblici bakterija; preživljavaju spore bacila i klostridija

F70=44 (5D koncept; uništavanje Enterococcus faecium)

Održivost: konzerve do 6 meseci; kobasice 30-90 dana; t < 4oC;


Co-VREDNOSTSmanjenje hranljive vrednosti toplotom obrađenih proizvoda pri referentnoj temperaturi od 100 oC (212 oF)

Smanjenje hr.vr. se odvija logaritamski

z-vrednost – Relativna otpornost sastojaka hrane na temperaturi toplotne obrade

- broj stepeni posle kojih se C-vrednost samnji 10 puta (90 %)

z=33 oC – prosečna relativna otpornost hranljivih sastojaka na toplotu

Izračunavanje Co- Integracija efekata toplotnog smanjenja hranljive vrednosti:

- adiciona metoda

- grafička metoda

17

Određivanje Co-vrednosti na polulogaritamskom TDT-dijagramu

Co=1 Fo=1Co=1

(1 min;100oC; z=33oC)

Fo=1

(1 min;121,1oC; z=10oC)

Temperatura (oC)

Vrem

e (m

in)

Co=1 Fo=1

Fo=4,3


a) Povući liniju kroz tačku Fo=4,3, paralelna sa Fo=1

Temperatura (oC)

Vrem

e (m

in)

Co=1 Fo=1

Fo=4,3


b) Povući liniju od 12. minuta da preseče krivu Fo=4,3

(12 minuta je temperatura bila iznad 100 oC)

12

Temperatura (oC)

Vrem

e (m

in)

18


12

Co=1 Fo=1

Fo=4,3

40

c) Kroz tačku preseka se povlači linija paralelna sa Co=1 tako da preseče y osu

Temperatura (oC)

Vrem

e (m

in)


FORMIRANJE DVOSTRUKOG SPOJA (ŠAVA) – PRVI KORAK


FORMIRANJE DVOSTRUKOG SPOJA (ŠAVA) – DRUGI KORAK

19


Presek pravilno formiranog dvostrukog spoja


Presek NEpravilno formiranog dvostrukog spoja

Kontrola hermetičnosti aluminijumskih posuda

Documents

METODE FIZIČKOG I HEMIJSKOG KONZERVISANJA NAMIRNICA …katedre.vet.bg.ac.rs/~namirnice/001 Studentski folder/New USHIT/3004... · -toplotna obrada-Doc. dr Dragan Vasilev Fakultet