Mirosaw M. Michalski
Zasady obliczania wartoci sterylizacyjnej F oraz wartoci pasteryzacyjnej P.
Sterylizacja i pasteryzacja s procesami technologicznymi, utrwalajcymi ywno, majcymi podstawowe znaczenie w przeduaniu trwaoci wyrobów misnych. Stopie wyjaowienia produktu spoywczego przy wykorzystaniu energii cieplnej jest wynikiem osabienia lub zniszczenia funkcji yciowych form wegetatywnych i przetrwalnikujcych drobnoustrojów tlenowych oraz beztlenowych. Zakres destrukcyjnego dziaania temperatury na drobnoustroje uzaleniony jest od jej wysokoci i czasu oddziaywania na dany produkt.
Obróbka cieplna przeprowadzana w zakresie temperaturowym do 100oC okrelana jest mianem pasteryzacji, a powyej tej temperatury mówimy ju o sterylizacji. Operowanie wycznie czasem ogrzewania, przy zaoonej temperaturze, jak to ma miejsce obecnie w wikszoci zakadów produkujcych konserwy, jako podstawowym kryterium oceny prawidowoci prowadzonej obróbki cieplnej prowadzi najczciej do przegrzania lub niedogrzania produktów spoywczych. W takich przypadkach jedynie okrelony czas obróbki cieplnej i zaoona staa tepmperatura obróbki cieplnej ma zapewni wymagany stopie wyjaowienia. Jednake zmienna temperatura pocztkowa surowca, zrónicowany skad surowcowy, urozmaicone zakaenia pocztkowe wsadu konserwy, róna wielko i ksztat opakowania produktu, nierównomierne odpowietrzanie lub upakowanie surowca, wady pasteryzatorów i sterylizatorów, zakócenia w dostawie energii lub niedokadno obsugi urzdze pasteryzujcych oraz sterylizujcych s gównymi przyczynami uzyskiwania konserw o nieodpowiedniej jakoci.
Przy przegrzaniu konserw zwiksza si równie ilo niepodanego wycieku cieplnego, który jest cile okrelonym i istotnym parametrem jakociowym, szczególnie wanym w odniesieniu do szynek i opatek pasteryzowanych przeznaczonych na eksport.
Nadmierne przegrzanie konserw, pomimo lepszego wyjaowienia, pogarsza cechy organoleptyczne, reologiczne oraz odywcze gotowego produktu. Konserwa powinna by ogrzewana tak, aby bya maksymalnie trwaa przy zachowaniu podanych przez konsumenta cech sensorycznych i odywczych. Procesy pasteryzacji i sterylizacji musz wic by czynnociami w peni wiadomymi, celowymi oraz wysoce powtarzalnymi. Wysoce zmechanizowane i coraz czciej zautomatyzowane procesy produkcji konserw wymagaj zastosowania szybkich testów umoliwiajch biec i dynamiczn ocen procesu cieplnego oraz póniejsz ocen jakoci i trwaoci gotowego produktu.
Optymalizacja i ekonomizacja procesów pasteryzacyjnych oraz sterylizacyjnych wymaga wprowadzenia takiego miernika, który pozwoli jednoznacznie okreli stopie wyjaowienia produktu spoywczego bez koniecznoci przeprowadzania kosztownych oraz praco- i czasochonnych bada poprodukcyjnych. Sporód opracowanych testów okrelajcych skuteczno wyjaowienia najwiksze znaczenie praktyczne znalaza warto sterylizacyjna F oraz warto pasteryzacyjna P. Wartoci te mierzone s w minutach. Wymienione testy musz by opracowane dla okrelonego typu konserwy (skad surowcowy, wielko i ksztat opakowania).
Znane s cztery proste metody obliczania wartoci sterylizacyjnych oraz pasteryzacyjnych tj.:
1.metoda planimetryczna
2.metoda matematyczna
3.metoda wagowa
4.metoda sumowania
Metody 1-3 s metodami pozwalajcymi okreli wartoi P i F dopiero po zakoczeniu procesu obróbki cieplnej, po ich uprzednim opracowaniu i obliczeniu, a wic s nieprzydatne do biecego i dynamicznego sterowania oraz kontrolowania interesujcych nas procesów cieplnych. Opisana w niniejszej publikacji metoda sumowania spenia te warunki, jest prosta do wykonania i nadaje si doskonale do celów praktycznych wraz moliwoci korygowania trwajcego ju procesu sterylizacji lub pasteryzacji .
WARTO STERYLIZACYJNa F
1.Definicja.
Warto sterylizacyjna F jest sum umownych efektów letalnych L dziaajcych przez okrelony czas w temperaturach powyej 90oC na obrabiany termicznie produkt. Okrelamy j wzorem:
F = " L • dt , gdzie
L=10T-121,1/z , czstkowa warto letalna okrelana jako efekt dziaania da-
nej temperatury T przez okres 1 minuty, przy okrelonej wartoci z.
z - wspóczynnik opornoci cieplnej drobnoustrojów, dla sterylizacji przyjto
z=10oC.
T - temperatura wewntrz konserwy, mierzona w strefie najmniejszego dogrza-
nia ( w tzw. najzimniejszym punkcie).
t - czas
Za jednostk wartoci sterylizacyjnej F = 1min., przyjto ogrzewanie przez 1 minut w temperaturze 121,1oC. Innymi sowy, jest to ilo energii cieplnej jak otrzyma konserwa ogrzewana w w/w temperaturze przez okres 1minuty.
2. Obliczanie wartoci sterylizacyjnej F.
Mierzc temperatur we wntrzu konserwy, w strefie najmniejszego dogrzania, podczas trwania sterylizacji w odstpach jednominutowych i sumujc odpowiadajce danej temperaturze wartoci letalne L wykazane w tabeli 1, otrzymujemy aktualn warto sterylizacyjn F badanego procesu. Temperatur odnon dla sterylizacji jest ogólnie przyjta temperatura 121,1OC. Praktyczny sposób obliczania wartoci F przedstawia to poniszy przykad:
czas sterylizacji |
temp. wewn. kons. |
czstkowa warto letalna L |
warto F {suma L} |
1 |
15 |
0,0000 |
0,0000 |
2 |
16,5 |
0,0000 |
0,0000 |
,,,,,,,,,,, |
|
|
|
25 |
90,0 |
0,0008 |
0,0008 |
26 |
92,0 |
0,0012 |
0,0020 |
27 |
94,0 |
0,0019 |
0,0039 |
28 |
95,0 |
0,0024 |
0,063 |
,,,,,,,, |
|
|
|
49 |
115,0 |
0,2455 |
0,2518 |
50 |
115,5 |
0,2754 |
0,5272 |
51 |
116,0 |
0,3090 |
0,8362 |
52 |
117,0 |
0,3890 |
1,2252 |
53 |
118,0 |
0,4898 |
1,7150 |
,,,,,,,,,,,,, |
|
|
|
73 |
96,0 |
0,0031 |
1,7181 |
74 |
95,0 |
0,0028 |
1,7209 |
75 |
93,0 |
0,0015 |
1,7224 |
76 |
89,5 |
0,0000 |
1,7224 |
Tak wic zgodnie z danymi przedstawionymi w powyszej tabeli, obliczona warto sterylizacyjna F wynosi 1,7224 min..
WARTO PASTERYZACYJNa P
1. Definicja
Warto pasteryzacyjna P jest sum czstkowych efektów letalnych Lp procesu pasteryzacji dziaajcych przez cile okrelony czas w temperaturze powyej 50oC. Okrelamy j wzorem:
P = " Lp • dt, gdzie
Lp=10T-71/z , czstkowa warto letalna, okrela umowny efekt dziaania tem-
peratury T przez okres 1 min, przy okrelonej wartoci wspóczynnika
opornoci cieplnej z.
z- wspóczynnik opornoci cieplnej. Dla pasteryzacji przyjto warto z=10OC.
Warto ta charakteryzuje termooporny szczep Streptococcus faecalis.
temperatura wewntrz konserwy, mierzona w strefie najmniejszego
dogrzania.
t- czas
Za jednostk wartoci pasteryzacyjnej P = 1min. przyjto wzorcowe ogrzewanie przez 1min. w temperaturze 71OC. Temperatur odnon przyjet w publikacji jest temperatura 71OC. Naley w tym miejscu nadmien, e na dzie dzisiejszy brak jest ustalenia wspólnej temperatury odnonej do liczenia efektów letalnych dla procesu pasteryzacji. Wartoci temperatury odnonej spotykane w danych literaturowych mieszcz si w zakresie od 68.8OC do 73OC. Przy przyszociowym zastosowaniu metody liczenia wartoci P naley okreli jednoznacznie temperatur odniesienia.
2.Obliczanie wartoci pasteryzacyjnej P.
Dokonujc pomiarów temperatury wewntrz konserwy, w strefie najmniejszego dogrzania, co jedn minut, a nastpnie sumujc odpowiadajce danej temperaturze czstkowe wartoci pasteryzacyjne Lp , zawarte w tabeli 2, otrzymujemy warto pasteryzacyjn P aktualnie przeprowadzanego procesu pasteryzacji. Sposób obliczania zilustruje nastpujcy przykad:
czas pasteryzacji |
temp. wewn. konserwy |
czstkowa warto letalna Lp |
warto P {suma Lp} |
1 |
13 |
0,0000 |
0,0000 |
2 |
15 |
0,0000 |
0,0000 |
,,,,,,,,, |
|
|
|
32 |
54,0 |
0,0200 |
0,0200 |
33 |
55,0 |
0,0251 |
0,0451 |
34 |
55,5 |
0,0282 |
0,0733 |
,,,,,,,, |
|
|
|
56 |
69,0 |
0,6310 |
0,07043 |
57 |
69,5 |
0,7079 |
1,4122 |
58 |
70,0 |
0,7943 |
2,2065 |
59 |
70,5 |
08913 |
3,0978 |
60 |
71,0 |
1,0000 |
4,0978 |
61 |
70,0 |
0,7943 |
4,8921 |
,,,,,,,,, |
|
|
|
110 |
51,0 |
0,0100 |
4,9021 |
111 |
49,5 |
0,0000 |
4,9021 |
Zgodnie z danymi przedstawionymi w powyszej tabeli, obliczona warto pasteryzacyjna P wynosi 4,9021 min..
Kady rodzaj konserwy, w zalenoci od wielkoci opakowania, wymaga osignicia odpowiedniej wartoci pasteryzacyjnej P. I tak przykadowo w naszym kraju, osigane wartoci pasteryzacyjne dla konserw typu szynka pasteryzowana, 2 lbs s rzdu 90-120 min., 5 lbs szynka pasteryzowana 140-180 min., a dla opatki mielonej pasteryzowanej 11 lbs; 70-110 min..
Tabela 1
Sterylizacja. Czstkowe wartoci letalne L dla T=121.1OC oraz z=10OC
Temperatura (OC) |
L, (min.) |
|
Temperatura (OC) |
L, (min.) |
90,0 |
0,0008 |
|
110,5 |
0,0871 |
90,5 |
0,0009 |
|
111,0 |
0,0977 |
91,0 |
0,0001 |
|
111,5 |
0,1096 |
91,5 |
0,0011 |
|
112,0 |
0,1230 |
92,0 |
0,0012 |
|
112,5 |
0,1380 |
92,5 |
0,0014 |
|
113,0 |
0,1549 |
93,0 |
0,0015 |
|
113,5 |
0,1738 |
93,5 |
0,0017 |
|
114,0 |
0,1950 |
94,0 |
0,0019 |
|
114,5 |
0,2188 |
94,5 |
0,0022 |
|
115,0 |
0,2455 |
95,0 |
0,0024 |
|
115,5 |
0,2754 |
95,5 |
0,0028 |
|
116,0 |
0,3090 |
96,0 |
0,0031 |
|
116,5 |
0,3467 |
96,5 |
0,0035 |
|
117,0 |
0,3890 |
97,0 |
0,0039 |
|
117,5 |
0,4365 |
97,5 |
0,0044 |
|
118,0 |
0,4898 |
98,0 |
0,0049 |
|
118,5 |
0,5495 |
98,5 |
0,0055 |
|
119,0 |
0,6166 |
99,0 |
0,0062 |
|
119,5 |
0,6918 |
99,5 |
0,0069 |
|
120,0 |
0,7762 |
100,0 |
0,0078 |
|
120,5 |
0,8710 |
100,5 |
0,0087 |
|
121,0 |
0,9772 |
101,0 |
0,0098 |
|
121,5 |
1,0965 |
101,5 |
0,0109 |
|
122,0 |
1,2303 |
102,0 |
0,0123 |
|
122,5 |
1,3804 |
102,5 |
0,0138 |
|
123,0 |
1,5488 |
103,0 |
0,0155 |
|
123,5 |
1,7378 |
103,5 |
0,0174 |
|
124,0 |
1,9498 |
104,0 |
0,0195 |
|
124,5 |
2,1878 |
104,5 |
0,0219 |
|
125,0 |
2,4547 |
105,0 |
0,0245 |
|
125,5 |
2,7542 |
105,5 |
0,0275 |
|
126,0 |
3,0903 |
106,0 |
0,0309 |
|
126,5 |
3,4674 |
106,5 |
0,0347 |
|
127,0 |
3,8904 |
107,0 |
0,0389 |
|
127,5 |
4,3652 |
107,5 |
0,0436 |
|
128,0 |
4,8978 |
108,0 |
0,0490 |
|
128,5 |
5,4954 |
108,5 |
0,0550 |
|
129,0 |
6,1660 |
109,0 |
0,0616 |
|
129,5 |
6,9183 |
109,5 |
0,0692 |
|
130,0 |
7,7625 |
110,0 |
0,0776 |
|
130,5 |
8,7096 |
Tabela 2
Pasteryzacja. Czstkowe wartoci letalne Lp dla T=71OC oraz z=10OC
Temperatura (OC) |
Lp, (min.) |
|
Temperatura (OC) |
Lp, (min.) |
50,0 |
0,0079 |
|
65,5 |
0,2818 |
50,5 |
0,0089 |
|
66,0 |
0,3125 |
51,0 |
0,0100 |
|
66,5 |
0,3548 |
51,5 |
0,0112 |
|
67,0 |
0,3981 |
52,0 |
0,0126 |
|
67,5 |
0,4467 |
52,5 |
0,0141 |
|
68,0 |
0,5012 |
53,0 |
0,0158 |
|
68,5 |
0,5623 |
53,5 |
0,0178 |
|
69,0 |
0,6310 |
54,0 |
0,0199 |
|
69,5 |
0,7079 |
54,5 |
0,0224 |
|
70,0 |
0,7943 |
55,0 |
0,0251 |
|
70,5 |
0,8913 |
55,5 |
0,0282 |
|
71,0 |
1,0000 |
56,0 |
0,0316 |
|
71,5 |
1,1220 |
56,5 |
0,0355 |
|
72,0 |
1,2590 |
57,0 |
0,0398 |
|
72,5 |
1,4125 |
57,5 |
0,0447 |
|
73,0 |
1,5849 |
58,0 |
0,0501 |
|
73,5 |
1,7783 |
58,5 |
0,0562 |
|
74,0 |
1,9953 |
59,0 |
0,0631 |
|
74,5 |
2,2387 |
59,5 |
0,0708 |
|
75,0 |
2,5119 |
60,0 |
0,0794 |
|
75,5 |
2,8184 |
60,5 |
0,0891 |
|
76,0 |
3,1623 |
61,0 |
0,1000 |
|
76,5 |
3,5481 |
61,5 |
0,112 |
|
77,0 |
3,9811 |
62,0 |
0,1259 |
|
77,5 |
4,4668 |
62,5 |
0,1412 |
|
78,0 |
5,0119 |
63,0 |
0,1585 |
|
78,5 |
5,6234 |
63,5 |
0,1778 |
|
79,0 |
6,3096 |
64,0 |
0,1995 |
|
79,5 |
7,0795 |
64,5 |
0,2239 |
|
80,0 |
7,9432 |
65,0 |
0,2512 |
|
80,5 |
8,9134 |