CS234451B1 - Způsob určení hodnoty termodestrukčního účinku sterilačního nebo pastoračního zákroku chemickým indikátorem - Google Patents

Abstract

Metoda spočívá v tom, že se společně se sterilovanou látkou podrobí tepelnému působení chemická látka, jejíž tepelná destrukce se řídi kinetikou I. řádu, po skončeném tepelném zákroku se z koncentračního rozdílu vložené chemické látky určí praktická hodnota sterilačního účinku. Tento způsob měření lze využít pro určení integrálního teplotního účinku např. ve zdravotnictví, farmaceutickém průmyslu a to v těch případech, kdy je přímé měření teploty nesnadné nebo nemožné.

Description

Vynález se týká způsobu určení hodnoty termodestrukčního efektu sterilačního nebo pasteračního zákroku při termickém zpracování potravinářského materiálu v obalech.

Sterilace potravin zahříváním zůstává základní konzervační metodou, která dosud nebyla předstižena žádnou jinou, lépe vyhovující metodou. Sterilačního efektu jak pro potraviny z technologického hlediska kyeelé/pH 4,0/, tak pro potraviny nekyselé /pH 4,0/ se dosahuje různými kombinacemi sterilační teploty a doby trvání zákroku. Příslušná kombinace doby a teploty, při které má být veden sterilační nebo pasterační zákrok je určována podle charakteru sterilované potraviny, podle jejího pH, podle mechanismu sdílení tepla v potravině, podle druhu a velikosti obalu a podlé možné původní a požadované výstupní mikrobiální kontaminace potraviny. Pasterační zákroky jsou obvykle vedeny do hodnot teploty 100 °C, sterilační zákroky nad 100 ®C /nejvýše do 135 °C/. Z literatury vyplývají základní metody pro kvantitativní hodnocení účinnosti termického zákroku. Prakticky všechny tyto metody jsou založena na předpokladu, že průběh inaktivaee mikroorganismů lze popsat vztahy pro kinětiku reakci 1. řádu, a že závislost rychlostní konstanty inaktivaee na teplotě se řídí modifikovanou Arrheniovou funkcí. Pro většinu mikroorganismů, které ovlivňují sterilační režimy, jsou v literatuře tabelovány parametry termoinaktivačních křivek, což jsou závislosti doby potřebné ke snížení koncentrace přežívajících mikroorganismů ve výrobku o jeden řád, tedy o 90 %, na teplotě. Těmito parametry jsou parametr z, jenž je číselně rovin rozdílu teplot, který odpovídá proběhnutí jednoho logaritmického cyklu pro daný mikroorganismus a parametr D_p, což je počet minut potřebný k snížení koncentrace daného mikroorganismu o jeden řád při působení referenční teploty r, která je volena obvykle pro sterilační zákroky

- 2 234 451 vedené nad .100 °C r « 121,1 °C, a pro pastorační zákroky do 100 °C rv67 °C. Tyto parametry mohou sloužit ke konstrukci termoinaktivačních křivek, z nichž potom může být parametr D? odečten- pro libovolnou teplotu r. V obr. 2 je 1 termoinaktivační· křivka pro mikroorganismus Clostridium pasteurianum pro pH 4,0 až 4,5, 2 je příslušný parametr z.

Dosavadní metody určování sterilačního účinku založená ha uvedených předpokladech bezpodmínečně vyžaduji měření průběhu teplot uvnitř konzervy v nejhůře prohřívanám místě konzervy.

Z těchto průběhů se pomocí různých modifikovaných metod /grafická, ediční, matematická/ určí praktická hodnota sterilačního účinku F vyjádřená počtem minut, po který působí zvolená referenČ ní teplota r na mikroorganismus, který může dané potravině nebe výrobku nejvíce škodit. Sterilační účinek F je dán vztahem

F = f 10 d /1/ o^{7 z}ll kde t je teplota v čase r je referenční teplota, Zjj je parametr termoinaktivační křivky příslušného inaktivováného mikroorganismu.

Srovnáním prakticky dosažená hodnoty sterilačního účinku F s dobou Fg teoreticky nutnou ke snížení koncentrace mikroorganismu z počáteční koncentrace na požadovanou koncentraci při referenční teplotě r se určí účinnost termického zákroku. Doba Fg se určí ze vztahu

F_s = Dr . log (¢^/¾), /2/ kde D? je parametr termoinaktivační křivky příslušného inaktivevaného mikroorganismu při zvolené referenční teplotě, jo počáteční koncentrace mikroorganismu, C_fe je požadovaná konečná koncentrace mikroorganismu.

Jestliže se hodnoty F a Fg sobě rovnají, pak byl sterilační zákrok právě dostatečný, jestliže je hodnota F menší než Fg, pak byl zákrok nedostatečný a je nutné sterilační režim upravit, je* -li hodnota F větší než F_g.pak byl zákrok zbytečně předimenzován a je možné ho opět upravit.

-3-.

234 451

Podrobný postup při hodnocení účinnosti termického zákroku pro potraviny sterilované v obalech je uveden v literatuře.

Pro měření teplotního průběhu se používají různá čidla.

V současné době je preferován takový postup, který vede k převodu teplotního údaje na elektrický signál. Průmyslové jednoúčelové počítače sterilačního účinku využívají termočlánkových nebo polovodičových čidel.

Použitím mikropočítačové techniky lze vyhodnotit přímo sterilační účinek, jednodušší přístroje pěuze zaznámenávají průběh teploty* Je však zřejmé, že takového uspořádání lze s úspěchem použít pouze*u diskontinuálně pracujících zařízení. S problémy se setkáváme už u rotačních vsádkových autoklávů, kde lze obtíže řešit rotační spojkou, u kontinuálně pracujících zařízení je měření teploty uvnitř konzervy procházející prostorem sterilátoru buá prakticky nemožné nebo velmi obtížné.

V USA byla navržena metoda, využívající bezdrátové vysílání signálu čidla měřícího teplotu uvnitř konzervy. Nevýhodou je vysoká cena zařízení, jeho malá odolnost vůči rušivým vlivům např. při provozu silných elektromotorů v blízkosti aparatury a nízká mechanická a tepelná odolnost. Dále je popsána metoda, která využívá měření teploty zahřívacího media, kdy je možno pomocí naměřených přechodových charakteristik určitého výrobku vyhodnotit Sterilační účinek. Lze také zjišťovat počet přežívajících mikroorganismů v suspenzi v čidle biologické indikátorové jednotky.

Žde je nevýhodou nepřesnost a hlavně zdlouhavost mikrobiologického rozboru. V Dánsku a USA byla vyvinuta metoda, kterou lze pomocí specifické barevné značkovací látky nanesené na povrchu konzervy nebo na povrchu indikačního papírku určit ze změny původní barvy zda konzerva byla vystavena určitému termickému zákroku. Toto určení je však pouze vizuelní a tedy orientační. V tomto uspořádání nelze objektivně vyčíslit hodnotu sterilačního účinku uvnitř konzervy.

i ' ' '

Uvedené nevýhody odstraňuje metoda podle vynálezu, jejíž pod štata spočívá v tom, že se společně se sterilovanou potravinou

234 451 v konzervě podrobí tepelnému zákroku i chemická látka, jejíž tepelná destrukce se řídí kinetikou 1. řádu, přičemž sé po skončení tepelného zákroku z koncentračního rozdílu vložené chemické látky určí prakticky dosažená hodnota sterilačního účinku F.

Chemická indikace sterilačního účinku F podle vynálezu využívá toho, že inaktivace mikroorganismů probíhá podle kinetiky

1. řádu, stejně jako reakce testovací chemické látky.

Pro vyhodnocení sterilačního účinku není potřeba'měřit průběh teplot v konzervě, ale stačí pouze určit počáteční koncentraci chemické testovací látky před zákrokem a její koncentraci po proběhnutí termického zákroku. Z poměru těchto koncentrací testovací chemické látky umístěné v indikační nádobce vložené do konzervy se zpracovávanou potravinou se podle vztahu /3/ určí sterilační účinek, který označíme ^PCH’ který vyjadřuje počet minut potřebných ke změně koncentrace chemické testovací látky z koncentrace Q_n na C. při působení referenční teploty r.

O K

kde C_Q je počáteční koncentrace chemické látky, je konečná koncentrace chemické látky po proběhnutí termického zákroku, _k je čas potřebný k dosažení koncentrace C_fc při působění referenční teploty t; t je aktuální teplota závislá na čase , z_CH a D „tt jsou parametry termodestrukční křivky pro chemickou látku. Γ y vil

Jestliže se liší parametr z_CH číselně od parametru pro inaktivovaný mikroorganismus je nutné zjištěný účinek F^g přepočítat na korigovanou hodnotu ^Fcjji,kor.’ ^kteró J^e vztažena na parametr Zjj, podle

d C = 10

r log (F_ch//L^) + r /6/

234 4S1

- 5 kde t^. je konstantní fiktivní přepočtová teplota ve °C, r je referenční teplota ve °G, ζθ_Η je parametr termodestrukční křivky chemické testovací látky ve °C, z_M je parametr termoinaktivační křivky inaktivovaného mikroorganismu ve °C,4Ú je doba po kterou působí sterilační teploty (v minutách). Hodnota 4 se určí podle charakteru sterilačního zákroku; pro skokovou změnu teploty je číselná hodnota rovna délce pulju, v ostatních případech je A ^ČTnutno určit podle známých dynamických vlastností sterilované potraviny v konzervě.

Výhodou metody podle vynálezu je možnost umístění libovolného počtu kontrolních konzerv s uloženou testovací chemickou látkou do zařízení pro sterilaci, neuplatňují se zde rušivé vlivy /např. elektrické šumy v přívodním vedení/ jako je tomu u elektronických měřících přístrojů s omezeným počtem měřících kanálů, odpadá možnost mechanického poškození přívodního vedení, měřících čidel i měřícího zařízení. Výhodou je jednoduchá instalace testovacích ampulí či nádobek s chemickou látkou. Metoda je srovnatelně přesná s metodami dosud používanými, analýza teplotních křivek nebo zdlouhavý mikrobiologický rozbor je nahrazen jednoduššími a přesnějšími metodami chemické nebo instrumentální analýzy. Ze zjištěných koncentračních rozdílů chemické látky lze vyhodnotit sterilační účinek P i účinnost daného termického zákroku pro inaktivovaný mikroorganismus. Metodu lze použít v zařízeních pracujících přetržitým způsobem, tedy např. ve vsádkových atmosferických nádobách, vanách nebo v přetlakových autoklávech, ale především v zařízeních pracujících kontinuálně /hydrostatický sterilátor a podobně/, kde je přímé měření teploty v konzervách nemožné nebo je spojené s velkými obtížemi. Je vhodná pro kontrolu účinnosti termických zákroků v potravinářském průmyslu /sterilace, pasterace potravin v obalech/ a pro obdobné procesy ve farmaceutickém průmyslu nebo ve zdravotnictví.

Použití metody vyplyne z následujícího příkladu

Příklad 1

Jako testovací chemická reakce byla zvolena inverze sacharozy v kyselém prostředí při pH = 2,6. Počáteční koncentrace sacharozy byla 26,02 gramů ve 100 ml roztoku ve vodě, tato končen234 431 trace odpovídala 100 ⁰ polarizace. Z obr. 2, kde křivka 1 je termoinaktivační křivka pro mikroorganismus Clostridium pasteurianum který byl pro příklad zvolen jako inaktivovaný mikroorganismus, je termodestrukční křivka pro inverzi sacharozy, plyne, že ± je experimentálně určený parametr z_CH = 17 °C, £ je D_gQ= 125 minut a j je parametr z_M=12 °C.

Testovací látka, byla v indikační nádobce umístěné uvnitř konzervy podrobena spolu s konzervou termickému zákroku. Zároveň, bylo provedeno měření teploty uvnitř konzervy s testovací nádobkou termočlánkovým čidlem, během tohoto termického zákroku. Průběh teplot uvnitř konzervy znázorňuje křivka 1 a průběh teploty lázně (skoková změna) znázorňuje křivka 2 na obr. 1. Po termickém zákroku byla zjištěna na automatickém polarimetru konečná koncentrace sacharozy v indikační nádobce C^. « 27,5 °· Potom lze podle vztahů /4, 5, 6/, je-li délka pul$u skokové změny teploty lázně /£7= 38 minut, což plyne z obrázku 1., určit hodnotu prakticky dosaženého sterilačního účinku k_Or.·

PCH =	D80
PCH ~	125
tf =	ZCH
Ťf =	17 .
PCH,kor =

t_f - r ^D80 * ^l0« = 125 . log (100/27,5) = 70,08 min . log > + ^r = 17 . log (70,08/38) + 80 = 84,52 ^UC z„ ^řCH,kor ^{= 10 S4,?}fž'-^gg · 38 = 90,46 min

Grafickou integrací křivky 1 na obr. 2 podle vztahu /1/ byla zjištěna praktická hodnota sterilačního účinku P= 88,71 minut. Porovnáním této hodnoty s hodnotou F_{CH kor} * 90,46 vyčíslíme relativní chybu p p

CH.kor.

CH • 100 = 1,93 %.

CH,kor.

Z hodnoty této relativní chyby plyne, že metoda podle vynálezu je srovnatelně přesná ve srovnání s metodou využívající vyhodnocení měřených teplotních průběhů.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   234 451

   Způsob určení hodnoty termodestrukčního účinku sterilačního nebo pasteračního zákroku chemickým indikátorem, vyznačující se tím, že se společně se sterilovanou látkou podrobí tepelnému působení chemická látka, jejíž tepelná destrukce se řídí kinetikou

   I. řádu, po skončeném tepelném zákroku se z koncentračního rozdílu vložené chemické látky určí praktická hodnota sterilačního účinku.