Тема 3.1 Нагревание как летальный фактор воздействия на микрофлору
Тема 3.2 Влияние температуры и продолжительности нагревания на качество готового продукта . Тема 3.3 Стерилизация продукта
Тема 3.1 Нагревание как летальный фактор воздействия на микрофлору
По аналогии с отработкой режимов стерилизации продуктов в герметичной таре выбор параметров стерилизации продуктов при асептическом консервировании должен вытекать из аналитического расчета, корректироваться путем экспериментальной проверки с тест-культурами и подтверждаться результатами производственных испытаний.
Аналитический расчет параметров кратковременной стерилизации предполагает наличие математической модели, связывающей кинетику гибели микроорганизмов с теплофизическими свойствами стерилизуемой системы, в первую очередь с температуропроводностью продукта.
Температурно-временные закономерности гибели микроорганизмов изучены в суспензиях или продуктах, прогреваемых в сравнительно узком диапазоне температур, - в большинстве случаев при 100-120° С.
До сих пор нет еще исчерпывающих теоретических представлений о сущности процесса отмирания микроорганизмов под влиянием нагревания. Для количественной характеристики этого процесса используют эмпирически выявленные закономерности между числом отмерших клеток и параметрами нагревания (температура и продолжительность).
Установлено, что популяция клеток погибает не одновременно, а постепенно, вследствие чего изменение числа клеток, оставшихся жизнеспособными, можно представить как функцию 3 продолжительности нагревания при той или иной постоянной) температуре. Если взять полулогарифмическую систему прямоугольных координат и откладывать на арифметической шкале абсциссы продолжительность нагревания, а на логарифмической шкале ординаты соответствующее число выживших клеток, то полученная кривая выживаемости на значительном ее участке -предстанет, как правило, в виде прямолинейного отрезка. Таким образом, для этого периода нагрева скорость отмирания клеток (k) может быть выражена (по аналогии с константой химической реакции) уравнением
k=2,S03h:\gNi/N!, (2.1)
где Nil- начальное число клеток;
Nf-число клеток, оставшихся жизнеспособными после нагревания в
течение времени т; 2,303-коэффициент, равный 1/lge.
Следовательно, мерой отмирания клеток различных видов и штаммов микроорганизмов может служить наклон прямолинейной части кривой выживаемости.
Для удобства при расчетах режимов стерилизации этот наклон характеризуют через величину D=2,303/k, представляющую собой время (в мин), необходимое для уменьшения числа нагреваемых клеток в 10 раз.
Характер кривой выживаемости свойственен не всем видам микроорганизмов, да и те из них, что удовлетворяют этой закономерности, подчиняются ей в большинстве случаев лишь на среднем участке кривой.
Рис. 1 Кривая выживаемости микроорганизмов при нагреве
Встречающийся вид кривой выживаемости состоит из трех отрезков (рис. 1). Первый (так называемое «плечо») - относится к начальному периоду нагревания. Для характеристики его применяют показатель, представляющий собой отношение «псевдоначального» числа спор (Npi) к истинному исходному числу спор (Nt),
IR=N./N.. (1)
Псевдоначальное число спор получают на оси ординат в точке пересечения ее с продолжением прямолинейного участка.
Второй отрезок характеризует постоянную скорость отмирания микроорганизмов при постоянной температуре.
Он выражается прямой в системе полулогарифмических координат и охватывает наибольшую долю нагреваемой популяции. Третий отрезок (так называемый «хвост») относится к концу периода нагревания, когда остается небольшое число спор. Однако продолжительность этого периода может иногда превышать время отмирания основной массы спор.
Характеристику термоустойчивости микроорганизмов обычно получают на микробных клетках или спорах, суспендированных в продуктах, прогреваемых в течение определенного времени при постоянной температуре в терморезистометре или в капиллярах.
На скорость отмирания микроорганизмов влияют различные факторы: температура; вид и штамм микроорганизма; состояние и возраст клеток; рН, химический состав и другие особенности среды, окружающей клетку; активность воды в клетке и среде; теплоноситель и др.
Кривые выживаемости микроорганизмов отражают их чувствительность не только к нагреванию, но и к физико-химическим показателям и химическому составу той среды, в которой происходит нагревание, и среды, в которую помещают прогретые клетки. Особенно значительное влияние на термоустойчивость микроорганизмов при низких температурах стерилизации продуктов оказывает рН среды. Для большинства микроорганизмов установлено, что уменьшение величины водородного показателя продукта приводит к снижению термоустойчивости микроорганизмов. Это положение не может быть распространено на высокотемпературный кратковременный прогрев без достаточного экспериментального обоснования. Действительно, механизм летального действия нагревания на микроорганизмы при различных температурах может быть неоднородным. Но даже если предположить, что гибель прогреваемой клетки происходит одинаково при любых температурных воздействиях, чувствительность клеток к физико-химическим параметрам нагреваемой среды при повышении температуры стерилизации, очевидно, будет изменяться в количественном выражении иначе, чем чувствительность клеток к нагреванию.
Режимы стерилизации продуктов должны гарантировать гибель микроорганизмов, вызывающих порчу консервов и представляющих опасность для здоровья потребителей. При температурах 100-125°С спорообразующие термофильные микроорганизмы, способные вызвать прокисание продуктов (тест-культуры: В. stearothermophilus, В. aerothermophilus 8), и гнилостные мезофильные клостридии, являющиеся причиной бомбажа консервов (тест-культуры: гнилостный анаэроб 3679, Cl. sporo-genes 25), более устойчивы к нагреванию по сравнению с возбудителями ботулизма. Поэтому режимы для консервов, стерилизуемых в герметически укупоренной таре, обычно рассчитывают и проверяют на спорах бактерий, вызывающих порчу продуктов. Параметры стерилизации консервов, обеспечивающие гибель возбудителей порчи, будут гарантировать при этом также гибель возбудителей ботулизма и других микроорганизмов, опасных для здоровья человека.
Предварительные исследования показали, что при прогреве возбудителей ботулизма в капиллярах при 130-150° С основная масса их спор погибает до достижения в культуре заданной температуры прогрева; но для гибели единичных спор Cl.botuli-num нужен более длительный прогрев капилляров (3-4 мин). Если учесть, что время, необходимое для гибели подавляющей доли спор, значительно сокращается при повышении температуры, то очевидно, что выживаемость единичных «хвостовых» клеток при высокотемпературной кратковременной стерилизации в потоке имеет большее значение для разработки температурно-временных параметров, чем при относительно умеренных температурах стерилизации герметически укупоренных продуктов в•автоклавах. Таким образом, разработка режимов стерилизации некислотных продуктов методом высокотемпературного кратковременного нагрева для асептического консервирования требует более тщательного подхода, чем режимов стерилизации баночных консервов при температурах до 120° С.