1 1.1.
A mikrobiológiai stabilitás biztosításának alapelvei
A hőkezelés célja, hogy mikrobiológiailag stabil, eltartható termék előállítása, amely az ember számára nem vet fel egészségügyi kockázatokat (ételmérgezések (azonnali hatás), élelmiszer eredetű megbetegedések (hosszabb távon hatás) (élelmiszerbiztonság, egészségügyi biztonság), Mindeközben ügyelve arra, hogy a termék minősége a hőkezelés során és a tárolás során ne változzon hátrányosan. 1.2. Bigelow és munkatársainak módszere 1.2.1. A pH érték jelentősége A hőkezelés méretezési módszereinek alapjait BIGELOW és munkatársai (BIGELOW 1921, BIGELOW ÉS ESTY 1920, BIGELOW ET AL. 1920) dolgozták ki. Kiválasztották a leghőtűrőbb és emberre legveszélyesebb baktériumot. Ez a légzőközpontot megbénító, halálos toxint termelő mezofil spórás Cl. botulinum lett. Mivel a Clostridium botulinum nem képes toxint termelni pH<4,5 alatt, a termékeket pH szerint osztályozhatjuk (Bigelow és Catchart (1921) (1. Táblázat) 1. Táblázat: A konzervek osztályozása pH érték szerint: Megnevezés enyhén savas élelmiszerek savas élelmiszerek erősen savas élelmiszerek
pH tartomány pH> 4,6 4
Példa húsfélék egyes zöldségek pl. paradicsom, meggy
Az enyhén savas élelmiszereknek, kivéve az alkoholos italokat, nevezzük azokat az élelmiszereket, amelyeknek végső kiegyenlítődési pH értéke nagyobb, mint 4,6 és vízaktivitásuk nagyobb, mint 0,85. A paradicsomokat és paradicsom termékeket, amelyeknek végső kiegyenlítődési pH értéke kisebb, mint 4,7 nem soroljuk az enyhén savas élelmiszerek közé (ANON 1999a). Savas élelmiszereknek soroljuk be azokat a termékeket, amelyeknek természetes pH értékük 4,6 alatt van. A savanyított élelmiszerekhez A pH értéket savanyítással is beállíthatjuk illetve a pH értéket 4,6 alá csökkenthetjük. A savanyított élelmiszerek tulajdonképpen nem mások, mint enyhén savas élelmiszerek, amelyekhez sav(aka)t vgya savas ketegóriávba sorolt élelmiszer(eke)t adunk. Ilyenek pl. a zöldséges és gyümölcs készítmények. Vízaktivitásuk aw>0,85 és pH 4,6. Ezeket sokszor savanyúságoknak vagy savanyított készítmányeknek nevezzük. A CO2-dal dúsított üdítőitalokat, dzsemeket, gyümölcskocsonyákat félkonzeerveke savas élelmiszerek közé soroljuk. Ide számítjuk az olyan élelmiszereket is, mint szatandardizált vagy nem sztandardizált önteteket és fűszeres szószokat, amelyek kis menynyiségű enyhén savas élelmiszerösszetevőt is tartalmaznak, de a végső kiegyenlítődési pH értékük nem különbözik lényegesen a domináns sav vagy savas éelmiszer pH értékétől, ha azokat hűtött körümények között tárolják, forgalmazzák. (ANON 1999b) Ezen felosztás alapján a zöldségek gyümölcsök nagy részének elegendő a 100°C alatti vagy azt csak nagyon kismértékben meghaladó hőmérsékletű hőkezelés. Itt viszont vigyázni kell arra, hogy a pH érték fajtánként, betakarítási időszakonként, érettség stb. tekintetében ingadozhat, és így a felső határérték esetén túllépés lehetséges, ami romláshoz vezethet. Savanyított élelmiszernél gondskodni kell a pH érték egyenletes és alacsony értékéről. Ha a domináns termék összetevők közt csak egynek is pH>4, 5 értéke van, akkor függetlenül az összes többi összetevő pH értékétől sterilezést kell alkalmazni. Ha a savanyított élelmiszer
C érték hűtés
Kezelési idő
200
100
150
80 60
100
40
50
20
0
0 95
100
105
110
115
Kezelés idő [min]
C érték [min]
C érték tartás
120
Kezelési hőmérséklet [°C] 1. ábra: A hőkárosodás és a kezelési idő alakulása barack dszemben (40x200 mm) A pasztőrözés nem feltétlenül jelenti a 100°C határhőmérsékletet. Mind a kapacitás/teljesítmény kihasználás nöhet, mind a hőkárosodás mértéke javulhat, ha mind a mag, mind a térhőmérséklet értéke meghaladja a 100°C-ot. A
2 pasztőrözés kismértékű spórás baktérium (főleg pszichrofil) és Cl. botulinum pusztítást jelent, míg a sterilezés során a mezofil és pszichrofil spórás baktériumok teljes, a thermofil spórás baktériumok teljes illetve olyan mértékű hőkezelését jelenti, hogy a maradék csírák nem képesek életműködést folytatni (1. ábra). 1.2.2.
A pusztulási görbe
Bebizonyították, hogy a baktériumok pusztulása logaritmikus természetű és az függ a hőmérséklettől (1 és 2. ábra) N [db]
Idő [min] 2. ábra: A pusztulási görbe A baktérium pusztítás során élelmiszereknél nem tudjuk elérni a teljes steriltást, mert a logaritmikus pusztulási göerbe soha nem éri el a 0 csíraszámot. Így különböző sterilitási fogalmakat vezettek be (2. Táblázat). 2. Táblázat: A sterilitás fogalmai Sterilitási fogalom Biológiai sterilitás Bakteriológiai sterilitás Gyakorlati (kereskedelmi) sterilitás
Értelmezés Minden életképes mikroorganizmus és működőképes enzim inaktiválása Minden életképes mikroorganizmus inaktiválása Minden patogén és toxinképző csíra, valamint azon mikroorganizmusok és enzimek inaktiválása, amelyek a termék romlását idézik elő normál körülmények között.
Bigelow et. al. (1921) megállípították, hogy a mikrobiológiai sterilitás csak a minőség számottevő csökkenésével érhető el. Egy bizonyos hőkezelési idő után adott hőmérsékleten már nagy valószínűséggel állítható, hogy mikrobiológiai romlással már nem kell számolni. A mikrobiológiai stabilitás és a termék minőség elfogadható fogyaszthatósági szinten tartáshoz az un D-elveket alkalmazzuk. Az un. kereskedelmileg steril konzerveknek a hőkezeltség mértékére Bigelow et al. (1921) az enyhén savas élelmiszerek esetén minimális határként a Cl. botulinum 12 D mértékű pusztulását adták meg a magra (doboz geometriai középpontjára) vonatkozóan, ami 2,52 min (12x0,21 min). A 3. Táblázatban a csíraszám pusztulás elméleti alakulásának példáját látjuk. A csíraszám 1.000.000-ról indulva. 7D idő után 0,1 csírát ér el. Ez természetesen így nemlehetséges, de valószínűségi alapon ez egyenértékű azzal, hogy 10 dobozból 1 lesz hibás. Így a példában a tizedes számokat úgy értelmezzük, hogy annak a valószínűsége, hogy a termékek közül 1 nem kellően hőkezelt pl. 12 D mértékű pusztulásnál 1000000 dobozból 1. Ekkor viszont minden dobozban levő csírát a magban tételezünk fel. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a 12D idő eltelte után nem is 1.000.000 doboz, hanem kb. 100.000.000 doboz után lehet valószínűseteni egy alulkezelést. Ez az eljárás egyfajta biztonsági tényezőt ad. Körmendy és Mohácsy-Farkas (2000) eljárást dolgozott ki a megengedhető és megtűrhető csíraszámok alapján ennek a túlméretezésnek a csökkentésére. Sokszor ezt úgy fejezik ki, hogy nem 12D, hanem 14D mértékű pusztulást érnek el, számítva mutánsokra, adaptálódott baktériumokra. Mindenesetre nem is nagyüzemnél is gyorsan el lehet érni a 3. Táblázati csíraszámokat (4. Táblázat). Sokszor más D elveket is olvashatunk a szakirodalomban. Ekkor feltétlenül figyeljünk a specifikációra.
3 3. Táblázat: A mikroorganizmusok pusztulása D = 0, 21 perc Idő [perc] 0, 00 0, 21 0, 42 0, 63 0, 84 1, 05 1, 26 1, 47 1, 68 1, 89 2, 10 2, 32 2, 53
Hibás doboz
Mikroorganizmus 1. 000. 000 100. 000 10. 000 1. 000 100 10 1 0, 1 0, 01 0, 001 0, 0001 0, 00001 0, 000001
1 db 10-ből 1 db 100-ból 1 db 1000-ből 1 db 10000-ből 1 db 100000-ből 1 db 1000000-ból
kitevő 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6
D 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
4. Táblázat: A darabszám teljesítése lunch meat (99x63) és májkonzerv (53x63) esetén Doboz-méret
Db/kosár
99x63 53x63
500 1200
Kocsik száma 4 4
Autoklávok száma 10 10
Kezelés/ nap 7 7
Gyártási nap/év 250 250
Összesen 35 000 000,00 84 000 000,00
Hogy a 12D pusztítás elve mennyire bevált és, hogy az1.000.000 kezdeti csíraszám nem is olyan eltúlzott érték, igazolódott abban a kutatásban, amelyet az 1920 környéki közlemények után mintegy 80 évvel folytatott le az USDA FSIS Pathogen Reduction programjában a sous vide termékcsoporton végzett el (ANON 1998). Ebben felmérték a feltárt ételmérgezések/fertőzések csaraszámait, a hazai és külföldi szakirodalomban közölt értékeket, és statisztikai elemzés révén a legrosszabb esetet feltételzve 106,3 db/g csíraszámot kaptak a vegetatív patogén baktériumokra. Általában mondhatjuk, hogy a baktériumok biztonságos elpusztításához 12D idő kell. A szakirodalomban gyakran talákozhatunk A 12D elvnél kisebb (5. Táblázat) és nagyobb D elvek (6. táblázat) alkalmazásával. A 12D elvnél mindenképpen figyeljünk a specifikációra. A 6. tálázat nagyobb D értékei annak tudhatók be, hogy a Cl. botulinumnál rezisztensebb romlást okozó baktériumok elpusztításához szükséges időt is a Clostridium botulinum pusztításában fejezik ki, hogy ne kelljen még egy hőkezelési egyenértéket számolni (5. Táblázat). Mindenesetre érdemes kiszámolni a valós romlást okozó puzstulást is. A 6.7. Táblázat egy hibás maghőmérsé behelyezéses mérés hőkezelési egyenértékeit mutatja, ekkor a magb környékén még kisebb a romlást okozók pusztítás mértéke, holott a Cl. botulinumot erőteljesen elpusztíthatták. 5. Táblázat: A D elvek alkalmazása (STUMBO 1973) D elv 3D 5D 7D 12D
Alkalmazás pH=4, 5 alatti termékeknél, termofil baktériumok elpusztítása trópusi konzervenél. pH=4, 5 feletti termékeknél a Cl. perfingers elpusztításához. Streptococcusok pusztítása sous-vide termékcsoportban A Cl. botulinum elpusztításához.
6. TáblázatA hőkezelés mértéke Kezelés megnevezés Botulinum főzés (botulinum cook) Mutánsok, védő zsír és kolloid rétegek, baktérium adaptáció Romlást okozó baktériumok inaktiválása + higiénikus gyártás (Reichert 1985) Ipari gyakorlat
D elv 12D 14D 22-25D 45-50D
7. Táblázat: A Cl. Botulinum és a romlást okozók pusztulása Baktérium Cl. Botulinum Cl. Sporogenes Cl. Perfingers1 Cl. Perfingers2 Cl. Perfingers3 Cl. Perfingers4
Leatlitás 25,86 37,67 253,68 3331,40 3105,35 68244,18
?D 123,14 25,11 12,68 166,57 21,42 470,65
Baktérium Cl. Thermosacharoliticum B. cereus1 B. cereus2 B. subtilis B. Stearothermophylus B. Coagulans
Leatlitás 15,29 3331,40 25,67 15694,46 20,91 450,81
?D 5,10 666,28 855,69 1724,67 4,45 73,90
4 Lg(N)
2 1
D Idő [min] 3. ábra: A logaritmizált pusztulási görbe (T=állandóhőmérsékleten) A pusztulási görbe logaritmizálásával egy egyenest kapunk. Ennek a görbének az iránytangensét, vagyis azt az időt, ami a csíraszám 1 nagyságrendi csökkenéséhez szükséges, tizedre csökkenési időnek nevezzük, és a mikroorganizmus hőkezelés tűrésének egyik fontos paramétere. Ezt hagyományosan D-nek (az angol név a Decimal reduction time rovidítése) jelöljük. Matematikai formában ezt az (1) egyenlet mutatja.
Dr
t lg N 1
lg N 2
(1)
Ezt az értéket a görbe középső teljesen lineáris határozzák meg, mivel a görbe kezdeti un. "váll (shoulder)" és „végső un. „farok (tail)” szakaszára nehezen állítható fel egzakt matematikai összefüggés. Anomáliák adódhatnak a lassú felmelegedésből (shoulder = váll szakasz), pl. ha nagyméretű terméket kis hőátadás intenzitással melegítünk, vagy hőadaptációból (tail = farok szakasz), amikor már csak a legellenállóbb illetve legsikeresebben hőadatáplódott baktérium változatok maradnak fenn, a spórákat védőburok veheti körül. A görbe váll szakaszát Rogacsev és Babarin (1983) egy viszonyszámmal jellemzte (2) egyenlet.
I
N pi N1
(2)
Ahol: Npi: N1 I
az egyenes szakasz meghosszabbítása és az y tengely metszéspontjának megfelelő un. látszólagos kezdeti csíraszám. [db] a lineáris szakasz kezdeténél tapasztalt csíraszám [db] arányossági tényező [-]
Körmendy és Körmendy (1997) a 3. ábra kezdeti és a végső anomáliáira (lineáristól eltérésre) a szakaszonkénti átlaghőmérsékletek figyelembevételét ajánlották a dD/dt dz/dT differenciák alapján (a z értéket lásd később) (4. ábra) (3. és 4. egyenlet). Ezzel elkerülhető a bonyolult pusztulási görbeillesztések procedúrája.
4. ábra: Körmendy és Körmendy (1997) javaslata a nem lineáris D és z érték viselkedésre
5
1 D
z (T ) Ahol
1 10 Dr
T Tr z
T Tr lg D T lg Dr
(3)
(4)
Dr tizedre csökkenési idő a referencia hőmérsékleten [min] D tizedre csökkenési idő a pillanatnyi hőmérsékleten [min] T mért maghőmérséklet [°C] Tr referencia hőmérséklet [°C] z tizedre csökkenési hőmérséklet [°C]
Peleg (1999 és 2002) különböző logisztikus függvényeket ajánlott az anomális görbék figyelembe vételére. Amint az az 5. ábra és
6. ábra alapján látható, az ellaposodó túlélési görbék esetén eltérő D értékeket kaphatunk, illetve a konkavitáskonvexitás alapján könnyen alá illetve túlnbecsülhetjük a kívánatos baktérium psztítás mértékét.
5. ábra: Peleg (2002) eltérő D értéke ábrázolása I.
6 6. ábra: Peleg (2002) eltérő D értékek ábrázolása II. A fenti eltérésekből következően a mikroorganizmusok pusztulására sokszor nem is normál, hanem a Weibull tételeznek fel, sőt adott esetekben érvényes lehet a log-log vagy a béta eloszlás is Peleg (1999). Az eloszlás kérdése egyrészt a vegyes mikróbapopuláció, másrészt a korlátozott számú mérés és a linearizálások miatt is lehetséges (Körmendy és Körmendy, 1999). 1.2.3.
A hőkezeltség mértékének meghatározása ipari körülmények között
A tzizedre csökkenési időt laboratóriumi termosztátokban (víz illetve olajfürdő) és 1 cm átmérőjű ampullákban vagy TDT (Thermal Death Time) dobozokban híg vizes baktérium szuszpenenziókkal határozzák meg a mikrobiológusok. Ezek az ampullák és tartalmaik szinte azonnal felveszik a környező vízfürdő hőmérsékletét. A konzerves edények nagyobbak, a felöntőlé és szósz sokkal viszkózusabb, és sokszor jelentős a szilárd anyag bennük, sőt sok teljesen szilárd anyag alkitja a tartalmukat. Ez egyrészt nagyobb késleltetődést jelent a melegedésben, másrészt a hőmérséklet a hőkezelendő anyagban térben és időben is változik. Ezért minden időpillanatban más D értékkel kell a pusztulást az adott pontban számolni. A tizedre csökkenési idő hőmérsékletfüggését a z értékkel jellemezzük, amely megadja, hogy hány fokkal kell emelni a hőmérsékletet ahhoz, hogy a tizedre csökkenési idő egy tizedére csökkenjen (7. ábra). Az átváltás hasonlósági elvét mutatja a 8. ábra. A D érték korekcióját a (4) egyenlet mutatja.
7. ábra: A z-érték meghatározása
8. ábra: A tizedre csökkenési idő korrekciója a z értékkel (Deák et. al. 1980) Az átváltási tényezőt a relatív pusztulási sebesség (RPS, angolul lethality) adja meg (5).
RPS 10
T Tr z
(5)
7 Ennek következtében a mikróbapusztulás mértékét az adott időpillanatokban egy referencia hőmérséklethez viszonyítottan elért rész pusztulási egyenértékek összegzésével kapjuk meg. Ezt nevezzük integrális hőpusztulásnak. A mikróba pusztulás mértékét először grafikusan határozták meg. (9. ábra). Ma már inkább a (6) egyenletet használjuk. A (6) egyenletet az RPS vagy F/t görbe (9. ábra) bonyolultsága miatt nem a szokásos matematikai integrálszámítással, hanem un. numerikus integrálásssal (7) egyneletel határozzuk meg. Ha függvényillesztést alkalmazunk, eltoljuk a valósan mért adatokat, és ez főleg a referencia hőmérséklet közelében és fölötte tud akár jelentős hibát is okozni. Az eddig szokásos F érték jelölés mellett Incze et al. (1999) sterilezésnél az ESI/ EST (ekvivalens sterilezési idő/equivalent sterilising time) jelölést alkalmazták t2
F
10
T Tr z
dt
(6)
t1
t2
F
10
T Tr z
t
(7)
t1
F t1 t2 T Tr z t,dt
= pasztőrözési egyenérték [min] = a baktérium pusztulás kezdete [min] = a baktérium pusztulás vége [min] = mért hőmérséklet [°C] = Referencia hőmérséklet [°C] = A mikroorganizmus z értéke [°C] = integrálási időköz [min]
9. ábra: A hőkezelési egyenérték grafikus meghatározása 8. Táblázat: A Bigelow-féle hőkezelésszükséglet számítási módszerek Hayakawa (1978) alapján, magyar közleményekkel kiegészítve. BIGELOW et al. (1920) PATASHNIK (1953) SCHULTZ és OLSON (1940) SHAPTON és LOVELOCK (1971) HAYAKAWA (1968) HAYAKAWA (1968) CZEGKA (1967, 1982) KÖRMENDY (1982) TOKAI (1984) NAGY (1985)
az első publikált módszer Numerikus integrálás a hőmérsékleti görbe téglalapokkal közelítése Relatív pusztulási sebesség görbe rögzített z értékekre Relatív pusztulási értékek °C egységben Gauss-féle numerikus integrálási formula Relatív pusztulási sebesség görbe változó z értékek Hasonló Patashnik (1953) módszeréhez, de z=20°C Közelítés trapézos módszerrel Közelítés téglalapos módszerrel Közelítés Newton-Raphson és Simpson módszerrel
A (7) egyenlet megoldásait a 8. Táblázatban foglaltuk össze. Az integrál értékét a téglalapos közelítésű ún. addíciós módszerrel (WIRTH et al. 1971, NAGY 1985), a Newton-Raphson (trapézos közelítés) (KÖRMENDY I. 1982) a Simpson (parabolikus közelítés) (TOKAI 1984), vagy Gauss integrálásos súlyozott görbe alatti területszámítási
8
Egyenérték [min]
(HAYAKAWA 1968, CZEGKA 1968 és 1982) eljárásokkal határozhatjuk meg. PATASHNIK (1953) szerint egyenlő időközönkénti (2-3 percenkénti) mérés és számítás megfelelő az egyenérték meghatározáshoz. Ma már teljesen elfogadott a gyakorlat számára kielégítő pontosságot adó, percenkénti maghőmérséklet mérés és számítás. Az időköz további csökkentése, kb. fél perces értékig, még tovább növeli a pontosságot a századértékekben (KÖRMENDY et al. 1989), de azon túl a gyakorlatban hasznosítható pontosság már nem, csak a mérési, számítási igény nő. A körülmények (pl diagram papírról ellenőrzés) miatt nagyobb időközt is lehet alkalmazni, de ez fluktuálva adja meg a hőkezelési egyenértéket (10. ábra). Ez különösen az éppen szükséges hőkezelési egyenértéket elérő folyamatoknál lehet veszélyes, mert éppen átugorhatja a legnagyobb maghőmérsékleti tartományt, és kisebb összegyenértéket ad meg a valósnál. Körmendy et al. (1989) két egymás után mért hőmérséklet különbséget vizsgálva maximum 5°C (de inkább 3°C) különbséget engednek meg a pontosság megtartásához. Felhiván a fokozott figyelmet, hogy gyors maghőmérséklet változású folyamatoknál az összegzési időközt egyedileg érdemes meghatározni.
6,8 6,75 6,7 6,65 6,6 1
2
3
4
5
6
Időköz [min]
10. ábra. A különböző időközönként összegzett hőkezelési egyenértékekek (Clostridium botulinum) A téglalapos közelítési módszer hibáját csökkenthetjük, ha az integrál értékét a trapéz módszerrel közelítjük. Ekkor két szomszédos egyenérték átlagával végezzük az összegzést némi számítási többlettel (Körmendy 1982). A pontosság még tovább növelhető a Simpson módszerrel. Ez az (1), (2), (3) egyenletek integrálját parabolikusan közelíti. A páratlan időkhöz tartozó RPS értékek négyszeresét, a páros időkhöz tartozó RPS értékek kétszeresét, valamint a kezdeti és végső időpont RPS értékeit összeadja és megszorozza az összegzési időköz harmadával (5). Az eddigi módszereket szinte azonos arányban alkalmazzák a közleményekben.
A Ahol
h y0 yn y1- yn-1
h y o y n 4 y1 y3 y5 ... y n 3
1
2 y 2 y 4 y 6 ... y n
2
(8)
az adatok időköze a pusztulás kezdeti idejének RPS értéke [min] a pusztulás végső idejének RPS értéke [min] A részértékek RPS értékei [min]
Körmendy et al. (1989) a számításokat a Simpson módszerhez hasonlították. A végső kis időlépéses értékelésnél 1% körüli eltéréseket tapasztaltak a legpontosabb Simpson közelítéssel szemben, szerintük a Simpson módszer kicsit bonyolultabbá teszi a programozást. A nagyobb gondot elsősorban az időlépés okozza, amit szerintük 5, de inkább 3 perc alatt kell tartani. Az integrálok különböző módszerekkel történő kiértékelése főleg gyors hőkezelési folyamatoknál (HTST hőkezelések, kis méret, felöntőleves termékek) okoz nagy eltérést, amelyekben az időközök alatti hőmérsékletváltozás nagy. A Gauss kvadratúrát kevesen, de visszatérően alkalmazzák Hayakawa (1968), Nitsch és Vukovic (2002, 2003). Ebben a módszerben csak korlátozott számú pontot súlyozottan veszünk figyelembe a hőpenetrációs görbe pusztító hőmérséklet feletti szakaszából. Ez főleg akkor lehet előnyös, ha számítógép nélkül, vagy grafikus adatrögzítőről sok hőpenetrációs görbét gyorsan kell kiértékelni. A fenti hivatkozásokban csak a két pontos értékelést mutatják be. Matematikai kézikönyvekben megtalálhatjuk a több pontos kiértékeléshez szükséges helykordinátákat és súlyozó faktorokat (Bronstejn et al. 2002). t2
n
f x dx t1
Ahol:
Wi Ei
az adott pont súlya Az adott pontbeli egyenérték
Wi E i i 1
(9)
9
1.2.4.
A pasztörözési folyamatok számítása és ellentmondásai
A sterilezésnél levetzett elveket adaptálták a pasztőrözési folyamatokra is. Itt a hőkezelési egyenértéket P-vel jelölik, és azt a sterilezéssel analóg módon számítjuk ki (9). A P értéket Incze et al. (1999) EPI/EPT (ekvivalens pasztőrözési idő/equivalent pasteurising time) jelöléssel használják. t2
P
10
T Tr z
dt
(10)
t1
Ahol: P = pasztőrözési egyenérték [min] t1 = a baktérium pusztulás kezdete [min] t2 = a baktérium pusztulás vége [min] T = mért hőmérséklet [°C] Tr = Referencia hőmérséklet [°C] z = A mikroorganizmus z értéke [°C] dt = integrálási időköz [min] Az elpusztítandó mikroorganizmus tekintetében mára már megegyezésre jutottak abban, hogy a pasztőröző/főző hőkezelés hőmérséklettartományában a vegetatív patogén baktériumok (E. coli, Salmonella, Staphylococcusok stb.) aránylag könnyen elpusztíthatók 70°C körüli hőmérsékleten (DEÁK et al. 1980), de van néhány ezeknél sokkal hőtűrőbb a főtt termékeknél íz, textúra, szín, aromaváltozást és romlást előidéző baktérium. Ezeknél a termékeknél a Str. faecium és Str. faecalis lettek a feltétlenül elpusztítandó mikroorganizmusok. Viszont ezeknek a mikroorganizmusoknak a Dr és z értékeit illetően már nincs olyan egyértelmű állásfoglalás, mint a Cl. botulinum esetében. A tápközegekben végzett méréseket DEÁK et al. (1980), REICHART et al. (1979) és REICHART (1983) foglalták össze. A Streptococcusok hústermékekben mért tizedre csökkenési időit és tizedre csökkenési hőmérsékleteit a 9. Táblázatban foglaltuk össze. 9. Táblázat: Húsipari termékekben mért Streptococcus D (70°C) és z értékek Szerző és a közlés évee Reichert et al. (1979) Wojciechowski (1981)
Közeg/termék/körülmény Dr [min] z [oC] Húsleves/pácolt hús D-Streptococcus 2,95 10,38 Str. faecalis 509 31,22 41 Str. Faecium 1861 37,75 42,2 Houben (1982) Sonka 24 h inkubáció, E-20 20,9 8,3 Sonka 24 h inkubáció E-20 20,9 9,3 Sonka 48 h inkubáció, E-20 30 11 Sonka 48 h inkubáció, E-20 30 12,8 Reichert et a l. (1988) Foszfát puffer 3,1 9,64 Foszfát puffer 3,1 10,67 Húspép+NaCl 3,1 9,7 Húspép+NaCl 3,1 10,22 Magnus et a l. (1986) Húspép+NPS 2,9 9,95 Magnus et a l. (1988) Húspép+NPS 2,9 10,15 Magnus et a l. (1988) Húspép+NPS+foszfát 2,7 9,89 Str. faecium E-20, P1-A, 19434 2,79 12 Str. faecium E-20, P1-A, 19434 3,42 7 Str. faecium E-20, P1-A, 19434 3,42 12 sonka, Str. faecium E-20 4,7 7,46 sonka, P1-A 7,89 7,46 Lactobacillus viridescens 9,45 38,5 Ghazala et a l. (1995) Streptococcus faecium 1,11 12,4 Pedrazonni et a l. (1995) Streptococcus faecium RR1 13,60 11,80 Streptococcus faecium P1A 7,92 7,46 Incze et a l. (1999) Streptococcus faecium E-20 4,6 7,46 Lactobacillus viridescens 16,6 38,5 A tizedre csökkenési időknél néhány esetben 65°C körül töréspont figyelhető meg a logaritmizált görbén, ami nem teljesen elsőrendű reakciókinetikát jelez, ha az alacsonyabb és a magasabb hőmérsékleteket együttesen vesszük figyelembe, ezen határ alatt és felett egyaránt elsőrendű reakció kinetikát követ a pusztulás. A nem azonos helyen jelentkező töréspont a kísérleti körülményeknek és az eltérő törzseknek is betudhatóak. Az erősen eltérő D értékek ellenére a tizedre csökkenési hőmérséklet értékek többsége 10°C körül van a legrezisztensebb törzseknél is. A legfeltűnőbb eltérést
10 a z értékek között WOJCIECHOW-SKI (1980) adatai mutatják. REICHERT et al. (1988) szerint ez megfelel a Bacillus és Clostridium fajok hő rezisztenciájának, így az eddig elvégzett hőkezelések ezen adatok szerint nem lettek volna kielégítőek. REICHERT et al. (1988) megkapták Wojciechowskitól azokat a Str. faecalis és Str. faecium törzsek törzstenyészetét, amelyekre WOJCIECHOWSKI (1980) ezeket a kiugró értékeket kimérte. Kísérleteikben nitrites pácsót és foszfátot tartalmazó mintáknál sem kaptak 11oC-nál nagyobb z értéket, és a tizedre csökkenési időre is az általa korábban (REICHERT et al. 1979) közölt 2,95 perc körüli értékeket mértek 70°C-on. A fentiek alapján jelen pillanatban a WOJCIECHOWSKI (1980) által megadott z értékeket kiugrónak tekinthetjük, és alapszámításokhoz a z=10°C-ot vehetjük figyelembe. 1.1.4 A pasztőröző hőkezelés méretezésének módszerei A pasztőröző-főző hőkezeléseknél a tapasztalati hőkezelés leállításielvek tovább élnek, annak ellenére, hogy a a 12D pusztítási elvet is lehetne alkalmazni. Ennek oka a tpasztalatban bízás, a megegyezéses mikrobiológiai paraméterek hiánya, egyes nem szabatos hatósági előírások fennállása, az egyszerű hőkezelés ellenőrzés, nem áll rendelkezésre maghőmérséi ehetőség. A tapasztalati hőkezelés leállítási elvek közül a nagyméretű és sokszor szabálytalan alakú termékeknél hőkezelést a tömeg alapján, ahány kg annyi óra, végzik. A hengeres alakú termékeknél az ahány mm átmérő annyi perc hőkezelés elve érvényesül. Két speciális hőkezelés leállítási elvet is meg kell említenünk a főző hőkezeéseknél. Az ergyik a száj és körömfájás vírus inaktiválásán alapul. Blackwell et al. (1988) valamint Blackwell és Rickansrud (1989) 79,4°C maghőmérséklet elérését, illetve a mag 1363 kcal/m2 hőmennyiség felvételét adják meg, nem pedig egyenértékeket. Ezt a maghőmérsékletet a túlfővés veszélye nélkül nem lehet elérni. Az ellenőrzésre egyenletet is (10).
Q 2 c p Tk T0 X
1 exp n 1
2
at X2
(11)
Ahol Q= hőmennyiség [kcal] Sűrűség [kg/m3] cp Fajhő [kcal/kgK] X Jellemző méret [m] a hőmérsékletvezetési tényező [m2/s] t idő [s] Az USA export termékeknél adott maghőmérséklet elérését írják elő. Az ellenőrzés alapjait Körmendy és Gantner (1960) savanyú foszfatáz enzim inaktiválódási kísérletei szolgáltatták, ők azt mondták, hogyha a foszfatáz enzim nem muttható ki a mintából az, jól megfőtt. Eut vette át Lind dán kutató (ZSARNÓCZAY et al. 1988) 12 lb-ás sonkafélkonzervekkel végzett hőkezelési kísérleteinél. A hőkezelést Ő akkor tekintette elfogadhatónak, ha Tmag>69°C (12 lb (5443 g) oblong sonadoboznál). Az USDA FSIS (United States Department of Agriculture Food Safety and Inspection Service átvette zeket az eredményeket. Ha a hő őkezelés során csak egy paramétert, jelen esetben csak a maghőmérsékletet vesszük figyelembe, akkor ez ellentmondások és pontatlanságok hordozója lesz, mert az elérendő maghőmérséklet egyedüli előírásként elfogadása csak a hőkezelés szükséges, de nem elégséges feltételét biztosítja (KÖRMENDY et al. 1987, ZSARNÓCZAY et al. 1988). A különböző térhőmérsékletek, hőkezelési módok stb. esetén az idő-hőmérséklet párok értékei másképp alakulnak, így különböző hőkezelési egyenértékeket, és ennélfogva eltérő mikrobiológiai stabilitást, illetve eltarthatóságot eredményeznek. Az enzimek és a mikroorganizmusok hőpusztulása pedig nem pillanatszerűen, hanem az egyes hőmérsékleten eltöltött idő alapján az un. rész pusztulási értékekből tevődnek össze. Jellemző a helyzetre, hogy maga az USDA-FSIS sem fogadja el a hőpenetrációs görbével bizonyított adott maghőmérséklet elérést pozitív foszfatáz próba esetén. Zsarmóczay et al. (1988) és Zsarnóczay és Körmendy (1992) ezt kiküböszölendő meghatározták az integrális hőpusztulás határértékét. Ezt és más szerzők 12D Streptocooccus pusztítás határértékét tüntettük fel a 10. Táblázatban. 10. Táblázat: A hústermékek elégséges hőkezelésének számítására ajánlott referencia hőmérsékletek, z-értékek és hőkezelési egyenérték határértékek Szerző és a közlés éve Tr[°C] z[°C] P[perc] Megjegyzés REICHERT et al. (1979) 70, 0 10 30-80 D-streptococcusokra HOUBEN (1982) 68, 9 10 kb. 70 Str. Faeciumra EISNER (1979) 71, 0 10 40-45 Vegetatív mikrobákra, átlagérték SIELAFF et al. (1982) 71, 1 10 Átlagérték WOJCIECHOWSKI (1981) 72, 0 42 130 Str. Faecalisra ZSARNÓCZAY et al (1988) 70, 0 5, 85 70 Savanyú foszfatáz enzim inaktiválására ZSARNÓCZAY és KÖRMENDY (1992) 70, 0 6, 98 80 Savanyú foszfatáz enzim inaktiválására
11
Reichert et al. (1979) és Houben (1982) igazán konkrét P értéket nem ajánl, mondván nem ismerik a nyersanyag baktérium koncentrációját, mégis közölnek a táblázatban feltüntetettnél konkrétabb határértékeket példaszámításaikban. Így REICHERT et al (1979) és REICHERT (1985) 40-50 perces (kb. 12-15D) értéket adnak meg, míg HOUBEN (1982) szerint a 69°C-os maghőmérséklet elérése kevés, a 75°C-os maximális maghőmérséklet pedig túl hátrányosan befolyásolja a termék minőségét. A 72-73°C elérését a magban (kb. P68, 9;10=70 perc egyenértéknek felel meg) akkor tartja elfogadható kompromisszumnak, ha a hőkezelést 8°C alatti végső hűtőtárolás követi. Körmendy et al. (1987) ÉS ZSARNÓCZAY et al (1988) szerint a Lind féle magban meghatározott foszfatáz próba ellenőrzési előírás olyan hőkezelési előírásnak felel meg, amelynek P értéke 70 perc T r=70°C és z=5, 85°C Dr70=70 perc mellett. Ezt az egyenértéket ZSARNÓCZAY és KÖRMENDY (1992) a foszfatáz próba vizsgálatok pontosításával z=6,98oC mellett 80 percre módosította. 1.2.5.
Adott f értékre vagy adott maghőmérsékletre kezelés
A fentiek alapján azt mondhatjuk, hogy a 12D leállítási elven túl, szinte az összes többi hőkezelés leállítási elv a hőkezelés egy paraméerét hangsúlyozza ki, és nem tudunk meg semmit a baktériumpusztításról. Legalább még egy paraméterre lenne szükség ahhoz, hogy a reális hőkezelés leállításielvhez eljussunk. Itt mindenképpen elsősorban az időt kel megemlítenünk, mivel az adott maghőmérsékletet nem tudjuk tartani, az folyamatosan növekszik a tartási idő alatt. Ráaádsul a mikroorganizmusok nem pillanatszerűen, hanem az idő-hőmérséklet pároknak megfelelően exponenciális összefüggés szerint pusztulnak (6. és 9. egyenletek). Ugyanez érvényes a minőségi, érzékszervi elváltozásokra, főttség alakulására, a fehérjék enzimek koagulációjára is. Az ahány mm annyi perc elv figyelmen kívül hagyja a hőkezelés kezdeti és peremfeltételeit. Az ahány kg amnnyi óra nem megfelelő, mert a melegedést-hűlést leírő Fourier II. törvény szerint a hő távolságban terjed, nem pedig tömegen. A maghőmérsékletre főzés nem mond semmit a hőkezeltség mértékéről, a hőkezelési egyenértékről. A különbségeket jól szemlélteti a 11. ábra.
Térhőmérséklet =75°C Elért maghőmérséklet 70°C
D=50 mm, Tartási idő =41 min P=10 min
D=150 mm Tartási idő: 360 min P=87 min
11. ábra: A maghőmérsékletre kezelés különbségei (Reichert 1985) Az azonos F érték használata elsősorban fairré teszi az összehasonlításokat, mivel azonos mikrobiológiai stabilitási alapokon történik. Nyilvánvaló, hogy a rövidebb idejű hőkezelés kisebb hőkárosodással jár, így a termék jobb minőségű marad. Így összehasonlítható két csomagolási méret és forma, nagy méretek esetén a túlzott hőkárosodások elkerülhető, minőségoptimalizálást hajthatunk végre, összehasonlíthatók a különböző hőkezelési módok, hőkezelési hőmérsékletek, az üzemi kezelések egymással és az irodalmi adatokkal. 1.2.6.
A hőkezelés méretezés módosításai
Körmendy és Mohácsi-Farkas (2000) szerint eddig a magra vonatkoztatott elpusztítandó cél mikroorganizmus 12D pusztulását vagy annál nagyobb mértékű pusztulását írták elő a konzervekre. Ezt a bombázsos (romlott/alulkezelt) dobozok arányának korlátával egészítik ki. Ők a túlélő baktériumok számát a megengedhető és megtűrhető csíraszám alapján becsülték (14) és a mikrobiológiailag szükséges hőkezelés időt a (15) egyenlettel fejezték ki.
12
m M n 1 ln 1 M ln
t N max Ahol
D lg
N max Ni
(12)
t t N min
N min Ni
D lg
(13)
n a túlélők száma [db] m romlott dobozok száma [db] M az összes doboz száma [db] t kezelési idő [min] D tizedre csökkenési idő [min] Nmax Maximálisan megtűrhető csíraszám [db] Nmin Minimálisan megengedhető csíraszám [db] Ni Kezdeti csíraszám [db]
Az új bakteriológiai kutatások eredmnyeképpen több módosítást javasolnak a hőkezelés méretezésben. Mafart és Leguerinel (1998) és Mafart (2000) a hűtés szakaszára a legnagyobb D és z értékek alklamazását javasolta, mivel itt már tényleg csak a legellánállób baktériumok maradnak életben (14).
lg D lg D *
T T* zT
pH pH * z pH
Mafart et al. (2005) Zwietering (1999)
' pH ' pH opt
aw 1 z aw
2
a w' a w' ,opt
z 'pH
z a' w
2
(14)
koncepcióját aklamazta a hőkezelésre, a hőkezelési egyenértékek szá-
mítást a pH, a vízaktivitás, NaCl tartalom alapján (15) és (16).
lg D lg D
lg D Ahol
'
lg D
*
T T* zT
pH ' pH '* z pH
pH pH * z pH
aw 1 z aw
(15)
2
lg 1 k NaCl
NaCl *
(16)
D* D T T* pH
Tizedre csökkenési idő a referencia hőmérsékleten [min] tizedre csökkenési idő a pillanatnyi hőmérsékleten [min] mért maghőmérséklet [°C] referencia hőmérséklet [°C] pH érték [-] * referencia érték [-] aw vízaktivitás [-] z Tizedre csökkenési hőmérséklet [°C] zT Tizedre csökkenési hőmérséklet [°C] zpH A pH érték tizedre csökkenési értéke [°C] zaw A vízaktivitás tizedre csökkenési értéke [°C] k Állandó [-] NaCl NaCl koncentráció [%]
Megjegyzendő, hogy ezek a tizedre csökkenési idő elég erőteljes csökkenését, illetve hűtésnél a növekedését jelzik. Alkalmazásukhoz mindenképpen ellenőrizni kell a számításokat gyakorlati hőpenetrációs teztekkel és inkubációs próbákkal, valamint a túlélő baktériumok kitenyésztésével.
13 1.3.
A hőkezelés szükséglet számítás Ball-féle módszere
BALL (1924) egy speciális hőpenetrációs görbét szerkesztett, amelyben az x tengelyen az időt, az y tengelyen a maghőmérséklet és a térhőmérséklet különbségének logaritmusát ábrázolta. A kapott görbéket két szakaszra osztotta fel, amelyeket két számmal az ún. jch (17) és jcc (18) késleltetési tényezővel valamint az fh és fc görbe meredekségi tényezővel jellemzett a felmelegítés és tartás, illetve a hűtés szakaszára.
12. ábra: A Ball-féle hőpenetrációs görbe a felmelegítés és tartás (bal oldal) valamint a hűtés szakaszára (jobb oldal)
jch
jcc
T T pih Tk Tih
T T pic Tw Tic
(17)
(18)
Ahol: jcc jch To Tpic Tpih Tih Tic Tk Tw T
Hűtési késleltetési tényező [-] Felmelegítési késleltetési tényező [-] Termék kezdeti hőmérséklete [°C] Hűtési ál-kezdeti hőmérséklet [°C] Felmelegítési ál-kezdeti hőmérséklet [°C] Termék kezdeti hőmérséklet [°C] Termék hűtés kezdeti hőmérséklet [°C] Közeghőmérséklet [°C] Hűtővízhőmérséklet [°C] Maghőmérséklet [°C] Az fh és fc tényező a görbének az Y tengelyen egy logaritmikus egység megtételéhez szükséges időt jelenti. A jch és jcc késleltetési tényezők megszerkesztéséhez az álkezdeti hőmérsékletek meghatározását (Tpih és Tpic) lásd az 12. ábra. A két paraméterből a baktériumpusztító hatású folyamatidőt és a tartási időt az (19) és (20) egyenletekkel számította ki.
B
f h (log( jch I h ) log( g c )) Pt
B 0,4l
(19) (20)
14 jch Felmelegítési késleltetési tényező [-] gc Tk - Tm a tartási idő végén [°C] Tk Térhőmérséklet [°C] Tm Maghőmérséklet [°C] Ih Tk – T0 a folyamat kezdetén [°C] T0 Kezdeti hőmérséklet [°C] fh Ball-féle görbe meredekségi tényező (tartási szakasz) [min] B baktériumpusztító hatású folyamatidő a Ball módszerben [min] Pt a tartási idő a Ball módszerben [min] l felmelegítési idő [min] A levezetéskor alkalmazott feltételek a következők voltak: a hőtani paraméterek állandóak, a közeghőmérséklet állandó, a termék kezdeti hőmérséklete minden pontban egyforma, nincs felmelegítési idő, a felmelegítés alatt csak minimális a baktériumok hőpusztulá-sa fc=fh, és jcc=1, 41 Ezek a feltételezések nem mindig érvényesülnek a valóságban, de a módszer annak köszönhette elterjedését és népszerűségét, hogy használata egyszerű , és az előfeltételezések nem teljesülése esetén a számítás mindig kicsit túlméretezett, ennélfogva a számítás miatt nem került sor ún. alulkezelésre. BALL kidolgozta módszerét hőkezelési egyenérték számításokhoz is (BALL és OL-SON 1957). Ehhez bevezette az ún. általánosított egyenérték fogalmát (21,22), és a számításhoz ún. fh/U:g táblázatokat hozott létre.
U F0 Fi Fi 10
(21)
Tk Tr z
(22)
Ahol: U Fi Tk Tr z F0
általánosított egyenérték [min2] egyenértékű hőkezelés az autokláv hőmérsékleten [min] Térhőmérséklet [°C] Referencia hőmérséklet [°C] A baktérium tizedre csökenési hőmérséklete [°C] hőkezelési egyenérték [min]
A kiindulási értékeket előző hőpenetrációs mérésekből ismerjük, vagy a közvetlenül hőkezelésekből mérjük ki. (STUMBO 1973). HAYAKAWA (1970) megszüntette az fc=fh és a jcc=1,41 feltételt. Stumbo (1973) változó a jcc értéket tételez fel, de fc=fh mellett átlagos egyenérték számításokrat, és az un. tört hevítési görbék kezelésére Jen et al. (1971) nagy Dr és z, C és E értékek alkalmazásával lehetővé tette a minőségi változások nyomonkövetétését. Teixeira et al.(1969), Flambert-Deltour (1972), Manson et al.(1970 és 1974) a Ball féle módszert a Fourier differenciál egyenletének numerikus megoldásával kombinálták változó térhőmérsékletre, hasáb és mandolin- alakú dobozokra is. Reichert (1985) új fh/U táblázat és számítási eljárást dolgozott ki, míg Smith és Tung (1982) valamint Spinak és Wiley (1982) hőkezelhető tasakokra módosította a Ball féle hőkezelés méretezést. A Ball módszer zsenialitása abban áll, hogy nem kell hőtani paraméterekkel (felületi hőátadási tényező, hőmérsékletvezetési tényező, sűrűség, fajhő, hővezetési tényező) foglalkozni, mint a nem állandósult hővezetés Fourier egyenletének végtelen soros megoldásánál, bár annak első tagos közelítése. Egyszerű hőmérsékletmérésből is lehet hőmérsékletet becsülni, illetve abból hőkezelési egyenértéket számolni.
Y Y T Tk To t j f
Dimenzió nélküli hőmérséklet Maghőmérséklet [°C] Közeghőmérséklet [°C] Termék kezdeti hőmérséklete [°C] idő [min] Késleltetési tényező [-] Ball féle görbemeredekségi tényező [min]
T Tk To Tk
j10
t fh
(23)
15 T Tk To Tk
Y Y T Tk To A,B
X Fo a t C x/X
Ae
BFo
C
(24)
Dimenzió nélküli hőmérséklet Maghőmérséklet [°C] Közeghőmérséklet [°C] Termék kezdeti hőmérséklete [°C] Biot számtól ( X/ ) és a karakterisztikus függvénytől függő álandó [-] Felületi hőátadási tényező [W/m2K] Hővezetési tényező Jellemző hossz [m] Fourier szám at/X/X[-] Hőmérsékletvezetési tényező [m2/s] Idő [s] A helykoordinátától (x/X) és a Biot számtól és a karakterisztikus függvénytől függő állandó Távolság szimplex [-]
Az ekvivalens tényezők
fh
R 2 ln(10) a 2
j AC
(25)
(26)
11. táblázat: A Ball módszer és az FDE VSM megoldás jellemzése FDE VSM Érzékenyebb a feltételek betartására Nem kezeli a konvekciót Változó hőmérsékletre is felírható Konvekció meglétére érzékenyebb
Ball módszer Robusztus a körülményekkel szemben A konvektív termékre is alkalmazható Csak álandó közeghőmérsékltre igaz A konvekció esetén az f a V/A-val arányos, míg kondukció esetén az 1/X2-tel Nem mindig jelzia feltételek be nem tartását
A feltételek be nem tartása az eltérésnégyzetösszegben gyorsabban megjelenik Érzékeny az időmérésre Különbséget használ az f meghstározására így az idő mérésre nem érzékeny Hőmérsékletérzékel elhelyezése nem érzékeny az érzékelő elhelyezési hibára, Felmelegítési idő hosszára érzékeny Felmelegítési idő hosszára nem érzékeny Érzékenyebb a hőmérsékletmérés hibájára ha azonos hibájú párba válogatott érzékelőkkel dolgozunk nem érdekes (GAFFNEY et. al. 1980).
Mindenesetre a Bigelow módszer használatos elsősorban a hőkezelések ellenőrzésére, míg a Ball módszer a folyamatok átméretezésére ajánlható elsősorban. Ez utóbbinál meg kell jegyeznünk, hogy az átméretezési számítások átvitele a gyakorlatban csak kismértékű változtatások esetén lehetséges, és ekkor is ellenőrző méréseket kell végezni a gyakorlatban a számított értékek validálására. A Ball (23) és a Fourier (24) egyenletek használata nem egyformán reagál a mérések vagy a valós hőkezelések során elköüvetett mérési hibákra. A Ball módszer előnyösebb a kis hibáknál, mert ezeket elfedi, és bizonyos esetekben jól jelzi a feltételek be nem tartását (törések az egyenes szakaszban). Ugyanezek a Fourier egyenlet legkisebb négyzetes eltérés elve szerinti illesztésénél az eltérés négyzetek megnövekedését okozzák, már sokkal kisebb mértékű feltétel be nem tartásánál. A leggyakrabban alkalamzott egyszerűsítési feltételek az állandó térhőmérsékletű kezelséej kiértékelésénél (11. táblázat) igencsak jól megközelítjük, és több esetben ugyanazok illletve analógok a Ball módszer levezetési feltételeivel. A Ball módszerrel kezelhetők viszont a konvektív termékek is. Ekkor a Ball féle görbemeredekségi tényező a felület/térfogat hányadossal (f V/A és nem a méretnégyzet recioprokával (f 1/X2)lesz arányos. Az átméretezéseknél is részben ezt használjuk ki.
16 12. Táblázat: A nem állandósult hővezetés Fourier féle differenciál egyen-letének egyszerűsítő feltételeinek teljesítése sonkafékonzer-vek esetében. (+++ teljesített feltétel, ++=kis elhanyagolás, 0=nem teljesített feltétel). 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Feltételezés A TERMÉKBEN A HŐ CSAK VEZETÉSSEL TERJED. EGYSZERŰ GEOMETRIA (HASÁB,HENGER,GÖMB VAGY EZEKKEL LEÍRHATÓ TEST Nincs fázisváltozás A termék homogén A hőtani paraméterek állandóak(hővezetési tényező,hőmérsékletvezetési tényező) A termék kezdeti hőmérséklet állandó Közeghőmérséklet állandó és nincs felmenési idő Végtelen nagy felületi hőátadás tényező (csak tiszta gőz kondenzációnál)
Teljesítés +++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ 0
1.4. A folyamatok konverzója a kezdeti és peremfeltételek változása esetén A maghőmérséklet korrekcióját más kezdezi és térhőmérsékletre elvégezhetjük a kimért maghőmérsékletek ismeretében (Ball és Olson 1957). A (27) illetve a (28) egyenlet mutatja a korrekciót más térhőmérsékletekre, ha a kezdeti hőmérséklet változatlan, illetve más kezdeti hőmérsékletre, ha a térhőmérséklet változatlan:
T ' Ttér' Ahol
T’ T’tér T0 Ttér T
T’ T’tér T0 T’0 T
(27)
Ttér T0' (Ttér T ) Ttér T0
(28)
Az új maghőmérséklet [°C] Az új térhőmérséklet [°C] Kezdeti hőmérséklet [°C] Eredeti térhőmérséklet [°C] A régi maghőmérséklet [°C]
T ' Ttér Ahol
Ttér' T0 (Ttér T ) Ttér T0
Az új maghőmérséklet [°C] Az új térhőmérséklet [°C] Eredeti kezdeti hőmérséklet [°C] Az új kezdeti térhőmérséklet [°C] A régi maghőmérséklet [°C]
A Ball módszer paramétereivel a a folyamatok átváltása is elvégezhető Itt megkülönbözetünk konvekciós és kondukciós termékeket. A kondukció és konvekció között 3-5x sebessségkülönbség áll fenn. A kondukció és konvekció mértékének eldöntésére a kondukciós-konvkciós tényezőt alkalmazhatjuk (Ball és Olson 1957, Reichert 1985). Ennek meghatározására csak két dobozban kell megmérnünk a Ball féle meredekségi tényezőt (f). A számítás menetét a (29)(33) egyenletek mutatják. Konvektív doboztényező:
Konduktív doboztényező:
Konvektív koefficiens:
Konduktív koefficiens:
Hővezetési-hőáramlási viszonyszám: Ká
áramlásos doboztényező index [-]
XYZ a
v
Ka Kv K vá
2 XY
XZ
YZ
0,932 X 2Y 2 Z 2 4 X 2Y 2 X 2Y 2 Y 2 Z 2 a
1. doboz
b
2. doboz
v
1. doboz
v
2. doboz
K v f h f h, f h Kv f h K á
(29)
(30)
(31)
(32)
(33)
17 Kv Kvá á v
f f’
vezetéses doboztényező index [-] hővezetési-hőáramlási viszonyszám [-] hőáramlásos doboztényező [-] hővezetéses doboztényező [-] 1. doboz Ball meredekségi tényezője [min] 2. doboz Ball meredekségi tényezője [min]
1.4.1. Konvekciós termékek konverziója Miután konvekció kérdést eldöntöttük, Átváltás konvekciós termékeknél a (34)-(38) egyenletek szerint alakulnak. A levezetés a hőmérleg elvén alapszik. A (34) egyenlket bal oldala a termék által felvett hő a jobb oldala az átszármaztatott hőt jelenti. (Kopelman et al. 1981)
cpm
Ahol cp m dT dt k A Tk Tm
dT dt
kA Tk Tm
(34)
az anyag fajhője [J/kgK] A termék tömege [kg] A hőmérsékletváltozás [°C] Időegység [s] hőátbocsátási tényező [W/m2K] Hőátadó felület [m2] Közeghőmérséklet [°C] Átlaghőmérséklet [°C]
k
1 1
n
(35)
1
k i 1
b
2
Ahol
k
b
Külső felületi hőátadási tényező [W/m K] Rétegvastagság [m] A réteg hővezetési tényezője [W/mK] Érintkezési ellenállás (belső hőátadási tényező) [W/m2K]
A / rétegellenállásként vehetjük figyelembe doboz-, fémforma falát, a fóliás csomagolást amelyből:
ln(10)
Tm Tk To Tk
Ak t mc p
(36)
Ak fh mc p
(37)
ln(10) To Tk illetve
fh
Ahol Tm Tk T0
ln(10)mc p l Ak
Átlaghőmérséklet [°C] Közeghőmérséklet [°C] Kezdeti hőmérséklet [°C]
A k m cp
Hőátadásban résztvevő felület [m2] Hőátbocsájtási tényező [W/m2K] A termék tömege [kg] Az anyag fajhője [J/kgK]
fh l
A Ball féle meredekségi tényező [min] Jellemző méret (V/A) falvastagság [m]
V A
Térfogat [m3] Felület [m2]
(38)
18
Fémdoboznál az mcp az egész termék (doboz + termék) hőkapcitását jelenti, a doboz mcp értéke folyadék termék esetén elhanyagolható az egy nagyságrenddel kisebb fajhő érték és tömeg miatt, míg az üveg esetén a termék és az üveg esetén a fajhő értékük egy nagyságrendbe esik. így az üveg hőkapacitása nem hanyagolható el. Az üveg vastagsága a fő ellenállás a hőátvitellel szemben. Ez nem egyenletes, és mintegy 30 %-kal változhat. Az alap hőátviteli egyenlet a Fourier I. törvény szerint:
T l
Q kA
Ahol Q k A
(39)
Átvitt hőmennyiség [J] Hőátbocsájtási tényező [W/m2K] Felület [m2]
T Hőmérséklet külnbség Átlaghőmérséklet [°C] l Falvastagság [m] Az átlagos falvastagság pontosabban leírható:
A
Felület [m2]
l i
Falvastagság [m] réteg jele [-]
n
Ai li
(40)
1 1 n 1 l n i 1 li
(41)
A l
i 1
vagy egyszerű számtani átlaggal:
A felületről el kell dönteni, hogy részt vesz-e a hőátadásban vagy nem? Pl. a fedő részt vesz-e a hőátadásban, mivel a fejtéren keresztül nagyon kicsi a hőátvitel a fallal érintkező anyaghoz képest.
2D 2 A D H 4
(42)
D2 4
(43)
vagy
A D H
Fejtéren keresztüli felületi hőátadási tényező 10-60 W/m2K míg a fallal érintkezve 500-600 W/m2k. Ez azt sugallja, hogy függőlegesen álló nem forgatott üveg esetén a tető elhanyagolható. Másrészt a vízszintesen elhelyezett forgó rendszerekben (Hydrostatic, Hydrolock esetleg a magyar Hunister) mind a tető mind a fenék figyelembevételét eredményezi. A karcsú üvegeknél a felületkiválasztási módszer kis hatással van a konverziós tényezőre. A további levezetések előfeltételezései: A termék ugyanaz, de két különböző csomagolásba tettük. A turbulencia módja (természetes vagy kényszerített) hasonló, ebből következően a belső felületi hőátadási tényező (viszkozitás és nyíró erők) hasonlóak.
f h2
Ln(10)m2 c p A2
f h1 A1 ln(10)m1c p
1 k2
1 1 1 k1 ho1 ho 2
(44)
A fém dobozról fémdobozra átváltás a következő:
f h2 A fémdoboz hőkapacitását elhanyagolva
2,303m2 c p A2
f h1 A1 2,303m1c p
(45)
19
m2 c p f h2 f h1
A2 m1c p
(46)
A1 A külső hőátadási tényező ugyanaz, az l/k értékei elhanyagolhatók Ha a fém hőkapacitását elhanyagoljuk, akkor a klaszszikus SCHULTZ és OLSON egyenlethez jutunk
V2 A2 V1 A1
f h2 f h1 Ahol
m cp
(47)
A termék tömege [kg] Az anyag fajhője [J/kgK]
fh A Ball féle meredekségi tényező [min] Indexek 1 1. doboz/üveg 2 2. doboz/üveg FÉM DOBOZRÓL ÜVEGRE ÁTVÁLTÁS: A külső felületi hőátadási tényező hasonló, a fémdoboz l/k értéke elhanyagolható.
f h2
2,303m2 c p Ag
f hm A1 2,303mm c p
l kg
(48)
ÜVEGRŐL FÉMDOBOZRA ÁTVÁLTÁS
f h2
2,303mm c p
f hg A1
Am
2,303m g c p
1 kg
(49)
ÁTVÁLTÁS ÜVEGRŐL ÜVEGRE: ugyanolyan falvastagságú és ugyanazon közegben végzett hőkezelés esetén a fémdobozhoz hasonló képlethez (47) jutunk:
m2 c p f h2 f h1
A2 m1c p
(50)
A1 ÁTVÁLTÁS KÉT KÜLÖNBÖZŐ HŐKEZELŐ KÖZEG KÖZÖTT Gőznél az 1/ k elhanyagolható, a vízes hőátadási tényezőt becsülni kell kísérleti adatokból, hozzáférhető korrelációkból vagy elfogadható irodalmi értékekből. ÁTVÁLTÁS FÉMDOBOZ GŐZBENRŐL
f h2
2,303m g c p Ag
f hm A1 2,303mm c p
ÜVEG VÍZBEN
1 kg
1 hog
(51)
1.4.2. Kondukciós termékek konverziója A konduktív termékek esetén a Ball féle fh tényező a Biot számtól függ függetlenül milyen közegben végezzük a hőkezelést
fha X2 fh a
A Ball féle meredekségi tényező [min] Hőmérsékletvezetési tényező [m2/s]
f ( Bi )
(52)
20 X Bi
Jellemző hossz (sugár, félméret) [m] Biot szám ( X/ ) [-] Felületi hőátadási tényező [W/m2K] Hővezetési tényező [W/mK]
A hőkezelésnél megszokott véges henger illetve véges szögletes test esetén az fh tényező a méret és a hőmérsékletvezetési tényező kapcsolata az (53)-(54) egyenletek szerint alakul. n
1 f hi
fh i 1
0,398 5,783 9,869 a R2 H2
fh
0,933 1 1 1 a 2 2 X Y Z2
fh
Ahol
53)
(54)
(55)
fh A Ball féle görbemeredekségi tényező [s] R A henger sugara [m] H A henger félmagassága [m] X,Y,Z A szögletes csomagolás oldalfélhosszai [m] a Hőmérsékletvezetési tényező [m2/s]
A konverziós faktor a két dobozra felírva A fémdobozok esetén itt is elhanyagolható a fémdoboz hőkapacitása, mint a konvekciós termékeknél. Üveg csomagolások esetén az üveg hővezető képessége (1,1W/mK) kb. 2x akkora, mint az élelmiszeré (0,5 WmK), míg az üveg hőkapacitása 770 J/kgK az élelmiszeré 3500 J/kgK a sűrűség pedig 2,23 kg/m3 illetve 1000 kg/m3. Mindezek a különbségek megkérdéjelezik az üveg és a benne levő termék együttes kezelését. Ezért az együttes kezelést csak első megközelítésben lehet használni. Az egyszerűbb megoldás a külön kezelésre a Biot szám korrekciója az üveg falvastagsága és a hővezetőképességével (54), és továbbra is a Ball és és a Fourier egyenletek használata. A teljesen pontos megoldás numerikus módszerekkel (Véges differencia és véges eleme módszerek) kapható meg. X
Bi Ahol
k
X
Külső felületi hőátadási tényező [W/m2K] Jellemző hossz (sugár, félvastagság A termék hővezetési tényezője [W/mK]
1
k
1 k
Ahol
2
k k
b
(56)
n i 1
i
1
i
b
Hőátbocsájtási tényező [W/m K] Külső felületi hőátadási tényező [W/m2K] Rétegvastagság [m] A réteg hővezetési tényezője [W/mK] Érintkezési ellenállás (belső hőátadási tényező) [W/m2K]
(57)
21
Bi Ahol
1.5.
k X
kX
(58)
Termékfelületre korrigált hőátadási tényező [W/m2K] Jellemző hossz (sugár, félvastagság A termék hővezetési tényezője [W/mK]
A hőkezelt termékek élelmiszerbiztonsága
A hőkezelés során az adott hőmérsékleten szükséges hőkezelés mértékének meghatározásakor a (24) egyenlőtlenséget kell teljesíteni, azaz a mikrobiológiai követelményekből és a folyamatból számolt F értékeknek meg kell egyezniük vagy a folyamat F értékének meg kell haladnia a mikrobiológiailag szükséges F értéket. tu
F Dr lg a lg b
10
T Tr z
t
(59)
ti
Ahol
Dr a b t1 t2 T Tr z
tizedre csökkenési idő [min] Kezdeti csíraszám [db] Végső csíraszám [db] a baktérium pusztulás kezdeti ideje [min] a baktérium pusztulás végső ideje [min] Mért maghőmérséklet [°C] Referencia hőmérséklet [°C] A tizedre csökkenési hőmérséklet [°C]
A (25) egyenlet teljesítése azért nehéz, mert nagyon sok hőkezelési programváltozat teljesíti ezt a kritériumot, és a minőség megtartás és a gazdaságosság érdekében általában a minimális túlteljesítést akarjuk elérni. Ezzel szemben a kezdeti a hőkezelés mértékének csökkentésével a valós biztonság kezdetben lassan, majd később rohamosan csökken (13. ábra). Ha bekerülünk az ábra közepén levő elliptikus tartományba, akkor tételről tételre tudunk elfogadott és nem elfogadott terméket gyártani. Sőt az eddig elfogadható és nem zavaró paraméteringadozás lesz a fő okozója az alulkezeléseknek. Ennek a vége az, hogy a vállalat visszatér a a feleslegesen nagymértékű túlbiztosításra. A paraméterek ingadozásának csökkentésével az ésszerű túlbiztosítás sávja csökkenthető. Az ilyen paraméteringadozásokból eredő, Monte-Carlo módszerrel számított egyenérték szóródást mutat a 14. ábra. A baloldali grafikonon az alapállapotot látjuk. A P=36 min egyenértéket nem érjük el, így a jobb oldali ábrán látható hőkezelés növelést kellett foganatosítani. Ezáltal nőtt a a túlbiztosítás mértéke is.
Biztonság [%]
Határérték 250 200 150
Vélt biztonság
Valós biztonság
Kifogásolás
Elfogadás
100 50 0
Határérték 0
50
100
150
Hőkezelési idő, hőkezelési egyenérték [min] 13. ábra: A biztonság alakulása a hőkeztelés mértékének függvényében
22 70
70 60
60 Gyakoriság [db]
Gyakoriság[db]
50 40 30 20
50 40 30 20
10 10
Hőkezelési egyenérték [min]
46 ,9 47 ,6
45 ,6 46 ,3
44 ,3 44 ,9
43 ,0 43 ,6
41 ,7 42 ,3
40 ,3 41 ,0
39 ,0 39 ,7
0 37 ,7 38 ,4
28 ,4 28 ,9 29 ,5 30 ,0 30 ,6 31 ,1 31 ,6 32 ,2 32 ,7 33 ,2 33 ,8 34 ,3 34 ,9 35 ,4 35 ,9 36 ,5
0
Hőkezelési egyenérték [min]
14. ábra: A hőkezelés mértékének szóródása a véletlen paraméteringadozások hatására Párizsik hőkezelésénél. A másik veszély mechanizmusra mutat rá a 13. Táblázat. A nagy veszélyre odafigyelnénk, de a ritka előfordulás miatt sokan azt képzelik, hogy ez úgysem náluk fordul elő. Erre példa, hogy a botuliznus esetek mégha nagyon jól kidolgozottak és bizonyítottak az elvei, akkor is a világon 2-3 évente 1-2 eset előfordul. Az oknyomozások mindig azt tárják fel, hogy az alapelveket általában 3-4 helyen megsértik az ominózus esetekben, ami ellen már nem lehet védekezni, biztonsági rendszereket fenntartani, mert gazdaságtalanná teszi a termelést. Amikor kicsi a veszély, azt nem vesszük komolyan, pl. vegetatív patogének által okozott hasmenés. Ez is komollyá válhat, pl. felnőttek és gyerekek esetén, illetve orvosi elátás hiányában, és akár haláleset is előfordulhat ennek következtében. 13. Táblázat: Veszélyek súlyozása és előfordulásának valószínűsége Veszélyfokozat Hatás/ megbetegedés Kockázat Valószínűség Nagy Életveszély Nagy Ritka előfordulás Közepes Krónikus Közepes Előfordulása várható Kicsi Heveny Kicsi Valós esély a bekövetkezésre A fenti gondokat a hőkezelés kritikus tényezőinek folyamatos figyelésével és minél szűkebb tartományban tartásával tudjuk megszüntetni, illetve adott tűréshatáron belül tartani. (ANON 1999a és 1999b). A mindenképpen figyeendő paraméterek a következők: A maximális töltőtömeg vagy lecsepegtetés utáni tömeg Mivel a felöntőleves és szószós termékeknél a felöntőlében illetve szószban konvekció, a szilárd részben kondukcióval terjed a hő, amelyek között 3-5-szörös sebesség különbség áll fenn, fontos, hogy a két eltérő hőterjedésű komponens arányát tudjuk. A szemcseméretek (mozaikképzők) elrendeződése a csomagolásban Ezek a mozaikképző anyagok elrendeződhetnek véletlenszerűen (pl. vagdalthús, felvágottak), vagy orientáltan egy helyen (hagyományos gépsonka szalonnaborítással, csemege karaj stb.). Manapság szokás a szalonnát kisebb méretre aprítani, hogy ne látszódjon annyira, vagy a szalonna egy részét a mozaikképző anyagokat összafogó pépbe aprítják el, így csökkentve a metszéslap zsírosság látszatát a fogyasztók előtt, de ezzel már a hőterjedést befolyásolják. A termék összetétele Tulajdonképpen a tápközeget jelenti a mikróbák számára. A termékjelleg a fő komponenseket (zsír-, víz-, fehérjetartalom) eleve meghatározza. Az összetevők közül kell említeni a NaCl és a maradék NaNO2 tartalmat. Ezek együtt szinergensen gátolják a Clostridium botulinum és általában minden baktérium fejlődését. A NaCl tartalmat a vérnyomás problémák miatt akarják csökkenteni, míg a NaNO2 mérgező volta miatt nemszeretett komponens ráadásul tartósítószerként fel kel tüntetni a a termék címkéjén. Mindenesetre, aki csökkenti a NaCl illetve a NaNO2 tartalmat, annak a hőkezelés mértékét kell növelnie, hogy az eredeti bakteriális biztonsági szinten maradjon a termék. A másik elég könnyen változtatható komponens a keményítő és szénhidrát. A módosított keményítők nem ugyanazon a hőmérsékleten folyósodnak el és váltanak át konvektív hőterjdeésről konduktív hőterjedésre, így a keményítőfajta váltásánál a hőpenetráció is megváltozhat. Ez főleg szószoknál és önteteknél léphet fel. A termék összetétele is befolyásolja a pH értéket (lásd még az 1.2.1 pontot), a vízaktivitást nemcsak a primer összetétel, hanem az adalékanyagok vízkötőképessége is befolyásolja. A vízaktivitás csökkentésével a le is mondhatunk akár a sterilezésről is, és elég apsztőröző hőkezelés vagy a ¾ konzerv készítés követelményeit elérni. Ebben az esetben a Leistner féle gátelméletet alkalmazzuk a kombinált tartósítás alkalmazásával (Leistner 1986). A vízaktivitás szabályzásával Lesitner és Karan-Djurdic (1970), Reichert (1985) foglalkoztak.
23
Hőmérséklet [°C]
A termék összetételéből mintegy ±5 10-9 m2/s ingadozás várható. A hőpenetrációs mérésekből ennél nagyobb kb. ±1 10-8 m2/s várható ennek oka a különböző hőmérséklettartományokban mérés, a hőkezelési paraméterek szórása (Eszes és Fenyvessy 2004, Eszes és Rajkó 2004, Eszes et al. 2005). Kezdeti hőmérséklet A kezdeti hőmérséklet tárgyalásakor két termékcsoportot kell megkülönböztetni. A meleg és a hideg letöltésű konzerveket. A meleg letöltésű konzervek áltlaában felfőzött felöntőlevet, szószt és előfőzött alapnyagot tartalmaznak. A 15. ábraláthatjuk, hogy 20-30 perc után már 5°C eltérés tpasztalható, ami már jelentős különbséget jelent a hőkezelésben. A hideg letöltésű konzervek (ilyenek a hideg húskonzervek, a vagdalthús. Lucheon meat) csak pár °C eltérést mutatnak 1 óra után 17,5-18°C-ra emelkedés 15°C-ról. A problémát ezeknél a termékeknél az előregyártás és a félkésztermék hűtőben tárolása jelenti, amikor kb. 5°C-ra hűl le a termék az átlagosnak tekinthető 14-15°C-os pépgyártási véghőmérséklettel és a 10°C-os pácolt termék töltési hőmérséklettel szemben. Az anomáliák kivédéséhez megfelelő kapacitású töltőgép, és technológiai fegyelem, valamint a magasabb kezdeti hőmérsékletnek megfelelő hőkezelési program kell. Bár a kezdeti hőmérsékletet nem tekintik erős befolyásoló tényezőnek, mivel kevéssé befolyásolja, pl. adott maghőmérséklet elérési idejét, viszont durva eltérés esetén sokkal hamarabb érjük el a kívánt pusztító hatású hőmérséklettartományt és ugyanannyi kezelési idő esetén túlzott hőkárosodással nézhetünk szembe, erre megint a kezelési idő csökkentése a válasz, ami a normál kezdeti hőmérséklettel párosulva alulkezelést eredményezhet.
80
Mag meleg letöltés
60
Mag hideg letöltés
40 20
Átlag meleg letöltés
0
Átlag hideg letöltés
0
20
40
60
Idő [min] 15. ábra: A kezdeti hőmérséklet alakulása A térhőmérséklet alakulása A hagyományos hőkezelést tekintve a hőkezelés 3 szakaszra osztható, úgy, mint: (1) a közeg felmelegítése a kívánt térhőmérsékletre, (2) a közeghőmérséklet állandó értéken tartása, (3) a hőkezelő közeg és a termék lehűtése (16. ábra). Így három szakaszra bontva vizsgáljuk.
16. ábra: A hagyományos hőkezelés menete A felmelegítési idő általában 10-20 perc között alakul. Kétféle jellegzetes hőközlő közeg felmelegetési profil fordul elő. Az egyik a lineáris, míg a másik az exponenciális jellegű térhőmérséklet emelkedés. A felmelegítési időt befolyásolja a gőznyomás, a légtelenítés sebessége, az autokláv töltöttsége, a szabályozó rendszer érzékenysége, a termék hőtani paraméterei. A nem kielégítő gőzellátás, az elkövesedett hőcserélő elnyúló felmelgítési időt eredményez. Berry (1983) azt tapasztalta, hogy a különböző felmelegedési idők és hőmérséklet-alakulások esetén önmagában a felmelegítési idő alatt kicsi az egyenérték eltérés. Ellenben ha felmlegítési idő eltérés egy bizonyos mértéket meghalad, akkor nagyban változik a tartási idő alatti melegedés. A hőkezelési folyamat pusztító hatású idejébe Ball (1924) 42%-ot vett a felmelegítési időből. Ez csak átlagérték, függ a kezdeti hőmérséklettől, térhőmérséklettől, a baktérium D és z értékétől, a dobozmagasságtól és sugártól, a termék hőtani paraméterei-
24 től. Berry (1983) a korrekciós tényezőt a szerint számolta, hogy ugyanakkora legyen a felmelegítési szakasz + Tartási szakasz egyenértéke, mint az azonnali térhőmérséklet beállási idő F0 értéke (17. ábra). A felemlegítési idő korrekciós tényező számításához a (24) képletet adta meg. A B0 meghatározásához lineáris térhőmérséklet emelkedési tesztet javasolt. Exponenciális felmelegítési térhőmérséklet alakulásnál a Ball féle 0,42 korrekciós tényező 0,77-re nőtt.
Xi ahol:
Bi
1
B0
(60)
ti
B0 - a legrövidebb felmelegítési időhöz tartozó tartási idő Bi - az adott felmelegítési időhöz tartozó tartási idő ti - a felmelegítési idő Xi - korrekciós tényező gyors felmelegedés
Térhőmérséklet [°C]
Elnyúló felmelegedési lassú felmelegedésidő
100 80 60 40 20 0 0
20
40
60
80
100
Idő [min]
Tér- és maghőmérséklet [°C]
17. ábra Elnyúló és gyors felmelegedési idő sematikus ábrázolása
r8m1
r8m2
r8m3
r8t
100 80 60 40 20 0 0
50
100
150
200
Idő [min] 18. ábra: Elnyúló felmelegedés idő A tartási szakasz térhőmérséklet ingadozásra az USDA, IFTS az autoklávok engedélyeztetési tesztelésénél azt írják elő, hogy bármelyik két hely között a hőmérséklet eltérés nem lehet nagyobb, mint 1°C (ANON 1997a). Bown (2004) szerint a névleges autokláv hőmérséklet ingadozása -0, 5 +1°C lehet. Sokszor gyakorlat egyébként a térhőmérséklet felső szórás határon tartása, hogy leeső térhőmérséklet esetén se legyen gond a termékkel a termosztát próba során. A gyakorlatban, még a többé-kevésbé szabályozott rendszereknél is érdekes hőmérsékletalakulásokat figyelhetünk meg. A túl óvatos kezelést a 19. ábra a durva szabályzást illetve kezelést a 20. ábra mutatja. Az előző, pl. alulkezelést eredményez, míg a második arra ösztönöz, hogy csökkentsük a térhőmérsékletet a nagyobb hőkárosodás miatt, ami a mikrobiológiai stabilitás rovására megy, vagy a tartási idő meghosszabbítását eredményezi.
Térhőmérsékletek [°C]
25
125 124 123 122 121 120 119 118 117 116 115 10
20
30
40
50
60
70
Idő [min] 19. ábra. Lassú térhőmérséklet emelkedés tér1
tér2
122 121,5
Tér és maghőmérsékletek [°C]
121 120,5 120 119,5 119 118,5 118 117,5 117 0
20
40
60
80
100
Idő [min]
20. ábra Erős térhőmérséklet inadozás a tartási idő alatt Teixeira et al. (1982) azt tanácsolják, hogy a hőkezelő berendezések kézi szabályozásánál inkább a névlegesen tartandó térhőmérséklet fölött tartsák a térhőmérsékletet a biztonság érdekében, ami viszont a minőség rovására megy. A felületi C érték illetve hőkárosodás megnövekszik, és ez hibás hőkezelés optimalizációhoz is vezethet. A folyamat szabályzással ez a hátrány csökken, pontosabb a térhőmérséklet tartása. Smout és mtsai (2001) szerint a térhőmérséklet különbség autoklávokban 0,7-0,8°C. Varga és mtsai (2001a) 510% relatív szórást Smout e t al. (2000) 15-25% relatív szórást mutattak ki a térhőmérséklet ingadozás és a hőkezelési egyenérték között. Varga et al. (2001b) szerint az autokláv hidegpontja nem feltétlenül a legkisebb átlaghőmérsékletű hely a hőkezelő berendezés un. hidegpontja, hanem ki kell számolni a termék által kapott hőkezelési egyenértéket és a legkisebb érték helye fogja megadni a hőkezelő egység hidegpontját A hűtést sokszor nem számítják be a hőkezelésbe, holott főleg nagyobb méretű termékeknél jelentős baktériumpusztulás zajlik még le (Eszes 2002). Főleg a hűtés kezdeti szakaszában. A hűtés alatt törekedni kell a minél intenzívebb hűtésre is, hogy a túlélő mikroflóra ne szaporodhasson el, és a minőség se károsodjon (a hűtés kezdeti szakaszában a legmelegebb a termék). Ezzel szemben Reichert (1985) a levegőben történő lassú hűtést ajánlotta a vizes hűtés helyett. Sokszor akár egy telephelyen belül is több hűtési technológia áll rendelkezésre (vizes kádas hűtés, főzőszekrényen belüli hűtés, evaporatív hűtőegység. Ezek nagyon különböző felületi hőátadás intenzitást biztosítanak. A másik hűtés beszámítása ellen ható tényező a hűtési körülmények ingadozása. Ezek akár rendellenes hűtést is eredményezhetnek a hűtővíz visszamelegedése révén. Ennek oka a nem elegendő mennyiségű hűtővíz, így az autokláv ellennyomást biztosító szelpe nem nyit ki, a hűtővíz nem tud távozni, és a termékből távozó hő által felmelegszik (21. ábra és 22. ábra). A visszamelegedés főleg a hűtés un. túlmlegedési szakaszában veszélyes, mivel a termék hőterhelése ott éri el a maximumát (Kopelman et al. 1982, Naveh et al. 1983a, 1983b). A hűtés végső III. szakaszában előforduló visszamelegedés inkább csak a kapacitás csökkenést okoz (23. ábra). Tapasztaltunk a téli és nyári időszak között akár 10°C hőmérsékletkülönbség is. Sokszor az üzemek illetve telpehelyeik többféle hűtővízforrással is rendelkeznek (közüzemi vízellátás, saját kút, sőt a két forrás keverése), ami mind a hűtővíz térfogatáramában mind hőmérsékletében eltér. Ezért legtöbbször a hűtést biztonsági tényezőnek tekintik.
Hűtési térhőmérséklet [°C]
26
140 120 átlag
100 80 60 40 20 0 0
10
20
30
40
50
60
Idő [min]
Mag- és térhőmérséklet [°C]
21. ábra: Nagy hőmérsékletingadozás a hűtési hőmérsékletben 115 95 75 55 35 15 0
20
Idő [min]
40
60
Tér- és maghőmérséklet [°C]
22. ábra: Hűtési anomália és hatása a maghőmérséklet alakulásra r8m1
r8m2
r8m3
r8t
100 80 60 40 20 0 0
50
100
150
200
Idő [min]
23. ábra. Térhőmérséklet visszamelegedés a hűtés III. szakasza alatt
Felületi hőátadási tényező ingadozása A felületi hőátadási tényező elsősorban a főzőszekrényeknél okoz gondot. Itt az oldalsó befújásos szekrényeknél a befújásnál a 20-25 m/s a termékek között 1-2 m/s az urtalkodó légsebesség, és a két érték között változóak az értékek. Hasonlóan eltérő a felületi hőátadási tényező értéke a HUNISTER hidrosztatikus sterilezőknél, de itt a levegő és a folyadékoszlopok szisztmatikusan váltják egymást.Sajnos a vízkeringtetéses autoklávoknál, főzőszekrényeknél, forró füstölőknél magunknak kell megmérni a légebességeket, mert a gépkönyvek ezt általában nem tartalazzák, maximum a keringtető szivattyú/ventilátor gyártmánytáblájáról olvashatjuk le a térfogatáram értékét. A berendezésbeli páratartalom sok problémát idézhet elő főzőszekrényeknél, forró füstölő- főzőszekrényeknél mivel ott a szabályzás a nedves-száraz hőmérő elven alapul. Amennyiben a nedves hőmérő nem kap elég nedvesség utánpótlást, akkor a száraz és nedves hőmérő közti kis különbségből eredően a szekrény nem kap elég gőzt, és a víz paraméterei helyett egyre inkáb a levegő paraméterei kezdenek érvényesülni a felületi hőátadási tényező alakulásában, ami a felületi hőátadási tényező nagyságrendnyi csökkenését eredményezi. Gőz-levegő autoklávok esetén a sok kondenz víz előfordulásakor (távoli kazánházból történő gőzellátás) a tiszta gőz a felületi hőátadási tényező 15000 W/m2K értéke akár 1000 W/m2K-re is csökkenhet. (Ramaswamy 1983) A felületi hőátadási tényezőt sokszor elhanyagolják a számításokban, de a tiszta gőz kondenzációján kívül minden esetben véges nagyságú a felületi hőátadási tényező, így kívánatos lenne figyelembe venni a számításokban. Varga és Oliveira (2000a) A felületi hőátadási tényező hatását akkor tartották fontosnak, amikor 150-200 W/m2K között volt, a hűtés alatti letalitást nem tartották olyan lényegesnek. Enyhe növekedést tapasztaltak a tartás alatt a fe-
27 lületi hőátadási tényezőben. A felületi hőátadási tényező lineárisan befolyásolta az egyenérték hőkezelési egyenérték alakulást Az élelmiszerek hőtani paraméterei közé soroljuk a hővezetési tényezőt, fajhőt és a hőmérsékletvezetési tényezőt, amelyek ingadozását főleg a kémiai összetétel és a hőmérséklet befolyásolják. A kémiai összetételt tekintve mind a zsír mind a víz mind a fehérje tartalom 1,5-2,5%-os ingadozás várható. A 6. táblázatban látható nagy eltérések ellenére a főzési tartományban 1,2 10-7-1,4 10-7 m2/s a várható ingadozástartomány. Miles és mtsai (1983) szerint a hőmérsékletvezetési tényező értéke akár 40%-ban is ingadozhat. Itt tehát nem az összetétel okozhatja az eltéréseket, hanem méréstechnikai és kiértékelési gondok lehetnek. Az egyik fő ok, hogy a legkülönbözőbb körülmények között mérték a táblázati értékeket és a kiértékelési módszer állandónak veszi a hőmérsékletvezetési tényező értékét, holott az hőmérsékletfüggő. Feldolgozási technológia A feldolgozási technológia az összetétellel kapcsolatos részben említetteken túl a gyártások egyformagásával befolyásolhatja a hőkezelés. A felöntőlevek szóaszók sűrűségének és viszkozitásának legalább bizonyos tűréshatárok közti előállítása nemcsak a már említett keméynítő elfolyósodás révén, hanem az elkészítési technológia azonosságán is múlik. Maghőmérséklet mérési hiba Már Bigelow idejében ismert volt, hogy a konzervdobozban a hőmérséklet a hely és az idő függvénye (Thompson 1919), és a hőkezeltség mértékét a doboz leglassabban melegedő pontjában az un. magban, vagyis a doboz geometriai középpontjában kell ellenőrizni, mivel ha ez a pont megfelelő hőterhelést kapott az összes többi pont ennél csak többet kaphatott, így a baktériumok elpusztítása biztos, ha a középpontra vonatkoztatva egy bizonyos határértéket elérünk. A mag helye a hőterjedési formájától függ. A 24. ábra az alapeseteket mutatja be. A konduktív (bal szélső):hőterjedés esetén az izoterm rétegek alapján a mag a geometriai középpont. A konvektív hőátadásnál (áramlásra képes fluidumok) (közép-bal) a mag a félmagasság alsó harmadában található. Rotációs hőkezelésnél (közép-jobb) a mag helye ismét a geometriai középpont. A mind fluidumot mind szilárd rész tartalmazó csomagolások esetén (jobb szélső) a szilárd rész geometriai középpontját tekintjük magnak. A maghőmérő behelyezése nem olyan egyszerű feladat, mert a termék lehet puha (sok gépi csontozású húspép, szója gél, puhább szalonna) a klipszelt termékeknél nem lehet pont középen bevezetni az érzékelőt, a konzervdobozon merevítő gyűrűk vannak, acsomagolás alakja nem szabályos stb. Minél nagyobb az érzékelő behelyezési hiba annál nagyobb lesz a hőkezelési egyenérték. Ennek megoszlása a tartási és a hűtési idő között a hiba növekedésével egyre inkább a tartási idő alatti hőkezelési egyenérték javára tolódik el.
24. ábra: A mag helye a folyadékot és szilárd anyagot tartalmazó csomagolásban Ennek következménye az idő előtti hőkezelés leállítás, ami adott esetben ún. „alulkezelésekhez” vezet. Ez a térhőmérséklet ingadozásokkal főleg a kisméretű termékeknél okoz gondot, ahol a túlzott mértékű térhőmérséklet ingadozás túlzott mértékű felületi hőkárosodást eredményez, és az a belső rétegek egyre nagyobb hőmérsékletemelkedését idézi elő. Ez tovább erősítheti a téves hőkezelés megítélés valószínűségét. A kettő kombinációja egymást erősíti, és teljesen összezavarja akár a hibakiderítést is, amennyiben nincs megfelelő hőpenetrációs görbe kiértékelés. Ez a hőkezelés idejének túlzott mértékű csökkentését eredményezheti. Egyedileg esetről-esetre kell kiszámolni honnantól kezdve csökken le elhanyagolható mértékűre a térhőmérséklet befolyása a biztonsági megítélésre. A nagyméretú termékek kicsit érzéketlenebbek a maghőmérséklet érzékelő behelyezési hibára. A mag helye a hőkezelés körülményei miatt is eltolódhat. Az eltolódás mértékét befolyásák a tartási szakasz alatti hőmérsékletalakulás, a hűtésre átkapcsoláskori mag – és térhőmérséklet különbség, a hűtővíz hő-
28 mérséklete és térfogatárama. Flambert és Deltour (1972) pár mm-es eltérést tapsztaltak végtelen nagy felületi hőátadási tényező feltételézéses véges differenciás számításaikban. Kora és Csépány (1991) tölteékes áruknál a belső 5 mm-es sugárban tartják az egyenértéket ugyanakkorának. A mag elméletileg és gyakorlatilag is eltolódhat a geometriai középpontból. Ez adódhat az eltérő oldalméretekből és hőátadási viszonyokból. A 25. ábra. Oblong és pullmann dobozokon mutatja az eltérő hőtáadási viszonyokat. A bal oldali doboz a felső sorban elhelyeződés a középső az alsó sorban, a jobb oldali doboz a középső sorban elhelyeződés felületi hőátadást mutatja. A sötét szín az intenzív, a sraffozot rész pedig a dobozok közti osztólap miatti csökkent mértékű hőátadást jelzi. A dobozok tetején levő üres rész a fejteret mutatja. Így a hőmérsékletalakulást jelző Biot számok is másoklesznek (25). Sőt a doboz orientáció változtatásával (26. ábra) is teljesen megváltozhatnak az egyes oldalakhoz tartozó Biot számok. Itt a piros és kék szín jelzi az intenzívebb illetve gyengébb felületi hőátadást.
25. ábra: Az elrendezés hatása a hőátadás intenzitásra oblong és pullmann dobozok esetén
26. ábra: Eltérő felületi hőátadási tényező az oldalaknál a dobozorientáció változása révén
X
Bi
(61)
Ahol Biot szám X/ [-] Felületi hőátadási tényező [W/m2K] X jellemző hossz [m] Hővezetési tényező [W/mK] A fejtér/légtér, a doboz fala menti illetve a termék tetején levő légzárványok (27. ábra) a csomagolás (pl. dobozfal, fémforma és fólia) tovább csökkenti a felületi hőátadási tényező értékét (25). Így a Biot számban a felületi hőátadási tényező értékét a k hőátbocsátási tényezőre cserélhetjük fel (Körmendy 1987) (27). Bi
k
1 1 k
Ahol k k i i
n i 1
n
1
n
b
Hőátbocsátási tényező [W/m2K] A doboz külső oldalán érvényes felületi hőátadási tényező [W/m2K] A csomagolás/légzárvány/fólia stb. vastagsága [m] A csomagolás/légzárvány/fólia stb. hővezetési tényezője [W/mK]
(62)
29 b
A doboz belső oldalán érvényes felületi hőátadási tényező [W/m2K]
Fejtér Légbuborék
Fejtér
Paszta
Paszta 27. ábra: A fejtér és a légbuborék
Bi
kX
(63)
Ahol Biot szám X/ [-] Hőátbocsátási tényező [W/m2K] jellemző hossz [m] Hővezetési tényező [W/mK] Ezeknek a tényezőknek a figyelmen kívül hagyása a csomagolás fajta és mértet váltáskor okozhat nagy hőpenetrációs eltéréseket. Elég, ha csak a csomagolás vastagság/hővezetés ( / ) értékét nézzük a az ónozott acéllemez konzervdoboz, üveg, műanyagfólia + fémformafólia, alumínium fólia, műanyag konzervdoboz eseteire. A maghőmérséklet eltolódás jjeelmezésére az mondhatjuk, hogy amelyik oldalnál gyengébb a felületi hőátadás mértéke, afelé tolódik el a mag helye (28. ábra). A számításaink szerint a 0,1 x/X vagy r/R kb. az a határ, amelyen kívül már jelentős különbséget észlelünk az egyenértékben, mag a maghőmérséketben csak pár tized fok eltérést tapasztalunk(29. ábra) Bi k X
28. ábra: A nem szimmetrikus hővezetés példája (Hayakawa 1979)
120,5 120,0 119,5 119,0 118,5 118,0 117,5
Réteghőmérséklet F0
100 80 60 40 20
F0 érték [min]
Réteg hőmérséklet [°C]
30
0
0 0,2 0,4 Relatív távolság a magtól diagonálisan [-] 29. ábra: A maghőmérő eltolódás hatása a maghőmérsékletre és a hőkezelési egyenértékre Hőkezelési egyenérték vagy a folyamat helyességének más egyenértékű tudományos bizonyítéka. Sajnos sokszor gyakorlat az, hogy csupán egy-két inkbációs tesztet végeznek a gyártást megelőzően és csak arra hagyatkoznak (ANON 1976, ANON 2003), és valós hőpenetrációs méréseket nem végeznek. Az USDA FSIS legalább 25-30 hőpenetrációs mérést kér a kereskedelmi mennyiségű konzervgyártás engedélyézeséhez (ANON 1997). Az engedélyezést végző ellenőr leellenőrzi a mérések és a számítások helyességét. A hőkezelési programot meg kell változtatni, ha lecsökken a kezdeti hőmérséklet, változik a csomagolás anyaga, fajtája és méretei, megváltozik az összetétel, új berendezésben történő hőkezeléskor, valamint, ha bármilyen más, a hőpenetrációt befolyásoló tényező megváltozik. Az eltarthatósági idő és hőmérséklet betartása A biztonsággal kapcsolatban mind a gyártóknál mind a forgalmazóknál és a fogyasztóknál sok félreértés él a különböző konzervek eltarthatóságáról. A 14. Táblázatban a konzervek hőkezeltségének és eltarthatóságának kapcsolatát mutajuk be. Az első, amit a fogyasztóksokszor figyelmen kívül hagynak, hogy a táblázat értékei ép és sértetlen csomagolásokra vonatkoznak, ha a hermetikusan zárt csomagolásokat felbontjuk. már az aerob baktériumoknak is teret adunk, amivel a vákuumozott és a levegőtől elzárt csomagolásban nem kell számolni. Tehát a konzervtermékeket a felbontás után el kell fogyasztani. Sokszor még a hűtőtárolás sem oldja meg a tárolási alatti romlás problémáját. 14. Táblázat: A konzervek felosztása eltarthatóság szerint (Müller 1989) Megnevezés 1. Friss termékek
Eltarthatóság 6 hét T<6°C
Elpusztított mikroorganizmusok vegetatív csírák
2. Kessel konzervek 3. 3/4 konzervek
Hőkezelés mértéke P=30-60 perc maghőmérséklet 65-75°C 1 óra 98°C felett, vagy Fo>0,4 F0=0,6-0,8
1 év T<10°C 1 év T<10°C
4. Teljes konzervek
F0=4,0-5,5
4 év T<25°C
5. Trópusi Konzervek
Fo=12-15
1 év T<40°C
6.F-SSP termékek 7. aw--SSP
pH<6,5; aw<0,96 Fc>0,4 aw<0,95; P=40-80 perc maghőmérséklet 75-80°C 60-65°C maghőmérséklet, hűtés két órán belül 10°C alá
6 hét T<25°C 6 hét T<20°C
mint 1. + pszichrotróf spórások mint 1. és 2. + mezofil spórás Bacillusok mint 1.;2.;3 + spórás mezofil Clostridiumok mint 1.;2;3;4 + spórás thermofil Clostridiumok és Bacillusok mint 1. + túlélő spórások gátlása mint 1. + túlélő spórások gátlása
8. Sous vide
1-2 nap,+újra melegítés
7D vegetatív patogén pusztítás
A tárolási hőmérséklet és idő be nem tartása többféle módon fordulhat elő. A gyártók és a forgalmazók pl. nem készülnek fel a forgalmazás körülményeire, pl. nyári 40°C a 25°C helyett (teljes konzerveknél) a raktárakban és az eladási helyen (tűző napon), még mérsékelt égövön is nemcsak a trópusokon. A fogyasztó általi autó csomagterében szállítás nyaraláskor nagy melegben. Ezzel tulajdonképpen inkubáljuk a megmaradó mikroflórát. Gondot okoznak a 20°C alatti tárolási követelményű aw SSP termékek, mivel ez sem szobahőmérsékkletet sem hűtött 10°C alatti hőmérséklet nem jelent. Már a nem is nagymértékben fluktuáló hőmérséklet is a szavatossági idő nagymértékű csökkenését, sőt érvénytelenné válását eredményezhetik. Ahhoz, hogy a felesleges reklamációkat, pereskedést, bírságokat elkerüljük, feltétlenül folyamatosan értékelni kell a hőkezelések hőpenetrációs görbéit, ellenőrizni kell a fenti kritikus tényezőket.
31 1.5.1.
Hőkezelési egyenértékek, a hőkezeltség mértékének mérőszámai
A nem 121, 1oC illetve 70, 0°C referencia hőmérsékleten és 10°C tizedre csökkenési hőmérséklettel számított egyenértékeket o alsó index nélkül jelölik, de mellette fel kell tüntetni az alkalmazott referencia hőmérsékletet és tizedre csökkenési hőmérsékletet, például:
P6810,9
11 F118
A termékek eltarthatóvá tételében nemcsak a mikroorganizmusokat, hanem az enzimeket is inaktiválni kell, mert ha az enzimek tévékénysége fennmarad, a termék hátrányos érzékszervi elváltozáson (pl. avasodás, színelváltozás stb.) eshet át, ami romláshoz is vezethet. Az enzimek inaktiválása történhet az előfőzés (zöldségek, főleg fagyasztott és szárított termékeknél) és a hőkezelés alatt is. Az enzimek pusztulása függ a közeg pH értékétől, vízaktivitásától, az inaktiváláshoz alkalmazott hőkezelés intenzitásától. Húskonzerveknél az E-érték kiszámítása nem szükséges, mivel a húsban található enzimek már relatíve kis hőbehatással (80°C-on pár perc) ínaktiválódnak. A zöldségeket tartalmazó készítményekre nagy figyelmet kell fordítani az enzimek inaktiválására. A pusztulás a baktériumokkal analóg módon történik, így a számításokat is azonos módon végzik. Az általános képlet addíciós módszert alkalmazva (28): t2
E
10
T 100 z
t
(64)
t1
Ahol E = Enziminaktiválási egyenérték [min] t1 = az enzimpusztulás kezdete [min] t2 = az enzimpusztulás vége [min] T = Mért hőmérséklet [°C] z = Az enziminaktiválás z értéke [°C] t = integrálási időköz [min] A hőkezeléssel nemcsak az eltarthatóságot biztosítjuk, hanem a termék érzékszervi tulajdonságait is kívántuk befolyásolni. Egyrészt célunk a kívánt mértékű főzöttség elérése, másrészt egyes esetekben kifejezetten egy adott ízt, színt stb. befolyásoló reakciót akarunk előidézni. A mikrobiológiai stabilitás követelmények miatt a termék többékevésbé erős negatív érzékszervi elváltozásokon esik át a hőkezelés alatt. Az élelmiszerek hőkárosodását jellemző Cértékek számítását a hőkezelési egyenérték számításokkal analóg módon végezzük el. t2
C
10
T 100 z
t
(9)
t1
Bár a folyamatok maguk reakció kinetikailag pontosan nem tisztázottak, sokszor igen bonyolultak, az irodalomban sokszor csak a z-értékeket adnak meg (4. táblázat). Sokszor ezek nem reakció kinetikai alapokon, hanem pl. érzékszervi vizsgálatokon alapulnak (pl. REICHERT et al. (1979) főttségre vonatkozó értéke, Ohlsson (1980) értéke), amelyek más eredményeket adnak, mint a pontos, D érték segítségével számított tulajdonság intenzitásból képzett átlagos egyenérték (KÖRMENDY 1982). A helyzetet nehezíti, hogy a tizedelési idővel megadott irodalmi értékek 100°C feletti hőmérsékletre vonatkoznak pl. FELICIOTTI és ESSELEN (1957), OHLSSON (1980) (15. Táblázat). 15. Táblázat: Különböző C-értékek és az azoknál alkalmazott referencia hőmérsékletek és z értékek hústermékeknél Reichert (1985b) összefoglalója és más szerzők alapján. Szerző és a közlés éve REICHERT et al. (1979) REICHERT és KUDNIG (1980) REICHERT (1985) REICHERT (1980) OHLSSON (1980) HERSOM (1968) BAUDER (1974) HERMANN (1969) BOGNAR (1971) FELICOTTI és ESSELEN (1957)
Tr [°C] 70 70 70 70 100 100 100 100 100 100
z [°C] 7 32 16 38 25 33 40 32 35 26, 1
Tulajdonság Főttség sonkafélkonzerveknél Általános érzékszervi elváltozás sonka-félkonzerveknél Zselékiválás sonkafélkonzerveknél Érzékszervi elváltozások sonkában Általános érzékszervi károsodás Általános érzékszervi károsodás Szín és íz elváltozás májasoknál Általános érzékszervi elváltozás Textúra változás marhahúsban B1 vitamin lebomlása húsban
32
A mikrobiológiai stabilitás és a konzervek minősége ellentétben állnak egymással. Minél stabilabb mikrobiológiailag egy termék, annál rosszabb lesz a minősége. Pl. egy májkonzerv ¾ konzerv kategóriában kiváló, míg teljes konzervként csak jó minőségi kategóriában gyártható le. A főttség elérése általában követlmény a konzerv termékekkel szemben, sőt van mikor kifejezetten egy bizonyos ropogós kéreg eléréshez bizonyos hőbehatásra van szükség. Így sokszor a C érték egy maximummal és minimummal bír a megítéléshez. A hőpenetrációs mérések során a mag és a térhőmérséklet rendelkezésre áll a C érték számításokhoz. A maghőmérséklettel az a gond, hogy a dobozban kifele távolodva egyre nagyobb értékeket kapunk. A térhőmérséklet ugyan mindig nagyobb, mint a valós felületi hőmérséklet, de a megítléshez a térhőmérséketből számolt értékis jól mutatja a tendenciákat. A két érték kombinálásával létrehozhatjuk a felület és mag C-érték különbség értéket (REICHERT 1976), amely tükrözi a felületi hõkárosodást, a hõkárosodás egyenletesség mértékét, amelynél azt tekintjük jónak, hogy ha a mag és a felület C-értékek különbsége kicsi. Ezt azt jelenti, hogy a hő nagyobb része a termék melegedésére és nem a hőkárosodásra fordítódott mind a termék szélén, mind teljes tömegében. Felületátlag, ill. térfogatátlag egyenértékek hasznűálatakor több ponton kell mérnünk, illetve a hőmérsékletet számítanunk kell. A méréseknek a hőérzékelők száma, azok hőpenetrációt befolyásoló volta korlátozza. Ekkor egyébként a felület ill, térfogat elemben uralkodó hőmérsékleteket/egyenértékeket súlyozottan összegezzük. A másik megítélési szempont az egyes C értékek és az érzékszervi jellemzők közötti kapcsolat a felület és mag C érték különbség jól használható az íz és állomány meítélésében, a felületátlag egyenérték a felületi szín, megjelenés esetében (pl. átlátszó csomagolások), a térfogatátlag egyenérték az íz és állomány esetében alklamzható jól. A Bigelow módszer alapján számolt C érték mutató számok helyett a valós koncwntrációváltozást is kiszámíthatjuk az Arrhenius féle reakcióelmélet alapján. Ehhez a reakció sebességet illetve a koncnetráció változást az Y tengelyen, a hőmnérsékletet az X tengelyen, de ez utóbbit 1/T alakban, tehát a tengelyen az abszolút hőmérséklet reciproka szerepel (30. ábra). Az egyenes iránytangense a 2,3*Ea/RT. A reakció sebersségi állandót a (29) és (30) egyenlettel számíthatjuk
k
ln
k1 k2
k o exp
Ea 1 1 2,3R T2 T1
Ea RT
(65)
Ea T1 T2 2,3R T1T2
(66)
C/C0 koncentráció
Ahol k: reakciósebességi állandó k0 reakciósebességi állandó a referncia hőmérsékleten Ea: Aktiválási energia [J/mol K] R: Egyetemes gázállandó [J/mólK] T Hőmérséklet [K] K1: reakciósebességi állandó T1 hőmérsékleten K2 reakciósebességi állandó T1 hőmérsékleten Ea: Aktiválási energia [J/molK] R: Egyetemes gázállandó T1 Hőmérséklet [K] T2 Hőmérséklet [K]
Abszolút hőmérséklet [1/K]
30. ábra: Az Arrhenius féle anyagbomlás ábrázolása Az Arrhenius és a Bigelow paraméterek kapcsolatát a 31-34 egyenletek mutatják. A hőkezelésekoptimalizálásánál nem feltétlenül ad azonos paraméter konstellációnál a két módszer egyforma optimumot.
D
2,3025 k
(67)
33
z
log
log
D1 D2
2,3RT 2 Ea
(68)
Ea T2 T1 2,3R T1T2
D1 Ea 1 T T1 2 2 D2 2,3RT z
2
(69)
(70)
1
Ahol D a tizedre csökkenési idő [min] k: reakció sebességi álandó z:Tizedre csökkenési hőmérséklet [°C] Ea: Aktiválási energia [J/molK] 1.6. Az optimalizálás mikrobiológiai és művelettani és technológiai alapjai Ahhoz, hogy megfelelő hőkezelési programot tudjunk kiválasztani három alapelvvel kell megismerkedni.Ezek a mikrobiológiai a texchnológiai és a művelettani alapok. Mikrobiológiai alapelv: A magas hőmérséklet és a rövid idő a baktériumokat hatásosabban pusztítja, mint a viszonylag alacsonyabb hőmérséklet és hosszabb idő, Technológiai alapelv: A baktériumok pusztulása és az érzékszervi tulajdonságok változásának sebessége (z=10°C illetve z=25-40°C) között kb. háromszoros különbség áll fenn, Művelettani alapelv: A hőbehatolás olyan szabályzása, hogy a hő lehetőleg ne a károsodást, hanem a baktériumpusztító hatású melegedést szolgálja. A mikrobiológiai és a technológiai alapelv egyöntetúen a gyors intenzív hőátadást részesíti előnyben. Ezzel szemben a „fékezőerőt” a művelettani alapelv jelenti. Az alapelvet a (35) egyenlet testesíti meg.. Ez tulajdonképpen a Newton féle lehűlés/felmlegedési törvény (baloldal) és a felület elemre felírt normál irányú Fourier I törvény (jobboldal) egyensúlyát jelenti, vagyis a felületre bejuttatott hő minél jobban haladhasson befele a termék geometriai közeppontja felé.
A(Tk
Tf )
A
dT dxn
(71)
Ahhoz, hogy a (35) egyenletet minél jobban teljesíthessük elsősorban a termékeket a hő terjedés szerint kell osztályozni. Eszerint a termékek lehetnek konvektívok (folyadékok), konduktívak (szilárd anyagok) és konvektív és konduktív egyszerre (szilárd anyag részek folyadékban) (31. ábra). Receptúra
Térhőmérséklet
Gyártás technológia
Minőség
Csomagolási mód és méret
Hőkezelési mód
HTST Konvektív termékek
Rotációs Konvektív és konduktív komponensek a) belül steril szilárd részek b) belül nem steril szilárd részek
LTLT
T
Konduktív termékek
31. ábra: A jó minőség elérésének irányai (Lund 1978, Reichertz 1985)
D>>L, D<
34
1.6.1.
Tartási idő [min]
Az alapelvekérvényesítése
A hagyományos hőkezelés (16. ábra) 3 szakaszra osztható, úgy, mint: (1) a közeg felmelegítése a kívánt térhőmérsékletre, (2) a közeghőmérséklet állan-dó értéken tartása, (3) a termék lehűtése. Ezeknek a szakaszoknak az idő-tartamát és a tartási sza-kasz közeghőmérséklet értéket az ún. hőkezelési képletben adják meg, amelynek alakját a 32. ábra mutatja:
Felemlegítési idő
10 50 15 Hűtési idő 121 Tartási hőmérséklet [°C]
32. ábra: A „steril képlet” értelmezése
A hagyományos hőkezelési mód ún. HTST (High ÍTemperature Short Ttme, azaz magas hőmérséklet - rövid idő) hőkezelés változata azon a felismerésen alapul, hogy a baktériumok pusztulása és az érzékszervi tulajdonságok változásának sebessége (z=10°C illetve z=25-40°C) között kb. háromszoros különbség áll fenn, és a magas hőmérséklet és a rövid idő a baktériumokat hatásosabban pusztítja, mint a viszonylag alacsonyabb hőmérséklet és hosszabb idő, amely alatt a rövid kezelési idő nem teszi lehetővé a hő okozta érzékszervi elváltozások túlzott mértékű előrehaladását. Ezt a hőkezelési módot folyadékok és áramlásra képes fluidumok hőkezelésénél tudjuk előnyösen alkalmazni, mert a hőbehatolás a felületről a doboz belsejébe a konvekció révén gyors így nem kell annyira tartanunk a felületi rétegek túlmelegedéséből eredő hőkárosodástól. Még inkább kihasználjuk ezt az elvet az átfolyó rendszerű hőcserélőkben végzett hőkezeléseknél, amelyekben az ún. jellemző hosszt 4-10 mm-re csökkentik le. Ma már a csomagolásban egyre ritkábban végezük a hőkezelést. A hőkezelést átgolyó rendszerű hőcserélőkben végezzük és utána aszeptikusan vcagy félaszeptikusan csomagoljuk le. A csomagolásban illetve átfolyó rendszerű hőcserélőkben végzett hőkezelések közti hőmérsékletalakulási különbségeket mutatják (33. ábra)
33. ábra: A folyadékok csomagolásban (bal) és átfolyó rendszerű hőcserélőkben (jobb) végzett hőnérsékletalakulásokközti különbség A félaszeptikus csomagolásnál (kevés levegővel érintkezhet a termék) a letöltés után még egy felületi csírátlanítás következik. A hőcserélő típus kiválastásának fő paraméterei a térfogatáram és a viszkozitás. A vízhez közeli viszkozitás esetén (tej, szűrt gyümölcslevek) a lemezes hőcserélő (34. ábra) a legmegfelelőb. Amennyiben rost vagy pektin tartalom növeli a gyümölcslevek viszkozitását, akkor a cső csőben, több csöves és csőköteges hőcserélőkre (35. ábra) térünk át. Erősen besűrített készítmények (lekvárok, dzsemek) esetén a kapart felületű hőcserélőt (36. ábra) alkalmazzuk.
35
34. ábra: Lemezes hőcserélő
35. ábra: Csőköteges hőcserélő
36. ábra: Kapartfelületű hőcserélő Átfolyó rendszerű hőkezelések méretezésekor a (8) egynlet a (36) egyenletté alakul. A minimális tartózkodási időt a berendezés térfogata és a térfogatáram hányadosával, vagy jelzőanyag meghatározzással adhatjuk meg. A minőséget az átlagos tartózkodási időig történő összegzéssel határozhatjuk meg. Az átlagos tartózkodási idő a jelzőanyagos tartózkodási időeloszlás meghatározással kapott görbé alatti terület súlypontjának meghatározásával adható meg (Körmendy 1991). T a / A Tref
t
F
10 0
Ahol: F t
Hőkezelési egyenérték[min] Minimális tartózkodási idő [min]
z
d
a A
(72)
36 a A Tref z
A megtett hőátadó felület nagysága [m2] A teljes hőátadó felület nagysága [m2] Referencia hőmérséklet [°C] Tizedre csökkenési hőmérséklet
A gyümölcsleveknél és zöldségkészítményeknél a pH szerinti felosztás elveiszerint járuk el. A savas élelmiszerek előírásai szerint járunk el. A tejtermékek hőkezelésielőírásait a 16. Táblázat szerint járunk el. A steril tartományban az indikátor mikroorganizmus sokszor a Bacillus stearo thermophylus. 16. Táblázat: A tej hőkezelésének fogalom meghatározásai és paraméterei (ANON 2003) Termizálás:. Hőkezelés Tartós pasztőrözés Gyors pasztőrözés (másodperchevítés) Pillanathevítés: Ultramagas hőmérsékleten végzett hőkezelés (UHT-eljárás): e) Sterilezés: Szigorított hőkezelés:
Kultúratej sterilezés 1.6.2.
olyan kezelés, amely során a tejet 57-68 °C közötti hőmérsékleten legalább 15 másodpercig tartják, és a kezelés után a foszfatáz-próba eredménye pozitív : a nyers tej és tej alapú termékek előállítására szolgáló üzemi tej negatív foszfatáz-reakciót eredményező hevítése 62
71,7 °C t=15 s, vagy ezzel azonos hatásfokú hőmérséklet-idő kombináció A foszfatáz-próba negatív, a peroxidáz-próba pozitív. a tejet 100 °C alatti hőmérsékleten olyan f(T,t) kombinációval kezelik, hogy a foszfatáz- és peroxidáz-próba egyaránt negatív. (81°C 135°C (folytonos hőáramú kezelés), t>1 s. Az így kezelt tejnek meg kell felelnie az 1. számú melléklet I. fejezet 7. pontjában meghatározott követelményeknek. a tejet hermetikusan zárt, sértetlen csomagolásban vagy tároló edényben T>100 °C fölötti hőmérsékleten hevítik. Az így kezelt tejnek meg kell felelnie az 1. számú melléklet I. fejezet 8. pontjában meghatározott követelményeknek a nyers tej egészségügyi vagy higiéniai okokból végrehajtott, legalább 85°Con 25 másodpercig, vagy ezzel egyenértékű hőmérséklet-idő kombináció szerinti hőkezelése, amelynek hatékonyságáról az arra alkalmas módszerrel meggyőződtek. T=95°C t=30 min
A ROTÁCIÓS STERILEZÉS A termék minőségének megóvása érdekében tett erőfeszítéseknél a kutatók rájöttek arra, hogy a folyadékot tartalmazó csomagoláson belül a felületi hőátadási tényező az álló helyzet esetén csak a szabad konvekció szerint alakul: Ha a dobozt forgatják a dobozon belül kényszerkonvekció alakul ki, amely sokkal nagyobb belső felületi hőátadási tényezőt eredményez, miáltal a hő behatolás sebessége nagyobb lesz mert a felmelegedett részek a doboz belseje felé sodródnak és helyükre hidegebb részecskék kerülnek. Ezzel közelítjük az un. HTST elvet. A belső felületi hőátadási tényező értékét így most már a kényszerkonvekció határozza meg. A rotációs sterilezés forgatási formái a kůvetkezők: A test valamelyik tengelye körül. Az FMC rotációs sterilezője egy henger alkotója mentén forgatva továbbítja a konzervdobozokat (37. ábra).
37. ábra: FMC rotációs sterilező tengely körüli forgatással
37
Fejéről a talpára (END OVER END) forgatási forma (38. ábra)
38. ábra: STOCK rotációs sterilező dobozleszorítóval A rotáció akkor a leghatékonyabb az END OVER END eljárásban akkor a legjobb, ha a nehézségi és a centrifugális erő közel azonos (37). Így az optimális fordulatszám (38) 50 1/min alatt marad.
mv2 r
nopt
mg
30
(73)
1 r
(74)
Ahol m v r g nopt
tömeg [kg] a forgatás sebesség [m/s] A forgatás sugara [m] Nehézségi gyorsulás Optimális fordulatszám [1/min]
Ingamozgás egy irányban vagy két irányban (Shaka sterilezés): főleg híg folyadékok esetén (39. ábra)
39. ábra: Az ingamozgásos sterilezés és a hagyományos rotációs sterilezés hőmérsékletalakulása a temrékben
38 A hőpenetráció kihasználása rotációs sterilezésnél: Fordulatszám: Kísérletekkel igazolták, hogy a rotációs sterilezés akkor segíti, gyorsítja a hőkezelést a legjobban, amikor a nehézségi erő = a centrifugális erővel (37 és 38). A fejtér nagysága a dobozban/üvegben: A fejtér nagysága két funkciót szolgál. Egyrészt helyet hagy a termék hőtágulásának, másrészt keverő elemként hat a forgatás közben. Általában a doboz térfogatának 5-7 %-át teszi ki. hőpenetrációt gyorsító hatása különösen viszkózus termékeknél hoz jelentős gyorsulást. A csomagolásban a belső nyomás alakulás meghatározott határokon belül tartásához a fejteret zárás előtt kivákumozzuk. A doboz/üveg mérete: A rotációs sterilezés főleg nagy kiszerelések esetén hoz nagy mértékű hőpenetráció gyorsulást, és ezáltal rövid hőkezelési időt. A termék viszkozitása: A rotációs sterilezés főleg nagy viszkozitások esetén hoz nagy mértékű hőpenetráció gyorsulást, és ezáltal rövid hőkezelési időt. A viszkozitás és a fordulatszám fordítottan arányosak egymással, azaz nagy viszkozitások esetén aránylag kisebb fordulatszámmal dolgozunk és fordítva. A falnál fellépő nyîróerő mértéke: A keveredés létrejöttéhez szükség van egy bizonyos nyíróerőre, de túlzottan nagy fordulatszám esetén a szilárd alkotórészek el kezdenek szétmorzsolódni pl. a húskockáknál. A közeghőmérséklet: Mivel a felmelegedett részecskék a forgatás következtében a faltól hamar a csomagolás belsejébe kerülnek, arra törekszünk, hogy a közeghőmérséklet minél magasabb legyen. 1.6.3.
Szilárd termékek minőségi hőkezelése
Az alacsonyabb hőmérsékletű - hosszabb idejű (LTLT= Lower temperature – Longer time) hőkezelési mód a hagyományos hőkezelési mód változata, amelyet a szilárd, hővezetéssel melegedő-hűlő termékeknél a felületi hőkárosodás csökkentése érdekében, a H vagy HTST hőkezelési módok helyett alkalmazunk. Az LTLT kezelés révén időegység alatt kevesebb hőmennyiséget juttatunk be a termékbe, tehát a felületről el nem szállított hőmennyiség lecsökken, és így a felületi túlmelegedésből eredő hőkárosodás nem lesz olyan nagy mértékű. Ezt a hőkezelési módot legjobban nagy méretű csomagolásoknál, hőérzékeny (pl.májas készítmények), hővezetéssel melegedő-hűlő termékek hőkezelésénél tudjuk előnyösen kihasználni. A kevesebb termékbe juttatott hőmennyiség miatt az adott hőkezelési egyenérték, maghőmérséklet eléréséhez megnövekedhet a hőntartási idő, de csökkenhet a hűtési idő a termék által a tartás alatt felvett kevesebb hő miatt. Amikor az ún. LTLT hőkezelési mód még mindig nem eredményez kellő minőségű hőkezelt terméket, és rendelkezünk integrált nyomás-hőmérséklet szabályzóval a hagyományos vagy LTLT hőkezeléstől (41. ábra) eltérő hőkezeléseket ajánlanak (EISNER 1979). Ez a hőkezelési mód tulajdonképpen azt a célt tűzi ki, hogy a határfelületen a nem állandósult hővezetés harmadfajú határfeltételét, azaz az egy felület elemre felírt elemi hőmérleget, még jobban megközelítsük (35): Az L kezelésnél a közeghőmérsékletet időben vezérlik, és két változtatási időpont között állandó értéken tartják. A kezdeti hőmérsékletet úgy állapítjuk meg, hogy a melegedés be tudjon indulni, azaz a hőpenetrációs görbe ne legyen túl lapos. Az egyes hőmérsékleti lépcsők ideje akkor jár le, amikor a hőmérséklet növekedési üteme (gradiense) a magban lecsökken. Ekkor újabb közeghőmérséklet emelésre van szükség. A lépcsőzetes hőkezelést EISNER (1979) akkor tekinti optimálisnak, amikor a maghőmérséklet emelkedése folyamatos. A felületi C-értékek csökkenése mellett az is megfigyelhető, hogy a lépcsőzetes hőkezelés mag C-értéke nő a H, HTST vagy LTLT kezeléshez képest. Az L hőkezelési módnál a H, HTST és az LTLT hőkezelési módokhoz képest kisebb hőmennyiség jut be a termékbe, ezáltal a belső pontok a (mag) melegedése lassúbb, és ugyanolyan hőkezelési egyenérték eléréséhez még hosszabb idő szükséges, mint az előbbi kezelési módoknál. A kevesebb hőbevitel általi lassabb hőpenetráció ellenére EISNER (1979) még a kezelési idő 10-20 %-os rövidülését is lehetségesnek tartja, a bevitt kisebb hőmennyiség alapján. THALHAMMER (2002) a lépcsőket a maghőmérséklet alakulás szerint adta meg nevezetesen 30; 40 és 50°C maghőmérséklet elérésekor a térhőmérséklet 50°C; 60°C-ra és 70°C-ra vált. A végső korlátozási hőmérsékletet 75°C-ra adja meg. Mindezzel a gond az, hogy a termék méreteit és a külső hőátadási viszonyokat a hőkezelő berendezést nem adja meg. Az idézett irodalmi példák közös jellemzője, hogy azokat a sterilezési tartományra és kisméretű henger geometriájú csomagolásokra adták meg, pl. D=54 mm henger illetve 73x58 és 99x199 DIN dobozok (REICHERT 1976). EISNER (1979) is csak 1500 g-os sonkafélkonzerv hőkezelésre ad meg egy példát cikkében. TEIXEIRA et al. (1975) legjobb tiamin megtartásúnak a lépcsőzetes hőkezelési formát és egy lineáris térhőmérséklet emelkedésű kezelést (lásd a delta T kezelésnél) ad meg 83x116-os dobozra és a No. 2 (USA jelölés) dobozcsaládra (107-129°C között 10 minenként 8°C-kal emelték majd hűtéskor szintén 8°C/10 min sebességgel csökkentették a térhőmérsékletet. A lépcsőzetes hőkezelés speciális formája, amikor csak két lépcsőt alkalmaznak. Az első lépcső hőmérsékletét magasabbra, míg a második lépcső hőmérsékletét alacsonyabbra állítják (41. ábra. Az első lépcső hőmérséklete elérheti a 90-100 °C-ot is. Ennek a speciális kezelésnek az a célja, hogy a magas hőmérséklet hatására a felületi fehérjék koagulálódjanak, így a későbbiekben ezen a rétegen ne tudjon áthatolni a zselé. Ezekre Reichert 1980-ban már utalt. A lépcsőzetes kezelésnek gátat szabhat a csomagolás, ugyanis egyes csomagolóanyagok a 90-100 °C-ot nem engedik meg (műanyagok), ezért a fémcsomagolás, illetve a csomagolatlan termékek hőkezelésénél alkalmazható. A 41. ábraán környezeti hőmérsékletről indulva lineáris hőmérsékletemelkedésű térhőmérsékletet láthatunk, ami egy elnyújtott hagyományos kezelésnek is felfogható. A hőkezelési idő erőteljes növekedését magasabb, de állandó kezdeti térhőmérsékletű szakasszal csökkenthetjük (41. ábra). A 41. ábra a szinuszosan változó térhőmérséklet kialakí-
39 tást láthatjuk (WANG 1991). De kérdés, hogy ezt a hatóságok mennyire engedélyezik. Jelenleg az USDA konzervrendeletben is (ANON 1999a és 1999b) a hőmérséklet ingadozásra ±1°C határértéket adnak meg, illetve az autokláv hitelesítés során az egyes mérési pontok között nem lehet nagyobb eltérés, mint ±0,5°C. A 41. ábra exponenciális térhőmérséklet alakulást mutat (WANG 2002). Ennek a térhőmérséklet alkításnak a legfőbb előnye a folyamat végén is megmaradó gradiensnek tudható be. Ez a megoldás sem léphet viszont túl egy érzékszervi határhőmérsékletet. A változó közeghőmérsékletű kezelések esetén az egyenletesség és reprodukálhatóság problémája mindesetre fennállhat. A hőkezelő berendezésekhez mellékelt jelenlegi hőkezelési programok az állandó lépcsős hőkezelést veszik alapul. (41. ábra. A változó hőmérsékletű kezelésekkel átlagosan 10-20% kezelési idő csökkenést és minőségjavulást értek el eddig (Chen és Ramaswamy 2002, Chen és Ramaswamy 2004, Durance et al. Noronha et al. 1993, Almonacid-Merino et al- 1993. A Delta-T kezelésre a 25°C különbséget ajánlják (Reichert 1980, Reichert és Pogodda 1995), (Thalhammer 2002) de nemi említenek meg konkrét méreteket, így nehéz azokat adaptálni. Thalhammer (2002) 70°C-os maximális végső térhőmérsékletet ajánl, ami a hőkezelést nagyon lelassítja a hőbehatolást a tartási idő végén, ami nagy hőterhelést jelent időben, sőt ezt még fokozza a 20°C-s levegőn hűtéssel. Ez Reichert (1985) szerint is jobb szeletösszetartást ad, de egyik szerző sem ad meg konkrét méreteket. Ez a túlélő mikroflórának kedvez. A delta-T kezelést szorgalmazza továbbra is Reichert (1991), amelyben a 75°C-nál magasabb térhőmérsékletet. A szín, aroma optimumo 65°C-nak tartja, és szerinte 75°C felett nem lehet jó minőségű sonkát előállítani, és delta-T kezeléssel kevesebb főzési veszteséget lehet elérni. Ugyanezt állapította meg mikrohullámú kezelésnél is. (Reichert 1989). Mielnik (1989) is a delta-T kezelést tekintette a jó minőség zálogának. Lange (1990) véges differencia módszert mutatott be a hőkezelési optimum keresésére és ő is ajánlotta a minőségi termékek delta-T kezelését A delta-T = állandó hőkezelés (40. ábra) egyrészt felfogható, mint a lépcsőzetes hőkezelés határesete, amikor a közeghőmérséklet olyan kis időközönként és olyan kis értékkel emelkedik, hogy az ábrázoláskor már egy folytonosan emelkedő vonalat mutat. Mégis van két lényeges eltérés a lépcsőzetes hőkezeléshez képest, mégpedig: A közeghőmérséklet és a maghőmérséklet között állandó hőmérséklet különbség áll fenn míg a végső korlátozási hőmérsékletet el nem érjük, mely elsősorban a termék, másodsorban a csomagolás hőérzékenységétől függ. A közeghőmérsékletet itt már nem az időben vezéreljük, hanem azt a maghőmérséklet által szabályozzuk.
40. ábra: A delta-T hőkezelés APPEL és LÖFQVIST (1978) a termék maghőmérsékletének 0, 1°C/min sebességű emelését ajánlották, amely a vizsgált sonkánál (D=14 cm, H=32, 5 cm) 20°C-os delta-T = állandó kezelésnek felelt meg. I. kísérletükben 36°C-os kezdeti térhőmérsékletről indulva 5°C-os közeghőmérséklet emelésekkel, 90°C végső korlátozási hőmérséklet mellett, egészen 70°C maghőmérsékletig folytatták a hőpenetrációt. Kísérletük II. csoportjánál 20 mines felmelegítési idő után 90 °C hőmérsékletet tartottak. 30 min hűtés után újrapréselés, majd 2 °C-os hűtés következett. REICHERT (1980) bár közelebbről nem adja meg, de amint írja: rostos műbélbe betöltés után hőkezelte a sonkát, amely a húsipari gyakorlatnak megfelelően nem lehetett nagyobb átmérőjű 12-14 cm-nél, és 25°C delta-T értéket tart megfelelőnek. THALHAMMER (2002) ugyanúgy a 25°C delta-T kezelést ajánlja 70°C-os térhőmérséklet mellett, mondván, hogy így a felületi rétegek kevésbé hőkárosodnak, de kihagyja a kezelés idő tényezőjét, ami ezesetben pont a magas hőmérsékleten jelentősen megnő, mert a legenyhébb USDA kritérium is 68, 9°C elérését kívánja meg, és a hőmérsékletgradiens nagyon lecsökken a hőkezelés végére. Ezen kívül nem adja meg a termék méreteket sem TEIXEIRA et al. (1975) 83x116-os dobozra egy állandó hőmérsékletemelkedésű görbét ad meg, amelynek induló hőmérséklete 107°C, és 30 min alatt éri el a 129°C-ot (0, 73°C/min), amelyet ezután 40 perc alatt visszahűt 107°C-ra (0, 55°C/min).
40
"b"
90
90
80
80
70
70 Tér és maghőmérséklet [°C]
Tér- és maghőmérséklet [°C]
"a"
60 50 40
Tér
30 20
60 50 40
Tér mag
30 20
mag
10
10
0
6.
0 0
20
40
60
80
100
0
20
40
Idő [min]
60
80
100
Idő [min]
"c"
"d" 90
90 80
80 70
60 T ér lineáris I.
50
T ér lineáris II.
40 30
60
Térhőmérséklet [°C]
Térhőmérséklet [°C]
70
T ér lineáris III.
20
40
Tér lineáris II.
30
T ér lineáris IV.
10
Tér lineáris I.
50
20
Tér lineáris III.
10
0 0
20
40
60
80
100
120
0 0
Idő [min]
20
40
60
80
100
120
Idő [min]
"e" "f"
I. II. III. IV.
80 70 Tér- és maghőmérséklet [°C]
Térhőmérséklet Térhőmérséklet Térhőmérséklet Térhőmérséklet
50 40
T érhőmérséklet I.
30
T érhőmérséklet II.
20
T érhőmérséklet III.
80
10
T érhőmérséklet IV.
75
0
90 Térhőmérsékletek [°C]
60
85
0
70
20
40
60
80
100
120
Idő [min]
0
20
40
60
80
100
Idő [min]
41. ábra: A változó térhőmérsékletű hőkezelések sematikus ábrái (a) klasszikus, (b) túlzott kezdeti térhőmérséklet (c) lineáris hőmérsékletemelkedésű (d) emelt kezdeti térhőmérsékletű, [e] szinuszosan változó térhőmérséklet, (f) exponenciális térhőmérséklet emelkedés.
41 A csomagolás méreteinél két ellentétes tényezőről kell beszélnünk. Az egyik, hogy a legkevesebb anyagköltséggel a H/D=1 hengeres dobozok és a „tömzsi” dobozok gyárthatók a legkisebb lemezfelületből. A másik, hogy a jellemző méret csökkentésével jelentős kezelési idő megtakarítás érhető el. Ennek ára viszont az, hogy a felületet kell növelni az adott térfogat megtartásához, ami az előzővel ellentétes tendenciát jelent (REICHERT 1985c). A jó minőségű májas készítmények, halkonzervek viszont kifejezetten ilyen csomagolásokban készülnek. A megtakarítási és kiadási költségarányokat érdemes a változó árak világában időről időre felülvizsgálni. A termékgyártási technológia egyrészt a termék kezdeti hőmérsékletét határozza meg a hőkezelés számára [meleg és hideg húskonzervek (pl. készételek illetve vagdalt hús és luncheon meat töltelékes áruk)], Másrészt vannak bizonyos lehetőségek főleg az adalékanyagok területén a hőpenetrációt befolyásoló változtatásokra. Itt ki kell emelni a módosított keményítőket, egyes szénhidrátokat, amelyek az elfolyósodással és vízmegkötéssel befolyásolják a hő terjedésének sebességét. Ez a folyamat az adalékanyagtól függően más és más hőmérsékleten következhet be. A gyártástechnológiában további választási lehetőség az alapanyagok aprítottsági foka. Ez főleg a szalonna méreteit tekintve fontos. Ezen belül a hőkezelés szempontjából kritikus a megfelelő homogén elkevertség. A termékgyártási technológia egyrészt a termék kezdeti hőmérsékletét határozza meg a hőkezelés számára [meleg és hideg húskonzervek (pl. készételek illetve vagdalt hús és luncheon meat töltelékes áruk)], Másrészt vannak bizonyos lehetőségek főleg az adalékanyagok területén a hőpenetrációt befolyásoló változtatásokra. Itt ki kell emelni a módosított keményítőket, egyes szénhidrátokat, amelyek az elfolyósodással és vízmegkötéssel befolyásolják a hő terjedésének sebességét. Ez a folyamat az adalékanyagtól függően más és más hőmérsékleten következhet be. A gyártástechnológiában további választási lehetőség az alapanyagok aprítottsági foka. Ez főleg a szalonna méreteit tekintve fontos. Ezen belül a hőkezelés szempontjából kritikus a megfelelő homogén elkevertség. A termék jellegek a termékre vonatkozó megrendelési és törvényi előírások nagyrészt meghatározzák a termékösszetételeket. Arra viszont lehetőség adódhat, hogy az összetételi és adalékanyag alkalmazási rendeletek alapján csökkentsük a vízaktivitás értékét (LEISTNER és KARAN-DJURDIC 1970). Ezzel az aw-SSP termékekhez juthatunk el. A hőkezelés mértékének jelentős csökkentése elérhető ugyan, de a 15°C-os tárolási hőmérséklet nem szokásos a kereskedelemben, tehát ugyanúgy hűtött tárolást kell biztosítani, mint a félkonzervek esetében. Noronha et al. (1996) a változó térhőmérsékletű kezelést jobbnak tartották az állandó térhőmérsékletűnél. Bár megadtak objektív függvényt az optimumra, azt ajánlották, hogy minden egyes esetet külön vizsgáljanak meg, mert pl. nagyon alacsony optimális hőmérsékleteket is kaphatunk. Freire-de-Noronha et al.(1996) a felületre optimalizálták a hőkezelést és kimutatták, hogy nem mindig jár együtt ez az optimum a térfogatátlag optimummal a változó térhőmérséklettel nemcsak a minőség javulását, hanem energiafogyasztás csökkenést és 20-50%-os kapacitásnövekedést értek el. 20% minőségcsökkenést és 45% teljes folyamat idő csökkenést értek el az állandó térhőmérsékletű folyamathoz képest a kvázi Newton optimalizációs algoritmussal. De nem tartották általánosíthatónak a jelenséget, és esetről esetre vizsgálatot javasoltak. A hőkezelő közeg is kihasználható a kíméletesebb hőkezelés elérésére. A termék hőterjedési tulajdonságainak ismeretében a berendezésváltásnál. Az álló víz pasztőrkád, álló vizes autokláv (40-100 W/m2K felületi hőátadási tényező) kihasználható nagyméretű termékek hőkezelésénél, mivel ott a döntő a termék mérete és nem a felülti hőátadási viszonyok. A keringtett vizes, nedves légáramos, vízpermetes és esőztető hőkezelő berendezések (200-400 W/m2K) kb. egyformán, közepes méreteknél használhatók ki legjobban. A gőz-levegő autoklávok (1000-15000 W/m2K) a folyadékot is tartalmazó, valamint a kisméretű szilrád termékeknél alkalmazható a legjobban. Hűtés is kihasználható nagy méreteknél (d>50 mm) a hőkezelési egyenérték biztosításában. A mai mikorbiológiai elvek alapján az intenzív hűtést preferálják, ezért a hűtés álló levegőben, és vizes kédban ritka. A leggyakoribb a tus alatti és az evaporatív hűtés. Legújabban a vákuumhűtés kezd terjedni. Mindenesetre minél intenzívebb a hűtés annál kevésbé tudjuk rövidíteni a tartási időt, és a nagyon stabil tápellátást (térfogatáram és hőmérséklet) kell biztosítani (lásd a kritikus tényezőket fentebb).
42 Irodalomjegyzék ANON (1976): Hőkezeléssel tartósított teljes konzervek tartóssági próbája. MSZ 3641:1976 Magyar szabvány. Anon (1998): Lethality and Stabilization Performance Standards for Certain Meat and Poultry Products: Technical Paper. USDA Food Safety and Inspection Service December 31. 1998. Anon (1999a): Code of Federal Regulations 21 CFR Part 113 Thermally Processed Low Acid Foods Packaged in Hermetically Sealed Containers 216-248. Anon (1999b): Acidified Foods. 21 CFR Ch. I PART 114 (4–1–99 Edition). Governement Prontiong Office. USDA FSIS Washington DC, USA. ANON (2003): A húskészítmények és egyes egyéb állati eredetű termékek előállításának és forgalomba hozatalának élelmiszer-higiéniai feltételeiről. 20/2003. (II. 28.) FVM rendelet Anon (2003): A nyers tej, hőkezelt tej és a tejalapú termékek előállításának és forgalomba hozatalának élelmiszerhigiéniai feltételeiről. 1/2003 (I:8.) FVM-ESZCSM együttes rendelet BALL, C. O. (1924): Thermal process time for canned food. National Research Council Bulletin (7) Part 1.No.37. 9-76. In.. Goldblith, S.A., Joslyn, M. A., Nickerson, J.T.R. (1961): Introduction to the thermal processingof Foods. AVI Publishing Westport, Connecticut. 937-1004. BALL, C., O., OLSON, F.,C.,W.,(1957): Sterilization in Food Technology. McGraw-Hill, New York. p. 334. Bauder, U. (1974): cited in Reichert (1985): Wärmebehandlung von Fleischwaren. 168. oldal Hans Holzmann Verlag GmbH & CO KG, Bad Wörishöfen. Berry M., R. (1983): Prediction of come-up time correction factors for batch-type agitating and still retorts and the influence on thermal-process calculations. Journal of Food Science. (48) 1293-1299. Bigelow, W. D., Bohart, G. S., Richardson, A. C., Ball, C. O. (1920): Heat Penetration in processsing canned foods Bulletin 16L National Canners Association, Washington D.C. In Goldblith, S. A., Joslyn, M. A., -Nickerson, J. T. R. (1961): Introduction to the thermal processing of Foods. AVI Publishing Westport, Connecticut. 651-783. Bigelow, W. D., Esty, J. R. (1920): The thermal death point in relation to time typical thermophilic organisms. J. INFECTIOUS DIS. (27) (6) 602-617. In Goldblith, S. A., Joslyn, M. A., -Nickerson, J. T. R. (1961): Intorduction to the thermal processing of Foods. AVI Publishing Westport, Connecticut. 263-280. Bigelow,W.D.(1921): The logaritmic nature of thermal death time curves. J. Infectious Dis. 29 (5) 528-536. In Goldblith, S. A., Joslyn, M. A., -Nickerson, J. T. R. (1961): Intorduction to the thermal processing of Foods. AVI Publishing Westport, Connecticut. 281-292. Bigelow, W. D., Catchart, P., H. (1921): Relation of processing to the acidity of canned foods. Bulletin No. 17L National Canners Association, Washington D.C. In GOLDBLITH, S. A.-JOSLYN, M. A.-NICKERSON, J. T. R. (1961): Introduction to the thermal processing of Foods. AVI Publishing Westport, Connecticut. 579-626. Blackwell, J. H., Nolan, E. J., Rickansrud, D. A. (1988): Total caloric input of a thermal process as an index of lethality for foot and mouth disease virus. Journal of Food Science (53) (1) 185-190. Blackwell, J. H., Rickansrud, D. A. (1989): Ingredient effects on the thermal inactiva-tion of foot and mouth disease virus in formulated comminuted meat products. Journal of Food Science (54) (6) 1479-1484. Bognar, K. (1971): cited in Reichert (1985): Wärmebehandlung von Fleischwaren. Hans Holzmann Verlag GmbH & CO KG, Bad Wörishöfen. p. 168. Bown G.: Control and measurement of ambient temperatures in autoclaves. In: Richardson Ph. Improving thermal processing of foods. CRC-Woodhead Publishing Company. Anglia. 2004. p. 107. Bronstejn,I.N.-Szemengyajev,K.A., Musiol, G., Mühlig, H. (2002): Matematikai kézikönyv 8. javított és átdolgozott kiadásTypoTEX Kiadó. Budapest. pp. 923-924. Czegka, M. (1968): Mérések és számítások, kísérletek a sterilezés mikrobiológiai méretezé-sére. Konzerv és Paprikaipar (2) 56-60. Czegka, M. (1982): Gyakorlati következtetések optimális hősterilezés kidolgozásával kapcso-latban. Konzerv és Paprikaipar. 88-92. Deák, T., Farkas, J., Incze, K. (1980): Konzerv- hús- és hűtőipari mikrobiológia. Mező-gazdasági Könyvkiadó 1980. Durance, T., D. (1997): Improving canned food quality with variable retort temperatures. Trends in Food Science and Technology (8) (4) 113-118. Eisner, M. (1979): Die Pasteurization von Schinken-Halbkonserven mit Hilfe der selektiven Stufenverfahrens. Flesichwirtschaft (59) (10) 1443-1451. Eszes, F. (2002): Cooling of meat products and food safety. 48. ICOMST International Congress of Meat Science and Technology 2002. Augusztusz 20-25. Róma Proceedings VOL II. pp. 920-921. Eszes, F., Fenyvessy, J. (2004): Comparisons of heat treatment calculations carried out with variable and constant thermal diffusivity. CHISA 16th International Congress of Chemical and Process Engineering, Prága. 2004. augusztus 22-26. Full text CD-ROM ISBN 80-86059-40-5. Eszes, F., Rajkó, R. (2004): Modelling heat penetration curves in thermal processes. In Richardson Ph. (2004): Improving the thermal processing of foods. CRC Pres Boca Raton Boston New York Washington DC Woodhead Publishing Limited Cambridge England. pp. 307-333.
43 Eszes, F., Rajkó R., Szabó G.,(2005): Determination of Thermal Parameters under Industrial Conditions. Hungarian Agricultural Engineering No.18. pp. 26-28. Feliciotti, E., Esselen, W. B.(1957): cited in Reichert (1985): Wärmebehandlung von Fleischwaren. 168. oldal Hans Holzmann Verlag GmbH & CO KG, Bad Wörishöfen. Flambert, F., Deltour, J. (1972): Localization of the critical area in thermally processed conduction heated canned food. Lebensmittelwissenschaft und Technologie (5) (1) 7-13. Ghazala S., Coxworthy D., Alkanani, T. (1995): Thermal kinetics of Streptococcus-faecium in nutrient broth sous vide products under pasteurization conditions. Journal of Food Processing and Preservation. 19. 4. 243-257. Hayakawa, K-I. (1968): A procedure for calculating the Sterilizing value of a thermal process. Food Technology (22) (7) 905-907. Hayakawa, K-I. (1978): A critical review of mathematical procedures for determining proper heat sterilization processes. (28) (3) 59-65. Herrman, J.(1969): cited in Reichert (1985): Wärmebehandlung von Fleischwaren. Hans Holzmann Verlag GmbH & CO KG, Bad Wörishöfen. p. 168. Hersom, A.(1968): cited in Reichert (1985): Wärmebehandlung von Fleischwaren. Hans Holzmann Verlag GmbH & CO KG, Bad Wörishöfen. p. 162. Houben, S. H. (1982): Hitzeresistenz von Streptococcus faecium in pasteuristertem Schinken Fleischwirtschaft (62) (4) 511-514. Incze K. - Körmendy L. - Körmendy I. - Zsarnóczay G. (1999): Considerations of critical microorganisms and indicator enzymes in connection with the pasteurization of meat products. In: Meat Science. 51. 2. 115-121. Kopelman, I. J., Naveh, D., and Pflug, I., J. (1982): Overshooting of Thermal Processes Due to Temperature Distribution at Steam-Off. J. Food Technol., Vol 17, No 4, P 441-449. Kopelman, I. J., Pflug, I., J. Naveh, D., (1981): On the Conversion Factors in Thermal Processes Journal of Food Technology. 16. 3. 229-238.
Kora, M., Csépány, Á.-né: (1991): Bélbetöltött termékek pasztőrözése a hőkezelési egyenérték alapján I. (1) (2) 21-24. Körmendy I.- Körmendy L.: Thermal Inactivation Kinetics of Mixed Microbial Populations. A Hypothesis paper. In: Journal of Food Engineering. 1999. 38. 439-453. p. Körmendy I.- Mohácsi Farkas C.: Heat treatment and the defectiv units` ratio: surviving active spores in pea pure. In: Journal of Food Engineering. 2000. 45. 225-230. p. Körmendy, I Monspartné-Sényi, J., Gion, B. (1989): Különféle egyenértékszámítási módszerek összehasonlítása. Élelmezési ipar (43) (12) 448-454. Körmendy, I., (1982): Az anyagok hőkezelés alatti változásaival kapcsolatos újabb szemléleti és számítási ismeretek. Élelmezési Ipar.(35) (10) 361-370. Körmendy, I., (1982): Az anyagok hőkezelés alatti változásaival kapcsolatos újabb szemléleti és számítási ismeretek. Élelmezési Ipar.(35) (10) 361-370. Körmendy, I., Körmendy L. (1997): Considerations for calculating heat inactivation processes when semilogarithmic thermal inactivation models are non-linear. Journal of Food Engineering, Volume 34, Issue 1, 33-40. Körmendy, I., Mohácsi-Farkas, Cs.(2000): Heat treatment and the defective units ratio: surviving active spores in pea puree. Journal of Food Engineering 45. 4. 225-230. Körmendy, I: (1987): Outline of a system for the selection of the optimum sterilization process for canned foods. Acta Alimentaria (16) (1) 3-27. Körmendy, L. (1991): Hőkezelés (sterilezés, pasztőrözés). In Szenes E-né, Oláh, M. (1991): Konzervipari kézikönyv. Integra Projekt Kiadó Kft. pp. 171-176. Körmendy, L., Gantner, GY., (1960): Über die saure Phosphatase des Fleisches Zeitschrift für Lebensmitteluntersuchung und Forschung (113) 13. Körmendy, L., Rékasi, É., Fetter, I. (1987): Determination of the extent of heat treat-ment in canned hams by use of the phosphatase test. Meat Science (19) (1) 77-79. Leistner, L. (1986): Hurdle Technology in the Manufacture of Stable Meat-Products. Fleischwirtschaft (66) (1) 10-15 Leistner, L., Karan-Djurdic, K. (1970): Beeinflussung der Stabilität von Fleischkonserwen durch Steuerung der Wasseraktivität. Fleischwirtschaft (85) 1547-1549. Lind, L. (1978): cited in Zsarnóczay, G., Körmendy, L., Dudás, E-né, Mihályi, GY-né (1988): Exportkészítmények hőkezelés szükségletének vizsgálata. Húsipar (37) (2) 74-77. Mafart P., Leguerinel I. (1998): Modeling Combined Effects of Temperatureand pH on Heat Resistance of Spores by a Linear-Bigelow Equation. Journal of Food Science. 63. 1. 6-8. p. Mafart P., Leguerinel I. (1998): Modelling the heat stress and recovery of bacterial spores. In: Intenrational Journal of Food Microbiology. 1997. 37. 1. 131-135. p. Mafart P. (2000): Taking injuries of surviving bacteria into account for optimising heat treatments. In: International Journal of Food Microbiology. 55. 175–179. p. Mafart P. (2005): Food engineering and predictive microbiology: on the necessity to combine biological and physical kinetics. In: International Journal of Food Microbiology. 100. 239-251. p.
44 Mafart P., Couvert O., Leguérinel I., Spegagne I., Gaillard S.(2005): Validation of an overall model describing the effect of three environmental factors on the apparent D-value of Bacillus cereus spores. In: International Journal of Food Microbiology. 100. 223-229. p. Magnus, C. A., Ingledew, W. M., McCurdy, A. R. (1986): Thermal resistance of Streptococci isolated from pasteurised ham. Canadian Institute Food Science and Technology Journal (19) (2) 62-67. Magnus, C. A., Ingledew, W. M., McCurdy, A. R. (1988): Further studies on the thermal resistance of Streptococcus faecium and Streptococcus faecalis in pasteurized Ham. Canadian Institute Food Science and Technology Journal (21) (2) 209-212. Müller, W., D. (1989): Heat-Treating and Smoking Kochwurst and Cooked Cured Products Fleischwirtschaft (69) (3): 308-311. Nagy, I. (1985): Sterilezési egyenértékek meghatározása számítógépes programmal. Konzerv és Paprikaipar (2) 52-54. Naveh, D., Kopelman, I. J., Zechman, L., and Pflug, I. J. (1983b): Transient Cooling of Conduction Heating Products During Sterilization: Temperature Histories. J. Food Processing and Preservation, Vol 7, No 4, P 259-274. Naveh, D., Pflug, I. J., and Kopelman, I. J. (1983a): Transient Cooling of Conduction Heating Products During Sterilization: Sterilization Values. J. Food Processing and Preservation, Vol 7, No 4, P 275-286. Nitsch P.- Vukovic I. (2002): Computer procedure for quick determination of the F-value based on the Gaussian integration. Fleischwirtschaft. 82. 11. 122-123. Nitsch P.- Vukovic I. (2003): Determination of F-values via the internet. Fleischwirtschaft. 83. 8. 34-35. Ohlsson, T H. (1980): Optimal Sterilization Temperatures for flat containers. Journal of Food Science (45) (3) 848-852, 859. Patashnik, M. (1953): A simplified procedure for thermal process evaluation. Food Technology Peleg M. (1999): On calculating sterility in thermal and non-thermal preservation methods. In: Food Research International. 32. 271-278. p. Peleg M. (2002): A model of survival curves having activation shoulder. In: Journal of Food Science. 67. 7. 2438-2443. p. Ramaswamy, H. S., Tung, M. A., Stark, R. (1983): A method to measure surface heat transfer coefficient from steam air mixtures in batch retorts. Journal of Food Science (48) (4) 900-904. Reichart, O. (1983): Experimental method for the determination of thermal death parameters of microorganisms in a continous system. Acta Alimentaria (12) (1) 35-53. Reichart, O., Deák, T., Takács, J. (1979): Enterokokkuszok hőpusztulásának vizsgálata. Konzerv és Paprikaipar (4) 134139. Reichert, J. E. (1980): Die Delta-T Kochung ein neuen Begriff?. Flescherei (31) (5) 478, 480, 482, 484, 486. Reichert, J. E. (1985): Wärmebehandlung von Fleischwaren. Hans Holzman Verlag GmbH & Co., Bad Wörishöfen. p. 164. Reichert, J. E. (1985): Wärmebehandlung von Fleischwaren. Hans Holzman Verlag GmbH & Co., Bad Wörishöfen. p. 13. Reichert, J. E., Bremke, H., Baumgart, J. (1979): Zur ermittlung der Erhitzungseffek-tes für Kochschinken (F-Wert). Fleischerei (30) (8) 624-633. Reichert, J. E., Tumel, H., Lichtfeld, G. (1988): Zur Pasteurisation von Fleischerzeug-nissen. Fleischerei (39) (3) 199200, 202-203. Reichert, J., E. (1976): Die Stufenkochung als Mittel zur Qualitätsverbesserung von Fleischprodukten. Fleischwirtschaft (55) 611-614. Reichert, J., E. (1985): Reichert, J. E. (1985): Wärmebehandlung von Fleischwaren. Hans Holzman Verlag GmbH & Co., Bad Wörishöfen. p. 162. Reichert, J., E., Bremke, H., Baumgart, J. (1979): Zur ermittlung der Erhitzungseffektes für Kochschinken (F-Wert). Fleischerei (30) (8) 624-633. Reichert,J., E., Kudnig, W. (1980): cited in Wärmebehandlung von Fleischwaren. Hans Holzman Verlag GmbH & Co., Bad Wörishöfen. 168. oldal. Rogacsev, V., I., Babarin , V., P. (1983): A konzervipar folyamatos hőkezelő berendezései. Mezőgazdasági kiadó. Budapest. p. 18. Sielaff, H., Andreae, W., Oelker, T. (1982): Herstellung von Fleischkonzerven und industrielle Speisenproduktion. VEB Fachbuchverlag Leipzig. 145-153. Smout, Ch., Van Loey, A.M.L., Hendrickx M.E.G.(2000): Non-uniformity of lethality in retort processes based on heat distribution and heat penetration data Journal of Food Engineering 45 103-110. Stumbo, C. R. (1973): Thermobacteriology in food processing. 2 nd Edition. Academic Press, New York. Teixeira A.,A., Manson J., E. (1982): Computer control of batch retort operations with on-line correction of process deviations. In: Food Technology. (36) (4) 85–90. Teixeira, A., A., Zinsmeister, G., E., Zahradnik, J., W., (1975): Computer simulation of variable retort control and container geometry as a possible means of improving thiamine retention in thermally processed foods. Journal of Food Science (40) 656-659. Thalhammer, K. (1998): Gekonnt produzieren. Raps. Co. Kulmbach Németország.
45 Thompson, G., E. (1919): Temperature-time relationship in canned foods during sterilisation. J. Ind. and Eng. Chem. (11) (7) 657-664 In Goldblith, S.A., Joslyn, M. A., Nickerson, J.T.R. (1961): Introduction to the thermal processing of Foods. AVI Publishing Westport, Connecticut. 629-652. Tokai, G. (1984): Sterilezési egyenérték meghatározása számoló és számítógéppel. Konzerv és Paprikaipar (3) 116-121. Varga, Sz., Oliveira, J., C.,Smout, Ch., Hendrickx, M., E. (2000): Modelling temperature variability in batch retorts and its impact on lethality distribution. Journal of Food Engineering 44. 163-174. Wang, J., Wolfe, R., R., Hayakawa, K.-I. (1991) Thermal process lethality in conduction heated foods. Journal of Food Science (56) (5) 1424-1428. Wirth, F., Takács, J., Leistner, M. (1971): Hitzebehandlung und F-Werte für langfrisitg lagerfähige Fleischkonserven. Fleischwirtschaft (51) (5) 923-932. Wojciechowski, J. (1980): Characteristik und Bewertung der technologischen Verwend-barkeit thermobakteriologischer Pasteurisierungstests von Fleischkonzerven 1. Mitt.: Dezimale Reduktionszeiten und Koeffizienten der Pasteurisierungseffekte Fleischwirtschaft 60 (9) 1726-1731. Wojciechowski, J. (1981): Characteristik und Bewertung der technologischen Verwendbar-keit thermobakteriologischer Pasteurisierungstests von Fleischkonzerven 2. Mitt.: De-zimale Reduktionszeiten und Koeffizienten der Pasteurisierungseffekte Fleischwirtschaft 61 (3) 437-442. Zwietering M.(1999): Gamma conception of bacterial survivals. In European Comission: Predictive microbiology applied to chilled food preservation. Proceedings of Conference No 1997/2 of Comission C2 and International Institute of Refrigeration Directorate-General for Science, research and Development Refrigeration Science and Technology.1999. 212-216. p. Zsarnóczay, G., Körmendy, L. (1992): Új módszer húskészítmények hőkezelésének ellenőrzésére a foszfatáz próba alapján. A Hús (41) (2) 135-140. Zsarnóczay, G., Körmendy, L., Dudás, E-né, Mihályi, GY-né (1988): A marinád hatásának vizsgálata a húskészítmények savanyú foszfatáz aktivitására.Húsipar (37) 167. Zsarnóczay, G., Körmendy, L., Dudás, E-né, Mihályi, GY-né (1988): Exportkészítmények hőkezelés szükségletének vizsgálata. Húsipar (37) (2) 74-77.
Tartalom 1.1. A mikrobiológiai stabilitás biztosításának alapelvei ............................................................. 1 1.2. Bigelow és munkatársainak módszere................................................................................... 1 1.2.1. A pH érték jelentősége ................................................................................................... 1 1.2.2. A pusztulási görbe.......................................................................................................... 2 1.2.3. A hőkezeltség mértékének meghatározása ipari körülmények között ........................... 5 1.2.4. A pasztörözési folyamatok számítása és ellentmondásai ............................................... 8 1.2.5. Adott f értékre vagy adott maghőmérsékletre kezelés ................................................. 11 1.2.6. A hőkezelés méretezés módosításai ............................................................................. 11 1.3. A hőkezelés szükséglet számítás Ball-féle módszere.......................................................... 13 1.4. A folyamatok konverzója a kezdeti és peremfeltételek változása esetén ............................ 16 1.4.1. Konvekciós termékek konverziója ............................................................................... 17 1.4.2. Kondukciós termékek konverziója............................................................................... 19 1.5. A hőkezelt termékek élelmiszerbiztonsága ......................................................................... 21 Felületi hőátadási tényező ingadozása ............................................................................. 26 Maghőmérséklet mérési hiba............................................................................................ 27 1.5.1. Hőkezelési egyenértékek, a hőkezeltség mértékének mérőszámai .............................. 31 1.6. Az optimalizálás mikrobiológiai és művelettani és technológiai alapjai ............................ 33 1.6.1. Az alapelvekérvényesítése ........................................................................................... 34 1.6.2. A ROTÁCIÓS STERILEZÉS ..................................................................................... 36 1.6.3. Szilárd termékek minőségi hőkezelése ....................................................................... 38
