Technická 5, 166 28 Praha 6 – Dejvice IČO: 60461373, DIČ: CZ60461373, bankovní spojení: ČSOB, č.účtu: 130197294/0300.
Z3 – MĚŘENÍ TERMOPASTERAČNÍHO A TERMOSTERILAČNÍHO REŽIMU U POTRAVIN V OBALU. 1. ÚVOD Záhřev potraviny na teploty způsobující denaturaci bílkovin (záhřev na teplotu vyšší než cca 55 °C) vede k inaktivaci (usmrcení, devitalizaci) mikroorganismů. Záhřevem potraviny jsou také inaktivovány nežádoucí enzymy (mikrobiální i přirozené z potraviny), které mohou negativně ovlivnit vlastnosti produktu (termostabilní proteasy a lipasy produkované některými mikroorganismy, enzymy rostlinných pletiv apod.). Záhřevem mohou být také inaktivovány mikrobiální toxiny, z významných toxinů se jedná zejména o botulotoxin, který se varem rozkládá, dále pak patulin…. Naopak termostabilní toxiny, např. enterotoxin produkovaný rodem Staphylococcus aureus, snesou i několikahodinový var. Záhřev potravin, za účelem inaktivace mikroflóry nebo enzymů, nebo jeho účinek se označuje podle použitých podmínek několika názvy užšího specifického významu, které dále uvádíme: Pasterace je tepelné ošetření potravin při použití teplot do 100 °C. Používá se k inaktivaci vegetativních forem mikroorganismů. Inaktivační účinek pasterace obvykle není dostatečný pro inaktivaci (devitalizaci) bakteriálních spor. Sterilace je tepelné ošetření potravin při použití teplot vyšších než 100 °C. Působí inaktivaci vegetativních forem mikroorganismů a většiny bakteriálních spor. Málo kyselé potraviny s pH vyšším než 4,0, určené ke skladování za normální teploty, se sterilují při teplotách nad 120 °C, protože musí být kromě vegetativních buněk inaktivovány také bakteriální spory. Inaktivací všech jedinců všech forem přítomných mikroorganismů je dosaženo absolutní sterility produktu. Takovýto zákrok označujeme jako sterilizaci (nezaměňovat se sterilací, viz výše!). Pro většinu potravin není absolutní sterilita nutná. Snížení mikrobiální kontaminace produktu na úroveň, která zaručuje jeho zdravotní nezávadnost a stabilitu po dobu očekávané trvanlivosti, označujeme jako praktickou sterilitu. Produkt není sterilní, ale přítomné mikroorganismy jsou v takovém počtu, složení, resp. formě, která neohrozí produkt. Většina potravinářských produktů se vyznačuje touto praktickou sterilitou. Blanšírování je tepelné ošetření potraviny směřující k inaktivaci enzymů, obvykle se provádí parou nebo ponořením ovoce nebo zeleniny do horkého roztoku cukru nebo soli. Blanšírování předchází Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, veřejná vysoká škola zřízená zákonem č. 111/1998 Sb., ve znění pozdějších předpisů, se sídlem Technická 5, 166 28 Praha 6 - Dejvice, IČ: 60461373, DIČ: CZ60461373. Bankovní spojení: ČSOB, číslo účtu: 130197294/0300.
zmrazování čerstvé zeleniny, může být použito před sušením. Používá se i v případě výroby pasterovaných nebo sterilovaných produktů, kdy je zapotřebí zabránit rozvoji nežádoucích enzymových reakcí ve výrobních fázích předcházejících pasteraci nebo sterilaci. Tyndalace je tepelné opracování zahrnující opakovanou pasteraci, tj. opakované ošetření záhřevem na teplotu do 100 °C. Po prvním zákroku jsou inaktivovány vegetativní buňky, přežívající bakteriální spóry po vychlazení vyklíčí a jsou devitalizovány opakovaným záhřevem do 100 °C. Způsoby sdílení tepla vedením (kondukcí) a prouděním (konvekcí) jsou znázorněny na následujícím obrázku. Mezi způsoby sdílení tepla patří také sálání. Způsob sdílení tepla je dán povahou (strukturou) potraviny. Od toho se také odvíjí umístění sondy. Vedení – tuhé produkty, proudění – tekuté produkty.
Studené místo v plechovkách s pevnou hmotou (a) a tekutinou (b) Chlazení konzerv a polokonzerv zahrnuje procesy optimálně rychlého zchlazení (limitováno použitým obalem – náhlé změny teplot mohou způsobit destrukci obalu), snížení teploty potraviny mimo rozsah optimálních teplot mezofilní mikroflóry. Vyhláška 326/2001 Sb. • tepelně opracovaným masným výrobkem se rozumí výrobek, u kterého bylo ve všech částech dosaženo minimálně tepelného účinku odpovídajícího působení teploty plus 70 °C po dobu 10 minut. Konzervy a polokonzervy • Konzervy musí být tepelně ošetřeny ve všech částech na teplotu, jejíž účinky odpovídají účinkům teploty 121 °C, působící po dobu nejméně 10 minut. • Polokonzervy musí být tepelně ošetřeny ve všech částech na teplotu, jejíž účinky odpovídají účinkům teploty 100 °C, působící po dobu nejméně 10 minut. Vyhláška 287/1999 Sb. o veterinárních požadavcích na živočišné produkty (novelizovaná Vyhláškou 61/2009 Sb.) § 35 ods. (4) o Součástí vnitropodnikové kontroly konzerv a polokonzerv je provedení termostatové zkoušky u vzorků z každé výrobní dávky (šarže), a to u konzerv při teplotě 37 °C po dobu 7 dnů a při teplotě 35 °C po dobu 10 dnů, u polokonzerv při teplotě 37 °C po dobu 3 dnů a při teplotě 35 °C po dobu 5 dnů.
2. KVANTITATIVNÍ POPIS TERMOINAKTIVACE Termodestrukce mikroorganismů je založena na změnách koloidně chemické struktury buněčných bílkoviny v důsledku zvýšené teploty okolí. Tyto změny vedou buď přímo, nebo nepřímo k tomu, že buňky ztrácejí schopnost reprodukce. Bylo již dříve experimentálně dokázáno, že koncentrace mikroorganismů (jejich počet) klesá exponenciálně s časem.
Obr. 1. Letalitní křivka mikroorganismů Jestliže zajistíme konstantní teplotu a vyneseme do grafu log N (N-počet života schopných mikroorganismů v 1 g substrátu) proti času t, získáme přímku. Tato přímka se nazývá letalitní křivka (Obr. 1.), kde A reprezentuje rychlou destrukci mikroorganismů s počáteční vysokou koncentrací a B pomalou destrukci s malou počáteční koncentrací. Ve skutečnosti se mohou vyskytovat odchylky od lineárního průběhu na počátcích termoinaktivační křivky a při nízkých koncentracích. Destrukce mikroorganismů může být popsána modelem kinetiky prvního řádu: dN/dt = -kN t = 0 N = N0 ln (N/N0) = -kt 2,303 log (N0/N) = kt, kde N0 je počáteční koncentrace mikroorganismů a k je rychlost destrukce D = 2,303/k D se nazývá dekadická redukční doba, která je definována jako čas (nejčastěji v minutách), nutná k tomu, aby se počet přežívajících mikroorganismů snížil desetkrát při dané teplotě a za standardních podmínek. Hodnota D je spolehlivým měřítkem tepelné odolnosti mikroorganismů. Velikost závisí na kontaminaci vstupní suroviny, na aditivních látkách (na obsahu soli, koření) a snižuje se se vzrůstající teplotou úpravy.
Obr. 2. Závislost logaritmu počtu mikroorganismů na čase Z grafu vyplývá vztah pro dekadickou redukční dobu D: D = (t2 –t1) / (log N1 – log N2)
Obr. 3. Závislost log D na teplotě Z grafu vyplývá vztah pro směrnici termoinaktivační křivky z, která vyjadřuje vzrůst teploty potřebný k tomu, abychom za stejné časové období dosáhli desetinásobného snížení koncentrace mikroorganismů. z = (T2 – T1) / (log D1 – log D2) Výpočet požadovaného inaktivačního účinku: Chceme záhřevem ovlivnit kontaminaci potraviny, jehož decimální redukční doba je D a teplotní citlivost z. Předpokládejme, že před záhřevem je v potravině koncentrace vitálních mikroorganismů N0 a že požadujeme její snížení záhřevem na hodnotu N1. Inaktivační účinek se pro uvedené zadání vypočte jako: Fs = D* (log N0 – log N) Požadovaná hodnota snížení mikrobiální kontaminace se volí podle výsledků mikrobiologických rozborů, podle odhadu kontaminace, podle stupně jistoty, kterého chce výrobce dosáhnout apod. V případě nekyselých potravin se vždy počítá se snížením o 12 řádů (výpočet na Cl. bottulinum). Poté
je význam F hodnoty jasný, jedná se o dobu záhřevu potřebnou ke snížení koncentrace mikroorganismů o 12 řádů. Letální podíl Letální podíl čili letalita smrtícího účinku, L(t, z) vyjadřuje inaktivační účinek libovolné teploty t na mikroorganismus o teplotní citlivosti z (v případě Cl. bottulinum z = 10). Letální podíl L je definován tak, že „jedna minuta záhřevu na teplotu t má stejný inaktivační účinek jako L minut záhřevu na referenční teplotu tref". Letalita se pro známé t, tref a z vypočte jako:
( )
Pro nekyselé potraviny se používá tref = 121,1 °C a z = 10 (Cl. bottulinum), s použitím výše uvedených veličin jsme schopni vypočítat inaktivační účinek f (t) jakéhokoliv teplotního průběhu. Mějme teplotní průběh v čase t (τ), kterým chceme sterilovat mikroorganismus o teplotní citlivosti z. Sterilační účinek poté F (τ) od počátku τ = 0 vypočteme jako:
Hodnocení tepelného namáhání (hodnota C100) (Holdsworth, Simpson, 2007) Hodnota C100 (cooking value, referenční teplota 100 °C) vychází z F hodnoty hodnocení termopasteračního účinku. Výpočet C100 hodnoty na začátku záhřevu nemá význam, protože udává minimální účinek. Pro výpočet C100 hodnoty je důležité znát hodnotu zc. Definice zc hodnoty je brána jako teplotní závislost. Hodnota zc se volí podle sledovaných tepelně citlivých komponentů a může nabývat různých hodnot. Pro hodnocení tepelného namáhání masných produktů je nejlépe vybírat hodnoty zc pro vitaminy skupiny B. Hodnota C100 pro vitamin B1 (zc=26,1). Použitá rovnice pro výpočet:
Rozmezí hodnot zc pro různé tepelně citlivé komponenty (°C): Bakterie 7-12 Vegetativní buňky 4-8 Enzymy 10-50 Vitaminy 25-30 Proteiny 15-37
3. ZPŮSOBY HODNOCENÍ TERMOPASTERAČNÍHO TERMOSTERILAČNÍHO ZÁKROKU
A
Cíl práce Komplexní seznámení se s procesem praktické výroby masových konzerv, polokonzerv a sterilované zeleniny s vyhodnocením inaktivačního účinku při tepelném ošetření.
Příprava masové konzervy a sterilované zeleniny dle receptury.
Uzavření výrobků - zhodnocení způsobů uzavírání.
Sledování průběhu sterilizace v autoklávu a pasterační vaně.
Vyhodnocení sterilizačního a pasteračního účinku, senzorické hodnocení produktů, příprava etikety výrobků, porovnání způsobů tepelného ošetření.
Měřicí přístroje Registrační teploměr RT-F51 (přesný miniaturní registrační teploměr 0 ° až 125 °C)
RT-F51 umístěn v signálně označeném držáku Registrační teploměr RT-F51 s příslušenstvím. Je navržen pro kontrolu a záznam teploty s vyšší přesností v reálném čase. Jedná se o záznamník typu „černá skříňka“ (bez displeje) který se naprogramuje podle požadavků měření. Snímá pouze prostorovou teplotu. Způsob záznamu: - Teploměr je umístěn uvnitř měřeného prostoru - Záznam je prováděn nepřetržitě - Data jsou v pravidelných intervalech stahována do vnitřní paměti RT-F51 nebo přenesením do PC na konci měření - Formát dat je: Teplota, datum a čas
Technické parametry: Kapacita paměti: 8192 hodnot (základní přesnost), 4096 hodnot (vyšší přesnost) Rozsah měření: 0 ° až 125 °C Perioda vzorkování: 1 s až 273 hod (cca 11 dní) Zpožděný start zahájení měření k nastavenému datu a casu nebo při překročení nastavené teploty Přesnost měření: ± 0,5 °C (v rozsahu 20 °C až 75 °C, jinak ± 1 °C) Registrační zařízení jsou individuálně kalibrovaná a výsledky měření softwarově korigované Rozlišení měření: 0,5 °C (8-bitové rozlišení) nebo 0,0625 °C (11-bitové rozlišení) Přesnost hodin: ± 2 min za měsíc při teplotě 25 °C Krytí: IP 67 (vodotěsné do 1m hloubky po dobu 30 dní při 25 °C) Propojovací kabel: rozhraní RS232C nebo USB Napájení: interní baterie integrovaná v čipu Životnost baterie: 3 až 7 let (při obvyklém způsobu použití – závisí na provozních podmínkách) Vyhodnocení se provádí pomocí softwaru QiTerm.
Náhled na pracovní okno softwaru QiTerm
Ellab termočlánky (sondy)
Ellab teplotní senzory (typ T thermocouples) Ellab Inteligentní termočlánky E -Val Flex moduly jsou určeny pro sondy Ellab prémiové třídy typu T, 7 strandthermocouples. Ellab termočlánky jsou vybaveny elektronickým ID a pamětí pro kalibrační hodnoty. Skutečnost, že je začleněn identifikační čip v konektoru jack každého termočlánku, výrazně zlepšuje specifikovanou přesnost ( ± 0,05 °C) a snadnou identifikaci termočlánku. Vnitřní čip identifikuje konkrétní termočlánky s pořadovým číslem a obsahuje kalibrační offsety. To umožňuje snadnou správu termočlánků, historických kalibračních dat a snadnou výměnu při spuštění procesu. Databáze softwaru udržuje kompletní záznam provozu. Zobrazí se sériové číslo na konektoru (jack) a hrotu sondy, takže je velmi snadné zjistit, kde je každý termočlánek umístěn, což je velkou úsporou času během instalace. Ellab termočlánky jsou buď uzavřené v PTFE kabelech pro distribuční testy, nebo v silikonu s různými nerezovými hroty sond pro penetrační studie. Ellab vyvíjí a vyrábí široké spektrum sond pro různé aplikace. Sondy s multipoint 4-10 měřicích bodů, sondy pro zmrazené aplikace, sondy pro vysoké teplotní aplikace, speciální sondy pro kapaliny a vzduch, sondy pro horkovzdušné trouby, parní sterilizátory a autoklávy. Naše standardní dodávané sondy se závitem, které zapadají do průchodky, které nenaruší těsnost plechovek. Elektrody Materiál elektrody může být z nerezové oceli, polyxymethylenu nebo PTFE. Nerezové elektrody jsou odolnější a zachovají si lepší stabilitu než standardní termočlánky.
Průchodky a víčko konzervové sklenice upravené pro sondu Ellab
E-Val Flex modul od 5 °C do 50 °C Provozní teplota Teplota Rozsah měřených teplot -200 °C až +400 °C Přesnost měření při 23 °C ±0.05 °C Přesnost systému při 23 °C ±0.1 °C Rozlišení 0.0 1 °C Perioda vzorkování 1 sekunda až 24 hodin Hmotnost 1.9 kg Propojovací kabel: ethernet – křížený kabel Vyhodnocení se provádí pomocí softwaru ValSuite Pro
Náhled na pracovní okno softwaru ValSuite Pro. Porovnání sond a jejich výhody a nevýhody: Základní rozdíl je v bezdrátové aplikaci (RT-F51) a sondy s kabelem (Ellab). Sondy Ellab umožňují sledovat online průběh teplot a podle toho lze řídit celý proces tepelného opracování. Sondy RT-F51 lze umístit přímo do výrobku, který je následně tepelně ošetřen např. v průběžném pasteru nebo rotaklávu (tyto zařízení znemožňují použití sond s kabelem). Dalším rozdílem je přesnost měření a rozsah měřených teplot.
4. SENZORICKÉ HODNOCENÍ Senzorika je významná složka jakosti. Je to způsob hodnocení potravin, při němž je využito lidských zdrojů jako přímých subjektivních orgánů vnímání, a to za takových podmínek, aby se při hodnocení dosáhlo objektivních, spolehlivých, přesných a opakovatelných výsledků. K hodnocení se využívá všech smyslů a u parametrů se hodnotí intenzita a přijatelnost. Parametry se volí u každého výrobku individuálně. Senzorickou analýzou se nikdy nestanovuje složení. Při senzorickém hodnocení se snažíme co nejvíce odstranit rušivé vlivy, které snižují objektivitu výsledků. Požadavky na místnost dle normy ISO 8589 – čistá, větratelná, bez pachů, stálá teplota a pro hodnotitele samostatné kóje. Mezi jednotlivými vzorky by měla být přestávka 40 – 100 s a použit chuťový neutralizátor (voda, bílý chléb, jablko, sýr, mléko, vodka). Rozlišovací zkoušky při senzorickém hodnocení 1. Párová zkouška Nejjednodušší, hodnotí se rozdíl mezi zkoumanými vzorky. Je zde možnost vracet se ke vzorkům. Nevyžaduje zaškolení hodnotitelů. Statistické vyhodnocení výsledků. 2. Trojúhelníková zkouška Trojice vzorků 2 shodné, 1 rozdílný. K jednomu je možné se vrátit. 3. Duo-trio Patří mezi nejstarší metody. Kombinace 1. a 2. zkoušky. 1 standard a 2 neznámé vzorky. 4. Zkouška 2/5 5 vzorků (3x vzorek A, 2x vzorek B). Složitější. K jednomu vzorku se lze vracet. 5. Pořadová zkouška Zjistit rozdíly mezi více jak dvěma vzorky. Postup (ochutnání ⇒ předběžné seřazení ⇒ ochutnání od nejslabšího ⇒ seřazení ⇒případné ochutnání sousedících). Senzorické posuzování potravin stupnicovými metodami A. Kategorové stupnice Př. Chuť: vyhovující x nevyhovující B. Bodové stupnice Popisné slovní (Vůně: neznatelná – přijatelná – velmi silná). Bodové (např.: 1-5). C. Grafické
Výstupem senzorického hodnocení je u bodových a grafických stupnicových metod paprskový graf.
Pracovní postup 1: Příprava masového pokrmu 1. Příprava masového pokrmu (např. paštiky, guláše, sekané) 2. Podle povahy produktu (konzervy apod.), použijeme při uzavírání jedné z konzerv víčko upravené tak, aby bylo možné do něj vložit sondu přístroje Ellab a sonda RT-F51 se umístí přímo do výrobku. 3. V autoklávu provedeme sterilaci podle pokynů a pod dozorem obsluhy. Během sterilace sledujeme F hodnotu a sterilaci ukončíme po dosažení hodnoty odpovídající legislativním požadavkům. 4. Hotové konzervy co nejrychleji vychladíme na teplotu pod 20 °C (chlazení probíhá v autoklávu !!!!). 5. Jednu z konzerv vložíme do termostatu pro provedení inkubační zkoušky podle požadavků legislativy včetně kultivace a vyhodnocení po uplynutí nutné doby. 6. Provedení senzorického hodnocení jedné z vychlazených konzerv. Pracovní postup 2: Příprava sterilované zeleniny v sladkokyselém nálevu, ovocný kompot 1. Očištěnou surovinu, blanšírujeme 10 minut v kyselém roztoku 2. Sklenice uzavřeme, při uzavírání jedné ze sklenic použijeme víčko upravené tak, aby bylo možné do něj vložit sondu přístroje Ellab. 3. Ve vodní lázni provedeme sterilaci podle pokynů a pod dozorem obsluhy. Během sterilace sledujeme F hodnotu a sterilaci ukončíme po dosažení hodnoty odpovídající legislativním požadavkům.
4. Hotové výrobky co nejrychleji vychladíme na teplotu pod 20 °C (chlazení probíhá ve vodní lázni). 5. Jednu konzervu vložíme do termostatu pro provedení inkubační zkoušky podle požadavků legislativy včetně kultivace a vyhodnocení po uplynutí nutné doby. 6. Provedení senzorického hodnocení jedné z vychlazených konzerv a stanovení titrační kyselosti nálevu.
Obsah protokolu:
Hlavička: název úlohy, pracoviště (laboratoř), datum měření, datum odevzdání, jména zúčastněných Cíl práce Princip: o Typy sdílení o Tvorba textury masného výrobku Stručný popis toho, co se opravdu vyrábělo (neopisujte zadání, popište vlastními slovy) Uveďte receptury výrobků Výpočet a zhodnocení termoinaktivačního účinku (příloha MS Excel) Šíření tepla: Kazící mikroflóra: Referenční teplota: tR = Požadované snížení počtu MO: Požadovaný termoinaktivační účinek:
Grafy (uvedené v protokolu) V jednom grafu průběh teploty a termoinaktivačního účinku (F) pro výrobek kde docházelo ke sdílení tepla vedením a prouděním. (3 výrobky = 3 grafy)
Tvorba etikety ke všem vyráběným výrobkům (dle platné legislativy) Senzorické hodnocení vlastní formulář pro každý výrobek, graf s výsledky senzorického hodnocení Závěr: zhodnotit výsledky ze získaných dat (stručně)
Literatura: HOLDSWORTH, D.; SIMPSON, R.: Thermal processing of packaged foods, 2nd ed. [online]; Springer, 2007. http://www.scribd.com/doc/50357652/69/Origin-and-Rationale-of-Cooking-Value (online 14. 5. 2012). KYZLINK, V., et al.: Základy konzervace potravin, (1980), STNL – Praha VOTAVOVÁ, L.: Enzymy. Učební texty předmětu: Principy úchovy potravin. Praha: VŠCHT, 2010. [Online] 2012. KADLEC P., MELZOCH K., VOLDŘICH M. a kolektiv, Co byste měli vědět o výrobě potravin? Technologie potravin. Nakladatelství KEY Publishing, 2009 KADLEC, P. a kol., Procesy potravinářských a biochemických výrob, VŠCHT Praha (1. Vydání), 2003. ADAMS, R. A., MOSS, M. O., Food Microbiology, RSC Publishing, 3rd ed., 2008
