13.18. Визначення формули стерилізації

Консервні банки в спеціальних корзинах або касетах заванта­жують в апарати, призначені для стерилізації консервів. Такі апа­рати називають стерилізаторами.

Після завантаження корзин стерилізатори герметизуються і в них подається пара. Термічне оброблення консервів здійснюють за три фази: підігрівання нагрівального середовища в автоклаві і кон­сервів до температури стерилізації; витримування за температури стерилізації протягом часу, потрібного для відмирання мікрофлори у вмісті в центрі банки; охолодження вмісту банки.

Після охолодження автоклави розгерметизовують і корзини (ка­сети) з консервними банками вивантажують.

Процес стерилізації повторюється з новою партією консервів, тобто процес стерилізації консервів в апаратах періодичної дії здій­снюється циклічно.

Умовний запис процесу стерилізації в автоклавах називають формулою стерилізації. Для автоклавів періодичної дії формула стерилізації має такий вигляд:

де А — тривалість прогрівання нагрівального середовища в авто­клаві до температури стерилізації, хв; В — тривалість стерилізації, хв; С — тривалість зниження температури нагрівального середо­вища в автоклаві до температури (40±2) °С, хв; Т — температура стерилізації, °С; р — тиск нагрівального середовища в автоклаві під час фази В, МПа.

У технічній літературі формулу стерилізації іноді використову­ють у виглядібез позначення тиску, враховуючи, що між

температурою нагрівального середовища і тиском в автоклаві існує певне співвідношення. Проте для різних видів нагрівального се­редовища (пара, вода, пароповітряна суміш) між значеннями тем­ператури і тиску в автоклаві під час стерилізації існує відмінність.

При складанні формули стерилізації визначають температуру і тривалість витримування консервів за температури стерилізації (летальний час для мікроорганізмів) з виявленням інтегрального ефекту від впливу температури та часу її дії на мікроорганізми, а також час нагрівання і охолодження консервів.

Вибір температури стерилізації залежить від виду сировини та ступеня її обсіменіння мікрофлорою, значення стерилізуючого ефе­кту, допустимих для певного продукту змін його хімічного складу і органолептичних показників.

Формула стерилізації для кожного виду консервів регламенту­ється нормативною документацією: державними стандартами, тех­нічними умовами та технологічними інструкціями для них.

При створенні нових видів консервів, впровадженні нових тех­нологій, типорозмірів консервної тари, при коригуванні та оптимі- зації режимів стерилізації потрібно визначати параметри формули стерилізації.

Визначені режими стерилізації для кожного виду консервів під­лягають лабораторним дослідженням та випробуванням у промис­лових умовах.

Основним завданням технології консервного виробництва є ви­готовлення доброякісної продукції, яка має високі органолептичні властивості та унеможливлює вірогідність харчових отруєнь упро­довж гарантованого терміну зберігання за належних умов. Тому для визначення режимів стерилізації використовують переважно методи визначення режимів стерилізації за значенням стерилізую­чого ефекту та зміною поживної цінності консервів.

Визначення режиму нагрівання консервів. Під час нагрі­вання консервів у автоклавах періодичної дії температура в системі змінюється нерівномірно. Найшвидше прогрівається нагрівальне середовище автоклава (пара або вода). Дещо повільніше прогріва­ється рідка фракція консервів, що зумовлено інтенсивними конвек- тивними токами в рідині. М’ясні консерви мають густу консистен­цію і теплота в них поширюється переважно за рахунок теплопро­відності. Тому температура прогрівання вмісту істотно відстає від темпів прогрівання автоклава. За цих умов загальний термічний опір системи нагрівальне середовище — банка — вміст банки мож­на визначити за формулою

де а1 — коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки тари, Вт/(м²-К); 5_ж(_с) — товщина жерсті (скла) стінки, м; Х_ж(_с) — коефіцієнт теплопровідності жерсті (скла), Вт/(м-К); 5_пр — товщина продукту від периферії до центра банки, м; Х_пр — коефіцієнт теплопровід­ності вмісту банок, Вт/(м-К).

Якщо порівняти термічний опір тепловіддачі, термічний опір стінки банкита термічний опір вмісту консервів, то

для жерстяних банок це співвідношення має вигляд 100 : 1 : 25 000, а для скляних банок — 100 : 1000 : 25 000. В обох випадках терміч­ний опір продукту набагато перевищує інші термічні опори. І, отже, тривалість прогрівання вмісту в середині банки значно перевищує тривалість прогрівання стінок банки до температури стерилізації. Тривалість прогрівання вмісту до температури стерилізації визна­чають фізичні властивості продукту (теплопровідність вмісту). Роз­раховуючи тривалість прогрівання вмісту консервів у середині ба­нок до температури стерилізації, термічний опір стінок банок не враховують.

На тривалість прогрівання консервів до температури стериліза­ції крім фізичних властивостей вмісту (теплопровідність, теплоєм­ність) впливають також конструктивні особливості та габаритні розміри автоклавів, розмір банок (відношення висоти банок до їх діаметра), матеріал банки, температура нагрівального середовища в автоклаві та температура вмісту банок до стерилізації.

У м’ясній промисловості консерви виготовляють переважно в ба­нках місткістю до 1 кг.

Найпоширенішим типом автоклавів в Україні є вертикальні ав­токлави. При їх використанні значення А для жерстяних банок бе­руть 20 — 25 хв, для скляних банок місткістю до 0,5 кг — 25 хв, міст­кістю 1 кг — 30 хв.

За підвищення температури під час нагрівання тиск у банці внаслідок розширення вмісту і повітря збільшується. Тиск у банці під час стерилізації визначають за формулами (13.2) і (13.4).

Рівень перепаду тисків у банках і в стерилізаторі не повинен пе­ревищувати певних критичних значень. Для жерстяних банок з діаметром банки 72,8 мм значення критичного тиску р_кр = 138 кПа, для діаметра 153,1 мм р_кр = 30 кПа. З метою запобігання деформу­ванню і розгерметизації жерстяних банок більших типорозмірів і скляних банок, кришки яких мають незначний прогин, а саме скло крихке, перепад тисків під час стерилізації має становити близько 0.

Для зменшення перепадів тиску в банках і автоклавах під час нагрівання і стерилізації в автоклавах підтримують відповідний тиск, подаючи пару і воду під тиском. Пара і вода мають високий коефіцієнт тепловіддачі й одночасно виконують роль нагрівального або охолоджувального (вода) середовища. За цих умов тиск є третім необхідним параметром процесу стерилізації.

Визначення режимів охолодження. З початку процесу охо­лодження припиняється подавання в автоклав пари і подається холодна вода. Проте вміст банок зберігає температуру стерилізації і перебуває відповідно в розширеному стані, тобто під тиском. Щоб запобігти пошкодженням банок, в автоклав одночасно з припинен­ням подавання пари подають стиснене повітря. Протитиск створю-

ють також поступовим подаванням холодної води під тиском, який встановився наприкінці процесу стерилізації.

Під час охолодження консервів внутрішній тиск вмісту зменшуєть­ся і, отже, потрібно зменшувати протитиск в автоклаві. Підтримання сталим значення протитиску може призвести, внаслідок перепаду ти­сків в автоклаві та в банці, до незворотної деформації циліндричного корпусу жерстяних банок або розгерметизації скляних банок через деформування кришок і, отже, до послаблення сил зчеплення в систе­мі метал — ущільнення — паста (гума). Особливо небезпечними є пе­репади тисків при стерилізації консервів у скляних банках, закупоре­них методом «Єврокап», «Євротвіст», «Неофенікс».

Щоб зменшити деформаційні зміни, на циліндричній частині корпусів жерстяних банок роблять одне або кілька поперечних кі­лець жорсткості (за допомогою зигових машин), а на кришках (ден­цях) при штампуванні — рельєфи, конфігурація яких є зворотною конфігурації бомбажних кілець.

Тривалість охолодження зумовлюється збереженням герметич­ності та форми тари вирівнюванням тиску в прогрітій банці з атмо­сферним перед вивантаженням з автоклава. З цією метою консерви у жерстяних банках охолоджують перед вивантаженням із авто­клава до температури 40 — 45 °С.

Нехтування режимами охолодження (С) призводить до незворот­ної деформації або порушення герметичності жерстяних банок, тер­мічного бою або зривання кришок із скляних банок.

Значення тривалості охолодження регламентується технологіч­ними інструкціями і для жерстяних банок становить 20 — 30 хв, для скляних — 30 — 40 хв. Відхилення в бік скорочення тривалості охо­лодження і різке зменшення протитиску в автоклавах спричинює утворення дефектів жерстяних банок («птички», «хлопавки» та ін.), термічний бій або розгерметизацію скляних банок.

Отже, крім температури і тривалості стерилізації у багатьох ви­падках тиск є обов’язковим третім параметром режиму стерилізації, який також впливає на якість консервів. Тому в сучасних стерилі­заторах використовують регулювальні прилади, які за заданою програмою підтримують темп нагрівання (охолодження), трива­лість стерилізації та тиск у середині автоклава.

При визначенні формули стерилізації тривалість нагрівання і охолодження вважають постійною. Тривалість нагрівання (охоло­дження) визначається масою вмісту в банках, видом матеріалу ба­нок і типорозміром автоклава і впливає переважно на фізичний стан банок і їх герметизацію.

Згідно з Методичними вказівками з розроблення режимів сте­рилізації та пастеризації консервів режими стерилізації для кожно­го виду консервів визначають у такій послідовності:

1. Вибір тест-мікроорганізмів і визначення показників їх термо­стійкості (Рт°с, %°с).

2. Визначення потрібної летальностіабо.

3. Вибір режимів стерилізації (пастеризації), який забезпечить досягнення потрібного ступеня летальності мікроорганізмів.

4. Перевірка підібраних режимів у лабораторних умовах.

5. Перевірка режимів у виробничих умовах.

6. Підготовка документації і затвердження режимів стерилізації на певний вид продукції.

Вибір тест-мікроорганізмів. Штами тест-мікроорганізмів ви­бирають залежно від хімічного складу вмісту та його кислотності рН, які зумовлюють можливість їх розвитку у продукті, що дослі­джується.

У м’ясних і м’ясо-рослинних консервах, що мають значення рН понад 4,2, можуть розвиватися Cl. botulinum, які утворюють ток­син — збудник ботулізму, та мікроорганізми, які спричинюють спе­цифічне псування консервів.

При розробленні режимів стерилізації (пастеризації) м’ясних і м’ясо-рослинних консервів використовують показники термостійко­сті Cl. botulinum і Cl. sporogenes.

Для консервів, призначених для дитячого та дієтичного харчу­вання, режими розраховують з урахуванням можливості розвитку Cl. botulinum, B. stearothermophilus та Cl. thermosaccharolyticum.

Значення Z°c і Dt°c визначають експериментально. При визна­ченні показників Z і D для кожного виду тест-мікроорганізмів істот­не значення має активна кислотність (рН) середовища. Для експе­риментального визначення показників Z і D тест-мікроорганізмів використовують продукт з активною кислотністю рН 7,0, при якій Cl. botulinum і Cl. sporogenesмають найбільшу термостійкість.

Показники термостійкості тест-мікроорганізмів у розчині нейт­рального фосфатного буферу визначають також фасуванням шпри­цом по 0,1 см³ у скляні капіляри. Капіляри герметизують з обох бо­ків і по одному вміщують у точку, що найменше прогрівається («хо­лодну точку»), банки з продуктом. При виготовленні різних консер­вів капіляри фіксують за допомогою спеціального тримача. У про­дуктах, що мають густу консистенцію (шматки м’яса, паштети та ін.), і в процесі нагрівання унеможливлене зміщення капілярів, їх фіксують у шматки продукту.

За кожним режимом і видом вмісту банок нагрівають не менше ніж 30 банок з капілярами на тому апараті, для якого підбирають режим. Вміст капілярів висівають безпосередньо після прогрівання і визначають кількість спор, які вижили (пробіт-метод визначення показників термостійкості). Показник D визначають за формулою (13.15).

Переважна більшість вмісту м’ясних та м’ясо-рослинних консер­вів мають густу консистенцію, яку можна розглядати як тверде ті­ло, що нагрівається за рахунок теплопровідності. Для таких середо­вищ залежність термостійкості мікрофлори від температури стерилізації описується простою експонентою, а у напівлогарифмічній системі координат вона має вигляд прямої лінії (див. рис. 13.20). У сучасній теорії консервування константу Zвизначають не як число градусів, на яке потрібно підвищити температуру стерилізації, щоб смертельний час зменшився в 10 разів, а як підвищення темпера­тури, при якому Dзменшується у 10 разів.

Для визначення показника термостійкості Z у напівлогариф­мічній системі координат будують криву термостійкості. На осі абс­цис х відкладають температуру прогрівання Т, °С, а на осі ординат у — логарифм показників термостійкості Dт°c.

Значення показника термостійкості Z графічно визначають за кривою термостійкості (див. рис. 13.20). Можна використовувати зна­чення термостійкості за довідковими даними для консервів, вміст яких має аналогічне значення рН та подібний хімічний склад.

Показники термостійкості тест-мікроорганізмів у фосфатному буферному розчині наведено в табл. 13.16.

Визначення летального часу процесу стерилізації. При

розрахунках формули стерилізації основним завданням є визна­чення значення В — летального часу стерилізації як функції змін­ної температури в центрі банки, що забезпечує загибель мікроорга­нізмів до ступеня промислової стерильності.

У світовій практиці використовують кілька способів визначен­ня режимів стерилізації, основою яких є досягнення необхідного ступеня інактивації мікрофлори і максимальне значення пожив­ної цінності продуктів та їхніх органолептичних властивостей. Найпоширеніші з них — це практичний, аналітичний та графіч­ний способи.

У науково-дослідному та проектно-конструкторському інституті «Консервпромкомплекс» розроблено автоматизовану систему роз­роблення і аналізу режимів стерилізації і пастеризації консервів на основі комп’ютерної техніки.

Практичний метод полягає в тому, що до вмісту банок додаєть­ся певна кількість спор термофільної мікрофлори з відомою тер­мостійкістю. За сталих значень А, С і Т змінюють у широкому діа­пазоні тривалість стерилізації В і через певний час визначають ступінь інактивації спор. При досягненні потрібного ступеня про­мислової стерильності консервів визначають значення В. Цей ме­тод використовують для визначення ступеня стерилізації лише для певного продукту, який міститься в тарі певного виду і містко­сті. Практичний метод трудомісткий і дає велику похибку при ви­значенні режимів стерилізації.

Найпоширенішими є аналітичний та графічний методи.

Аналітичний метод визначення режимів стерилізації запропо­нував Ч. Болл. На відміну від практичного методу, аналітичний метод не потребує проведення експерименту, наявності спеціаль­ного обладнання, витрат сировини, приладів для вимірювання температури. Сутність цього методу полягає у використанні мате­матичної залежності між температурою нагрівального середовища і температурою вмісту в центрі банки та закономірності, згідно з якою при нагріванні кожній температурі відповідає певний сту­пінь летальності мікроорганізмів із термостійкістю Е. Використо­вувати аналітичний метод можна лише за умов нагрівання кон­сервів переважно за рахунок теплопередачі.

Практичне використання аналітичного методу потребує експе­риментального визначення фізичних характеристик вмісту, сте­рилізуючого ефекту або летальності кожного режиму стерилізації.

Режими стерилізації, визначені аналітичним методом, перевіря­ють також у лабораторних умовах та на виробництві.

Згідно з Методичними вказівками з розроблення режимів сте­рилізації та пастеризації консервів потребує експериментального визначення констант термостійкості та швидкості відмирання тест-мікроорганізмів, які небезпечні для здоров’я людей та (або) спричинюють специфічне псування консервів.

Графічний метод, на відміну від практичного та аналітичного, має наочний характер. Він здійснюється за три етапи: побудова термограми процесу стерилізації, визначення загального ефекту інактивації спор і порівняння його з нормативними або розрахун­ковими значеннями стерилізуючого ефекту.

На першому етапі будують будь-яку віртуальну термограму (рис. 13.22). Аналізуючи термограму, можна дійти висновків, що мають істотне значення при визначенні режимів стерилізації:

♦ температура вмісту консервів під час прогрівання змінюється в часі, при цьому вміст прогрівається по об’єму нерівномірно;

♦ температура в центральній частині банки змінюється в часі інакше, ніж в автоклаві;

♦ значення А, В, С і Ту формулі стерилізації характеризують лише режим роботи автоклава і не відображають ступінь ефектив­ності дії режимів термооброблення на продукт, який консервують;

♦ чим вища температура вмісту консервів на початку стерилі­зації, тим менше часу А потрібно для прогрівання його до темпе­ратури стерилізації;

♦ значення А і С для певного виду банок (місткість до 1 кг) вважають сталими.

Проте за постійних умов стерилізації (однаковий тип стерилі­затора; вид, розмір і форма банок; хімічний склад і теплофізичні властивості вмісту; одне нагрівальне середовище) рівень темпера­тури в центрі банки є функцією температури в автоклаві.

Зміни температури під час стерилізації ускладнюють оціню­вання ефективності конкретного режиму стерилізації, оскільки потрібно враховувати летальний час для кожного значення тем­ператури. Хоча визначати загальний летальний час мікроорганіз­мів як суму елементарних значень летального часу за кожної тем­ператури не можна. Потрібно час дії певної температури на мікро­організми перевести в еквівалентний час дії на мікроорганізми еталонної температури. За еталонну температуру в консервній промисловості беруть температуру 121,1 °С. Такі перерахунки мож­на здійснювати, якщо рівняння (13.5) подати у вигляді

де Т_е — еталонна температура, 121,1 °С; Т — температура стери­лізації, °С; Z — константа термостійкості мікроорганізмів, °С.

Якщо через F позначити час дії температури 121,1 °С, еквіва­лентний за дією на мікроорганізми будь-якої температури стери­лізації Т протягом часу U, то рівняння (13.20) набере вигляду

або

Із рівняння (3.22) знаходимо

Число F прийнято називати стерилізаційним ефектом або ле­тальністю температури стерилізації, що діє на відрізку часу U. F-ефект, або летальність мікроорганізмів, вимірюється в умовних 121,1-градусних хвилинах — еквівалентних хвилинах (е.хв).

Щоб отримати F]_21,1 — летальний час, еквівалентний дії нагрі­вання на мікрофлору за температури Т протягом певного часу U, потрібно час U помножити на коефіцієнт

тоді F-ефект для певного відрізку часу U дорівнює

де U — час, протягом якого діяла температура стерилізації Т, хв.

Використання рівняння (13.24) дає змогу отримати значення перевідних коефіцієнтів kF за будь-якої температури стерилізації. При цьому значення коефіцієнта термостійкості вибраної тест-куль- тури Z є сталим, що характеризує кут нахилу лінії відмирання мік­роорганізмів за будь-яких температур стерилізації (рис. 13.20). Екс­периментально встановлено, що для Cl. botulinum, Cl. sporogenes, термофільних бактерій значення Z становить 10 °С.

У рівнянні (13.24) всі величини є сталими крім температури стерилізації. Отже, підставляючи у рівняння (13.24) значення будь-якої температури, можна знайти потрібне значення перевід­ного коефіцієнта.

Значення перевідних коефіцієнтів для значення константи термостійкості Z = 10 °С у діапазоні температур від 90 до 130 °С наведено в табл. 13.17.

Аналізуючи дані табл. 13.17, можна дійти висновку, що зміни температури (навіть на 1 °С) помітно впливають на темп відми­рання мікрофлори. Так, температура 112 °С у 10 разів сильніше діє на відмирання спор порівняно з температурою 102 °С (1 хв при 112 °С спричинює таку саму летальну дію, як 10 хв при 102 °С).

З метою визначення значення В на термограмі (рис. 13.23) прямою 1 — 1 на рівні 96 °С для режимів стерилізації або на рівні 60 °С для пастеризації визначають проміжок часу а - 6процесу стерилізації (пастеризації), протягом якого знищуються спори, включаючи нагрівання, витримування за сталої температури та охолодження. Проміжок часу а - 6 на кривій прогрівання (термо­грами) поділяють для спрощення розрахунків на однакові інтер­вали часу Ц по 1 або 5 хв (чим менший інтервал Пі, тим точніші розрахунки).

У процесі нагрівання (охолодження) значення температури на кожному інтервалі Пі термограми в проміжку часу від а до 6 (див. рис. 13.23) постійно змінюється. Тому для зручності проведення

розрахунків умовно приймають температуру для кожного відрізка часу иі сталою. Значення цієї температури дорівнює середньо­арифметичному значенню температур на граничних точках кож­ного інтервалу иі.

За значеннями цих температур з табл. 13.17 вибирають (або розраховують) значення перевідних коефіцієнтів кр і будують у масштабі криву перевідних коефіцієнтів кр (крива 2 на рис.

13.23). Оскільки значення перевідних коефіцієнтів перебувають у прямій кореляції з температурою, форма кривої кр має такий са­мий характер, що і термограма. Площу, обмежену кривою аЬсі, розраховують як визначений інтеграл типу |кріт. Вона є стерилізуючим ефектом або летальністю процесу стерилізації в інтер­валі часу від а до і (див. рис. 13.23). Для розв’язання визначеного інтеграла застосовують методи наближеного інтегрування. Зага­льне значення стерилізуючого ефекту режиму стерилізації дорів­нює сумі елементарних стерилізуючих ефектів на кожному відріз­ку иі часу:

Розраховане значення Р_еф є тривалістю уявного стаціонарного режиму теплового оброблення при 121,1 °С за умови миттєвого нагрівання до 121,1 °С, витримування за температури 121,1 °С протягом Р_еф хвилин і миттєвого охолодження до сублетальних температур. Вплив цього уявного стаціонарного процесу стерилі­зації на мікрофлору еквівалентний реальному нестаціонарному режиму стерилізації, що відбувається у змінному температурному полі впродовж теплового оброблення в інтервалі часу від а до 6.

Зручність показника Р_еф полягає в тому, що різні температурні рівні реального процесу, які вимірюють упродовж різних відрізків часу, визначаються одним числом. Проте це число ще не дає уяв­лення про достатній ступінь знищення мікрофлори. Цей режим може бути недостатнім або надлишковим. Його потрібно порівню­вати з нормативним необхідним стерилізуючим ефектом Ц₀.

Визначення потрібної летальності є другим етапом розра­хунку формули стерилізації.

Відомо, що загибель мікроорганізмів у вологому середовищі має логарифмічний характер. Повністю знищити всі спори при стерилізації неможливо і розрахунки потрібного ступеня стерилі­зації Ц слід вести до досягнення певного ступеня промислової стерилізації.

Для визначення часу, необхідного для досягнення заданого ступеня стерильності п, використовують формулу (13.14):

де т — тривалість стерилізації консервів, хв; — кількість мікро­

організмів у вмісті консервів на початку процесу стерилізації; N — кількість мікроорганізмів у вмісті наприкінці процесу стерилізації;

О — коефіцієнт, який відповідає інтервалу часу, необхідного для зменшення концентрації мікроорганізмів (спор) у продукті в 10 ра­зів під впливом будь-якої певної температури стерилізації.

Значення коефіцієнтів термостійкості певних мікроорганізмів за температури 121,1°С наведено в табл. 13.16.

Якщо у рівняння (13.14) підставити значення О1211 °с для пев­ного виду мікрофлори, то тривалість стерилізації (яка визначаєть­
ся р-часом) щодо певної мікрофлори при визначених значеннях N та А_к знаходять за формулою

Оскільки значення О для певного виду мікроорганізмів у пев­ному виді консервів є сталим, то питання щодо розрахунку потріб­ної летальності р зводиться до визначення потрібного ступеня стерильності

При цьому значення А_к задають дуже малим — як число 10 у будь-якому від’ємному степені а:

тоді формула для визначення ступеня стерильності набере вигляду

або

Значення ступеня стерильності (13.30) підставляємо у рівняння

(13.28) і отримуємо рівняння для визначення нормативної лета­льності:

Розраховуючи нормативні значення, слід ураховувати санітар­ні й економічні вимоги:

♦ потрібно повністю унеможливити ймовірність захворювання ботулізмом;

♦ допустимий біологічний брак консервів при зберіганні не по­винен перевищувати 0,01 %.

Найголовніша мета технології консервування м’ясних продук­тів — це випуск доброякісної продукції, яка повністю виключає ймовірність харчових отруєнь. Тому за будь-яких режимів стери­лізації має бути забезпечена загибель збудників ботулізму.

Знищити всі мікроби збудників ботулізму під час стерилізації неможливо. У зв’язку з цим мікробіологи ухвалили рішення, що режими стерилізації мають забезпечувати ймовірність виживання не більше ніж однієї спори в одній банці в партії з 10¹² банок. Та­ку кількість консервів не виготовляє жодна країна світу, тому за­даючи значення а =12 у рівнянні (13.31), практично можна гаран­тувати повне знищення збудників ботулізму в консервах, викори­стовуючи стерилізацію за такими режимами.

Значення N0 у рівнянні (13.31) беруть з умов найбільш можли­вого обсіменіння сировини збудниками ботулізму. Враховують, що до початку стерилізації у кожній банці міститься по одній спорі Cl. botulinum.

Загальна кількість мікрофлори у вмісті банок перед початком стерилізації досягає до 10⁷ клітин і вище в 1 г сировини. Однак практично всі ці мікроорганізми належать до вегетативних форм, частка спорових термофілів дуже мала. Серед них кількість гни­льних анаеробів, які здатні розвиватися в консервах і спричиняти їх псування, становить незначну частку від загальної кількості спор у банці.

При значному загальному обсіменінні вмісту мікрофлорою од­на спора Cl. botulinum припадає на 100 банок або значно рідше — на 50 банок.

Виходячи з попередніх посилань, потрібний ступінь стериліза­ції консервів за Cl. botulinum

і, отже, потрібна летальність режимів стерилізації консервів за збудником ботулізму становить

Значення константи D залежить від активної кислотності сере­довища (вмісту) і для консервів з різним значенням рН і хімічним складом константа D має різне значення. У рівняння (13.33) під­ставляють значення D для Cl. botulinum за температури 121,1 °С для буферного середовища (D₁₂₁₁°c = 0,20 хв). Тоді

Отже, 3 ум. хв (тобто витримування вмісту при 121,1 °С протя­гом 3 хв) є загальною нормативною тривалістю стерилізації слабо- кислих консервів за Cl. botulinum.

Орієнтувати розрахований режим стерилізації на потрібну ле­тальність за збудником ботулізму — це завдання першочергової важливості. Проте крім ймовірності перебування в консервах спор Cl. botulinum у вмісті консервів може бути інша гнильна мікро­флора, яка має значно вищу термостійкість, ніж Cl. botulinum.

Згідно з рекомендаціями НДПКІ «Консервпромкомплекс» при розробленні режимів стерилізації м’ясних і м’ясо-рослинних кон­сервів слід ураховувати ймовірність наявності у вмісті Cl. sporo- genes.

Якщо не інактивувати анаеробну гнильну мікрофлору, то під впливом мікробних ферментів відбувається гідролітичний розпад білка до поліпептидів і більш низькомолекулярних сполук. Деякі речовини, що утворюються при гнильному розпаді м’ясних проду­ктів, зокрема кадаверин, гістамін, індол, скатол, є отруйними. Га­зоподібні продукти розпаду (сірководень, аміак, діоксид вуглецю та ін.) розпушують структуру вмісту і надають йому неприємного запаху. Під час гнильного псування м’яса відбувається окиснення та гідролітичний розпад жирів.

Ознакою гнильного псування є бомбаж — здуття банок під впливом тиску газоподібних продуктів розпаду. Вміст бомбажних банок має низькі органолептичні властивості і може спричинити харчові отруєння.

Бомбажні банки з ознаками мікробіологічного псування зни­щують. Отже, бомбажні банки — це брак і режими стерилізації (з економічних позицій) мають забезпечувати мінімум втрат. У промисловості нормується відсоток так званого «біологічного бра­ку» консервів. Він не повинен перевищувати 0,01 % від загальної кількості банок у партії. Тобто можна допустити біологічний брак у розмірі однієї банки на партію 10 тис. банок (М_к = 10^-4 і а = 4).

Початкова кількість мікроорганізмів — збудників специфічно­го псування значно вища, ніж Cl. botulinum і, враховуючи статис­тичні дані, значення П0 беруть від 0,1 до 3 спор на 1 г (см³) вмісту.

Згідно з формулою (13.31) потрібну летальність можна розра­хувати за формулою

де П0 — початкова концентрація спор тест-мікроорганізмів, шт./г (см³); G (V) — маса (об’єм) продукту в одиниці упаковки (банці), г (см³).

Якщо взяти початкове обсіменіння продукту збудником специ­фічного псування Cl. sporogenes (константа D = 0,6 хв) п₀ = 1 спора на 10 г продукту, то потрібна летальність для банок з місткістю 500 г становить

Порівнюючи значення норм летальності для Cl. botulinum F_n = 2,40 ум.хв і для збудників специфічного псування F = 3,42 ум.хв видно, що норма летальності для збудників специ­фічного псування на 1,02 ум.хв більше. За нормативну леталь­ність мікрофлори консервів Р_н слід брати 3,42 ум.хв.

Специфічне псування консервів, призначених для дитячого харчування, спричинюють ще більш термостійкі мікроорганіз­ми — термофіли типу Bac. stearothermophilus та Cl. thermosac- charolyticum. Термостійкість цих термофілів значно вища, ніж Cl. sporogenes (див. табл. 13.16), тому норма стерилізуючого ефек­ту режимів стерилізації консервів для дитячого харчування залеж­но від хімічного складу вмісту становить від 11 до 16 ум.хв.

Потрібну летальність режиму стерилізації (пастеризації) в сте­рилізаторах періодичної та безперервної дії розраховують відпо­відно до Методичних вказівок з розроблення режимів стерилізації та пастеризації консервів, які виробляють на підприємствах України, за формулою

де— потрібна летальність режиму відповідно стери­

лізації і пастеризації, ум.хв; Т°С — базисна температура, °С; Z — кількість градусів, на яку потрібно збільшити температуру нагрі­вання продукту, щоб час термічної загибелі мікроорганізмів зме­ншився у 10 разів, °С; D_T °c — значення термостійкості тест-мік-

роорганізмів у продукті, що стерилізується, за базисної темпера­тури Т°С, хв; % — початкова кількість спор (клітин) тест- мікроорганізму в 1 см³ продукту, що стерилізується; V — об’єм продукту в одиниці упаковки (банка, туба та ін.), см³; S = 0,01 — допустимий мікробіологічний брак консервів, %; х — поправковий коефіцієнт для апроксимування кривої виживання експоненціа­льною прямою (при використанні значення, яке визначають про- біт-методом, х = 0).

Летальність термічного оброблення продукту має забезпечува­ти інактивацію (в першу чергу) Cl. botulinum, а також збудників специфічного псування.

Так, для м’ясних і м’ясо-рослинних консервів для дитячого ха­рчування з рН > 5,2 як тест-мікроорганізм рекомендується обира­ти Bac. stearothermophilus. Методичними вказівками з розроблен­ня режимів стерилізації та пастеризації консервів, які виробляють на підприємствах України, нормативи потрібної летальності ре­жимів стерилізації консервів для дитячого харчування рекомен­довано визначати за формулою

Довідкові дані, які можна використовувати для визначення по­трібної летальності режимів стерилізації деяких видів м’ясних консервів наведено в табл. 13.18.

На третьому етапі розрахунків порівнюють ефективний (фак­тичний) і нормативний (розрахунковий) стерилізуючий ефекти, зведені до еталонної температури.

Науково обґрунтованою формулою стерилізації є така формула, фактична летальність якої дорівнює або є дещо більшою за потрі­бну, тобто

Отже, коригування умовно прийнятих або діючих режимів сте­рилізації полягає у порівнянні розроблюваних режимів стерилі­зації з нормативним часом летальності. Цей метод можна викори­стовувати не тільки для графічного способу визначення режиму стерилізації, а й для випадково вибраних режимів стерилізації.

Якщо ефективний стерилізуючий ефект Р_еф > Р_н, то тривалість стерилізації у досліджуваній (прийнятій) формулі перевищує нор­мативний стерилізуючий ефект і надлишок стерилізуючого ефек­ту становить

За умови, що Р_еф < Р_н, тривалість нагрівання для забезпечення потрібного рівня стерилізації консервів у формулі (13.36) менша за нормативну на значення

Надлишкову або недостатню тривалість стерилізації визнача­ють із формули (13.23):

За потреби режим стерилізації коригують на ±и_х.

Якщо ^_еф > Р_н, то формула стерилізації набере вигляду

При ^_еф < уточнена формула стерилізації має вигляд

Науково обґрунтована формула стерилізації передбачає фак­тичну летальність, яка дорівнює або незначно перевищує нормо­ване (розрахункове) значення летальності для найбільш термо­стійкої мікрофлори, характерної для вмісту консервів.

Таким чином, за допомогою скоригованої формули стерилізації можна прогнозувати мікробіологічну стабільність готової продук­ції під час зберігання.

Використання методів розрахунку ^_еф дає змогу оцінювати ефективність режимів стерилізації, завдяки чому можна знижува­ти енергозатрати на виробництво консервів і підвищувати якість готової продукції, не перетримуючи її під впливом температури.

Користуючись формулою (13.28) для визначення фактичної ле­тальності режиму стерилізаціїможна розраху­

вати залежність між фактичною летальністю певного режиму сте­рилізації і очікуваним відсотком біологічного браку. В остаточно­му варіанті ця залежність має вигляд

де р — очікуваний біологічний брак, %; N0 — початкова кількість мікроорганізмів, од./продукт; -О_т і°с — константа термостійкості певного мікроорганізму, хв; ^_еф — фактична летальність режиму стерилізації, ум.хв.

Якщо р > 0,01 %, то визначену тривалість стерилізації потрібно продовжити, підвищивши фактичну летальність режиму. У разі підвищення ^_еф всього на 1 хв біологічний брак зменшується у 10 разів.