Thermische Validierungsstudien für Lebensmittelkonserven in Metallbehältern. Wärme-Durchdringung

Wie wir bereits in der letzten Veröffentlichung erwähnt haben, sind die in den Konservenfabriken durchgeführten thermischen Validierungsstudien obligatorisch und werden von einigen Akkreditierungsstellen zur Förderung der Lebensmittelsicherheit, wie BRC, IFS, HSEQ, FSSC 22000 usw., in externen Audits verlangt. Sie werden auch von internationalen Gesundheitsbehörden wie der Food and Drug Administration (FDA), der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), der EU, dem Vereinigten Königreich, DIPOA, SENASA und anderen gefordert.

Diese Untersuchungen sind Teil des Verifizierungsprozesses des in den Konservenfabriken umgesetzten HACCP-Plans und garantieren, dass pasteurisierte oder sterilisierte Konserven, insbesondere Konserven mit niedrigem Säuregehalt (LACF), wie Fleisch, Fisch, Meeresfrüchte, Spargel, Erbsen, Bohnen, Mais, Feigen, Milch und andere, einen stabilisierten End-pH-Wert von über 4 aufweisen.5, haben ihre kommerzielle Sterilität zufriedenstellend abgeschlossen, und es besteht kein Risiko von Clostridium botulinum in den Lebensmitteln, da dieser Mikroorganismus der Produzent des Botulinumtoxins ist, das den Tod des Verbrauchers verursachen kann.

Thermische Validierungsstudien müssen von einer für thermische Prozesse zuständigen Stelle durchgeführt werden, d. h. von einer Person oder Organisation, die über fundierte Kenntnisse der Anforderungen an die Wärmebehandlung von Lebensmitteln in Dosen verfügt, damit diese für den Verbraucher völlig unbedenklich sind, und die über die erforderliche Ausrüstung und Sachkenntnis zur Durchführung solcher Prozessbestimmungen verfügt.

Es gibt zwei Hauptstudien, die Wärmeverteilungsstudie, die an den Erhitzungsgeräten oder Sterilisatoren durchgeführt wird und die wir in der vorherigen Veröffentlichung vom März 2022 entwickelt haben, und die Wärmedurchdringungsstudie, die direkt an den Lebensmitteln durchgeführt wird, die sich in hermetisch verschlossenen Metallbehältern befinden, worauf wir weiter unten eingehen werden.

1. DIE STUDIE ZUR WÄRMEDURCHDRINGUNG

Es handelt sich um eine wissenschaftliche Methode zur Bestimmung des Niveaus der kommerziellen Sterilität oder Fo, das erreicht wird

in einer Lebensmittelkonserve während der vorgesehenen Wärmebehandlung. Diese Untersuchung ist spezifisch für jede Dosengröße, je nach dem endgültigen stabilisierten pH-Wert des Lebensmittels, und soll einen bestimmten Mikroorganismus abtöten, der in dieser Umgebung wachsen und eine lebensmittelbedingte Krankheit (FBD) verursachen kann, die den Verbraucher infiziert, vergiftet oder im schlimmsten Fall zum Tod führen kann, was schwerwiegende Folgen für die öffentliche Gesundheit hat.

Zu den häufigsten TSE gehören Botulismus, Gastroenteritis, Listeriose durch Listeria monocytogenes, Salmonellose durch Salmonella Sp, Cholera, Hepatitis usw. In Anbetracht der Tatsache, dass Botulismus die schwerwiegendste TSE ist, die bei der industriellen und handwerklichen Herstellung von Lebensmittelkonserven auftreten kann, werden wir in diesem Artikel Clostridium botulinum (Cb) als Referenz betrachten, um einige Begriffe zu definieren, wie z. B. D-Wert, z-Wert, Mindest-Fo, Berechnungsmethoden, thermische Zerstörungskurven, Datenanalyse, kommerzielle Sterilitätsgrade und andere Themen, die zu gegebener Zeit diskutiert werden.

2. DIE WÄRMEBEHANDLUNG ODER DAS PROGRAMMIERTE VERFAHREN

Nachdem die Dosen mit Lebensmitteln und Flüssigkeiten gefüllt, evakuiert und luftdicht verschlossen wurden, werden sie für eine bestimmte Zeit und bei einer bestimmten Temperatur mit einem Heizmedium erhitzt, das gesättigter Dampf unter Druck, heißes Wasser oder eine Mischung aus beidem sein kann, um mikrobiologische Lebensmittelstabilität oder kommerzielle Sterilität zu erreichen (FDA, USDA), die definiert ist als der Zustand, der in einem Lebensmittel in Dosen durch die Anwendung von Hitze erreicht wird, um ein Produkt zu erzeugen, das frei von Mikroorganismen ist, die sich unter normalen Bedingungen der kommerziellen Lagerung und des Vertriebs ohne Kühlung im Lebensmittel vermehren können.

Die Wärmebehandlung von Lebensmitteln in Dosen kann je nach der Temperatur, auf die das Erhitzungsmedium erhitzt wird, als pasteurisiert (unter 100 °C / 212 °F) oder sterilisiert (über 100 °C) bezeichnet werden und gilt wegen des hohen Risikos des Überlebens pathogener Bakterien, die die Gesundheit des Verbrauchers beeinträchtigen können, als kritischer Kontrollpunkt (CCP) im HACCP-Plan eines jeden Konservenbetriebs.

Einige sehen einen Zusammenhang zwischen der Resistenz der Bakterien und der Stabilität der hitzeresistenten Enzymproteine, die mit den bakteriellen Sporen assoziiert sind, doch die weit verbreitete Ansicht ist, dass die Keime durch die Gerinnung ihrer Zellproteine absterben.

Der programmierte oder festgelegte Prozess wird von einer PT-Behörde entworfen, die mit Hilfe von Wärmeeindringstudien die Zeit- und Temperaturparameter bestimmt, denen ein Lebensmittel in Dosen ausgesetzt werden muss, um kommerzielle Sterilität zu erreichen.

3. WÄRMEBESTÄNDIGKEIT VON MIKROORGANISMEN

Jede Temperatur, die über der maximalen idealen Wachstumstemperatur des Mikroorganismus liegt, ist tödlich. Vegetative Formen von Bakterien, Hefen und Pilzen werden bei 100 °C (212 °F) schnell zerstört und stellen bei der Hitzebehandlung von Konserven normalerweise kein Risiko dar, aber Sporen bestimmter Bakterienarten sind extrem hitzeresistent und müssen für ihre Zerstörung über einen längeren Zeitraum hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Daher können die letalen Bedingungen für einen Mikroorganismus nicht nur dadurch ausgedrückt werden, dass man sagt, dass er bei einer solchen Temperatur stirbt, sondern es muss auch eine effektive Erhaltungszeit angegeben werden, die als letale Expositionszeit definiert ist.

Die zur Abtötung von Bakterien in einem Produkt erforderliche Wärmemenge kann mit verschiedenen Methoden berechnet werden. Die Wissenschaft, die sich damit befasst, ist die Thermobakteriologie, die bei ihren Bewertungen die Wachstumseigenschaften der Mikroorganismen, die Art des Lebensmittels, in dem die Mikroorganismen erhitzt werden, und die Art des Lebensmittels, in dem die wärmebehandelten Bakterien wachsen oder metabolisieren können, berücksichtigt.

Eine weit verbreitete Methode ist das Thermowiderstandsmessgerät, ein Gerät, das speziell für die Messung der Wärme entwickelt wurde, die zur Zerstörung von Bakterien und ihren Sporen unter hohen Temperaturen und kurzen Zeitbedingungen erforderlich ist. Nach Ablauf der Erhitzungszeit werden die Scheiben aus der Dampfkammer genommen, um sie abzukühlen, und dann werden die Lebensmittel sofort in Röhrchen mit einem bakteriologischen Nährmedium gegeben, das bei der optimalen Temperatur des zu untersuchenden Mikroorganismus bebrütet wird, um dessen Überleben zu bewerten.

Eine weitere Methode zur Untersuchung von gasproduzierenden Mikroorganismen ist die Verwendung von 208×006 Dosen zur Bestimmung der thermischen Zerstörungszeiten, auch TDT-Dosen genannt. Die Methodik ist die gleiche wie im vorherigen Beispiel, mit dem Unterschied, dass am Ende des Prozesses, während der Inkubation, das Überleben der Mikroorganismen bewertet wird, wenn sie durch Aufquellen der Dosen Gas produzieren.

4. DIE D-, Z- UND FO-WERTE, DIE FÜR DIE STUDIEN ZUR WÄRMEDURCHDRINGUNG BERÜCKSICHTIGT WURDEN

Die in den Studien zur thermischen Beständigkeit der Mikroorganismen gesammelten Informationen bestimmen für sie den D-Wert, den Z-Wert und den Fo-Wert, der erforderlich ist, um die kommerzielle Sterilität des Lebensmittels zu erreichen.

Der D-Wert ist für jeden Mikroorganismus oder jede Spore spezifisch. Sie gibt die Zeit in Minuten an, in der bei konstanter Temperatur eine dezimale Reduzierung der mikrobiologischen Belastung des Lebensmittels erreicht wird, d. h. die Zeit, die erforderlich ist, um 90 % der vorhandenen Bakterien bei einer bestimmten Temperatur in Celsius oder Fahrenheit abzutöten. Je höher der D-Wert eines Mikroorganismus bei einer bestimmten Temperatur ist, desto höher ist seine Thermoresistenz, z. B. beträgt der D-Wert des mesophilen C. botulinum bei 121,1 °C (250 °F) 0,21 Minuten und des thermophilen B. botulinum bei der gleichen Temperatur 0,5 Minuten. Stearothermophilus hat einen D-Wert von 5 Minuten.

Der Z-Wert ist die Anzahl der Grad Celsius oder Fahrenheit, die erforderlich ist, damit die Kurve der thermischen Zerstörungszeit einen logarithmischen Zyklus durchläuft, und dient dazu, bei der gleichen Kurve festzustellen, bei welcher anderen Temperatur wir die gleiche tödliche Wirkung für den untersuchten Mikroorganismus erzielen können. Der Z-Wert von Cb beträgt alle 10 °C oder das Äquivalent alle 18 °F.

Der F-Wert ist die Zeit in Minuten, die erforderlich ist, um eine bestimmte Anzahl von Mikroorganismen bei einer bestimmten Temperatur zu vernichten. Die allgemeine Formel lautet F = D (log a – log b), wobei D die Resistenz des abzutötenden Referenzmikroorganismus, log a die Anfangsbelastung mit diesem Mikroorganismus und log b die Endbelastung ist. Aus der Formel lässt sich schließen, dass der Fo-Wert höher sein sollte, wenn die Bakterien hitzeresistenter sind und auch wenn die anfängliche Belastung des Lebensmittels mit Mikroorganismen höher ist; um letzteres in den Griff zu bekommen, müssen die Standardarbeitsanweisungen für die Hygiene (SSOP) in der Konservenfabrik gut umgesetzt werden. Der minimale Fo-Wert für Cb, um 12 Dezimalstellen zu erhalten, beträgt 2,52 Minuten, aber in der Industrie werden Werte von 4 und sogar 6 oder mehr im Falle von tropischen Konserven verwendet.

Es gibt derzeit zwei Hauptmethoden zur Berechnung der Letalität, die in Studien über die Wärmeeindringung in Lebensmittelkonserven verwendet werden: die Ball-Formel oder die mathematische Methode, die die Möglichkeit bietet, alternative Prozesse bei anderen Temperaturen des programmierten thermischen Prozesses zu berechnen, und die von Bigelow beschriebene allgemeine Methode, bei der die gesamte Erhitzungskurve sowie die Abkühlungskurve zur Berechnung der Letalität für den Referenzmikroorganismus berücksichtigt werden. Ich persönlich bin der Meinung, dass der biologische Beitrag des Lebensmittels berücksichtigt werden muss, um die Denaturierung von Proteinen, Vitaminen und anderen Nährstoffen zu vermeiden. Aus diesem Grund ziehe ich es vor, die allgemeine Methode von Bigelow für die Berechnung der Letalität oder Fo in Konserven zu verwenden.

5. DURCHFÜHRUNG DER WÄRMEDURCHDRINGUNGSSTUDIE

Es ist vorzuziehen, die kommerzielle Zubereitung des Produkts in der Konservenfabrik für die Prüfung der Wärmeeindringung zu verwenden, jedoch können auch im Labor zubereitete Produkte für die Prüfung verwendet werden, wobei sicherzustellen ist, dass das Produkt unter angemessenen Worst-Case-Bedingungen zubereitet wird. Die Erhöhung der Stärkekonzentration, um ein zähflüssigeres Produkt zu erhalten, die Erhöhung der Partikelgröße des Futters, die Erhöhung des Packungsgewichts, die Verwendung eines Wasser-Öl-Gemischs oder die ausschließliche Verwendung von Öl, da Fettstoffe die Hitzebeständigkeit der Sporen erhöhen – all diese Überlegungen tragen dazu bei, unerwartete Schwankungen, die bei der normalen Produktion auftreten können, auszugleichen.

Thermoelemente des Typs T sind in der Regel die Temperatursensoren der Wahl für die Untersuchungen. Sie werden wie in der vorangegangenen Veröffentlichung beschrieben kalibriert und in der Regel an der Seite der Dosen angebracht, wobei sich der Punkt des Thermoelements, der die Temperatur des Lebensmittels aufzeichnet, an der kältesten Stelle oder in dem Bereich befindet, in dem die Erwärmung am langsamsten erfolgt. Bei Konserven, die mit festen oder sehr viskosen Lebensmitteln gefüllt sind, erfolgt die Wärmeübertragung durch Konduktion, und der kälteste Punkt ist im Allgemeinen die geometrische Mitte des Behälters oder das größte Lebensmittelteilchen. Bei Konserven, die mit Suppen, Gemüse mit Salzlake oder einem hohen Flüssigkeitsanteil gefüllt sind, erfolgt die Wärmeübertragung durch Konvektion, und der kälteste Punkt befindet sich im Allgemeinen zwischen der geometrischen Mitte des Behälters und dem Boden. Es ist wichtig zu beachten, dass durch Konvektion erhitzte Konserven schneller erhitzt werden können und somit die Verarbeitungszeit verkürzt wird, wenn eine erzwungene Konvektion durch Schütteln oder Drehen des Behälters während des programmierten thermischen Prozesses erreicht wird.

Jedes Thermoelement muss mit einer bestimmten Kanalnummer im Schreiber gekennzeichnet werden und muss der gleichen Nummer des in jeder Dose angebrachten Sensors entsprechen; dies muss für die spätere Analyse im Sondenortungsprotokoll dokumentiert werden; mindestens ein Temperatursensor muss sich im Thermometerkolben des Autoklaven befinden. Die Anzahl der zu verwendenden Dosen ist von der PT-Behörde festzulegen, ebenso wie die Ausrichtung und Position des Behälters, die Verwendung von Trennblechen, die anfängliche Produkttemperatur, die Temperatur und die Hubzeit des Autoklaven. Die Untersuchung sollte fortgesetzt werden, bis die kälteste Dose bei Konduktionserwärmung eine Temperatur von 2,77 °C (5 °F) oder bei allen anderen Produkten eine Temperatur von 1,11 °C (2 °F) der Autoklaventemperatur erreicht.

6. PRÄSENTATION DER STUDIE MIT DATENANALYSE

Die Studie zur Wärmedurchdringung wird in einem schriftlichen Bericht vorgelegt, in dem die Ergebnisse festgehalten werden sollten: Bezeichnung der Konservenfabrik, Tag der Prüfung, Bezeichnung der Studie, Person, die die Prüfung durchführt, Beschreibung des Autoklaven, Größe des Behälters, verarbeitetes Produkt, Möglichkeit des Verschachtelns von Dosen oder des Verschachtelns, verpackte Gewichte, Diagramm mit der Lage der Sonden, Anfangstemperatur, Zeit und Temperatur des Prozesses, Temperaturbericht mit Berechnung des Fo für jedes Thermoelement, Definition des erzielten Mindest-Fo, Darstellung der Letalitätskurve und andere Informationen oder kritische Faktoren, die von der PT-Behörde als wichtig erachtet werden.

Die Darstellung der Kurve der thermischen Absterbezeit des Referenzmikroorganismus oder der Letalitätskurve (Thermal Death Time Curve) ist von größter Bedeutung, da sie unwiderlegbar beweist, dass die gefundene Fo- oder Po-Zahl der Dezimalreduktion des Zielmikroorganismus entspricht und das bewertete Konservenprodukt somit kommerziell steril ist.

Die niedrigste Temperatur oder der niedrigste Fo-Wert, der an einem Thermoelement am Kaltpunkt eines der bewerteten Konservenprodukte gemessen wird, wird in der Regel zur Bestimmung der bei thermischen Prozessen erreichten Letalität verwendet. Bei säurearmen Lebensmitteln (LACF) sollte der Mindest-Fo-Wert für C. botulinum zwischen 4 und 6 liegen, d. h. das Lebensmittel wird 6 Minuten lang auf den Kaltpunkt 121,1 °C (250 °F) erhitzt.