Исследования термической валидации консервов в металлических контейнерах. Проникновение тепла

Как мы уже упоминали в предыдущей публикации, исследования термической валидации, проводимые на консервных заводах, являются обязательными и требуются при внешних аудитах, проводимых некоторыми аккредитациями, способствующими безопасности пищевых продуктов, такими как BRC, IFS, HSEQ, FSSC 22000 и т.д., а также запрашиваются международными органами санитарного контроля, включая Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA), Европейское управление по безопасности пищевых продуктов (EFSA), ЕС, Великобритания, DIPOA, SENASA и другие.

Эти исследования являются частью процесса проверки плана HACCP, внедренного на консервных заводах, и гарантируют, что пастеризованные или стерилизованные консервы, особенно консервы с низким содержанием кислоты (LACF), такие как мясо, рыба, морепродукты, спаржа, горох, фасоль, кукуруза, инжир, молоко и другие, с конечным стабилизированным pH выше 4.5, удовлетворительно выполнили свою коммерческую стерильность, и нет риска наличия Clostridium botulinum в пище, так как этот микроорганизм является производителем ботулотоксина, который может вызвать смерть потребителя.

Исследования по термической валидации должны проводиться органом по термическим процессам (ТП), который представляет собой лицо или организацию, обладающую глубокими знаниями о требованиях или требованиях к термической обработке консервированных пищевых продуктов для обеспечения их полной безопасности для потребителя, а также имеющую необходимое оборудование и опыт для проведения таких технологических определений.

Существует два основных исследования: исследование распределения тепла, которое проводится на нагревательном оборудовании или стерилизаторах, которое мы развивали в предыдущей публикации от марта 2022 года, и исследование проникновения тепла, которое проводится непосредственно на продуктах питания, находящихся внутри герметично закрытых металлических контейнеров, о чем мы расскажем ниже.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОНИКНОВЕНИЯ ТЕПЛА

Это научный метод определения уровня коммерческой стерильности или Fo, который достигается

в пищевом консерве во время запланированной тепловой обработки. Это исследование специфично для каждого размера банки, в соответствии с конечным стабилизированным pH продукта и предназначено для уничтожения конкретного микроорганизма, который может расти в этой среде, вызывая болезнь пищевого происхождения (БПП), которая заражает, отравляет или, что еще хуже, может убить потребителя, что имеет серьезные последствия для здоровья населения.

Среди наиболее распространенных TSE — ботулизм, гастроэнтерит, листериоз, вызванный Listeria monocytogenes, сальмонеллез, вызванный Salmonella Sp, холера, гепатит и др. Учитывая, что ботулизм является наиболее серьезной ТЭБ, которая может возникнуть при промышленном и кустарном производстве консервов, в данной статье мы будем рассматривать Clostridium botulinum (Cb) в качестве эталона для определения некоторых понятий, таких как значение D, значение z, минимальная Fo, методы расчета, кривые термического разрушения, анализ данных, коммерческие уровни стерильности и другие темы, которые будут обсуждаться в дальнейшем.

 

2. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИЛИ ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ПРОЦЕСС

Банки в процессе производства консервов, после заполнения их продуктами, жидкостями, откачивания воздуха и герметизации для достижения герметичности, нагреваются в течение заранее определенного времени и температуры, используя некоторую нагревательную среду, которая может быть насыщенным паром под давлением, горячей водой или их смесью, для достижения микробиологической пищевой стабильности или коммерческой стерильности (FDA, USDA), которая определяется как состояние, достигаемое в консервированном продукте путем применения тепла для получения продукта, свободного от микроорганизмов, способных размножаться в продукте при нормальных условиях коммерческого хранения и распространения без холодильника.

Тепловая обработка консервов, в зависимости от температуры, до которой нагревается теплоноситель, может быть определена как пастеризованная (ниже 100 °C / 212 °F) или стерилизованная (выше 100 °C), и из-за высокого риска выживания патогенных бактерий, которые могут негативно повлиять на здоровье потребителя, она считается критической контрольной точкой (ККТ) в плане HACCP любого консервного завода.

Некоторые считают, что устойчивость бактерий связана со стабильностью термостойких ферментных белков, связанных с бактериальными спорами, но более распространено мнение, что микробы погибают в результате коагуляции их клеточных белков, и действительно, существует множество данных, показывающих, что факторы, влияющие на коагуляцию белков, оказывают заметное влияние на термостойкость бактерий и их спор.

Запрограммированный или установленный процесс разрабатывается органом PT, где он определяет с помощью исследований проникновения тепла временные и температурные параметры, которым должны подвергаться консервы для достижения коммерческой стерильности, он также устанавливает начальную температуру продуктов перед началом процесса и некоторые другие критические факторы.

 

3. ТЕРМОСТОЙКОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ

Любая температура выше максимальной идеальной температуры роста микроорганизма является смертельной. Вегетативные формы бактерий, дрожжей и грибов быстро разрушаются при температуре 100 °C (212 °F) и обычно не представляют опасности при тепловой обработке консервов, но споры некоторых видов бактерий чрезвычайно термостойки и требуют длительного воздействия высоких температур для разрушения. Поэтому летальные условия для микроорганизма могут быть выражены не только тем, что он погибает при такой-то температуре, но также должно быть указано эффективное время поддержания, определяемое как время летального воздействия.

Количество тепла, необходимое для уничтожения бактерий в продукте, может быть рассчитано с помощью различных методов, а наука, изучающая это, — термобактериология, которая учитывает в своих оценках характеристики роста микроорганизмов, характер пищи, в которой микроорганизмы нагреваются, и тип пищи, в которой бактериям, подвергшимся тепловой обработке, будет позволено расти или метаболизировать.

Одним из широко используемых методов является терморезистометр, который представляет собой прибор, специально разработанный для измерения тепла, необходимого для уничтожения бактерий и их спор в условиях высокой температуры и короткого времени. Идентичные диски или контейнеры подготавливаются с одинаковым количеством пищи, инокулированной известным количеством исследуемого микроорганизма, и вводятся в паровую камеру терморезистометра. По окончании времени нагрева диски извлекаются из паровой камеры для охлаждения, затем пища сразу же помещается в пробирки, содержащие бактериологическую культуральную среду, инкубируется при оптимальной температуре исследуемого микроорганизма для оценки его выживаемости.

Другой метод изучения газопродуцирующих микроорганизмов, с использованием банок 208×006 для определения времени термического разрушения, также называемых банками TDT, методология такая же, как и в предыдущем примере, с той разницей, что в конце процесса, во время инкубации, оценивается выживаемость микроорганизмов, когда они выделяют газ, раздувая банки.

 

4. ЗНАЧЕНИЯ D, Z И FO, УЧИТЫВАЕМЫЕ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПРОНИКНОВЕНИЯ ТЕПЛА

Информация, полученная при исследовании термостойкости микроорганизмов, определяет для них их D-значение, Z-значение и Fo, необходимые для достижения коммерческой стерильности продуктов питания.

D-значение специфично для каждого микроорганизма или споры. Он устанавливает время в минутах при постоянной температуре, за которое достигается десятичное снижение микробиологической нагрузки в пище, т.е. время, необходимое для уничтожения 90% присутствующих бактерий при заданной температуре по Цельсию или Фаренгейту. Чем выше D-значение микроорганизма при данной температуре, тем выше его терморезистентность, например, при 121,1 °C (250 °F) D-значение мезофильной C. botulinum составляет 0,21 минуты, а при той же температуре термофильная B. Stearothermophilus имеет D-значение, равное 5 минутам.

Z-значение — это количество градусов Цельсия или Фаренгейта, необходимое для того, чтобы кривая времени термического разрушения прошла логарифмический цикл, и служит для определения того, при какой другой температуре мы можем получить такой же летальный эффект для исследуемого микроорганизма. Z-значение Cb составляет каждые 10 °C или его эквивалент через каждые 18 °F.

F-значение — это время в минутах, необходимое для уничтожения определенного количества микроорганизмов при определенной температуре. Общая формула F = D (log a — log b), где D — устойчивость эталонного микроорганизма, подлежащего уничтожению, log a — начальная нагрузка этого микроорганизма, а log b — конечная нагрузка. Из формулы следует вывод, что Fo должен быть выше, если бактерии более термостойкие, а также если начальная нагрузка микроорганизмов в продукте выше, для управления последним на консервном заводе должны быть хорошо внедрены санитарные стандартные операционные процедуры (SSOP). Минимальное значение Fo для Cb, чтобы получить 12 десятичных сокращений, составляет 2,52 минуты, но в промышленности используются значения 4 и даже 6 и более в случае тропических консервов.

В настоящее время существует два основных метода расчета летальности, используемых в исследованиях проникновения тепла в консервы: формула Болла или математический метод, который дает возможность рассчитать альтернативные процессы при других температурах запрограммированного теплового процесса, и общий метод, описанный Бигелоу, который рассматривает всю кривую нагрева, а также кривую охлаждения для расчета летальности для эталонного микроорганизма. Лично я считаю, что необходимо заботиться о биологическом вкладе пищи, избегая денатурации белков, витаминов и других питательных веществ, по этой причине я предпочитаю использовать общий метод Бигелоу для расчета летальности или Fo в консервах.

 

5. ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОНИКНОВЕНИЯ ТЕПЛА

Предпочтительно использовать для испытаний на теплопроницаемость продукт, приготовленный на консервном заводе, однако для испытаний можно использовать и продукты, приготовленные в лаборатории, при условии, что продукт приготовлен в разумных наихудших условиях. Например, увеличение концентрации крахмала для создания более вязкого продукта, увеличение размера частиц корма, увеличение фасованного веса, в продуктах использование смеси воды и масла, использование только масла, так как жирные вещества повышают термостойкость спор, все эти соображения помогают компенсировать неожиданные отклонения, которые могут возникнуть при обычном производстве.

Термопары Т-типа обычно являются температурными датчиками для исследований, они калибруются, как обсуждалось в предыдущей публикации, и обычно устанавливаются на боковой стороне банок, точка термопары, которая будет регистрировать температуру продукта, будет расположена в самой холодной точке или в области, где нагрев происходит медленнее всего. В случае консервов, наполненных твердыми или очень вязкими продуктами, теплопередача осуществляется путем теплопроводности, и самая холодная точка обычно находится в геометрическом центре контейнера или в самой большой частице продукта. В случае консервов, наполненных супами, овощами с рассолом или с высоким процентным содержанием жидкости, теплопередача осуществляется путем конвекции, и холодная точка обычно находится между геометрическим центром контейнера и дном. Важно отметить, что консервы, нагреваемые конвекцией, могут нагреваться быстрее и тем самым сокращать время обработки, если принудительная конвекция достигается путем встряхивания или вращения контейнера во время запрограммированного теплового процесса.

Каждая термопара должна быть идентифицирована определенным номером канала в регистраторе и должна соответствовать такому же номеру датчика, размещенного внутри каждой банки, это должно быть задокументировано в записи расположения датчика для последующего анализа, по крайней мере один датчик температуры должен быть расположен в термометрической колбе автоклава. Количество используемых банок должно быть определено органом РТ, также как ориентация и положение контейнера, использование разделительных листов, начальная температура продукта, температура и время подъема автоклава. Исследование должно продолжаться до тех пор, пока самая холодная банка не достигнет 2,77 °C (5 °F) от температуры автоклава при кондуктивном нагреве или в пределах 1,11 °C (2 °F) от температуры автоклава для всех остальных продуктов.

 

6. ПРЕЗЕНТАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ С АНАЛИЗОМ ДАННЫХ

Исследование тепловой проницаемости представляется в письменном отчете, в котором должны быть зафиксированы: идентификация консервного завода, день проведения испытания, идентификация исследования, лицо, проводящее испытание, описание автоклава, размер контейнера, обрабатываемый продукт, возможность гнездования банок или гнезд, вес упакованных грузов, график с указанием расположения зондов, начальная температура, время и температура процесса, температурный отчет с расчетом Fo для каждой термопары, определение минимального полученного Fo, представление кривой летальности и другая информация или критические факторы, рассматриваемые органом PT.

Представление кривой времени термической смерти референтного микроорганизма или кривой летальности (Thermal Death Time Curve) имеет огромное значение, так как неопровержимо доказывает, что обнаруженные Fo или Po удовлетворительно соответствуют десятичному сокращению целевого микроорганизма, поэтому оцениваемый консервированный продукт является коммерчески стерильным.

Самая низкая температура или минимальная Fo, полученная на термопаре, расположенной в точке холода любого из оцениваемых консервированных продуктов, обычно используется для установления летальности, достигнутой в термических процессах. Для продуктов с низким содержанием кислоты (LACF) минимальное значение Fo должно составлять от 4 до 6 для C. botulinum, т.е. нагревание продукта до температуры холода 121,1 °C (250 °F) в течение 6 минут.