bài giảng QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG NHiệt

Động học của quá trình xử lý nhiệt Từ thực nghiệm đã chỉ sự tiêu diệt vsv được thể hiện bởi phương trình: Trong đó : N : lượng vi sinh vật trong sản phNm sau thời gian t cfu/ml.. Động họ

Trang 1

QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG NHIỆT

Thanh trùng nhiệt m

Nhiệt độ hơi nước bão hòa trong thiết bị được điều khiển bởi áp suất

Ví dụ ứng với áp suất p = 1,03 atm thì đạt được nhiệt độ to = 100oC

p = 1,46 atm to = 110oC

p = 2,024 atm to = 120oC

p = 2,024 atm t = 120 C

* Nếu thanh trùng ở nhiệt độ > 100 o C (còn gọi là Tiệt trùng)

Thời gian dài (có thể đến 60phút)

* Thanh trùng: thực hiện ở nhiệt độ ≤ 100oC

Trong khoảng thời gian ngắn (5 - 20 phút)

- Phương pháp thanh trùng Pasteur

Thanh trùng ở to ≤ 100oC, thực hiện 1 lần

- Phương pháp thanh trùng Tyndal

Thanh trùng ở to ≤ 100oC, lặp lại 3 lần trong 3 ngày liên tiếp

Trang 2

1 Ảnh hưởng của vi sinh vật đến thực phm và sức khỏe

Bảng 1 Tóm tắt ảnh hưởng của vi sinh vật đến thực phm và sức khỏe

NHÓM VI SINH VẬT SỰ NGUY HẠI ĐẾN SỨC KHỎE

Loại gây hư hỏng

Nấm men Không nguy hại đến sức khỏe

Nấm men

Nấm mốc

Vi khuNn lactic

Không nguy hại đến sức khỏe

Loại nhiễm độc/ gây bệnh

Trang 6

QUÂ TRÌNH THANH TRÙNG NHIỆT

2222 Mục tiíu của quâ trình tiệt trùng

+ Băo tử Clostridium botulinum lă mục tiíu chính trong quâ trình chế biến nhiệt sản

phNm có pH > 4,6

- Có thể sản sinh ra độc tố làm chết người

- Có khả năng thành lập bào tử, rất bền nhiệt

- Có thể tìm thấy bất cứ nơi đâu

Clostridium botulinum được xem là nguyên nhân gây ngộ độc thực phẩm

Các

Các nhà nhà nhà chế chế chế biến biến biến thực thực thực phẩm phẩm phẩm cần cần cần chú chú chú ýýýý

- Giảm mật số bào tử Cl botulinum đến mức có thể chấp nhận được

- Ngăn cản sự phát triển của Cl botulinum (bào tử) và việc sản sinh độc tố

Trang 7

+ Bào tử Cl botulinum không hình thành và phát triển trong thực

phNm có pH < 4.6

⇒ pH : 4.6 là ranh giới hạn chia giữa thực phNm acid và ít acid

+ Tác nhân góp phần ngăn chặn sự phát triển của Clostridium botulinum

aw : 0,93 (theo FDA, aw < 0,85)Phụ gia : Nitrit : 0,1 – 0,2g/kg

Trang 8

Mục tiêu của quá trình thanh trùng

Nếu sản phNm có 3,7 < pH < 4,6 : vi khuNn butyricNếu sản phNm có 3,7 < pH < 4,6 : vi khuNn butyricNếu sản phNm có pH < 3,7 : nấm men, nấm mốc

Trang 9

3 Động học của quá trình xử lý nhiệt

Từ thực nghiệm đã chỉ sự tiêu diệt vsv được thể hiện bởi phương trình:

Trong đó :

N : lượng vi sinh vật trong sản phNm sau thời gian t (cfu/ml)

kT: hệ số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật ở nhiệt độ T, tùy theo loại vi

sinh vật và tính chất của đồ hộp mà trị số k thay đổi

dN

.

=

Trang 10

Trong hầu hết trường hợp, bậc phản ứng bằng 1, tiến trình vô hoạt bậc nhất

có thể viết như sau:

Với phương trình vi phân (3) có thể được lấy tích phân theo các điều kiện

ở thời điểm ban đầu t = 0 thì N = No

N

dt k N

Trang 11

Khi thực hiện tiêu diệt vi sinh vật ở nhiệt độ không đổi, kT = hằng số

(quá trình đẳng nhiệt)Phương trình (4) có thể viết như sau:

(5)

∫

∫ = −

t N

dt k

dt

k N

dN

0 0

Trang 12

Hình 4.1 Sự tiêu diệt vi sinh vật bằng nhiệt theo thời gian

Trang 13

10000000

12000000

118 120 122

Trang 14

N

303 , 2

đường thẳng, có hệ số góc biểu thị qua hình 4.2

Hình 4.2 Thời gian tiêu diệt vi sinh vật theo mối quan hệ logarite

-303 , 2

Trang 15

Với giá trị D là thời gian cần thiết tại một nhiệt độ xác định để tiêu diệt 90% lượng

vi sinh vật ban đầu Được gọi là “thời gian tiêu diệt thập phân”.

Theo hình 4.2 và phương trình (9), ta xây dựng được mối quan hệ giữa hệ số

vận tốc k và thời gian D :

303 , 2

D

=

t D N

Trang 17

-2 -1

y122 = -0,1321x R² = 1

y124 = -0,2097x R² = 1

y 126= -0,3325x R² = 1

y128 = -0,5245x R² = 0,9999

-6 -5 -4 -3 -2

Trang 18

D: thời gian tiêu diệt thập phân (phút)

là thời gian cần thiết tại một nhiệt độ nhất định để tiêu diệt

90% lượng vi sinh vật ban đầu

Tùy thuộc loại vi sinh vật khác nhau, D càng lớn thì khả năng kháng nhiệt càng cao

z tính bằng o C

là khoảng nhiệt độ cần thiết nâng lên để đường thời gian chết nhiệt (D)thực hiện được một chu kỳ logarith

Vi sinh vật kháng nhiệt càng mạnh thì z càng lớn

Trang 20

z

Trang 22

VSV 1

Thời gian gia nhiệt, phút

Đường thời gian chết nhiệt của vi sinh vật * * *

Nhiệt độ, 0 C

Trang 23

4 Tính toán Giá trị thanh trùng F

Hình 4.3.

Biểu diễn “thời gian chết nhiệt” của vi sinh vật

- z : khoảng nhiệt độ cần thiết cho đường “thời gian chết nhiệt” thực hiện một chu trình logarite

- F : thời gian cần thiết (tính bằng phút) để tiêu diệt vi sinh vật

Trang 24

- Nếu quá trình tiêu diệt vi sinh vật là quá trình đẳng nhiệt

Giá trị F được tính

z

Tref T z

Tref t F

−

= 10

Tref : nhiệt độ “tham chiếu” tương ứng với quá trình xử lý nhiệt

(ví dụ đối với quá trình tiệt trùng thì nhiệt độ đó là 121,1 o C

đố i với quá trình thanh trùng thì nhiệt độ đó là 100 o C )

T : Nhiệt độ xử lý nhiệt ( o C)

z : tùy thuộc vào loại vi sinh vật cần tiêu diệt và tính chất của sản phẩm Nói chung, người ta chọn loài sinh bào tử

diện cho loài chịu nhiệt, có z = 10 o C

Trang 25

người ta ghi nhận T(t), khi đó giá trị F được tính như sau

dt

T t T z

Tref

ref

10

) (

∫

=

ο

* Nó có ý nghĩa là tính trên tổng thời gian ảnh hưởng tức thời,

mà đã được biểu thị bởi gía trị 10 (T - Tref)/z được gọi là yếu tố Bigelow.

* Nói cách khác *

∆t là khoảng cách thời gian giữa 2 lần ghi nhiệt độ T (i) & T (i+1)

t F

n

i

z

T i T z

10

ο

Trang 26

- Thời gian có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật trong quá trình thanh trùng (F value)

.10

) (

i

z T i T

t F

t

ref

0 0

)

) ( 10

B z

Tref T

t

10

−

=

txL t

Tref T

z

−

10

z

Tref TL

−

Trang 27

5 Xác định điểm kết thúc của quá trình xử lý nhiệt

Bảng 2 Xử lý nhiệt đề nghị cho các loại sản phm khác nhau

Loại sản phNm Vi sinh vật liên quan Quá trình tác động cần thiết (phút)

Sản phNm acid hóa ổn định

Điểm kết thúc của quá trình thanh trùng CFA: chill food associationNFPA: National Food Processors Association

DOH: Department of health

Vi khuNn yếm khí Butyric

NFPA NFPA

Sản phNm nấu – làm lạnh (T < 5ºC)

Thời gian bảo quản < 5 ngày

CFA DOH DOH DOH

7 , 16

5 , 5

65 =

PU

5 3 , 8

85 =

PU

5 3 , 8 3 ,

93 =

PU

10

3 , 8 3 ,

93 =

PU

Trang 30

Bảng 3 Xử lý nhiệt đề nghị cho các loại sản phm khác nhau

Loại sản phNm Vi sinh vật liên quan Quá trình tác động cần thiết (phút) Qui ước

Sản phNm chân không

Cl botilinum loại B-E Streptococcus faecalis Streptococcus faecalis

90ºC – 4,5 phút SVAC

MAFR MAFR

7 log reductions

4 log reductions

NACMCF NACMCF USDA USDA

60 =

PU

68 , 0

5 , 5 1 ,

66 =

PU

SVAC: Sous Vide ( cooking followed by vacuum-sealing and chilli) Advisory Committee

NACMCF:National Advisory Committee on Microbiological Criteria for Foods

USDA: United States Department of Agriculture

Trang 31

Điểm kết thúc của quá trình tiệt trùng

Xác định theo “Xác suất của một vi sinh vật còn sống sót” (PNSU: Probability of a Non-Sterile Unit) Trị số thực nghiệm của F 10

121,1 đối với :

1 Sức khỏe cộng đồng

Bào tử Clostridium botulinum

N0= 10 3 D121,1= 0,2 phút PNSU = 10 -9 F0= 3 phút

2 Ngăn ngừa hư hỏng

- Bào tử chịu nhiệt trung bình

N0= 10 2 D121,1= 1,5 phút PNSU = 10 -6 F0= 12 phút

Trang 33

Về lý thuyết

Trị số F cần được xác định cho mỗi loại hư hỏng dựa vào

* số vi sinh vật nhiễm vào ban đầu No

* giá trị DTref hoặc kTref

* điểm kết thúc được cho N hoặc PNSU

Trang 34

Trang 35

Ta biết:

303 , 2

T

k D

Trang 36

E k

k

ref

a Tref

T

1 1

R exp







 E 1 1

Sự phụ thuộc của nhiệt độ T vào hằng số tốc độ tiêu diệt vi sinh vật (kT)

được biểu thị bởi phương trình Arrhenius:

=

T T

R

E k

Ln k

Ln

ref

a Tref

T

1 1

)

( )

=

T R

E T

R

E k

Ln k

ref

a Tref

T

1

) (

hay hay

k ref: hằng số tốc độ, tại nhiệt độ tham chiếu (phút -1 )

E a: năng lượng hoạt hóa (kJ/mol)

R: hằng số khí lý tưởng (8,314 J/mol.K)

T: nhiệt độ tuyệt đối (K)

T ref: nhiệt độ tham chiếu (K)

Trang 37

T R

E T

R

E k

Ln k

ref

a Tref

T

1

1.)

()

(

) ( kT

k ref: hằng số tốc độ, tại nhiệt độ tham chiếu (phút -1 )

E a: năng lượng hoạt hóa (kJ/mol)

R: hằng số khí lý tưởng ( 8,314 J/mol.K)

T: nhiệt độ tuyệt đối (K)

T ref: nhiệt độ tham chiếu (K)

x a b

) ( kT

=

ref

a Tref

T R

E k

Ln

)

Trang 38

Trang 39

* Tính giá trị z

Giá trị z có thể được tính toán dựa vào thời gian chết nhiệt Vẽ đồ thị

của Log (DT) theo nhiệt độ (T), hệ số góc của đồ thị chính là giá trị -1/z.

-0.5 0 0.5 1 1.5

Trang 40

7 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự kháng nhiệt của vi sinh vật

+ Nhiệt độ thanh trùng

Giữa thời gian tiêu diệt vi sinh vật và nhiệt độ thanh trùng có mối quan

hệ logarite, mối liên hệ đó được xác định theo phương trình sau:

T2 - T1

t1 = t2 10 Z

t1 : thời gian tiêu diệt vi sinh vật tương ứng với nhiệt độ T1 (phút)

t2: thời gian tiêu diệt vi sinh vật tương ứng với nhiệt độ T2 (phút)

z : hệ số nhiệt đô, tùy theo tính chất của mỗi loại vi sinh vật mà

có trị số z khác nhau (loại tiêu biểu nhất, trong chế độ thanh trùng phải

loại trừ là Clostridium botulinum có trị số z=10oC)

Trang 41

+ Bản chât của môi trường

Độ m của môi trường

Môi trường Nm cao dễ tiêu diệt vi sinh vật hơn

pH của môi trường *

Ở pH thấp (pH < 4.6) khả năng kháng nhiệt của vi sinh vật kém

Đường saccharose

Đường làm tăng sự kháng nhiệt của vi sinh vật do đường tạo thành lớp màng bảo vệ tế bào vi sinh vật

Muối vô cơ

Nồng độ muối quá cao sẽ làm giảm độ bền nhiệt của vi sinh vật

Trang 42

+ Loại và số lượng vi sinh vật

Các loại vi khuNn không nha bào bị tiêu diệt nhanh hơn loại có nha bào.Nha bào sinh ra ở nhiệt độ thấp dễ tiêu diệt hơn nha bào sinh ra ở nhiệt

độ caoLượng vi sinh vật nhiễm nhiều thì thời gian tiêu diệt dài

N

N D

Trang 43

8 Ứng dụng

Chế biến các lọai sản phNm đóng hộp

ThịtThủy hải sảnRau

Trái câySữa tiệt trùng

Trang 45

Ảnh hưởng của pH đến sự kháng nhiệt của bào tử vi khun

clostridium sporogenes ở nhiệt độ 115o C

pH Thời gian kháng nhiệt tối đa (phút)

5,0 5,7 6,0 6,6 7,0 7,5 8,2

9 12 15 21 25 20 15 (G Guilmain 1996)

Trang 47

90 100

Trang 48

Trang 49

Thời gian gia nhiệt Nhiệt độ trong thiết bị Nhiệt độ tâm sản phẩm Giá trị F

Trang 50

Sự kháng nhiệt của vi sinh vật

Sản phNm không chua và ít chua

(pH > 4.5)

- Vi khuNn chịu nhiệt (bào tử)

- Vi khuNn không chịu nhiệt (bào tử)

2.0 - 5.0 (1) 0.1 - 1.5 (1)

8 - 12

8 - 10

Sản phNm chua (pH 4.0 - 4.5)

- Vi khuNn chịu nhiệt (bào tử)

- Vi khuNn không chịu nhiệt (bào tử)

0.01 - 0.07 (1) 0.1 - 0.5 (2)

8 - 10

7 - 10

Sản phNm rất chua (pH < 4.0)

Vi sinh vật không chịu nhiệt (vi khuNn không

sinh bào tử, nấm men, nấm mốc)

0.5 - 1.0 (3) 5 - 7

(2): xử lý ở 100 O C (3): xử lý ở 65 O C

Trang 51

Sự kháng nhiệt của các enzyme

25 (2)

300 (2)

5.58.58.32628

Ghi chú: (1): xử lý ở 80 O C

(2): xử lý ở 120 O C

Trang 52

Gía trị z của các nhân tố thực phm

Bào tử vi khuNn 7 –12

Tế bào sinh dưỡng 4 – 8

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	8,04 MB