Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Phần 3: Qúa trình tiệt trùng

Phần 3: Qúa trình tiệt trùng

Tải bản đầy đủ - 0trang

hóa. Đây cũng là một cơng nghệ thân thiện với môi trường do giảm chất thải và giảm lượng tiêu thụ năng

lượng.

Cuối cùng, người tiêu dùng có được sự tiện lợi nhờ mua sắm ít thường xuyên hơn, ít bị đầy trong tủ

lạnh gia đình và dự phòng trong trường hợp cần thiết. Công nghệ này áp dụng cho cả các sản phẩm như

kem, món tráng miệng và sốt.

1.



Chất lượng nguyên liệu thô



Sữa khi tiếp xúc xử lý nhiệt cao phải có chất lượng rất tốt. Điều đặc biệt quan trọng là các protein

trong sữa nguyên liệu không thể hiện sự bất ổn nhiệt. Sự ổn định nhiệt của protein có thể nhanh chóng được

xác định bằng phép thử cồn. Khi các mẫu sữa được trộn với cùng thể tích dung dịch cồn etyl, các protein có

thể trở nên khơng ổn định và tạo ra các hạt đông tụ sa lắng. Nếu nồng độ cồn ethyl cao hơn có thể được

thêm vào mà không diễn ra sự kết tụ cho thấy sự ổn định nhiệt của sữa càng cao. Có thể tránh được những

vấn đề về quy trình sản xuất và nâng cao tuổi thọ sữa nếu sữa có khả năng ổn định cao (không gây ra kết

tủa) ngay cả sau khi bổ sung các dung dịch rượu có nồng độ cồn 75%.

Các phép thử rượu thường được sử dụng để loại bỏ sữa không phù hợp với phương pháp xử lý UHT

bởi vì [101]:

 Sữa có thể bị chua do số lượng vi khuẩn sinh axit cao

 Nồng độ muối không cân bằng

 Chứa một lượng protein huyết thanh cao - điển hình là sữa non

Sữa ngun chất có chất lượng xấu có ảnh hưởng bất lợi đến khả năng chế biến và chất lượng sản

phẩm cuối cùng. Sữa có độ pH dưới 6.65 ở 20°C làm giảm tính ổn định nhiệt và gây ra không chỉ các vấn

đề gia công, tạo ra các vết nám trên bề mặt làm nóng dẫn đến tuổi thọ thiết bị ngắn, đồng thời gây ra những

khó khăn trong việc làm sạch cũng như sự lắng tụ các protein ở dưới cùng của bao bì trong suốt quá trình

bảo quản [62].

Sữa lưu trữ trong một thời gian dài ở nhiệt độ thấp có thể chứa nhiều vi khuẩn ưa lạnh

psychrotrophic, có thể sản xuất loại enzim chịu nhiệt rất khó khống chế hồn tồn bằng cách xử lý bằng

nhiệt. Trong q trình lưu trữ, các enzyme có thể gây ra những thay đổi các tính chất cảm quan của sản

phẩm như gây thối, tạo vị đắng hoặc thậm chí là gây gel hố đông đặc ( đặc lại hoặc kết bông) [65].



Các tiêu chuẩn vi sinh của sữa phải được đảm bảo, không chỉ áp dụng cho tổng số vi khuẩn, mà còn

và quan trọng hơn, đối với số lượng vi khuẩn hình thành bào tử có ảnh hưởng đến hiệu suất ổn định [62].

Sữa khơng thích hợp để xử lý UHT nếu [64]:





Có độ pH <6,65







Có độ cồn ổn định <75%

Được lưu trữ trong một thời gian dài ở nhiệt độ thấp



2.



Thực trạng thị trường



Cụm từ "vô trùng thương mại" thường được sử dụng cho các sản phẩm được xử lý UHT. Một sản

phẩm vô trùng thương mại được định nghĩa là một sản phẩm khơng có vi sinh vật phát triển theo các điều

kiện thường. Trong sản phẩm axit thấp - sản phẩm có độ pH trên 4,5 - hầu hết các hệ vi sinh vật chịu nhiệt

có thể phát triển là bào tử. Vì độ kháng nhiệt của chúng cao hơn nhiều so với các vi sinh vật thực vật, q

trình tiệt trùng cơ đặc chỉ nên tập trung chú ý đến tác động giết chết bào tử. Nhóm các sản phẩm có độ acid

thấp khơng chỉ có sữa, mà còn hầu hết các sản phẩm từ sữa [58].

3.



Hiệu quả tiệt trùng



Khi các vi sinh vật/các bào tử vi khuẩn được xử lý bằng nhiệt hoặc bất kỳ biện pháp khử trùng nào

khác, không phải tất cả các vi sinh vật đều bị giết chết ngay lập tức. Thay vào đó, một tỷ lệ nhất định sẽ bị

phá hủy trong một khoảng thời gian nhất định trong khi số còn lại vẫn tồn tại. Nếu các vi sinh vật sống sót

được một lần nữa cùng một điều kiện trong cùng một khoảng thời gian, một tỷ lệ bằng nhau của phần còn

lại sẽ bị giết [67]. Nói cách khác, việc tiếp xúc với các chất khử trùng hoặc khử trùng luôn luôn giết chết

cùng một tỷ lệ vi sinh vật có mặt.

K  t  log N 



 Nt 

N = số lượng vi sinh vật (bào tử) ban đầu có mặt,

Nt = số lượng vi sinh vật (bào tử) hiện diện sau một thời gian điều trị (t)

K = một hằng số

t = thời gian xử lý

3.1. Phương trình logarit biểu thị khả năng tiêu diệt bào tử



Tác động giết chết của quá trình tiệt trùng trên vi sinh vật có thể được biểu diễn bằng tốn học như

hàm logarith.

Công thức này cho kết quả theo một đường thẳng khi vẽ như đồ thị bán logarithmic theo thời gian xử

lý nhiệt vẽ trên trục tung và số vi khuẩn sống sót trên trục lơgarít.

Một hàm số lơgarít có thể tiệm cận bằng không thể hiện khả năng vô trùng hồn tồn là khơng thể

đạt được. Với khối lượng khơng hạn chế, ln ln phải tính tốn lượng vi sinh vật sống sót, khả năng vi

sinh vật sống sót, được gọi là khái niệm "hiệu quả tiệt trùng" . Các thuật ngữ này chỉ ra số thập phân số

lượng các bào tử vi khuẩn bị loại bỏ bằng quá trình tiệt trùng.

Mỗi lần một quá trình tiệt trùng được thực hiện, nó có thể được đặc trưng bởi một hiệu ứng tiệt trùng nhất

định. Trong bất kỳ quy trình tiệt trùng nhiệt nào, hiệu quả tiệt trùng được xác định bởi thời gian / điều kiện

nhiệt độ áp dụng. Nhiệt độ càng cao và thời gian giữ càng lâu, quá trình này càng hiệu quả, tức là hiệu quả

tiệt trùng càng lớn [88].

Hiệu quả tiệt trùng còn được thể hiện bằng số lượng cắt giảm theo thập phân số lượng đạt được trong

q trình. Ví dụ, hiệu quả khử trùng là 9 chỉ ra rằng trong số 109 bào tử vi khuẩn được cho vào q trình,

chỉ có 1 (100) sẽ tồn tại.

log 109 - log 100 =9 - 0 = 9

Hiệu quả của quá trình tiệt trùng chủ yếu được xác định bởi hai yếu tố [89]:

 Nhiệt độ và khoảng thời gian nó được áp dụng

 Tính chịu nhiệt của vi sinh vật

Các yếu tố khác như thành phần sản phẩm, độ nhớt, tính đồng nhất và pH cũng sẽ ảnh hưởng đến

hiệu quả tiệt trùng. Thiết bị tiệt trùng theo dòng - Xử lý UltraHighTemperature (UHT) thường có tác dụng

khử trùng khoảng 9-10 trên bào tử vi khuẩn phát triển ở nhiệt độ môi trường xung quanh [78].

Các bào tử của Bacillus subtilis hoặc Bacillus stearothermophilus thường được sử dụng

như các sinh vật thử nghiệm để xác định hiệu quả tiệt trùng của thiết bị UHT, vì các chủng này đặc biệt là B. stearothermophilus - hình thành các bào tử kháng nhiệt khá tốt. Clostridium

botulinum thường được sử dụng để tính tốn hiệu quả của việc khử trùng trong thùng (xem tính

tốn giá trị F0) [102].

Q trình tiệt trùng phải được thiết kế theo cách mà chỉ có rủi ro khơng đáng kể là sản phẩm sẽ bị hư

hỏng trước khi người tiêu dùng sử dụng nó, hoặc nó chứa các vi sinh vật gây bệnh



còn sót lại và đang phát triển [89]. Clostridium botulinum ln được coi là loại vi sinh vật quan trọng nhất

trong điều kiện xem xét đến mức độ ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng. Quá trình tiệt trùng được thiết kế

trên lý thuyết nhằm phá hủy các bào tử của vi sinh vật. Trong sữa được xử lý nhiệt và các sản phẩm sữa, xác

suất sống sót và tăng trưởng của bào tử Clostridium botulinum rất thấp [82].

Ảnh hưởng gây tử vong lên bào tử vi khuẩn bắt đầu ở nhiệt độ khoảng 115°C và tăng rất nhanh khi

nhiệt độ tăng cao [92].

Vi khuẩn có thể được chia thành hai nhóm [83]:





Những tế bào tồn tại như tế bào thực vật (dễ tiêu diệt bằng nhiệt hoặc các phương

tiện khác),







Những lồi hiện có trong trạng thái thực vật và cũng như bào tử, đó là vi khuẩn

hình thành bào tử.



Mặc dù các vi khuẩn này dễ dàng bị giết chết chừng nào chúng còn trong trạng thái thực vật, nhưng

bào tử của chúng rất khó tiêu diệt.

Các sản phẩm cần tiệt trùng thường có chứa một hệ thống hỗn hợp của cả tế bào thực vật và bào tử vi

khuẩn.



Hình 57.Tác động nhiệt lên vi khuẩn ở các trạng thái khác nhau [87].

Thật không may, vi sinh vật nếu tồn tại cả hai dạng thù hình khơng phải là điều mong muốn. Số

lượng bào tử cao có thể được tìm thấy trong các sản phẩm có tổng số vi sinh vật thấp



và ngược lại, vì vậy tổng số vi khuẩn đếm được không thể được coi là cơ sở đáng tin cậy để liên hệ số lượng

bào tử trong các sản phẩm thực phẩm [84].

Nhiệt độ càng cao và thời gian giữ càng lâu, quá trình này càng hiệu quả, tức là hiệu quả tiệt trùng

càng lớn.

3.2. Giá trị Q10

Như đã đề cập ở trên, hiệu quả của quá trình tiệt trùng tăng lên nhanh chóng khi nhiệt độ tăng lên.

Điều này, tất nhiên, cũng áp dụng cho các phản ứng hóa học xảy ra như là kết quả của xử lý nhiệt. Giá trị

Q10 đã được đưa ra như một biểu hiện sự gia tăng tốc độ phản ứng, thể hiện mức tăng của tốc độ phản ứng

lên bao nhiêu lần nếu nhiệt độ của hệ thống tăng lên 10°C.

Giá trị Q10 đối với thay đổi hương vị - và đối với hầu hết các phản ứng hóa học - là khoảng 2 đến 3,

tức là nếu nhiệt độ của quy trình tăng lên 10oC, tốc độ phản ứng hóa học sẽ tăng gấp đơi hoặc gấp ba lần.

Giá trị Q10 cũng có thể được xác định để giết các bào tử vi khuẩn được tìm thấy trong khoảng từ 8 đến 30.

Sự thay đổi là rất rộng bởi vì các loại bào tử vi khuẩn khác nhau phản ứng khác nhau với nhiệt độ tăng lên.

Sự thay đổi tính chất hóa học và phá huỷ bào tử do ảnh hưởng của nhiệt độ gia tăng được thể hiện trong

hình sau.



120



Hình 58.Các đường cong đại diện cho tốc độ thay đổi tính chất hóa học và phá huỷ bào tử

với nhiệt độ ngày càng tăng.

Từ đồ thị này chúng ta cũng có thể thấy rằng trong khoảng nhiệt độ UHT, tác dụng giết chết vi khuẩn

tăng đáng kể so với mức tăng nhiệt độ, trong khi sự thay đổi hóa học vẫn thấp. Điều này minh hoạ rõ ràng

những ưu điểm của xử lý UHT đối với việc tiệt trùng trong thùng chứa hoạt động ở nhiệt độ thấp trong một

thời gian dài. Sử dụng nhiệt độ siêu cao với thời gian duy trì ngắn có thể mang lại hiệu quả tiệt trùng cao

hơn trong khi chỉ gây ra những thay đổi về hóa học tối thiểu trong sản phẩm đã được xử lý. Xử lý nhiệt

trong thùng chứa hoạt động ở nhiệt độ thấp trong một thời gian dài dẫn đến những thay đổi lớn hơn về chất

lượng sản phẩm. Xem Hình 60 và 61.

3.3. Giá trị Fo

Fo = 1 sau khi sản phẩm được làm nóng ở 121.1°C trong một phút.

Hiệu quả kết hợp của thời gian và nhiệt độ đối với việc tiệt trùng bào tử Clostridium botulinum được thể

hiện dưới dạng giá trị F0 theo đơn vị thời gian, thường là vài phút. Nó được tính theo cơng thức tốn học

sau:

*Formula 9.1



121



t = thời gian tiệt trùng (thường được thể hiện bằng phút), ví dụ: thời gian giữ trong vài giây chia cho 60

T = nhiệt độ tiệt trùng ( ° C)

Có một mối tương quan trực tiếp giữa giá trị F0 và sự giảm số lượng theo cấp số mũ logarithmic của

bào tử Cl. botulinum:

*Formula 9.2



-



N = là số bào tử của Clostridium botulinum tại thời điểm t=0



-



Nt = số lượng bào tử trong sản phẩm cuối cùng ở thời điểm t



-



D121.1 = Thời gian cần thiết để giảm số lượng theo hệ số thập phân (1 logarithm = 1 log) của



bào tử Clostridium botulinum (khoảng 0,25 phút)

Dựa trên giá trị Fo 1 phút cho phép giảm 4 log bào tử Clostridium botulinum.

Để đạt được sữa vô trùng tuyệt đối trong thương mại từ sữa tươi chất lượng tốt trong thực tế, việc xử

lý UHT được thiết kế để đạt được giá trị F0 tối thiểu 5 - 6 phút. Theo luật pháp ở một số quốc gia, yêu cầu

phải có giá trị F0 tối thiểu là 3 phút (tương ứng với 12 log bào tử của Clostridium botulinum).

Như đã đề cập ở trên, giá trị Fo chỉ có giá trị đối với các bào tử của Clostridium botulinum với giá trị

z đặc biệt là 10°C. Các giá trị tương tự có thể được tính cho các vi sinh vật khác nhưng giá trị sẽ được gọi là

giá trị F và các giá trị z khác sẽ được sử dụng:

*Formula 9.3



Lưu ý rằng chỉ giá trị 0, dành cho bào tử Clostridium botulinum, bị bỏ qua.



*Formula 9.4



-



Tref = nhiệt độ tham chiếu, ở °C, tại đó Dref là có giá trị z = nhiệt độ tăng lên, ở °C, cần



thiết để đạt được hiệu quả gây tử vong tương tự ở lần thứ 10 (ví dụ 10.5 °C đối với các bào tử

của Bacillus stearothermophilus)

-



Dref = thời gian giảm thập phân của vi sinh vật ở nhiệt độ Tref



Hình 59.Giá trị z thể hiện sự gia tăng nhiệt độ để có được hiệu ứng gây chết người tương tự

trong 1/10 thời gian.

3.4. Giá trị B* và C*

Phạm vi hoạt động hiệu quả của việc xử lý UHT cũng được định nghĩa ở một số quốc gia bằng cách

tham khảo hai thông số khác:

 Hiệu ứng trên vi khuẩn: B * (được gọi là B sao)

 Hiệu ứng trên hợp phần hóa học: C * (được gọi là C sao)

Những giá trị này được dựa trên các thí nghiệm được thực hiện bởi Horak (1980) với sữa tự nhiên ủ

ở 55 °C để liệt kê các vi sinh vật ưa nhiệt. Các kết quả được trình bày dưới dạng các đường thẳng liên quan

đến việc ghi lại thời gian với nhiệt độ cho hiệu ứng tiệt trùng liên tục. Những dữ liệu này đã được ngoại suy

để cho ra phương trình đường thẳng có thể xác định tương ứng độ chính xác tới 9 số thập phân sự giảm sút

của bào tử ưa nhiệt - giá trị B * = 1.

B * dựa trên giả định rằng sự vô khuẩn tuyệt đối trong thương mại là có thể đạt được tại



135°C trong 10,1 giây. Với giá trị z tương ứng là 10,5 °C. Quá trình tham chiếu này được cho là có giá trị B

* = 1,0.

Tương tự, giá trị C * là 1 dựa trên các điều kiện để tiêu hủy tối đa 3% thiamine. Điều này tương

đương với 135 °C trong 30,5 giây với một giá trị z tại 31,4 °C.

Quá trình UHT hoạt động tốt đối với việc giữ chất lượng sản phẩm khi có đầy đủ các điều kiện sau:

 B *> 1



 C * <1



Hình 60.Hạn chế các dòng phá huỷ bào tử và tác động lên sữa

Các giá trị trong ngoặc (30°C và 55°C) thể hiện nhiệt độ tăng trưởng tối ưu của các dạng sống của các vi

sinh vật tạo thành bào tử tương ứng. Nguồn: Kessler

3.5. Các hợp phần có khả năng biến đổi nhanh nhất

Ở một số nước (đặc biệt là Hoa Kỳ), đặc biệt chú ý đến thời gian thời gian tế bào tồn tại ở một thể

tích, gọi là thời gian "hạt chuyển động nhanh nhất". Tùy thuộc vào mơ hình dòng chảy của chất lỏng (dòng

chảy hỗn độn hoặc lớp mỏng), hệ số hiệu suất cho sữa nằm trong khoảng từ 0,5 đến 0,90. Điều này liên

quan đến việc áp dụng một yếu tố hiệu chỉnh trong tính tốn thời gian chảy và thiết kế mơ hình dòng chảy.

Trong các trường hợp đặc biệt ở Hoa Kỳ, nó được tính là hạt chuyển động nhanh nhất khi các hạt bị kìm

hãm chảy với tốc độ gấp hai lần, tức là hệ số hiệu suất



(h) là 0.5. Trong tất cả các trường hợp liên quan trong các cơ sở công nghiệp, thiết bị được thiết kế để duy

trì dòng chảy rối loạn, và một yếu tố duy trì hiệu suất 0,85 - 0,90 được sử dụng.



Hình 61.Đường thời gian-nhiệt độ cho khử trùng trong container.

3.6. Các điều kiện tiệt trùng thương mại

Tính vơ trùng thương mại có nghĩa là sự vắng mặt của các vi sinh vật có khả năng sinh trưởng trong

thực phẩm ở những điều kiện khơng bình thường mà tại đó thực phẩm có thể được trữ trong q trình sản

xuất, phân phối và lưu trữ.

Theo Ủy ban Tiêu chuẩn Thực phẩm Codex (WHO / FAO) tính vơ trùng thương mại của thức ăn có độ acid

thấp được định nghĩa như sau:

Điều kiện đạt được bằng cách sử dụng nhiệt, đủ, đơn lẻ hoặc kết hợp với các biện pháp xử lý thích

hợp khác để làm cho thức ăn khơng có vi sinh vật có khả năng sinh trưởng trong thực phẩm ở các điều kiện

khơng bình thường mà thực phẩm có thể được giữ trong q trình phân phối và lưu trữ.

Theo Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ; CFR Tiêu đề 21§113, tính vơ trùng thương

mại đối với thực phẩm có hàm lượng acid thấp được xử lý nhiệt tính được xác định như sau: Điều kiện đạt

được bằng cách áp dụng nhiệt tạo thức ăn khơng chứa vi sinh vật có khả năng tái sinh và tạo sản phẩm trong

thực phẩm trong các điều kiện bình thường khơng giữ lạnh và phân phối; và vi sinh vật có thể sống được

(bao gồm cả bào tử) có ý nghĩa về sức khoẻ cộng đồng; hoặc bằng sự kiểm soát hoạt động của nước và sự áp

dụng nhiệt, làm cho thức ăn khơng có vi



sinh vật có khả năng tái sinh và tạo sản phẩm trong thực phẩm trong các điều kiện bình thường khơng giữ

lạnh để lưu trữ và phân phối.

Ủy ban Tiêu chuẩn Codex (WHO / FAO), Quy tắc Thực hành vệ sinh cho sữa và các sản phẩm sữa,

CAC / RCP 57-2004:

Việc xử lý UHT đối với sữa và các sản phẩm sữa lỏng là việc áp dụng nhiệt vào một sản phẩm liên

tục chảy bằng cách sử dụng nhiệt độ cao trong thời gian cố định dẫn đến làm cho sản phẩm vô trùng tại thời

điểm chế biến. Khi việc xử lý UHT được kết hợp với việc đóng gói vơ trùng, nó sẽ tạo ra một sản phẩm vô

trùng thương mại.

Xử lý UHT thường ở khoảng từ 135 đến 150°C kết hợp với thời gian giữ thích hợp cần thiết để đạt

được sự vơ trùng có thể chấp nhận.



Hình 62.Đường cong thời gian-nhiệt độ để xử lý UHT trực tiếp (A) và gián tiếp (B).

Các sản phẩm phải được khử trùng thương mại phải ổn định về mặt vi sinh học ở nhiệt độ phòng,

hoặc được đo sau khi bảo quản đến khi hết hạn dùng hoặc ủ ở 55 oC trong 7 ngày (hoặc ở 30oC trong 15

ngày) theo các tiêu chuẩn thích hợp [106].

3.7. Sự biến đổi hố học và sự ảnh hưởng đến vi khuẩn của phương pháp gia nhiệt cường

độ cao

Khi sữa được giữ ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài, một số sản phẩm phản ứng hố học được

hình thành, dẫn đến sự biến màu (phản ứng hoá nâu) [62].



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Phần 3: Qúa trình tiệt trùng

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×