Изыскание научно обоснованных режимов стерилизации консервов

Итак, если кратко суммировать принципы математического расчета формул стерилизации консервов, то можно сказать следующее.

Во-первых, используя формулу приближенного интегрирования по методу прямоугольников, реальное время стерилизации, протекавшее в переменном температурном поле, пересчитывается на условное время воображаемого стационарного процесса, при котором центр банки мгновенно подогревается до некоторой эталонной температуры (для малокислотных консервов Т_э = 121,1 °С), выдерживается при этой температуре в течение F мин, после чего мгновенно охлаждается до сублетальных температур.

Эта абстракция позволяет характеризовать любой режим стерилизации одним числом, сравнение которого с нормативными значениями F-эффекта дает возможность количественно судить об эффективности данного режима в отношении достигнутой степени стерильности консервов.

Во-вторых, при установлении нормативных значений летальности исходят прежде всего из необходимости уничтожения спор С. botulinum до степени стерильности n = 12, что возможно при N_к = 10^-12, т. е. обнаружении одной выжившей споры в одной из тысячи миллиардов банок. Отсюда норма летальности F_н должна составлять 120, а так как константа D для С. botulinum при 121,1 °С равна 0,21 мин, то требуемая летальность для режимов стерилизации малокислотных консервов должна составлять 12∙0,21=3 условных минуты.

При нормировании количества испорченных банок следует принимать во внимание и экономические соображения о допустимом проценте биологического брака при хранении на складе, вызываемого микроорганизмами еще более термоустойчивыми, чем С. botulinum, но не представляющими опасности с точки зрения здравоохранения. Этот показатель — норма складского брака — тоже выбирается произвольно, но не так жестко, как в отношении С. botulinum, а именно: а в этом случае допускается порядка 4. Тогда необходимая степень стерильности консервов с учетом начальной обсемененности N₀ = CG порядка одной споры на 10 г продукта должна составлять 5—6, а, значит, нормативное значение летальности F_h = 5÷6D. Но так как значение константы выживаемости D для С. sporogenes больше, чем для С. botulinum. а именно около 1 мин, то получается, что норма стерилизующего эффекта для режимов стерилизации малокислотных консервов должна составлять не менее 5—6 условных минут.

Аналогичный математический прием используется для оценки фактической летальности режимов стерилизации кислотных консервов, обозначаемой термином A-эффект, который рассчитывается по формуле.

Описанный метод математического анализа может быть использован для выяснения и последующей корректировки летальности того или иного действующего режима в сомнительных случаях (например, при подозрении на наличие большого резерва, или, наоборот, на недостаточный стерилизующий эффект и т. п.); при переходе на новые температурные уровни, которые действующими положениями не предусмотрены; при разработке технологии новых видов консервов; при фасовке известных консервов в новые виды (по размеру или по материалу) тары, для которых в действующей технологии нет соответствующей формулы; при переходе на новые условия стерилизации, например, от периодических процессов на непрерывные, или от неподвижных банок к вращающимся.

Приведем примеры техники расшифровки и корректировки действующих режимов стерилизации консервов.

Один из используемых в производстве режимов стерилизации консервов «Перец фаршированный» в стеклянной таре вместимостью 0,5 л производился по формуле (25-60-25):120 °С и вызывал некоторое сомнение относительно длительности этапа собственно стерилизации. Следовало расшифровать летальность этого режима и в случае надобности скорректировать его.

Поскольку к моменту постановки этой задачи в литературе отсутствовали данные о термоустойчивости возбудителей ботулизма при стерилизации овощных закусочных консервов, следовало прежде всего провести такие исследования и установить нормы летальности применительно к этому виду консервов.

На рисунке показаны характерные для овощных закусочных консервов кривые выживаемости С. botulinum В-364, из которых можно было определить константы термоустойчивости D при нескольких температурных уровнях:

Температура стерилизации, °С	115	118	121
Константа термоустойчивости D, мин	0,302	0,130	0,077

Отсюда требуемая летальность по возбудителям ботулизма F_н = 0,077∙12 = 0,93, или округленно 1 условная минута при 121 °С.

Полученные данные позволили построить кривую смертельного времени, из которой видно, что вторая константа термоустойчивости Z, необходимая для расчета фактической летальности, составляет 9,8, или округленно 10°С. Таким образом, требуемую летальность для овощных закусочных консервов можно записать так: F¹⁰₁₂₁ = 1 условная минута.

Установив норму летальности, следовало затем в соответствии с описанной процедурой получить теплофизическую характеристику процесса. Простерилизовав консервы по расшифровываемому режиму, получаем таблицу прогреваемости.

Из-за высокой термической инерции консервов «Перец фаршированный» уничтожение микроорганизмов начинается практически только спустя 65 мин от начала стерилизации, когда этап собственно стерилизации уже продолжался 40 мин. Зато охлаждение пищевого продукта в центре банки началось тоже с заметным опозданием против начала охлаждения аппарата. Рост температуры продукта продолжался еще в течение 15 мин после того, как приступили к охлаждению аппарата.

Данные таблицы показывают также, что уже после окончания цикла стерилизации температура в центре банок, выгруженных из аппарата, довольно высока и поддерживается на летальном уровне не меньше 10 мин. Поэтому результаты последних двух замеров тоже учтены при суммировании переводных, коэффициентов.

Отсюда фактическая летальность данного режима стерилизации по формуле F = 5∙0,51 = 2,55, или округленно 2,6 условных минуты.

Сравнивая полученное значение фактического стерилизующего эффекта с установленной ранее нормой летальности, видим, что данный режим стерилизации содержит значительный резерв стерилизующего эффекта и может быть сокращен.

Ранее было отмечено, что, учитывая возможную необходимость корректировки расшифрованной летальности данного режима стерилизации, с тем чтобы фактическая летальность формулы соответствовала норме, необходимо построить совмещенный график кривых прогрева и летальности.

Корректировка данного режима может быть произведена разными приемами. Наиболее точный из них заключается в следующем.

1. Подсчитывают на графике фактической летальности площадь, ограниченную кривой переводных коэффициентов, с помощью планиметра или просто по числу клеток на миллиметровой бумаге.

Допустим, получилось ориентировочно 13 клеток.

2. Поскольку фактическая летальность данного режима (2,6 условных минут) оказалась в 2,5 раза больше требуемой (1 условная минута), очевидно, необходимо в пределах площади, ограниченной данной кривой, провести новую кривую летальности, площадь под которой была бы в 2,5 раза меньше исходной и составляла, следовательно, 13:2,5=5,4 клетки.

Новую кривую строим внутри исходной таким образом, чтобы получилась подобная конфигурация, т. е. чтобы левая ветвь новой кривой была совмещено с левой ветвью исходной, а в какой-то экспериментально подогнанной точке началось нисхождение кривой так, чтобы правая ветвь проходила параллельно правой ветви исходной. Конечно, не обязательно добиваться очень точного сокращения исходной площади. Так и в данном случае оказалось, что при такой «подгонке» новая площадь составила не 5,4, а 6 клеток. Итак, в пределах площади, ограниченной исходной, завышенной кривой летальности, мы построили новую кривую летальности, ту, которая должна соответствовать новой «правильной» формуле стерилизации.

3. По новой кривой летальности находим значения переводных коэффициентов для искомого режима стерилизации и, идя обратным ходом, находим соответствующие этим значениям температурные точки применительно к новой кривой прогрева, той, которая должна быть для обеспечения требуемой летальности. Эта новая температурная кривая также совмещается с исходной, но в каком-то месте начинает опускаться раньше, чем исходная кривая прогрева. Эта часть новой кривой показана на рисунке пунктиром.

4. Сравнивая исходную и новую кривые прогрева продукта и замечая разницу во времени между пиками этих кривых, принимаем, что именно на эту разницу следует уменьшить длительность этапа собственно стерилизации исходной формулы и получаем, таким образом, новую, искомую кривую прогрева автоклава. При этом продолжительность этапов прогрева и охлаждения мы оставляем теми же, что и в исходной формуле (нисходящая ветвь новой формулы стерилизации также показана на рисунке пунктиром).

Новая формула стерилизации, которая предположительно соответствует норме летальности, представляется в следующем (25-45-25):120 °С.

5. Для окончательной проверки правильности выполнения коррекционных процедур следует простерилизовать консервы по найденному режиму и просчитать его летальность. Оказалось, что летальность его составляет 1,35 условных минут, т. е. несколько выше нормы. Видимо, можно было сократить этап собственно стерилизации еще минут на 5, но тогда мы бы находились на грани одноминутной нормы, причем иногда, возможно, переходили бы нижний предел, что нежелательно.

На рисунке показана произведенная по указанной схеме корректировка действовавшего режима стерилизации консервов «Икра баклажанная» в стеклянной таре вместимостью 0,5 л по формуле (25-50-25):120 °С и изыскание нового, интенсифицированного режима стерилизации, длительность которого сокращена за счет повышения температурного уровня процесса до 130 °С. Из рисунка видно, что за счет снижения резерва летальности исходного режима (стерилизующий эффект его составлял 1,9 условных минут) можно на 10 мин сократить время собственно стерилизации, предложив режим (25-40-25):125 °С с летальностью, равной 1,1 условных минут. За счет же повышения температуры стерилизации до 130° С можно предложить формулу (25-25-25):130 °С, при которой продолжительность стерилизации сокращается на 25 мин практически без изменения нормы летальности (F = 1,05 условных минут).

Представляет также интерес расшифровка и корректировка действовавшего ранее режима стерилизации консервов «Сок морковный» в стеклянной банке вместимостью 0,200 л по формуле (20-25-25):120 °С.

Исследования показали, что возбудителями, ответственными за специфическую порчу этих консервов (скисание), являются весьма термоустойчивые бациллы В. stearothermophilus, для которых норма летальности F^7,1₁₂₁ = 11,5 условных минут.

Расшифровка исходной формулы показала крайнюю ее недостаточность, ибо фактическая летальность ее составляла всего 1,2 условных минуты. Достаточный по летальности режим стерилизации обеспечивается формулой (20-45-25):120 °С, но при этом длительность процесса выше на 20 мин.

Итак, резюмируя приведенные данные, можно сказать, что научно обоснованная формула стерилизации должна обеспечивать фактическую летальность равной или несколько выше требуемой: F = F^zt_э. Поэтому задача корректировки действующих режимов стерилизации при разработке научно обоснованных формул заключается в подгонке разрабатываемых режимов к норме летальности. Это можно делать не только путем описанных графических построений, но и посредством метода проб и ошибок, т. е. сокращая или удлиняя наугад период собственно стерилизации, а затем пуская полученную таким образом новую формулу по этапу экспериментальной теплофизической проверки с последующим математическим просчетом получаемых данных.

Нужно сказать, что разработка надежных с позиций здравоохранения режимов стерилизации консервов является делом настолько ответственным, что одна лишь математическая обработка данных теплофизических измерений в процессе стерилизации считается недостаточной для окончательного утверждения математически рассчитанного режима. Поэтому все ведомства в Советском Союзе, выпускающие консервированные пищевые продукты, утверждают режимы стерилизации консервов только после того, как предлагаемые «формулы» подверглись помимо математического анализа еще и ряду лабораторных и производственных испытаний.

Прежде всего полагается инфицировать 30 банок консервов массивной дозой тест-культуры микроорганизмов и затем простерилизовать их по предварительно рассчитанному режиму. Затем следует термостатировать простерилизованные банки при определенных условиях в течение 15—30 сут. Если после термостатирования обнаружен бомбаж хотя бы одной банки, режим стерилизации считается ненадежным и подлежит пересмотру.

При благополучном исходе первого лабораторного испытания делаются посевы всей партии для установления промышленной стерильности. При этом допускается наличие только одной банки с тест-организмом.

Выдержавший лабораторные испытания режим стерилизации подлежит проверке в производственных условиях.

Для этого стерилизуют по испытуемому режиму 1000 банок консервов. Заготовленная партия хранится на заводе в течение 3 мес. После этого делается разбраковка всей партии, т. е. просматривается для обнаружения возможного брака каждая банка. Режим считается выдержавшим испытание, если при разбраковке обнаружено не более 2 испорченных банок.

Наконец, 48 банок из этой партии анализируются на промышленную стерильность, при этом допускается наличие только одной банки с остаточной микрофлорой.

Нужно сказать, что если математический анализ был произведен тщательно, то разработанный режим, как правило, благополучно проходит последующие лабораторные и производственные испытания.

Источник: Б.Л. Флауменбаум, С.С. Танчев, М.А. Гришин. Основы консервирования пищевых продуктов. Агропромиздат. Москва. 1986