Режим стерилизации консервов должен быть научно обоснованным и обеспечивать безопасность консервов и их высокое качество

Традиционно режимы тепловой обработки записываются в виде так называемой формулы стерилизации, имеющей следующий вид:

для стерилизации в паровой среде

(1)

для стерилизации в воде

(2)

где - а, А, В и С – продолжительность (в мин) соответственно продувки автоклава паром, нагрева греющей среды от начальной до температуры стерилизации ⁰С, собственно стерилизации и охлаждения консервов.

Р – избыточное максимальное давление (противодавление) в автоклаве, кПа.

Понятно, что приведенные в формулах стерилизации величины не имеют никакой математической зависимости между собой.

Разработку режимов стерилизации проводят в следующих случаях:

- при создании новых образцов консервной продукции;

- для совершенствования существующих технологических процессов изготовления консервов и, в частности, процесса стерилизации;

- при внедрении новых видов стерилизаторов, а также потребительских упаковок (тары);

- для определения фактического и нормативного стерилизующего эффекта или приведения значений фактической летальности к требуемой.

Известно, что между продолжительностью летального времени микроорганизмов в процессе стерилизации и её температурой существует вполне определенная зависимость, выражающаяся формулой:

(3)

где - у – продолжительность летального времени микробов при данной температуре стерилизации (Т_Д), мин;

τ – продолжительность летального времени микробов при базисной температуре стерилизации (Т_Б), мин;

х – разность температур между Т_Б и Т_Д, ⁰С;

z – константа термостойкости микрофлоры, которая характеризует число градусов, на которое необходимо повысить температуру стерилизации, для того, чтобы уменьшить летальное время микробов в 10 раз, ºС.

Из данной формулы путем математических преобразований легко получить

уравнение для расчета фактического стерилизующего эффекта:

(4)

Именно это уравнение положено в основу классического метода Бигелоу –

Болла в модификации Флауменбаума для аналитического расчета фактического стерилизующего эффекта L^Z_T при разработке режимов стерилизации консервов.

Во всем мире базисной (эталонной) температурой стерилизации является значение, равное 250 ^о по Фаренгейту, поскольку соответствует температурной шкале, принятой в США или же в соответствии с формулой пересчета в градусы Цельсия: .

Поскольку температурная шкала в ^оС является международной, термобиологи всех стран мира именно эту температуру (121,1 ^оС) принимают при расчетах за базисную.

Запишем формулу зависимости летального времени от температуры с другими буквенными обозначениями с введением Т_Б = 121,1 ^оС.

или . (5)

В соответствии с этой формулой значение L_T^z принято считать отрезком 121,1^о-ного времени, который эквивалентен по действию на микроорганизмы временному отрезку стерилизации U при любой данной температуре или, другими словами, L_T^z - это и есть стерилизующий эффект, выраженный в условиях 121,1^оных минутах.

Для примера рассчитаем стерилизующий эффект L_T^z для реального процесса стерилизации с постоянной температурой Т_д = 111,1 ^оС в течение 40 минут и z = 10 ^оС. В соответствии с вышеуказанной формулой 5:

Поскольку величины Т_Б, Т_Д, z имеют, как правило, постоянное значение, то для того, чтобы получить величину стерилизующего эффекта необходимо U умножить на выражение , которое обозначают как K_Т^Z и называют переводным коэффициентом или коэффициентом летальности. Этот коэффициент как бы переводит реальное время действия на микробы U при любой данной температуре Т_д на эквивалентное по действию 121,1^о-ное время L_T^Z.

(6)

Таким образом, имея значение любой данной температуры, в содержимом банки при стерилизации можно рассчитать коэффициент K_Т^Z, а зная продолжительность теплового воздействия при этой температуре нетрудно рассчитать и стерилизующий эффект L_T^Z. Исследованиями установлено, что при расчете L_T^Z коэффициенты K_T^Z наиболее ощутимо учитывают тепловое воздействие температур, начиная с 96 ^оС. Значение переводных коэффициентов K_Т^Z для температур от 96 ^оС до 125 ^оС при z = 10 ^оС представлены в табл. 1.

Таблица 1. Коэффициенты летальности K_T^Z

t оС	KTZ	t оС	KTZ	t оС	KTZ	t оС	KTZ	t оС	KTZ	t оС	KTZ
	0,0031		0,0098		0,0309		0,098		0,309		0,978
	0,0039		0,0123		0,0390		0,123		0,390		1,230
	0,0049		0,0155		0,0490		0,155		0,490		1,550
	0,0062		0,0195		0,0618		0,195		0,618		1,950
	0,0078		0,0246		0,0775		0,246		0,775		2,460

Зная коэффициенты летальности для любой значимой температуры содержимого продукта при стерилизации можно рассчитать стерилизующий эффект L_T^Z как для отрезка времени U при данной температуре стерилизации, так и для всего периода стерилизации.

Если изобразить кривую прогреваемости консервов в координатах t, - τ, то она будет иметь следующий вид, рисунок 1:

Рисунок 1 - Кривая прогреваемости продукта при стерилизации

Безусловно, что каждому значению температуры на данной кривой (рисунок1) будет соответствовать вполне конкретное значение коэффициента K_T^Z, причем совокупность значений этих коэффициентов летальности будет иметь такой же синхронный характер, как и кривой прогреваемости, т.е. с увеличением значений температур будут увеличиваться значения K_T^Z и наоборот (рисунок 2).

Рисунок 2 Кривая коэффициентов летальности K_T^Z.

Из данных рисунка 2 видно, что площадь, ограниченная значениями коэффициентов K_T^Z, есть не что иное, как фактический стерилизующий эффект L_T^Z, и который можно рассчитать по формуле .

Для расчета стерилизующего эффекта воспользуемся методом графического интегрирования, для чего разделим промежуток времени от a до b на n равных частей, которые обозначим как τ_р, и восстановим в местах разделения перпендикуляры (рисунок 3)

Рисунок 3 - Кривая коэффициентов летальности K_T^Z с разделением на равные временные отрезки для графического интегрирования.

Таким образом, вся площадь L_T^Z разделена на n частей, каждый сегмент которой представлен площадками f₁, f₂+f₁… f_n. Поскольку каждая такая площадка f_i представляет собой трапецию, следовательно, рассчитав площадь каждой из них и, просуммировав полученные значения, будет найдена величина общей площади, ограниченная кривой K_T^Z, и которая численно равна значению фактического стерилизующего эффекта L_T^Z.

Итак,

……..

Суммируя значения площадок, получаем величину общей площади:

или (7)

Поскольку, как было уже отмечено, наиболее ощутимой для расчета коэффициента летальности К_Т^Z является температура 96 ^оС и выше, формула расчета фактического стерилизующего эффекта будет иметь следующий окончательный вид:

. (8)

Таким образом, летальностью данного режима стерилизации или фактическим стерилизующим эффектом L_T^Z называется продолжительность воображаемого периода тепловой обработки при ее постоянной, базисной, температуре, которая эквивалентна по действию на микробы продолжительности реального процесса стерилизации в переменном температурном поле. Причем в воображаемом процессе температура в центре банки немедленно достигает значения 121,1 ^оС, поддерживаемого в течение L_T^Z мин, а затем мгновенно снижается до сублетальной температуры. Другими словами, фактическое тепловое воздействие на тест-организм реального процесса стерилизации выражается равноценными действиями воображаемого процесса стерилизации при базисной температуре, когда нагрев продукта до этого значения и охлаждение до сублетальных температур происходят очень быстро и не оказывают никакого воздействия на микробы. Сопоставление реального режима стерилизации и воображаемого процесса как условного эквивалента представлено на рисунке 4.

Рисунок 4 – Фактический стерилизующий эффект L_T1^Z и его условный эквивалент L_T2^Z. (L_T1^Z= L_T2^Z).

Из рисунка 4 видно, что воображаемый процесс проистекает при постоянной температуре в течение L_T^Z условных минут, а реальный процесс проходит в течение времени U в переменном температурном поле. Несмотря на то, что воображаемый период L_T^Z в несколько раз меньше, чем продолжительность реального процесса стерилизации, но на микробы производит точно такое же губительное действие, как и время U.

Несомненное удобство показателя фактической летальности L_T^Z заключается в том, что все многообразие температурных значений реального процесса стерилизации, измеренных на протяжении разных отрезков времени, выражено всего лишь одним числом.

Фактическая летальность процесса стерилизации, как и требуемая летальность, измеряются в условных 121,1 ^о-ных минутах, причем поскольку норматив требуемой летальности F_T^Z служит мерой оценки фактического стерилизующего эффекта L_T^Z, тогда непременно должно соблюдаться соотношение L_T^Z ≥ F_T^Z.

Определение фактической летальности консервов реального процесса стерилизации производится следующим образом:

1.Специальную термопару вводят в ту точку банки с содержимым консервов, где прогреваемость наихудшая, и размещают опытные банки в наименее прогреваемых местах автоклава.

2.Используя таблицы коэффициентов летальности K_T^Z, находят соответствующие им значения по измеренным температурам в банках, начиная с 96 ^оС.

3. Рассчитывают величину фактического стерилизующего эффекта L_T^Z, суммируя значения коэффициентов летальности K_T^Z и, умножая его на равновеликий отрезок времени, за который проводили соответствующие замеры температуры.

4. По полученным данным на одном графике строят зависимость изменения температур и коэффициентов летальности в автоклаве и банке от времени стерилизации, для чего по оси абсцисс откладывают продолжительность теплового воздействия на 2 осях ординат значения температур и коэффициентов летальности K_T^Z.

5.Сравнивают значение полученного стерилизующего эффекта L_T^Z с требуемой летальностью K_T^Z и, если не соблюдается соотношение L_T^Z ≥ F_T^Z, проводят корректировку режима стерилизации в сторону увеличения L_T^Z.