Определенной температуры, являющейся смертельной для данного вида микроорганизмов, не существует. Микроорга­низмы можно уничтожить в процессе тепловой обработки при различных температурах, начиная приблизительно с темпера­туры 60 °С, но время потребуется разное. Известно, что смертельное время снижается с повышением температуры стерили­зации. Допустим, в каком-то литературном источнике приво­дятся данные о смертельном времени для интересующей нас микрофлоры (табл. 17.1).

Из приведенных данных видно, что повышение температу­ры стерилизации в арифметической прогрессии приводит к сокращению смертельного времени в геометрической прогрес­сии. Бигелоу обратил внимание на то, что если кривые смер­тельного времени построить в полулогарифметических ко­ординатах, отложив на горизонтальной оси температуру в линейных отрезках, а на вертикальной - логарифмы значений смертельного времени, то кривые эти выпрямляются. Так, за­висимость смертельное время - температура для Cl. botulinum, по данным Ч. Болла, имеет вид, показанный на рис. 17.1.

Способность кривых смертельного времени выпрямляться при построении в полулогарифмических координатах дает воз­можность характеризовать их простыми аналитическими вы­ражениями.

Допустим, что в полулогариф­мических координатах зависи­мость смертельное время - тем­пература представляет собой на­клонную прямую линию, пересе­кающую вертикальную ось в точ­ке В, а горизонтальную - в точке А (рис. 17.2). По горизонтальной оси откладываем температуру стерилизации, а по вертикаль­ной - логарифмы значений смер­тельного времени. Точка О соот­ветствует значению любой задан­ной (данной) температуры стери­лизации Т_д (например, 100 °С), а точка Р - значению той темпе­ратуры стерилизации Т_э, с действием которой сравнивается действие температуры Т_д и которая, следовательно, принима­ется за эталонную (например, 120 °С).

Обозначим отрезок ОР через х, отрезок ОА через а, тогда РА будет равен а-х. Смертельное время при температуре Т_д (от­резок ОВ) обозначим через lgy. Смертельное время, соответ­ствующее температуре Т_э, обозначим через lgt.

Рассмотрим подобные треугольники BOA и МРА. Из прави­ла подобия следует:

ВО/МР=ОА/РА,

или

Отсюда

Коэффициент lgy/a при х - это отношение ВО/ОА, или тан­генс угла наклона прямой ВА. Таким образом, уравнение (17.1) можно представить так:

Угловой коэффициент к = tg а свидетельствует о термо­устойчивости микрофлоры: чем больше угол а, тем данная культура менее термоустойчива.

Для вывода окончательного уравнения прямой целесообраз­но выразить угловой коэффициент к = lg у/а отношением, в ко­тором произвольные катеты lg у и а заменены другими, вполне определенными, не связанными с произвольной точкой В.

Из рис. 17.2 видно, что угловым коэффициентом может быть не только отношение lg y/a=BO/OA, но и отношение лю­бых других катетов любых подобных треугольников, например BD/DE.

Допустим, что имеется точка, в которой числовое значение т в точке D в 10 раз меньше, чем т в точке В: 10t_d = т_В.

Тогда длина отрезка DB= lg у - lg t_d = lg 10t_d - lg t_d = lg (10Td/ Td) = lg 10 = 1.

Таким образом, если численное значение на оси ординат уменьшается в 10 раз, то угловой коэффициент будет равняться 1/DE. Обозначим катет DE буквой Z. Тогда уравнение (17.2) можно записать так:

Получается, что константой, характеризующей наклон этой полулогарифмической прямой (а следовательно, и тер­моустойчивость микроорганизмов), является 1/Z. Но посколь­ку 1/Z - константа, то и катет Z - тоже константа.

В окончательном виде уравнение полулогарифмической прямой записывается в виде формулы

где у - смертельное время, соответствующее любой заданной температуре Т , мин; т - смертельное время, соответствующее «эталонной» температуре Т_э, мин; х - разность температур между эталонной температурой Т_э и заданной температурой стерилизации Т_д, °С; Z - константа термоустойчивости микро­организмов, численно равная величине, на которую нужно по­высить температуру стерилизации, чтобы смертельное время уменьшилось в 10 раз, °С.

Положение прямой не может быть определено только ее на­клоном. Необходимо иметь еще координаты хотя бы одной точ­ки на этой прямой. Так, положение прямой смертельного времени для Cl. botulinum характеризуется Z = 10 °C, а смертель­ное время т при 121,1 °С равно 2,5 мин.

Уравнение (17.4) позволяет, взяв за эталон известное смер­тельное время, соответствующее какой-либо определенной температуре, рассчитать смертельное время для любой другой температуры:

Пример 17.1. Допустим, что смертельное время для микроорга­низмов некоторого вида при температуре 120 °С равно 4 мин. Кон­станта термоустойчивости данного вида микроорганизмов Z = 10 °C. Определить продолжительность стерилизации, если тем­пературу понизить до 100 °С.

По формуле (17.5) находим продолжительность стерилизации при 100 °С:

Таким образом, получилось, что при понижении температуры всего на 20 °С смертельное время возросло в 100 раз и составило не­сколько часов.

При 130 °С смертельное время резко снизится и составит 

Из приведенных примеров видно, что стерилизацию можно проводить при разных температурах, меняться будет продол­жительность процесса. Но что лучше: дольше стерилизовать при умеренной температуре или же стерилизовать быстро при высокой температуре?

Исследования показали, что время, необходимое для до­стижения стерильности пищевых продуктов, с повышением температуры уменьшается в большей степени, чем растет скорость реакций деградации химических составляющих продукта. Повышая температуру стерилизации, добиваются уничтожения возбудителей порчи задолго до того, как реак­ции деградации пищевых веществ вызовут существенное снижение качества.

Для замедления химических реакций, вызывающих ухуд­шение качества стерилизованной продукции, следует вести те­пловую обработку при возможно более высоких температурах в течение очень короткого промежутка времени. В литературе этот принцип принято именовать высокотемпературной кратковременной стерилизацией (HTST - high-temperature short time sterilization).

Потери витаминов при стерилизации продуктов обычным способом и высокотемпературной кратковременной стерили­зацией представлены в табл.17.2.

Применение высокотемпературных кратковременных ре­жимов стерилизации, кроме улучшения качества продукции, ведет к сокращению продолжительности обработки и увеличе­нию пропускной способности стерилизационной аппаратуры.

Высокотемпературный режим стерилизации в некоторых случаях может осуществляться в автоклавах при температуре 130 °С. При продолжительности процесса, меньшей на 30-40 %, обеспечивается летальность на уровне обычных процессов стерилизации. Как правило, высокотемпературную кратковре­менную стерилизацию сложно реализовать в обычных стери­лизационных аппаратах (нельзя прогреть и охладить продукт в таре до высоких температур за очень короткий отрезок време­ни). Для обеспечения минимальных химических и органолеп­тических изменений при высокой температуре обработки ме­тоды непрямого нагрева целесообразно заменять методами прямого (инфузионного) нагрева, например инжекцией пара.

Можно значительно ускорить нагревание продукта, осу­ществляя его до фасования в тару. На этом основаны способы консервирования горячим розливом и асептического консерви­рования.

Горячий розлив. Способ заключается в том, что продукт стерилизуется отдельно от тары, фасуется горячим в подготов­ленную тару (температура внутренней поверхности которой более 60 °С), герметически укупоривается и выдерживается в течение некоторого времени, необходимого для стерилизации внутренней поверхности тары, охлаждается. Уничтожение микроорганизмов на внутрен­ней поверхности банок идет за счет тепла нагретого про­дукта, температура которого при фасовании близка к точке его кипения, но практически не может быть выше 98 °С.

Поэтому способ применим только для кислых продук­тов. Для уничтожения микро­организмов на внутренней поверхности крышки банки выдерживаются в положении «на боку» или «на крышке».

Стерилизация продукта отдельно от тары позволяет значительно ускорить процесс за счет перемешивания, применения пластинчатых, трубчатых и других типов теплообменников. Преимущество метода (рис. 17.3) - сокращение продолжительности тепловой обра­ботки продукта.

К подготовке тары, предназначенной для горячего розлива, предъявляются более жесткие требования.

Недостатком метода является ограничение размеров приме­няемой тары. При фасовании в мелкую тару (менее 1 дм³) теп­ла продукта недостаточно для уничтожения микроорганизмов. Для продукта в крупной таре (более 5 дм³) охлаждение идет медленно, и качество продукта снижается.

Асептическое консервирование. По определению Комис­сии «Кодекс Алиментариус», «Асептическая переработка и упаковка подразумевает обработку и упаковку коммерчески стерильного продукта в стерилизованные контейнеры с после­дующей их герметичной укупоркой стерилизованным укупо­рочным средством способом, предотвращающим повторную контаминацию стерильного продукта жизнеспособными ми­кроорганизмами».

Продукт стерилизуется и охлаждается отдельно от тары, что позволяет еще больше сократить продолжительность те­плового воздействия (см. рис. 17.3). Метод используется для консервирования кислых жидких и пюреобразных продуктов, а также продуктов, содержащих твердые частицы с линейными размерами до 12 мм (соки, пюре, пасты, смеси). Обработка продукта вне тары позволяет более точно регулировать темпе­ратуру стерилизации и предотвращает опасность местных пе­регревов и связанной с ними деградации цвета, вкуса и пита­тельной ценности продукта, что неизбежно при стерилизации продукта в таре.

При асептическом консервировании в крупной таре (объем от 15 до 100 м³) тепловую обработку продукта проводят при температурах выше 100 °С (табл. 17.3).

После стерилизации продукт охлаждается до 30-40 °С. По стерильному продуктопроводу в асептических условиях про­дукт подается в стерильные резервуары (танки) на хранение. Хранят в условиях, исключающих обсеменение, при темпера­туре в помещении не ниже 0 °С. При хранении контролируют давление в танках по манометру. Повышение давления свиде­тельствует о начале микробиологической порчи. Разгрузку про­изводят без нарушения стерильности остающегося продукта.

Танки, технологическое оборудование и трубопроводы предварительно тщательно моют холодной водой до полного удаления загрязнений и остатков продукта, затем моют горя­чим раствором каустической соды и водой. Танки проверяют на герметичность, обрабатывают паром, заполняют стерильным воздухом и в таком состоянии хранят до заполнения продуктом.

Преимущества асептического консервирования в крупной таре:

• сокращение времени тепловой обработки и высокое ка­чество продукта;
• непрерывность процесса;
• снижение расходов на хранение;
• возможность создания запасов полуфабрикатов и сгла­живания сезонности переработки (в третьем квартале выраба­тывается примерно 50 % годового объема продукции).

Этим методом консервируется продукт в транспортной таре типа «мешок-в-бочке», «мешок-в-ящике» («bag in box»). Сте­рильный охлажденный продукт фасуется в стерильных условиях в стерильный мешок из фольги со специальным клапаном, кото­рый обеспечивает герметичность. Материал тары (фольга) эко­номичен и гигиеничен. Полимерная бочка (ящик), в который по­мещен мешок, обеспечивает механическую прочность системы.

В табл. 17.4 приведены рекомендуемые режимы стерилиза­ции овощного пюре при расфасовке в тару «мешок-в-бочке». Время стерилизации устанавливается производительностью насоса и набором труб стерилизатора-выдерживателя.

Сроки годности пюре-полуфабриката в таре «мешок-в- бочке» со дня изготовления устанавливаются в зависимости от продукта (от рН):

• плодово-ягодного при температуре хранения от 0 до 20 °С - 12 мес.;
• овощного натурального при температуре хранения от 0 до 12 °С - 9 мес.;
• овощного с лимонной кислотой при температуре хране­ния от 0 до 12 °С - 12 мес.

Из этого следует, что развитие остаточной микрофлоры в данном случае подавляется кислой средой естественных соеди­нений (плоды и ягоды), подкислением лимонной кислотой (овощное пюре) либо пониженной температурой хранения в те­чение ограниченного срока, тепловую обработку таких продук­тов нужно относить к пастеризации.

Асептическим методом консервируется продукт в потреби­тельской таре, в том числе из фольги, композиций из бумаги и полиэтилена («Тетра-Брик-Асептик»), в бутылках из полимер­ных материалов (например, из ПЭТ-преформ, стерилизуемых в асептической установке). Фасование стерильного и охлажден­ного продукта осуществляют в закрытой системе, обеспечива­ющей стерильные условия фасования и герметизации. Тару или тароупаковочные материалы (если тара формуется непосред­ственно на оборудовании, входящем в комплект установки) сте­рилизуют перегретым паром, горячим воздухом или газом, ИК- или УФ-излучением. Для стерилизации тары возможно при­менение химических веществ, например пероксида водорода.

Схема асептического фасования соков на линии «Тетра- Пак-Асептик» представлена на рис. 17.4.

В системе «Тетра-Пак» предусмотрена рулонная подача упаковочных материалов. При прохождении рулона через ван­ну с раствором 35 %-ного пероксида водорода внутренняя и наружная стороны упаковочного материала, а также его края подвергаются воздействию стерилизующего вещества. Остат­ки пероксида водорода удаляются горячим воздухом. Стерили­зованный материал складывается в непрерывный рукав, свари­вается и наполняется стерильным продуктом, запечатывается и режется на отдельные упаковки.

При кратковременной стерилизации могут не инактивиро­ваться ферменты. Установлено также, что в определенных усло­виях инактивированные ферменты способны восстановить свою активность в процессе хранения продукта и существенно повлиять на его качество. Если при термической инактивации температура повышается быстро, то степень реактивации выше.