QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG, TIỆT TRÙNG

CHƯƠNG QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG, TIỆT TRÙNG THANH TRÙNG (Pasteurization) - Là trình sử dụng nhiệt nhằm loại trừ vi sinh vật gây bệnh yếu tố gây hư hỏng thực phẩm nhằm đảm bảo an toàn kéo dài thời hạn bảo quản cho thực phẩm - Chế biến nhiệt điều kiện nhẹ nhàng: 60 – 100°C, với thời gian xử lý nhiệt khác Ví dụ: trùng sữa, nước - Kéo dài thời hạn bảo quản sản phẩm từ vài ngày tới vài tuần - Ít ảnh hưởng tới thành phần dinh dưỡng tính chất cảm quan thực phẩm TIỆT TRÙNG (Sterilization) - Là trình nhằm tiêu diệt tất loại vi sinh vật (vi khuẩn, nấm men, nấm mốc), kể dạng bào tử chúng thực phẩm - Chế biến nhiệt nhiệt độ cao: > 100°C, với thời gian xử lý nhiệt khác Ví dụ: tiệt trùng thực phẩm đóng hộp (= trùng đồ hộp) - Tiệt trùng thương phẩm (commercial sterilization) hay tiệt trùng công nghiệp = không thiết phải tiệt trùng tuyệt đối - Sản phẩm sau tiệt trùng để điều kiện nhiệt độ thường vài tháng đến vài năm CHẾ ĐỘ THANH TRÙNG Hai thông số bản: thời gian trùng & nhiệt độ trùng Hiệu tiêu diệt vi sinh vật phụ thuộc vào kết hợp hai thông số Các yếu tố ảnh hưởng tới nhiệt độ thời gian trùng: • Số lượng vi sinh vật • pH thực phẩm • Khả chịu nhiệt vi sinh vật enzyme có thực phẩm Cơng thức trùng đồ hộp: 𝐴 −𝐵 −𝐶 𝑃 𝑇 Trong đó: A: thời gian nâng nhiệt (phút) B: thời gian giữ nhiệt (phút) C: thời gian hạ nhiệt (phút) T: nhiệt độ trùng (°C) P: áp suất đối kháng (atm) Hình 5.1 Đồ thị trùng tổng quát TM: nhiệt độ chất tải nhiệt ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN: GIÁ TRỊ D Trong suốt trình chế biến nhiệt, số lượng vi sinh vật có mặt thực phẩm (như E.coli, Salmonella, hay Listeria monocytogenes) giảm theo mơ hình giống Hình 5.2 Vận tốc tiêu diệt vi sinh vật tuân theo quy luật toán học áp dụng cho phản ứng bậc 1: 𝑑𝑁 = −𝑘𝑁 𝑑𝑡 (5.1) Hình 5.2 Đường cong sống sót lượng vi sinh vật Trong đó: N: số lượng vi sinh vật thời điểm trùng t: thời gian (phút) k : số tốc độ tiêu diệt vi sinh vật ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN: GIÁ TRỊ D Nếu đường cong sống sót vi sinh vật biểu diễn hệ tọa độ bán logarit (trục tung với giá trị logarit số lượng vi sinh vật; trục hoành trục thời gian)  đường thẳng Hình 5.3 Đường thẳng biểu thị số vi sinh vật sống sót hệ tọa độ bán logarit ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN: GIÁ TRỊ D Biến đổi tích phân phương trình (5.1), ta có: 𝑑𝑁 𝑁 =− 𝑘𝑑𝑡 ln 𝑁 = −𝑘𝑡 + 𝐶 Trong đó: 𝐶 = ln 𝑁0 Với N0 = số lượng vi sinh vật lúc bắt đầu tiệt trùng (t = 0) ln 𝑁0 − ln 𝑁 = 𝑘𝑡 𝑘𝑡 lg 𝑁0 − lg 𝑁 = 2,303 (5.2) (5.3) t : thời gian tiêu diệt vi sinh vật từ số lượng ban đầu N0 xuống N ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN: GIÁ TRỊ D Khi biểu diễn phương trình (5.3) trục tọa độ bán logarit, ta có đường thẳng với hệ số góc k 𝑘 2,303 = 𝑡𝑔 𝛼 = lg 𝑁0 − lg 𝑁 𝑡 A (5.4) E E điểm cho: lg N0 lg 𝑂𝐴 − lg 𝑂𝐸 = M C α Như vậy: 𝑘 𝑡𝑔 𝛼 = = 2,303 𝐷 D F O (5.5) B t Hình 5.4 Đồ thị biểu diễn số lượng vi sinh vật sống sót thời gian gia nhiệt nhiệt độ xác định không đổi ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN: GIÁ TRỊ D Giá trị D = thời gian cần thiết để tiêu diệt 90% lượng vi sinh vật ban đầu = thời gian ứng với chu kz logarit trục biểu diễn số lượng vi sinh vật = thời gian để số lượng vi sinh vật giảm xuống 10 lần = thời gian tiêu diệt thập phân 𝑡 𝐷= lg 𝑁0 − lg 𝑁 (5.6) 𝑁 = 10−𝑡/𝐷 𝑁0 (5.7) 2,303 𝐷 (5.8) 𝑘= ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN: GIÁ TRỊ D - Đường cong sống sót vi sinh vật dạng logarit: >> Số lượng vi sinh vật nguyên liệu ban đầu lớn, thời gian cần thiết để tiêu diệt vi sinh vật tới số lượng định dài >> Về mặt lý thuyết việc tiêu diệt tất vi sinh vật đạt sau thời gian gia nhiệt vô hạn - Khái niệm tiệt trùng thương phẩm: Trong sản phẩm không tồn vi sinh vật gây hư hỏng hay tạo độc tố, cịn sống sót vi sinh vật khơng có khả phát triển gây hư hỏng thực phẩm điều kiện bảo quản bình thường 10 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ: GIÁ TRỊ Z Phương trình (5.10) biểu diễn đồ thị với trục tung ln k, trục hoành 1/TA , độ dốc đường thẳng Ea/Rg (Hình 5.5) Hằng số chịu nhiệt z : mô tả ảnh hưởng nhiệt độ tới thời gian D Hình 5.5 Đồ thị Arrhenius số tốc độ (k) với nghịch đảo nhiệt độ tuyệt đối Hằng số chịu nhiệt z = tăng nhiệt độ cần thiết để làm giảm 90% giá trị D Hình 5.6 Đồ thị logarit giá trị D theo nhiêt độ, dùng để 13 xác định số chịu nhiêt z ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ: GIÁ TRỊ Z Theo định nghĩa, số z xác định sau: 𝑇2 − 𝑇1 𝑧= lg 𝐷𝑇1 − lg 𝐷𝑇2 (5.11) So sánh hai phương trình (5.10) (5.11), ta có: 2,303 𝑅𝑔 𝐸𝑎 = 𝑇𝐴1 × 𝑇𝐴2 𝑧 (5.12) 14 Ví dụ tính toán 2: Giá trị D để tiêu diệt loại bào tử xác định nhiệt độ khác bảng sau: Nhiệt độ (°C) 104 107 110 113 116 D (phút) 27,5 14,5 7,5 4,0 2,2 Hãy xác định số chịu nhiệt z loại bào tử 15 THỜI GIAN CHẾT DO NHIỆT F Thời gian chết nhiệt F = tổng thời gian cần thiết để thực tiêu diệt làm giảm số lượng vi sinh vật (cả ở dạng tế bào sinh dưỡng dạng bào tử) Giá trị biểu diễn theo tích số giá trị D Ví dụ: Sự giảm 99,99% số lượng vi sinh vật tương đương với giảm lần chu kz logarit >> F = 4D Thời gian chết nhiệt điển hình thường gặp chế biến thực phẩm F = 12D, với giá trị D loài Clostridium botulinum F thường biểu diễn sau: FzT z: số chịu nhiệt T: nhiệt độ xử lý nhiệt Trong chế biến thực phẩm, thường gặp giá trị F0 = F10121 = thời gian chết nhiệt 121°C vi sinh vật có số chịu nhiệt z = 10 16 THỜI GIAN CHẾT DO NHIỆT F Dựa vào mối quan hệ F D, phương trình (5.11) biến đổi thành: 𝐹𝑅 (𝑇 − 𝑇𝑅 ) lg = 𝐹 𝑧 (5.13) Hoặc: 𝐹𝑅 = 10(𝑇 − 𝑇𝑅 )/𝑧 𝐹 (5.14) Trong đó: F : thời gian chết nhiệt nhiệt độ T bất kz FR : thời gian chết nhiệt nhiệt độ tham chiếuTR , biết Phương trình (5.14): tỷ lệ thời gian chết nhiệt nhiệt độ T thời gian chết nhiệt nhiệt độ tham chiếu TR = tốc độ gây chết (lethal rate, LR) Xem Hình 5.7 17 THỜI GIAN CHẾT DO NHIỆT F Diện tích phía đường cong tốc độ gây chết gọi thời gian gây chết (L): 𝐿= 10(𝑇 − 𝑇𝑅 )/𝑧 𝑑𝑡 (5.15) Thời gian gây chết = ảnh hưởng kết hợp thời gian nhiệt độ lên số lượng vi sinh vật Hình 5.7 Biểu đồ quan hệ tốc độ gây chết (LR) với thời gian chế biến nhiệt Thông thường, L coi F: ảnh hưởng trình chế biến nhiệt với profile nhiệt độ thời gian xác định 18 KHẢ NĂNG HƯ HỎNG (Spoilage probability) Khả hư hỏng dùng để ước tính số đồ hộp hư hỏng tổng số đồ hộp mẻ sản phẩm Từ phương trình (5.6), ta có: 𝑡 lg 𝑁0 − lg 𝑁 = 𝐷 Nếu N = số lượng vi sinh vật cuối sau thời gian chết nhiệt F: 𝐹 lg 𝑁0 − lg 𝑁 = 𝐷 (5.16) Gọi r số lượng hộp đem xử lý nhiệt: 𝐹 lg 𝑟𝑁0 − lg 𝑟𝑁 = 𝐷 (5.17) 19 KHẢ NĂNG HƯ HỎNG (Spoilage probability) Do mục đích q trình khả có vi sinh vật sống sót tất đồ hộp: 𝐹 = 𝐷 (5.18) 𝑟𝑁0 = 10𝐹/𝐷 (5.19) 𝑁0 = 𝑟 10𝐹/𝐷 (5.20) lg 𝑟𝑁0 Phương trình (5.20) : 1/r : hộp bị hư hỏng tổng số r hộp Có thể sử dụng để tính thời gian chết nhiệt F 20 Ví dụ tính tốn 3: Hãy ước tính khả hư hỏng trình chế biến 50 phút nhiệt độ 113°C biết D113 = phút lượng vi sinh vật ban đầu 104/ hộp Ví dụ tính tốn 4: Một trình chế biến nhiệt thực cách nâng nhiệt tức lên 138°C, sau giữ nhiệt giây làm mát tức Hãy ước tính thời gian gây chết 121°C biết số chịu nhiệt z vi sinh vật 8,5°C 21 Ví dụ tính tốn 5: Nhiệt độ khu vực tăng nhiệt chậm thực phẩm lỏng đồ hộp đo sau: Thời gian (phút) Nhiệt độ (°C) 75 105 125 140 135 120 100 Quá trình xử lý nhiệt áp dụng cho vi sinh vật có giá trị D121 = 1,1 phút z = 11°C Hãy tính thời gian gây chết F121 cho trình chế biến nhiệt 22 THIẾT BỊ HỆ THỐNG TIỆT TRÙNG Hệ thống tiệt trùng gián đoạn: Hình 5.8 Hệ thống tiệt trùng gián đoạn 23 THIẾT BỊ HỆ THỐNG TIỆT TRÙNG Hệ thống tiệt trùng gián đoạn: Hình 5.9 Hình ảnh thực tế thiết bị tiệt trùng gián đoạn 24 THIẾT BỊ HỆ THỐNG TIỆT TRÙNG Hệ thống tiệt trùng gián đoạn: Gồm loại: + Loại thẳng đứng + Loại nằm ngang Loại nằm ngang: + Thân hình trụ đặt nằm ngang; đáy nắp hình chỏm cầu + Nắp có chốt ghép chặt với thân thiết bị + Bên thân thiết bị có đường ray để đẩy xe đựng đồ hộp + Có đường ống dẫn nóng, nước nóng; ống xả nước ngưng van … 25 THIẾT BỊ HỆ THỐNG TIỆT TRÙNG Hệ thống tiệt trùng liên tục: Cấu tạo: + Có hai nhánh cột nước cao 12-20 m + Giữa cột nước phịng nóng + Cuối cột nước lạnh vào - Đồ hộp vào băng tải xích - Điều chỉnh thời gian trùng vận tốc băng tải Hình 5.10 Sơ đồ hệ thống tiệt trùng liên tục đồ hộp dùng áp suất thủy tĩnh 26 THIẾT BỊ HỆ THỐNG TIỆT TRÙNG Hệ thống tiệt trùng liên tục: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng mỏng: xem chương 27 ... (5 .10 ) (5 .11 ), ta có: 2,303