giáo trình công nghệ chế biến đóng hộp phần 6

Theo hình 4.3, ta viết: lg t − lg F = = độ dốc đường thẳng 121 ,1 − T Z lg t − lg F = 121,1 − T Z Hay viết lại lg ⇒ F T − 121,1 = Z t F = t 10 T −121 ,1 z Một cách tổng quát, gía trị F biểu thị : z Tref F = t 10 T − Tref z Tref : nhiệt độ “tham chiếu” tương ứng với trình xử lý nhiệt (ví dụ q trình tiệt trùng nhiệt độ 121,1oC, q trình trùng nhiệt độ 100oC ) T : Nhiệt độ xử lý nhiệt (oC) z : tùy thuộc vào loại vi sinh vật cần tiêu diệt tính chất sản phẩm Nói chung, người ta chọn loài sinh bào tử Clostridium botulinum mục tiêu q trình trùng đại diện cho lồi chịu nhiệt, có z = 10oC Trong trường hợp nhiệt độ thay đổi theo thời gian, người ta ghi nhận T(t), giá trị F tính sau : z FTref = T ( t )−Tref z 10 ∞ ∫ dt ο Nó có ý nghĩa tính tổng thời gian ảnh hưởng tức thời, mà biểu thị gía trị 10 (T - Tref)/z gọi yếu tố Bigelow Công thức Bigelow cho ta tính phá hủy bào tử nhiệt trường hợp xử lý nhiệt độ không cố định Mục tiêu trình tiệt trùng Bào tử yếm khí Clostridium botulinum mục tiêu q trình chế biến nhiệt : - Có thể sản sinh độc tố làm chết người dù liều lượng thấp 51 - Có khả thành lập bào tử, bền nhiệt - Clostridium botulinum tìm thấy nơi đâu, hầu hết nguyên liệu nhiễm vi sinh vật này, nên chúng quan hệ mật thiết tới lĩnh vực an toàn thực phẩm Chính lý trên, Clostridium botulinum xem nguyên nhân gây ngộ độc thực phẩm Để tránh "bùng nổ" ngộ độc, nhà chế biến thực phẩm cần : - Giảm mật số bào tử Clostridium botulinum đến mức chấp nhận thực phẩm - Ngăn cản phát triển Clostridium botulinum (bào tử) trình sản sinh độc tố Trong thực tế khó vơ hoạt bào tử Clostridium botulinum, để tránh hư hỏng địi hỏi phải xử lý nhiệt độ cao, nguyên nhân dẫn đến việc giảm tính chất dinh dưỡng, cảm quan thực phẩm, không đáp ứng địi hỏi người tiêu dùng Chính thế, việc ngăn cản hư hỏng thực phẩm thường hạn chế phát triển nhanh bào tử Clostridium botulinum vô hoạt Việc xử lý nhiệt thành công để phá hủy bào tử Clostridium botulinum kết hợp với nhiều yếu tố (yếu tố bên bên ngoài) pH, nhiệt độ, oxy, độ hoạt động nước, phụ gia bảo quản kết hợp với nhóm vi sinh vật cạnh tranh Bảng 4.8 Các nội ngoại tác nhân góp phần ngăn chặn phát triển clostridium botulinum Yếu tố bên - aw : 0,93 (theo FDA, aw < 0,85) - pH < 4,6 - Phụ gia : Nitrit : 0,1 – 0,2g/kg, Muối : < 100g/kg Yếu tố bên - Nhiệt độ bảo quản T < 10oC : Clostridium botulinum dạng A, B; enzyme phân giải protein T < 3,3oC : Clostridium botulinum dạng B, E, F; không phân giải protein (Carla.1992) Thông thường bào tử Clostridium botulinum khơng hình thành phát triển thực phẩm có pH < 4,6 Vì vậy, pH : 4,6 chọn ranh giới phân chia thực phẩm acid acid - Trong thực phẩm acid (pH < 4,6) bào tử Clostridium botulinum diện, khơng có dấu hiệu liên quan đến phát triển nhanh, áp dụng xử lý nhiệt trung bình để phá hủy chúng (thanh trùng) - Trong thực phẩm acid (pH > 4,6) xử lý nhiệt mức độ tương đối sử dụng với mục đích tiêu diệt bào tử Clostridium botulinum, phải kết hợp với trình bảo quản mát Trong trường hợp này, trình tiệt trùng thường áp dụng 52 Xác định điểm kết thúc trình tiệt trùng Tri số giá trị tiệt trùng F cần xác định cho loại hư hỏng vi sinh vật Một trị số trình tính tốn dựa vào z = 10oC nhiệt độ qui ước 121,1oC, ký hiệu F0 Nhiều năm thực tế đóng hộp cho phép kết luận trình tiệt trùng nhiệt ẩm, trị số F10121,1 (Clostridium botulinum) tức F0 = phút, tâm sản phẩm đóng hộp cho kết an toàn theo quan điểm an toàn mặt sức khỏe Những bào tử vi sinh vật chịu nhiệt cịn sống q trinh nhiệt thiết lập để giết bào tử Clostridium botulinum gây hư hỏng cho sản phẩm, không sinh độc tố bảo quản thực phẩm Vì vậy, việc thiết lập trình nhiệt tối thiểu hướng đến việc tiêu diệt bào tử giống Clostridium botulinum phân giải protein dựa vào thông số z (khoảng nhiệt độ cần thiết để thực chu trình logarit tiêu diệt vi sinh vật) nhiệt độ thực trình tiêu diệt vi sinh vật Điểm kết thúc trình trùng thường xác định theo “Xác suất vi sinh vật cịn sống sót” (PNSU: Probability of a Non-Sterile Unit) Trị số thực nghiệm F10121,1 : Sức khỏe cộng đồng Bào tử Clostridium botulinum D121,1 = 0,2 phút N0 = 103 Ngăn ngừa hư hỏng - Bào tử chịu nhiệt trung bình D121,1= 0,5 phút N0 = 104 D121,1= 0,7 phút - Bào tử chịu nhiệt Phân bố nhiệt độ < 30oC D121,1= 1,5 phút N0 = 102 Phân bố nhiệt độ > 30oC D121,1= 1,5 phút N0 = 102 D121,1= 2,5 phút PNSU = 10-9 F0 = phút PNSU = 10-6 F0 = phút F0 = phút PNSU = 10-2 F0 = phút PNSU = 10-6 F0 = 12 phút F0 = 20 phút Chọn chế độ trùng Ta phải chọn chế độ trùng hợp lý, có nghĩa đảm bảo yêu cầu tiêu diệt vi sinh vật có hại đồ hộp đó, đồng thời chất dinh dưỡng bị tổn thất nhất, phẩm chất sản phẩm tốt a Chọn nhiệt độ trùng Tất loại thực phẩm đem đóng hộp mơi trường sống loại vi sinh vật Mặc dù có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả hoạt động vi sinh vật, độ acid ảnh hưởng lớn, nên độ acid yếu tố quan trọng việc chọn nhiệt độ trùng Người ta chia sản phẩm đồ hộp thành nhóm theo độ acid hoạt động sản phẩm, để làm sở cho việc chọn nhiệt độ trùng : 53 - Nhóm sản phẩm đồ hộp khơng chua chua có pH > 4,6 - Nhóm sản phẩm đồ hộp chua có pH < 4,6 + Đối với loại đồ hộp thuộc nhóm khơng chua hay chua, tức có mơi trường pH > 4,5 ( đồ hộp thịt, cá, số đồ hộp rau.): vi sinh vật phát triển mạnh môi trường vi sinh vật chịu nhiệt Trong loại nguy hiểm cả, có hại đến sức khỏe người sử dụng bào tử loại vi khuẩn Clostridium botulinum có khả phân giải protein, loại vi sinh vật chịu nhiệt nguy hiểm nhất, nước giới coi đối tượng chủ yếu phải loại trừ, tiêu diệt nha bào coi tiêu chuẩn trùng tối thiểu Mặc dù khơng phải đại diện ưa nóng nhóm vi sinh vật lên men thối Trong đồ hộp thịt, cá, ta cịn gặp loại vi khuẩn yếm khí gây thối hỏng đồ hộp Clostridium sporogenes bền với nhiệt Clostridium botulinum Ngoài loại đồ hộp có độ acid hoạt động khơng cao lắm, thường có loại vi khuẩn bền với nhiệt Clostridium thermosaccharolyticum thuộc nhóm yếm khí ưa nhiệt, có tác dụng phân hủy glucid Và loại hiếu khí ưa nhiệt loại Bacillus stearothermophillus, loại vi sinh vật làm hỏng đồ hộp Do loại đồ hộp có mơi trường pH > 4,6 cần phải có nhiệt độ trùng cao tiêu diệt loại vi sinh vật ưa nhiệt gây hư hỏng đồ hộp Nhiệt độ vào khoảng 105oC - 121oC, gọi trình tiệt trùng + Đối với loại đồ hộp thuộc nhóm chua, tức có mơi trường pH < 4,6 (như đồ hộp quả, cà chua, rau muối chua): vi khuẩn chịu nhiệt không phát triển mà tính chịu nhiệt chúng giảm đi, nên dễ dàng bị tiêu diệt nâng cao nhiệt độ Các loại nấm men, nấm mốc phát triển mạnh môi trường acid, hầu hết bền nhiệt Nên trùng loại đồ hộp có độ acid cao nhiệt độ thấp nhiệt dộ trùng loại đồ hộp chua Nhiệt độ thường nhiệt độ 100oC thấp hơn, khoảng 80oC Khi xác định nhiệt độ trùng, phải ý nhiệt độ phải nhiệt độ khối sản phẩm cần trùng, phải nhiệt độ vị trí trung tâm hộp (đối với đồ hộp sản phẩm đặc vị trí trung tâm hộp, đồ hộp sản phẩm lỏng vị trí trung tâm nằm 2/3 hộp) Trong thực tế, nhiệt độ vị trí gần nhiệt độ thiết bị trùng đồ hộp lỏng, thấp nhiệt độ thiết bị trùng 0,5 - 1,5oC đồ hộp đặc b Chọn thời gian trùng Ở nhiệt độ trùng định, vi sinh vật đồ hộp thường không bị tiêu diệt tức thời, mà cần phải có thời gian định gọi thời gian trùng hay thời gian tác dụng nhiệt, ký hiệu t (phút) Trong trình trùng, sản phẩm đựng đồ hộp, khơng đun nóng tức thời tới nhiệt độ trùng cần đạt được, mà nhiệt lượng phải truyền dần từ mơi trường đun nóng, qua bao bì vào lớp sản phẩm bên ngồi, vào tới khu vực trung tâm đồ hộp Quá trình phải thời gian, gọi thời gian truyền nhiệt (ký hiệu t1) Khi khu vực trung tâm đồ hộp đạt tới nhiệt độ trùng, giữ nhiệt độ thời gian định, gọi thời tiêu diệt (ký hiệu t2) Như thời gian trùng tổng quát đồ hộp (hay thời gian đồ hộp chịu tác dụng nhiệt) bao gồm thời gian truyền nhiệt (t1) thời gian tiêu diệt (t2) t = t1 + t2 (phút) 54 Nhưng thực tế, thời gian truyền nhiệt, số vi sinh vật có đồ hộp bị tiêu diệt, tác dụng nhiệt độ cao nhiệt độ phát triển vi sinh vật Vì thời gian trùng thực tế nhỏ tổng thời gian truyền nhiệt thời gian tiêu diệt ttt < t1 + t2 Muốn xác định xác thời gian trùng t, cần phải khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới thời gian truyền nhiệt t1 thời gian tiêu diệt t2 đồ hộp cần trùng c Áp suất đối kháng Thực phẩm đựng hộp bao gồm thành phần : chất rắn, chất lỏng, chất khí Dưới tác dụng nhiệt độ cao, áp suất riêng phần dãn nở cấu tử tăng lên, làm cho áp suất chung bao bì đựng sản phẩm tăng lên Áp suất (có thể tới atm) làm cho bao bì sắt tây bị biến dạng, bao bì thủy tinh bị nứt, Vì ta cần tạo áp suất thiết bị trùng (căn vào tính chất bao bì, thành phần sản phẩm đựng hộp nhiệt độ trùng) hay gần áp suất dư tăng lên hộp, áp suất gọi áp suất đối kháng, thường vào khoảng 0,4 - 1,4 atm Áp suất (Bar) Ghi Sản phẩm Thiết bị Hình 4.4 Sự thay đổi áp suất q trình trùng (khơng có áp suất đối kháng) Áp suất (Bar) Hình 4.5 Sự thay đổi áp suất q trình trùng (có áp suất đối kháng) 55 * Khi xác định thông số chế độ trùng đồ hộp, ta ghi lại thành công thức trùng tổng quát : a A− B −C P To a: Thời gian đuổi khơng khí khỏi thiết bị trùng (bằng nước), tính phút Thời gian đuổi khí thường kéo dài : - 10 phút Nếu trùng thiệt bị hở (bằng nước) khơng có thời gian đuổi khí a A: Thời gian nâng nhiệt độ, thiết bị trùng chứa đồ hộp, từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ trùng cần thiết (phút) B: Thời gian giữ nhiệt độ không đổi thiết bị trùng (phút) C: Thời gian hạ nhiệt từ nhiệt độ trùng tới nhiệt độ lấy đồ hộp (phút) o T : Nhiệt độ trùng (oC) p: Áp suất đối kháng cần tạo thiết bị trùng (atm) T (oC) Thiết bị Sản phẩm t (phút) A C B Hình 4.6 Đồ thị trùng tổng quát 56 Các yếu tố ảnh hưởng đền thời gian trùng a Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt trình trùng + Tính chất vật lý sản phẩm Các loại đồ hộp có tính chất vật lý khác độ nhớt trọng lượng riêng Do loẵi đồ hộp có thời gian truyền nhiệt khác - Các loại đồ hộp sản phẩm lỏng (như nước quả) có độ nhớt thấp tỉ trọng nhỏ, nên truyền nhiệt sản phẩm xảy nhanh dòng đối lưu Nhiệt độ hộp đạt tới nhiệt độ trùng chậm thiết bị đạt tới nhiệt độ trùng khoảng 13 - 15 phút - Các loại đồ hộp sản phẩm đặc (như paté, thịt hầm) truyền nhiệt sản phẩm cách dẫn nhiệt Vì hệ số dẫn nhiệt thực phẩm nhỏ nên đun nóng sản phẩm xảy chậm Nhiệt độ trùng hộp đạt chậm nhiệt độ trùng thiết bị khoảng 40 phút - Các loại đồ hộp sản phẩm có phần thể đặc, có phần thể lỏng (như đồ hộp nưóc đường, cá ngâm dầu) Sự truyền nhiệt xảy theo hai cách : đối lưu dẫn nhiệt Nhiệt độ trùng hộp đạt chậm nhiệt độ trùng thiết bị khoảng 28 phút Ngồi dung dịch có chứa nhiều đường, tinh bột, pectin, cellulose làm ảnh hưởng đến tính chất vật lý nên ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt Có thể kéo dài thời gian truyền nhiệt + Tính chất bao bì Các loại sản phẩm thực phẩm đựng loại bao bì làm vật liệu khác nhau, có độ dầy khác nhau, kích thước khác Nên thời gian truyền nhiệt chế độ trùng khác - Ảnh hưởng tính chất vật lý bao bì Khi truyền nhiệt từ mơi trường đun nóng bên ngồi vào khu vực trung tâm bao bì Trước hết phải khắc phục nhiệt trở thành bao bì, nhiệt trở phụ thuộc vào độ dầy bao bì (δ) hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm bao bì (λ) Nhiệt trở biểu thị tỉ số δ/λ Nhiệt trở chung lớn thời gian truyền nhiệt kéo dài Bảng 4.9 Tính chất vật lý loại bao bì Loại bao bì Sắt tây Thủy tinh Chiều dày trung bình [δ] (m) 0,24 – 0,26.10-3 - 6.10-3 Độ dẫn nhiệt [λ] (w/m.oC) 46 - 52 0,6 - 0,9 Nhiệt trở [δ/λ] ( oC.m2/w) 4,6 - 7,8.10-5 200 - 1000.10-5 (Nguyễn Vân Tiếp 2000) Nhưng q trình trùng, khơng thể nghiên cứu riêng rẽ ảnh hưởng nhiệt trở bao bì, mà phải xét ảnh hưởng khối sản phẩm : 57 y Trường hợp sản phẩm lỏng đựng bao bì sắt tây: truyền nhiệt từ mơi trường đun nóng tới thành hộp sắt truyền nhiệt chủ yếu đối lưu Thời gian truyền nhiệt sàn phẩm lỏng đựng bao bì sắt tây ngắn y Trường hợp sản lỏng đựng bao bì thủy tinh: truyền nhiệt gồm đối lưu dẫn nhiệt Thời gian truyền nhiệt chế độ trùng lớn thời gian truyền nhiệt trường hợp y Trường hợp sản phẩm đặc đựng bao bì sắt tây : truyền nhiệt bên hộp chủ yếu dẫn nhiệt Thời gian đun nóng trường hợp kéo dài trường hợp Và coi thời gian chủ yếu phụ thuộc vào tính chất nhiệt trở sản phẩm đặc y Trường hợp sản phẩm đặc đựng bao bì thủy tinh : Sự truyền nhiệt chủ yếu dẫn nhiệt Thời gian truyền nhiệt trường hợp dài phụ thuộc vào tính chất bao bì thủy tinh sản phẩm, tính chất sản phẩm giữ vai trị chủ yếu Tóm lại trường hợp: Tính dẫn nhiệt độ dầy bao bì có ảnh hưởng đáng kể đến thời gian truyền nhiệt chế độ trùng có dịng đối lưu mạnh Trường hợp đồ hộp chứa sản phẩm đặc, nghĩa truyền nhiệt chủ yếu dẫn nhiệt đặc điểm bao bì có ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt Mà chủ yếu tính chất sản phẩm, sản phẩm đặc, có hệ số dãn nhiệt nhỏ bề dầy lớp sản phẩm từ vào lớp hộp lớn, thời gian truyền nhiệt kéo dài - Ảnh hưởng kích thước hình học bao bì Các loại bao bì có hình dạng kích thước hình học phức tạp Nên việc nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hình học bao bì tới thời gian truyền nhiệt chưa đầy đủ Loại bao bì có kích thước hình học đơn giản bao bì hình trụ Dựa kiến thức lý thuyết truyền nhiệt, tính thời gian truyền nhiệt bao bì hình trụ theo cơng thức : to = A (8,3HD + D2) Với 19 − A= lg δ − 0,01 973λ ; δ = T − T1 T n − T1 H : chiều cao hộp, (cm) D : đường kính ngồi hộp, (cm) T1 : nhiệt độ ban đầu hộp, (oC) T2 : nhiệt độ cuối hộp, (oC) Tn : nhiệt độ trùng, (oC) λ : hệ số dẫn nhiệt chung đồ hộp, (w/moC) to : thời gian đun nóng hộp từ nhiệt độ T1 đến T2, (phút) Nếu trùng sản phẩm đựng bao bì có kích thước hình học khác nhau, ta có tỉ lệ đơn giản : t 01 8,3H D1 + D12 = t 02 8,3H D2 + D22 58 Cơng thức cho ta tính gần thời gian truyền nhiệt loại đồ hộp có kích thước khác biết thời gian truyền nhiệt sản phẩm đựng bao bì xác định Cơng thức truyền nhiệt cho biết thời gian truyền nhiệt mà cịn khảo sát ảnh hưởng loại đồ hộp Cùng thể tích, hộp dẹt (H/D 4 ,6 - Nhóm sản phẩm đồ hộp chua có pH < 4 ,6 + Đối