Pastorizzazione e sterilizzazione degli alimenti: obiettivi e parametri
Slide sulla pastorizzazione e sterilizzazione degli alimenti. Il Pdf, adatto per l'università e la materia di Scienze, illustra i principi e gli obiettivi dei trattamenti termici, inclusa la sicurezza microbiologica e la stabilità del prodotto, con formule e grafici esplicativi.
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Anteprima
Trattamenti Termici: Obiettivi
Ottenere la sicurezza microbiologica e la stabilità dell'alimento durante la sua conservazione, applicando un trattamento termico funzionale alle condizioni di conservazione (durata prevista e temperatura) che comporti un effetto sterilizzante adeguato.
Sicurezza Microbiologica
Riduzione della carica microbica di microrganismi patogeni (infettivi e/o tossinogeni) nell'alimento a livelli compatibili per il suo consumo.
Stabilità
- Riduzione della restante microflora (alterativa non patogena) a livelli accettabili per la conservazione delle caratteristiche dell'alimento in funzione delle sue caratteristiche (acidità, aw etc.) e delle condizioni di conservazione
- Inattivazione enzimatica
Qualità Sensoriale, Nutrizionale, Chimica, Fisica
Garantire contemporaneamente il mantenimento delle caratteristiche nutrizionali ed organolettiche dell'alimento crudo a rischio di modificazione dovute al trattamento termico (denaturazione vitamine, modificazioni proteine e carboidrati, off-flavours, etc.).
Capire e gestire la diversità tra le cinetiche di inattivazione microbica, le cinetiche di inattivazione enzimatica e quelle di modificazione dei componenti di ogni alimento.
Parametri di Inattivazione Microbica
L'OBBIETTIVO PRINCIPALE DI UN TRATTAMENTO TERMICO E' L'INATTIVAZIONE MICROBIOLOGICA
I parametri di processo del trattamento devono essere, in primis, studiati e calibrati in funzione del microrganismo target che si vuole inattivare e del grado di inattivazione che si vuole raggiungere.
Per fare ciò, bisogna conoscere e comprendere i parametri di inattivazione microbica Temperatura minima letale Parametro D- (riduzione decimale) Costante di resistenza termica o parametro z Effetto sterilizzante Tempo di morte termica F
Parametri di Inattivazione Microbica: Temperatura Minima Letale
Quando disegno un trattamento termico per un determinato microrganismo target devo conoscere la temperatura minima letale ( temperatura massima di crescita)
Temperatura minima a cui inizia ad esserci inattivazione microbica (le cellule muoiono). Difficile da stabilire in termini assoluti: resistenza termica microrganismi dipende da composizione substrato, pH, aw, condizioni fisiologiche microrganismi, etc.
Zona di crescita Zona di letalità T min T max velocità crescita No crescita velocità inattivazione termica 0 temperatura
Parametri di Inattivazione Microbica: Parametro D- (Riduzione Decimale)
Parametro D- (riduzione decimale) = tempo di trattamento ad una temperatura letale tale da determinare una riduzione logaritmica decimale della popolazione microbica
Il parametro D- è specifico (quindi diverso) per ogni temperatura (letale): maggiore è la temperatura di trattamento per il medesimo m.o., minore il valore di D-
Specifico per ogni microorganismo (genere, specie, biotipo (o enzima) e dipende anche da:
Fase della curva di crescita in cui si trova il microrganismo Matrice alimentare (fattori intrinseci) Maggiore è il tempo di D- maggiore la resistenza termica del microrganismo
Parametri di Inattivazione Microbica: Riduzione Logaritmica
Perché si parla di riduzione logaritmica di una popolazione microbica a seguito di un trattamento termico?
Quando una popolazione di forme microbiche vitali è esposta ad una temperatura letale costante, il numero di forme microbiche che restano vitali diminuisce in maniera logaritmica nel tempo
Curva di Sopravvivenza Microbica
1,20E+07 1,00E+07 8,00E+06 ufc/ml 6,00E+06 1,00E+06 2,00E+06 0,00E+00 20 40 60 80 100 -2,00E+06 tempo min
Retta di Sopravvivenza Microbica
8,00E+00 6,00E+00 4,00E+00 +121℃ log ufc/ml 2,00E+00 -+-121℃ 0,00E+00 D 10 20 30 40 50 -2,00E+00 -4,00E+00 tempo (min)
Parametri di Inattivazione Microbica: Velocità di Inattivazione Termica
La velocità di inattivazione termica di una popolazione microbica è direttamente proporzionale alla costante k (costante di inattivazione termica)
Variazione numero cellule dN = KN Variazione tempo trattamento dt
Retta di Sopravvivenza Microbica e Costante k
8,00E+00 6,00E+00 log ufc/ml 4,00E+00 k 1 2,00E+00 -+-121℃ 0,00E+00 D 10 20 30 40 50 -2,00E+00 -4,00E+00 tempo (min) k è la pendenza della retta di sopravvivenza microbica logaritimica D- si definisce come l'inverso di k D -= 1/k
Parametri di Inattivazione Microbica: Equazione di Integrazione
Attraverso un passaggio di integrazione si ottiene la seguente equazione
NI = Noe -kt NI = No10 0-1/D
Indica che la relazione tra: - N1 numero di cellule vitali dopo un tempo di trattamento t - No numero di cellule vitali presenti al tempo zero - t è il tempo di trattamento Dipende da k o da DT
logN 10000 1000 k' 100 10 T 1 DT 0,1 t (min) DT = tempo di riduzione decimale ossia tempo necessario per ridurre di 10 volte popolazione microbica ad una certa T
Parametri di Inattivazione Microbica: Curve di Sopravvivenza
A parità di temperatura di trattamento, saranno diverse le curve di sopravvivenza in funzione dei diversi microrganismi
5 4 Facilmente distrutti
D- minore Log ufc/ml 3 2 Resistenti > D- maggiore 1 0 5 10 15 Tempo (minuti)
Parametri di Inattivazione Microbica: Tempi di Riduzione Decimale MO Patogeni
| Microrganismo | Temperatura (C) | D (min) |
| Bacillus cereus (m) | 100 | 5,5 |
| Bacillus coagulans (m) | 121 | 3,0 |
| Bacillus subtilis (m) | 121 | 0.3-0.7 |
| Clostridium butirricum (m) | 85 | 12-23 |
| Clostridium sporogenes (m) | 121 | 0,2-1,5 |
| Clostridium perfringens (m) | 100 | 0.3-17,6 |
| Bacillus stearothermophilus (s) | 121 | 16,0 |
| Escherichia coli (m) | 70 | 0.006-0,04 |
| Listeria monocytogenes (m) | 70 | 0,15-0,27 |
| Salmonella typhimurium (m) | 70 | 0,03-815 |
| Staphylococcus aureus (m) | 70 | 0,3 |
| Streptococcus faecium (m) | 74 | 0,015-2,57 |
| Clostridium botulinum (s) | 121 | 0.13-0,25 |
m = forma vegetative; s = spore
Parametri di Inattivazione Microbica: Tempi di Riduzione Decimale MO Psicrotrofi
| Microorganisms | Heating Medium | Temperature (°℃) | D (min) |
| Psychrotrophs | |||
| Pseudomonas fragi | Milk | 49 | 7-9 |
| Pseudomonas fragi | Skim milk | 49 | 8-10 |
| Pseudomonas fragi | Whey, pH 6.6 | 49 | 32 |
| Pseudomonas fragi | Whey, pH 4.6 | 49 | 4 6 |
| Pseudomonas viscosa | Milk | 49 | 1.5-2.5 |
| Pseudomonas viscosa | Whey, pH 6.6 | 49 | 3.9 |
| Pseudomonas viscosa | Whey, pH 4.6 | 49 | 0.5 |
| Pseudomonas fluorescens | Buffer | 60 | 3.2 |
| Listeria monocytogenes | Milk | 72 | 0.02-0.05 |
Parametri di Inattivazione Microbica: Tempi di Riduzione Decimale MO Sporigeni
| Heating Medium | Temperature (°℃) | D (min) | |
| Spore-forming bacteria | |||
| Bacillus cereus, spores | Milk | 121 | 0.04 |
| Bacillus cereus, vegetative | Water or 2 M sucrose | 70 | 0.013-0.016 |
| Bacillus cereus, germinating spore | Water | 70 | 0.35 |
| Bacillus cereus, germinating spore | 2 M sucrose | 70 | 39 |
| Bacillus subtilis, spore | Milk | 121 | 0.03-0.5 |
| Bacillus subtilis, vegetative | Water | 55 | 1.0-5.6 |
| Bacillus coagulans, spore | Milk | 121 | 0.6-4 |
| Bacillus stearothermophilus, spore | Skim milk | 121 | 2.5-4 |
| Bacillus sporothermodurans, spore | Skim milk | 121 | 2-3.5 |
| Clostridium sporogenes, spore | Milk, pH 7.0 | 121 | 1.7 |
| Clostridium botulinum, spore | Milk, pH 7.0 | 121 | 0.2 |
| Clostridium tyrobutyricum, spore | Milk | 110 | 0.5 |
| Clostridium perfringens, spore | Water | 70 | 8-25 |
Parametri di Inattivazione Microbica: Costante di Resistenza Termica o Parametro Z
Se devo operare a T differenti dalla temperatura di riferimento, devo conoscere il valore corrispondente di D alla nuova T.
Relazione tra D- e T:
All'aumentare della T, diminuisce DT.
La relazione tra queste due variabili si indica con Z.
Log D1/D2= (T2-T1)/z
Z T2-T1 LogDr2 - LogDr1
Costante di resistenza termica o parametro Z = corrisponde all'aumento di temperatura che si deve applicare per ridurre il valore di D- di un fattore 10.
Permette di stimare il valore di D- ad una temperatura diversa da quella di riferimento ed è fondamentale per progettare i trattamenti termici o stimare gli effetti dei trattamenti termici praticati realmente, che non sono mai completamente isotermici (fasi riscaldamento/raffreddamento)
Parametri di Inattivazione Microbica: Z e Termoresistenza
Z : T2 -T1 LogDr2 - LogDr1
100 D (min) 10 1.0 Z 0.1 110 120 130 (b) Temperature (℃)
il parametro D varia in modo logaritmico al variare della temperatura
D1 e D2 sono i tempi di riduzione decimale alle due differenti temperature T1 e T2.
z è il reciproco della pendenza della retta avente per coordinate (D- e T)
z indica la resistenza relativa di un microrganismo al variare delle temperature di trattamento.
Minore è il valore di z, minore è la termoresistenza Maggiore è il valore di z, maggiore è la termostabilità
Termoresistenza e termostabilità non si valutano solo per i microrganismi ma anche per la stabilità delle molecole (es vitamine)
Esempi di Conversione
Z medio cellule vegetative, muffe, lieviti 5℃ Z medio cellule spore batteriche 10℃ Z medio reazioni chimiche 32℃
Parametri di Inattivazione Microbica: Calcolo del D-
Tx-TRIF Z X 1 RIF 10
Z: Permette di stimare il valore di D- ad una temperatura diversa da quella di riferimento
Calcolo del D- ad una temperatura diversa da quella di riferimento (T RIF )
Parametri di Inattivazione Microbica: Z Values per MO Psicrotrofi
| Microorganisms | Heating Medium | Temperature (℃) | D (min) | Z (K) |
| Psychrotrophs | ||||
| Pseudomonas fragi | Milk | 49 | 7-9 | 10-12 |
| Pseudomonas fragi | Skim milk | 49 | 8-10 | 10-12 |
| Pseudomonas fragi | Whey, pH 6.6 | 49 | 32 | |
| Pseudomonas fragi | Whey, pH 4.6 | 49 | 4 6 | 10.9 |
| Pseudomonas viscosa | Milk | 49 | 1.5-2.5 | 4.9-7.9 |
| Pseudomonas viscosa | Whey, pH 6.6 | 49 | 3.9 | |
| Pseudomonas viscosa | Whey, pH 4.6 | 49 | 0.5 | |
| Pseudomonas fluorescens | Buffer | 60 | 3.2 | 7.5 |
| Listeria monocytogenes | Milk | 72 | 0.02-0.05 | 6.8 |
Parametri di Inattivazione Microbica: Z Values per MO Sporigeni
| Microorganisms | Heating Medium | Temperature (°℃) | D (min) | Z (K) |
| Spore-forming bacteria (Continued) | ||||
| Bacillus sporothermodurans, spore | Skim milk | 121 | 2-3.5 | 13-14 |
| Clostridium sporogenes, spore | Milk, pH 7.0 | 121 | 1.7 | |
| Clostridium botulinum, spore | Milk, pH 7.0 | 121 | 0.2 | |
| Clostridium tyrobutyricum, spore | Milk | 110 | 0.5 | 15 |
| Clostridium perfringens, spore | Water | 70 | 8-25 | 7-8 |
| Bacillus cereus, spores | Milk | 121 | 0.04 | 9.4-9.7 |
| Bacillus cereus, vegetative | Water or 2 M sucrose | 70 | 0.013-0.016 | 6.6 |
| Bacillus cereus, germinating spore | Water | 70 | 0.35 | 6.5 |
| Bacillus cereus, germinating spore | 2 M sucrose | 70 | 39 | |
| Bacillus subtilis, spore | Milk | 121 | 0.03-0.5 | 10.7 |
| Bacillus subtilis, vegetative | Water | 55 | 1.0-5.6 | 5.0-5.2 |
| Bacillus coagulans, spore | Milk | 121 | 0.6-4 | 4.6 |
| Bacillus stearothermophilus, spore | Skim milk | 121 | 2.5-4 | 9-11 |
Parametri di Inattivazione Microbica: Effetto Sterilizzante
Effetto sterilizzante alla stessa temperatura: esempio
Tempo di trattamento variabile, carica iniziale costante, Nº riduzioni e carica (N1) variabili
70°C, DT = 0,1 min
| tempo (min) | log No | log N1 | D | N1 |
| 0,1 | 7 | 6 | 1 | 1,E+06 |
| 0,2 | 7 | 5 | 2 | 1,E+05 |
| 0,3 | 7 | 4 | 3 | 1,E+04 |
| 0,4 | 7 | 3 | 4 | 1,E+03 |
| 0,5 | 7 | 2 | 5 | 1,E+02 |
| 0,6 | 7 | 1 | 6 | 1,E+01 |
| 0,7 | 7 | 0 | 7 | 12:00 |
| 0,8 | 7 | -1 | 8 | 1,E-01 |
| 0,9 | 7 | -2 | 9 | 1, E-02 |
| 1 | 7 | -3 | 10 | 1, E-03 |
NB: Valori di carica MO residua inferiori all'unità: cosa indicano ??
1,0E-01 à 1 ufc/10 ml o g 1,0E-02 à 1 ufc/100 ml o g 1,0E-03 à 1 ufc/1000 ml o g
Se il fluido alimentare fosse confezionato in bottiglie da 1 ml, questi valori significano che una confezione ogni 10, 100 o 1000 conterrebbe ancora un m.o. sopravvissuto, in grado potenzialmente di crescere e alterare il prodotto, oppure che in una confezione da 1 l si avrebbe una carica totale di 100, 10 e 1 microrganismo, rispettivamente.
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