Влияние времени термообработки. Десятично снижаемое время. Инактивация при постоянной температуре

Разрушение микроорганизмов при определенной температуре описывается уравнением первого порядка:

(2.1)

где: N – количество микроорганизмов или их концентрация за время t; t – продолжительность обработки, мин; k – константа зависимости температуры от скорости, или константа летальной скорости, или константа скорости реакции.

Это уравнение может быть интегрировано между пределами N₀ (начальное количество микроорганизмов или начальная концентрация) при времени 0 и N при времени t:

(2.2)

(2.3)

Уравнение (2.3) показывает, что снижение количества микроорганизмов происходит экспоненциально (рис.2.1). Кривая, изображенная на рисунке 2.1, называется кривой выживания микроорганизмов. Аналогичен характер снижения популяции спор микроорганизмов. Время, необходимое для снижения количества микроорганизмов N определенной фракции, не зависит от их начального числа N₀.

Для практических целей наиболее целесообразно использовать десятичный логарифм вместо натурального логарифма:

(2.4)

Рисунок 2.1 – Кривая выживания микроорганизмов.

Графическое изображение (рис. 1.2) этого уравнения - называется кривой летальной скорости. Угол наклона прямой зависит от температуры и равен –k/2,303.

Рисунок 2.2 – Кривая летальной скорости микроорганизмов.

Для расчета процесса стерилизации используется концепция показателя D вместо показателя k. Показатель D или десятично снижаемое время – это время, необходимое для снижения количества микроорганизмов приопределенной температуредо 1/10 первоначального значения (т.е. до 90%), или это время, требуемое для одного цикла логарифмического снижения количества микроорганизмов. Из этого определения можно рассчитать, что угол наклона кривой летальной скорости равен -1/D.

Таким образом:

(2.5)

(2.6)

Уравнение кривой выживания, основанное на определении десятично снижаемого времени, можно представить следующим образом:

(2.7)

или

(2.8)

и

(2.9)

Сравнивая уравнения (1.11) и (1.17), приводим к обратному уравнения (2.6):

(2.10)

Существует два важных вывода, возникающих из логарифмической кратности летальности. Во-первых, чем выше число микроорганизмов, присутствующих в сырье, тем дольше времени занимает снижение их количества до определенного уровня. Во-вторых, поскольку микробиальное разрушение происходит логарифмически, теоретически возможно разрушить все клетки только после нагревания в течение бесконечного времени.

Однако, возможность выживания одного микроорганизма может быть предсказана, используя данные его термоустойчивости, температуру и время нагревания. Это объясняет понятие, известное как промышленная стерильность.

Комерческая стерильность означает, что большая часть тары стерильна, но есть вероятность выживания непатогенных клеток после термообработки в определенном количестве тары.

Уровень выживания определяется типом микроорганизмов, которые загрязняют данное сырье. Процесс 12D используется тогда, когда есть вероятность присутствия микроорганизмов Clostridium.

Значение показателя D иллюстрируется через следующие примеры:

100 банок с 1000 спорами в каждой банке

Процесс 6 D: 10³ 10^-3 спор в банке

Поэтому 1 банка из 1000 банок содержит одну спору

Процесс 12 D: 10³ 10^-9 спор в банке

1000 банок с 10000 спорами в каждой банке

Процесс 6 D: 10⁴ 10^-2 спор банке

Процесс 12 D: 10⁴ 10^-8 спор в банке

Существуют ситуации, когда кривая выживания популяции микроорганизмов не соответствует кривой первого порядка. Для таких случаев рекомендуется следующее выражение:

(2.11)

где D' – параметр, схожий с десятично снижаемым временем, n – константа для расчета отклонения от прямо пропорциональной кривой выживания. Когда кривые выживания имеют характер вогнутости вверх, значение n будет меньше единицы. Если кривые выживания имеют наклонный характер, значение n будет больше единицы.

Задача. При обработке продукта ультравысоким давлением 300 МПа были получены следующие данные кривой выживания микроорганизмов:

Определите параметры, необходимые для описания кривой выживания.

Подход. Уравнение (2.11) можно представить в следующем виде:

Решение.

1. График кривой выживания представлен на рисунке 2.3.

2. Из графика можно определить: наклон = 0,3381, отрезок =0,0425

3. Тогда с и n=0,34

Рисунок 2.3 - Графическое изображение D'