Principii Conservare Alimente Lungu

CORNELIA LUNGU

PRINCIPII GENERALE DE

CONSERVARE A PRODUSELOR

ALIMENTARE

Cuprins

Principii generale de conservare a produselor alimentare

Cuprins

1. Conservarea produselor alimentare prin pasteurizare şi sterilizare termică ............................................................................................................ 4

1.1. Consideraţii generale ......................................................... 4

1.2. Cinetica distrugerii termice a microorganismelor .............. 4

1.3. Pasteurizarea produselor alimentare ................................. 14

1.4. Sterilizarea produselor alimentare ..................................... 15

1.4.1. Consideraţii generale ........................................... 15

1.4.2. Clasificarea bacteriilor formatoare de spori în funcţie de

necesităţile în oxigen ................................................................ 16

1.4.3. Factorii care influenţează regimul de sterilizare ... 19

1.4.4. Factorii care influenţează distrugerea termică a

microorganismelor .................................................................... 28

1.5. Evaluarea procesului de pasteurizare................................ 30

1.6. Evaluarea procesului de sterilizare .................................... 34

1.7. Efectul tratamentului termic asupra calităţii produselor alimentare

.................................................................................................. 47

2. Metode moderne de conservare...................................................... 50

2.1. Conservarea cu ajutorul presiunilor înalte ......................... 50

2.2. Conservarea cu ajutorul câmpului magnetic ...................... 53

2.3. Conservarea cu ajutorul radiaţiilor ionizante ...................... 56

2.4. Conservarea cu ajutorul câmpului electric pulsatoriu de înaltă

intensitate (pef) ......................................................................... 60

2.5. Conservarea cu impulsuri ultrascurte de lumina ................ 61

2. 6. Folosirea radiaţiilor ultraviolete în industria cărnii pentru

sterilizare şi prelungirea duratei de conservare ........................ 62

2. 7. Conservarea prin încălzire cu microunde şi curenţi de înaltă

frecvenţă ................................................................................... 63

2. 7. 1. Consideraţii generale ........................................ 63

2.7.2. Deosebirile dintre încălzirea cu microunde şi curenţi de

înaltă frecvenţă ......................................................................... 65

Cuprins


2.7.3. Factorii care influenţează încălzirea cu microunde

.................................................................................................. 66

2.7.4. Aparatura de tratare cu microunde ...................... 70

2.7.5. Utilizarea microundelor în scop de conservare .... 71

2.7.6. Alte utilizări ale microundelor ............................... 73

2.7.7. Avantajele folosirii microundelor........................... 74

2.8. Conservarea prin încălzire ohmică .................................... 75

2.8.1. Principiul încălzirii ohmice .................................... 75

2.8.2. Calitatea produselor tratate prin încălzire ohmică

.................................................................................................. 78

2.8.3. Instalaţii cu funcţionare continuă de procesare ohmică

....................................................................................... 79

2.8.4. Avantajele încălzirii ohmice.................................. 81

2.9. Conservarea prin încălzire cu unde de frecvenţă radio...... 84

2.10. Conservarea prin încălzire indirectă cu efect joule (actijoule)

.................................................................................................. 85

2.11. Conservarea cu radiaţii infraroşii ..................................... 86

Bibliografie........................................................................................... 88

Conservarea produselor alimentare prin pasteurizare şi sterilizare termică

Principii generale de conservare a produselor alimentare 4

1


1.1. Consideraţii generale

Pasteurizarea are drept scop distrugerea microorganismelor, forme

vegetative, în special a celor patogene, precum şi inactivarea enzimelor

responsabile de modificări biochimice nedorite, pentru a asigura stabilitatea

biologică a produsului finit.

Sterilizarea are drept scop distrugerea tuturor microorganismelor forme

vegetative şi spori, a toxinelor microbiene şi inactivarea enzimelor tisulare şi

microbiene dintr-un produs alimentar.

i într-un caz şi în altul, produsul alimentar poate fi ambalat de la început

într-un recipient ermetic închis sau acesta se ambalează, după pasteurizare

sau sterilizare în vrac, în condiţii aseptice.

Distrugerea microorganismelor cu ajutorul căldurii este îmbunătăţită în

prezenţa unor compuşi antimicrobieni: ioni de hidrogen, alcool etilic, CO2,

bacteriene, fitoncide, componentele amare din hamei, uleiuri eterice etc.

Operaţiile de pasteurizare şi sterilizare trebuie astfel optimizate încât să nu

fie afectate calităţile produsului finit.

1.2. Cinetica distrugerii termice a microorganismelor

Atât la pasteurizare cât şi la sterilizare, numărul celulelor vegetative (cazul

pasteurizării) sau a celulelor vegetative şi sporilor (cazul sterilizării) se reduce

exponenţial, pe măsură ce timpul de expunere, la o anumită temperatură

letală, creşte.

Distrugerea termică se petrece după o reacţie chimică de ordinul I, a cărei

expresie matematică este următoarea:



ττ

dKC

dC-sau CK

d

dC⋅=⋅=−

În care:

C – este concentraţia reactantului care se descompune;

K – factor de proporţionalitate;

-dC/dτ- viteza cu care scade concentraţia.

Prin integrarea ecuaţiei în limitele C1 la timpul τ1 şi C2 la timpul τ2 se va

obţine:

- ∫ ∫=−2

1

2

1

C

dKC

dCC

τ

ττ

sau

– ln C2 – (-lnC1)=K(τ2 - τ1)

iar

K = 2

1

1212

21

C

Clg

303.2ClnCln

ττττ −=

−

−

Ultima ecuaţie poate fi modificată sub forma:

K =C

Clg

K

2,303sau

C

Clg

303,2 00 =ττ

În care:

C0 – concentraţia iniţială a reactantului;

C – concentraţia reactantului după epuizarea tipului τ.

Curba de supravieţuire

Prin analogie cu o reacţie chimică bimoleculară de prim ordin, în practică,

efectul duratei de încălzire, la o temperatură dată (suficient de ridicată pentru

a exercita un efort letal), s-a constatat prin încălzirea unei suspensii de celule

sau spori cu un număr cunoscut de germeni viabili. Numărul de

supravieţuitori variază în raport cu durata de încălzire după ecuaţia:

t

0

T N

Nlog

K

2,303 =τ



în care:

N0 – este numărul iniţial în celule (spori) comparabil cu C0;

Nt – numărul de celule (spori) supravieţuitoare (ori) comparabil cu C,

după epuizarea timpului τ.

Dacă T

T

DK

2,303 = , atunci ecuaţia devine:

t

0T

N

NlogD=τ sau τ = DT (lg N0 – lg

Nt), unde DT este timpul de reducere decimală a populaţiei microbiene, în

minute.

Ecuaţia τ = DT (lg N0 – lg Nt) transpusă grafic în coordonate semilogaritmice

ia forma unei drepte a cărei pantă este 1/DT.

În ecuaţiile menţionate, KT şi DT pot fi exprimate în funcţie de KTref şi DTref:

KT = KTref exp

−

−

Tref

1

T

1

R

E a

Unde:

Ea – energia de activare j/mol;

K – constanta universală a gazelor (8,314 J/mol.K);

KTref – constanta de viteză la temperatura de referinţă Tref, 1/s;

DTref – valoarea lui D la temperatura de referinţă, min.;

Z – numărul de grade Celsius sau Fahrenheit necesare pentru a

schimba valoarea lui D cu un factor de 10, °C.

Se poate observa că Dτ este timpul necesar pentru ca curba de supravieţuire

să parcurgă un ciclul logaritmic, deci timpul necesar ca populaţia microbiană

să scadă cu 90% ciclu logaritmic. De o deosebită importanţă este numărul lui

D la temperatura de referinţă (60°C, 100°C sau 121,1°C) care se notează de

regulă cu Dr sau Dtref. Cu cât este mai mare valoarea lui Dτ respectiv Dr (Dtref)

cu atât specia de microorganisme este mai rezistentă la temperatura

respectivă. Valorile lui Dτ la 121,1°C, 100°C, 65°C şi 60°C sunt arătate în

tabelele 25 şi 26 dar ele pot fi determinate şi pe cale experimentală, folosind

în acest scop două procedee:

a) Construirea curbei de supravieţuire. Punând în ordonată logaritmul

numărului de supravieţuitori sau direct numărul de supravieţuitori, dacă se



lucrează cu hârtie semilogaritmică şi în abscisă, pe scara rectangulară,

timpul de încălzire la temperatură constantă, valoarea lui D poate fi dedusă

grafic din curba de supravieţuire, având în vedere că D reprezintă durata de

timp pentru ca curba de supravieţuire să parcurgă un ciclu logaritmic.

Schema de lucru pentru construcţia curbei de supravieţuire este

următoarea:

Pentru sterilizare(ex. Cl. sporogenes sa b. stearothermophilus)

Cultivarea pe medii specifice pentru formare de spori la temperaturi si durate de incubare in functie de microorganisme (Tabelul 27)

Recoltare spori cu 3 ml apa sterila de la suprafata mediului, prin razuire

Diluare solutie cu spori si numararea acestora pentru a determina numarul de spori / ml;

Incalzire solutie diluata de spori la 80C/20 min.pentru distrugere celule vegetative si activare spori

Repartizare solutie diluata de spori in eprubete cu tampon fosfat si inchidere la flacara (2ml solutie cu spori/eprubeta)determinare N0

Incalzire la o a anumita temperatura pentru difeite perioade de timp (de ex. la 121,1 C)

Prelevare probe din timp in timp(de ex. din 5 in 5 minute)

Racire continut eprubete la 21 C

Insamantare in placi pe mediu de germinare(transformare in forme vegetative) si termostatare:- 37 C pentru mezofile;- 50 - 55 C pentru termofile.

Numarare colonii in placi (determinare Nt )

Numarare colonii in placi (determinare Nt )

Izolare specie care intereseaza

Prelevare probe din timp in timp(de ex. din 5 in 5 minute)

Pentru pasteurizare,in functie de produs

Cultivare pe medii specifice pentru multiplicare

Repartizare solutie de celule in eprubete cu tampon fosfat si inchidere la flacara (2 ml solutie cu celule/eprubeta) determinare N0

Incalzire la o a anumita temperatura pentru difeite perioade de timp (de ex. la 65 C sau 60 C sau mai mare)

Racire continut eprubete la 21 C

Insamantare in placi pe mediu nutritiv si termostatare:- 37 C pentru mezofile;- 50 - 55 C pentru termofile.



Cunoscând pe N0 şi Nt după fiecare perioadă de încălzire (s-a exemplificat

după fiecare 5 min.) se poate trasa curba de supravieţuire pe hârtie

semilogaritmică, în ordonată punând numărul de supravieţuitori după fiecare

perioadă de încălzire şi în abscisă timpul corespunzător. Din curbă se

determină apoi grafic valoarea lui D (Dτ) având în vedere un ciclu logaritmic.

În acest caz valoarea lui D (Dτ) rezultă şi din ecuaţia prezentată şi la punctul

b.

b) Calcularea valorii lui D (Dττττ). Valoarea lui D (Dτ) pate fi calculată ţinând

seama de numărul iniţial şi final de supravieţuitori (celule sau spori), după

fiecare perioadă de încălzire, la o anumită temperatură menţinută constantă.

În acest caz, valoarea lui D (Dτ) va fi dat de ecuaţia:

τ = DT (lg N0 – lg Nt) de unde DT=t0 NlglgN −

τ

în care:

Nt – este numărul de supravieţuitori după epuizarea timpului τ;

N0 – numărul iniţial de celule sau spori.

Din cele menţionate, rezultă că prin încălzirea unui produs alimentar

un timp τ la o temperatură T va conduce la realizarea unui anumit factor de

inactivare:

Factor de inactivare = Nt/N0 = 10 t/D

Din analiza curbei de supravieţuire rezultă două lucruri importante:

riscul supravieţuirii într-o populaţie microbiană (celule şi spori) este cu

atât mai mic cu cât populaţia microbiană iniţială este mai puţin numeroasă.

Rezultă că un barem de pasteurizare /sterilizare aplicat unui anumit tip de

produs poate fi satisfăcător sau nesatisfăcător, în funcţie de încărcătura

microbiană iniţială;

teoretic nu este posibil să se atingă sterilitatea absolută deoarece curba

de supravieţuire este logaritmică şi tinde asimptotic către zero. Probabilitatea

de a supravieţui a unui geamăn (celulă sau sport) trebuie să fie suficient de

redusă pentru a se asigura stabilitatea produsului şi deci, în aceste condiţii,

este normal să se vorbească de o pasteurizare/ sterilizare practică



(industrială, comercială) în raport cu specia determinată sau în raport cu

toate bacteriile şi nu de o pasteurizare / sterilizare absolută.

Tabelul 1.1.

Valorile lui D pentru diferite grupări de microorganisme

(spori şi forme vegetale)

Grupul de microorganisme Valoarea lui d (dτ) pentru spori şi forme vegetative minute

A. Produse cu pH>4,5

Termofile

Grupul bacteriilor care produc alterare de tip Flat-sour: Cl stearothermophilus (spori);

Grupul bacteriilor de alterare care produc gaze: Cl.thermosaccharolyticum (spori)

Grupul bacteriilor proteolitice care produc H2S: Cl.nigrificans (spori);

Mezofile – anaerobe – putrefactive;

Cl. botulinum tip A şi B (spori)

Cl.sporogenes, incluzând Cl. Sporogenes suşa PA 3679 (spori)

D121,1°C

4,00 – 5,00

3,00 – 4,00

2,00 – 3,00

0,10 – 0,20

0,10 – 0,11

B. Produse cu pH< 4,5 (4,5 – 4,0)

Termofile:

B.coagulans (care poate fi facultativ mezofilic)

Mezofile :

B. polymixa şi B. macerans

Anaerobi butirici (Cl.pasteurianum)

0,01 – 0,07

D100oC

0,10 – 0,50

0,10 - 0,50

C. Produse cu aciditate foarte mare (pH <4,0)

Mezofili neformatori de spori:

Lactobacili, Leuconostoc, drojdii şi mucegaiuri

D65oC

0,50 – 1,0



Tabelul 1.2.

Valoarea lui D la 60°C pentru diferite microorganisme din bere*

Microorganismul Valoarea lui d60 [min]

Drojdii de bere 0,00038

Drojdii sălbatice 0,0060

S. globosus 0,076

S. cerevisiae var.elipsoideus 0,00095

Lactobacillus sp. 0,024

Pediococcus sp. 0,00073

Lactobacili heterofermentativi

suşa A

suşa B

-suşa D

suşa E

suşa F

suşa G

suşa H

suşa I

suşa J

suşa K

2,1

3,8

3,5

4,3

3,9

4,4

0,068

0,062

0,15

0,042

Hansenuela anomala 0,0039

Pichia membranaefaciens 0,00025

S. carlsbergensis 0,004

Lactobacillus frigidus 0,44

Pediococcus acidilacti 0,87

L.Delbruekii 0,091

Sacharomyces suşa XY.66 (drojdie sălbatică)

celule vegetative în bere normală

celule vegetative în bere fără alcool

Spori de drojdie în bere normală

Spori de drojdie în bere fără alcool

0,24

0,53

2,90

23

*Valoarea lui D în cazul berii este influenţată de pH, CO2 , conţinutul în

alcool, acizii amari şi uleiurile volatile, extractul berii. Rezistenţa

microorganismelor scade odată cu scăderea pH-ului, creşterea conţinutului



de CO2. Substanţele amare reduc rezistenţa termică a microorganismelor,

scăderea conţinutului de alcool măreşte rezistenţa termică a

microorganismelor, iar creşterea extractului are efect protector, deci măreşte

rezistenţa termică a microorganismelor din bere.

Tabelul 1.3.

Condiţii de incubare pentru diferite grupe de microorganisme

Incubare pentru formare spori

Mediul de incubare

pentru formare spori T °C Timp

A. Obligat aerobe

B. Subtilis şi specii înrudite

Agar nutritive

27–30°C

2 – 4 zile

B. Facultativ anaerobe

B.stearothermophilus

B.cuagulans

Agar basamin

Agar termoacidurans

50–55°C

50–55°C

2 – 3 zile

2 – 4 zile

C. Obligat anaerobe

Cl botulinum (A,B)

Cl. sporogenes şi specii înrudite

Cl.thermosaccharolitycum

Cl.pasteurianum

Bulion de cazeină şi inimă de vită

Bulion de ficat sau inimă de vită

Bulion de ficat cu benzi cu fier

Bulion de ficat şi tomate cu 10% pământ adăugat

28–30°C

28– 30°C

50– 55°C

28– 30°C

1-2 săpt.

1-2 săpt.

1-2 săpt.

1-2 săpt.

CURBA DE DISTRUGERE TERMICĂ

Experienţele au arătat că, cu cât este mai ridicată temperatura, cu atât se

asigură mai rapid distrugerea germenilor (formelor vegetative şi spori). Prin

determinarea experimentală a timpurilor necesari distrugerii celulelor sau

sporilor, în funcţie de temperatură, se constată că distrugerea are loc după o

curbă logaritmică care se transformă într-o dreaptă atunci când se utilizează

coordonate semilogaritmice.

Curba de distrugere termică se poate construi şi punând în ordonată

logaritmică valoarea lui D iar în abcisa rectangulară temperatura. Pentru

pasteurizare, consideraţiile sunt aceleaşi.



Ecuaţia curbei de distrugere termică pentru pasteurizare / sterilizare este de

forma:

lg D1 – lg D2 = ( )12 TTZ

1−

în care:

D2 – valoarea lui D (DT) corespunzătoare temperaturii T2 şi timpului necesar

distrugerii a 90% din populaţia microbiană când aceasta este expusă la

temperatura T2;

D1 – valoarea lui D (DT) corespunzătoare temperaturii T1 şi timpului necesar

distrugerii a 90% din populaţia microbiană când aceasta este expusă la

temperatura T1;

Z – reprezintă numărul de grade cu care trebuie să crească temperatura

pentru reducerea timpului corespunzător unui ciclu logaritmic, °C (°F).

Pentru sterilizare, ecuaţia curbei de distrugere termică poate fi pusă şi sub

forma:

lgZ

T1,121

F

−=

τ

Dacă prin convenţie F=1, atunci:

lgZ

T1,121 −=τ

Deci,

Z

T1,121lg 1 −

= −τ

în care:

τ - timpul de distrugere termică la temperatura T, min;

T – temperatura la care are loc distrugerea termică,°C.

Între Q10 şi Z există următoarea relaţie:

Z = 10Q lg

18

Valorile lui Z se pot determina din curbele de distrugere termică (Thermal

Death Time = TDT), se pot calcula cu relaţia:

Z = 21

12

DlgD lg

TT

−

−,respectiv se pot lua din tabele (tabelele 1.4 şi 1.5).



Tabelul 1.4.

Valorile lui Z în funcţie de microorganisme

Microorganismul Valoarea lui z pentru diferite microorganisme (spori)

Termofile

B. stearothermophilus

B. thermosaccharolyticum

Cl. nigrificans

7,0

12 ÷18

12 ÷18

Mezofile

Cl. sporogenes

Cl.botulinum

9 ÷ 13

10

Tabelul 1.5.

Valoarea lui Z în funcţie de microorganism în cazul pasteurizării

Microorganismul Valoarea lui Z (oC)

Drojdii de bere 4,0

Drojdii sălbatice 4,0

S. globosus 5,0

S. cerevisiae, var.elipsoideus 4,0

Lactobacillus sp. 3,0

Pediococcus sp. 4,0

Bacterii lactice heterofermentative

suşa A

suşa B

suşa D

suşa E

suşa F

suşa G

suşa H

suşa I

suşa J

suşa K

7,5

8,3

7,6

4,4

5,8

8,0

6,9

6,6

8,6

5,2

Hansenuela anomala 4,6



Microorganismul Valoarea lui Z (oC)

Pichia membranaefaciens 2,8

S. carlsbergensis 4,4

Lactobacillus frigidus 15,0

Pediococcus acidilacti 11,0

L. delbruekii 12,0

Saccharomyces suşa XY. 66 (drojdie sălbatică)

celule vegetale în drojdie normală

celule vegetale în berea fără alcool

spori în berea normală

spori în berea fără alcool

8,0

5,0

6,9

4,1

1.3. Pasteurizarea produselor alimentare

Produsele alimentare lichide pot fi supse următoarelor tratamente termice:

Termizare: LTST (Low-Temperature Short-Time), care se realizează la –

63oC, timp de câteva secunde (∼ 15s).

Pasteurizarea, care poate fi realizată în sistem:

LTLT (Low-Temperature Long-Time) –63 - 65°C, 15 – 30 min;

HTST ( High –Temperature Short-Time) – 72 - 78°C, 15s;

VHTST (Very High Temperature Short-Time) – 87- 105°C, 10 –15s;

VHTVST (Very High Temperature Very Short – Time) – 105oC, 1-2s;

XL (Extended Life) – 127 - 143oC, 0,5 – 2s.

Produsele alimentare solide (produse de carne, peşte etc.) trebuie astfel

pasteurizate încât să se atingă în centrul termic minim 69,5°C, temperatură

care trebuie menţinută minim 10 minute.

Din punct de vedere termic, pasteurizarea produselor de carne, peşte etc. se

poate realiza:

într-o singură treaptă de temperatură a mediului de încălzire (74 –75°C);



în mai multe trepte de temperatură a mediului de încălzire (pasteurizare

selectivă)(prima treaptă începe la 60°C, iar ultima treaptă are loc la 74 –

75°C);

în gradient de temperatură (∆t treatment), în care caz, până la atingerea

temperaturii de pasteurizate, între temperatura mediului de încălzire şi

temperatura produsului (centrul termic) trebuie să existe un ∆t = 25°C.

1.4. Sterilizarea produselor alimentare

Sterilizarea produselor alimentare poate fi realizată în ambalaje, în care caz

baremul de sterilizare este în funcţie de tipul de produs şi în vrac (în sistem

UHT – Ultra High – Temperature) care se realizează de regulă la 135 -

145oC, timp de 2-6 secunde.

În cele ce urmează se dau detalii în legătură cu sterilizarea produselor

alimentare în ambalaje ermetic închis.

1.4.1. Consideraţii generale

După criterii microbiologice, conservele alimentare sterilizate se clasifică în

două grupe:

1. Conserve absolut sterile;

2. Conserve cu “sterilitate comercială”.

1. Conservele absolut sterile pot fi preparate în cazul în care la sterilizare

se folosesc temperaturi ridicate un timp îndelungat. Folosirea acestor

temperaturi provoacă însă transformări profunde în produsul conservat, care

conduc la scăderea calităţii acestuia. Asemenea conserve, absolut sterile, se

caracterizează prin: absenţa totală a formelor vegetative şi a sporilor;

absenţa toxinelor microbiene; inactivarea completă a enzimelor tisulare şi

microbiene.

2. Conservele cu “sterilitate comercială” sunt acele conserve care pot să

mai conţină unii spori termorezistenţi, dar care nu mai pot germina şi

dezvolta la temperatura ulterioară de depozitare, care trebuie să fie sub

minimum temperaturii de germinare şi dezvoltare. Asemenea conserve se

caracterizează prin: păstrează în mare măsură însuşirile senzoriale şi

nutriţionale; nu conţin microorganisme (forme vegetative şi spori) sau toxine



dăunătoare sănătăţii omului; au stabilitate mare în condiţii de depozitare

normale ( < 25oC ).

Clasificarea conservelor după aciditatea conţinutului. După Cameron şi Esty,

conservele pot fi clasificate în:

Conserve cu aciditate mică: pH ≥ 0,5

Conserve cu aciditate medie: pH = 5,0 - 4,5

Conserve acide: pH = 4,5 - 3,7

Conserve foarte acide: pH ≤ 3,7

Alţi autori clasifică conservele numai în 3 grupe:

- Conserve cu aciditate mică: pH > 4,5

- Conserve acide: pH = 4,0 - 4,5

Conserve cu aciditate foarte mare: pH < 4,0

Se consideră ca limită între conservele acide şi neacide pH = 4,5, deoarece

anumite suşe de Cl. botulium se pot dezvolta şi produce alterare în

conservele cu aciditate mică (pH = 4,5 - 5,0).

1.4.2. Clasificarea bacteriilor formatoare de spori în funcţie de necesităţile în oxigen

După necesităţile în oxigen, bacteriile formate de spori pot fi:

Obligat aerobe. Care necesită oxigen molecular pentru creştere. Din

punct de vedere al sterilizării, acest grup prezintă o importanţă minoră,

deoarece tehnicile moderne de închis a recipienţilor prevăd exhaustarea

aerului (deci a oxigenului), iar sporii acestor bacterii au o rezistenţă redusă la

căldură. Pentru conservele din carne, sărată în prezenţă de NaNO3,

interesează B.subtilis şi B. mycoides.

Facultativ anaerobe. Din punct de vedere al sterilizării, reprezentanţii

acestui grup sunt importanţi pentru că produc spori termorezistenţi.

Interesează următoarele microorganisme din acest grup (tabelul 1.6.).



Tabelul 1.6.

Conserve cu aciditate mică

(ph > 4,5)

Conserve cu aciditate mare

(ph< 4,5)

- Bacillus stearothermophilus (termofil) care produce alterarea plană (flat sour)

- Bacillus coagulans (B. thermoacidurans) care este termofil

- Bacillus macerans (mezofil)

- Bacillus polymixa (mezofil)

Obligat anaerobe. Acest grup cuprinde atât bacterii formatoare de spori

mezofili cât şi termofili (tabelul 1.7.).

Tabelul 1.7.

Produse cu aciditate mică

(ph>4,5)

Produse cu aciditate mare

(ph <4,5)

Mezofile

Clostridii cu activitate proteolitică

Cl. putrificus

Cl.histolyticum

Cl. bifermentans

Cl. sporogenes

Clostridii care produc intoxicaţii alimentare prin toxina produsă (neurotoxina):

Cl.botulinum (proteolitic şi neproteolitic)

Termofile

Clostridii zaharolitice care produc CO2 şi H2 din carbohidraţi:

Cl. thermosacchaarolyticum

Clostridii proteolitice care produc H2S din proteine:

Cl. nigrificans

Mezofile

Clostridii zaharolitice:

Cl. pasteurianum

CL. butyricum

Un deosebit pericol pentru produsele alimentare îl prezintă Cl. botulinum

deoarece:

produce o neurotoxină mortală;

produce spori relativ rezistenţi la căldură;

se găseşte răspândit în sol şi praf, deci poate contamina o varietate mare

de produse alimentare;



prezintă tipuri atât proteolitice cât şi neproteolitice, speciile tip A şi B fiind

cauzate de botulism la om (sunt încriminate şi speciile C şi D), tipul C este

comun la păsări, cel D la bovine iar E la peşte;

speciile proteolitice dau spori rezistenţi la căldură, de aceea tratamentul

termic trebuie să fie sever (sterilizare) mai ales dacă produsele au pH > 4,5;

speciile neproteolitice, formele vegetative pot fi distruse şi la 82,5°C dacă

pH-ul produselor este < 4,5;

Cl. botulinum tip E şi tipurile B şi F neproteolitice se pot dezvolta şi la

3,3°C, deci pot fi considerate psihofile, iar tipul B şi F se pot dezvolta şi la

temperaturi de ∼ 10°C, deci la temperaturi care depăşesc cu puţin pe cele de

refrigerare.

Dezvoltarea lui Cl. botulinum este stânjenită la pH < 4,5, în prezenţa

oxigenului, la pozitivizarea potenţialului redox, la activitatea apei < 0,85, la

adaus de 120 + 200 mg NaNO2/Kg produs. În tabelul 1.8. se arată condiţiile

de dezvoltare şi rezistenţă a sporilor de Cl botulinum.

Tabelul 1.8.

Condiţiile de dezvoltare şi rezistenţă a sporilor de Cl. botulinum

Temperatura, oC Tipul

T min. T max T opt.

Ph min.

Aw

min. Valoarea lui

D Z, oC

Tip A

proteolitic

10,0

50

30÷40

4,7

0,94

Dr= 0,2 min

8,7÷16,3

Tip B

neproteolitic

proteolitic

3,3

10,3

45

50

25÷ 37

30÷ 40

4,7

4,7

0,97

0,94

D82,5°C=1,5-32,3 min

Dr= 0,2 min

8,7÷16,3

7,3÷21,1

Tip E neproteolitic

3,3

45

25÷ 37

4,8

0,97

D82,5°C=0,1-2,0 min

4,8 ÷9,8

Tip F

neproteolitic

proteolitic

3,3

10,0

45

50

25 ÷37

30 ÷40

4,6

4,8

0,97

0,94

D82,5°C= 0,2 –0,8 min

Dr= 0,1-0,2 min

5,8 ÷7,5

10,0÷14,1



1.4.3. Factorii care influenţează regimul de sterilizare

După modul de acţionare asupra regimului de sterilizare, factorii pot fi

îndepărtaţi în două grupe:

1) factori care influenţează viteza de termopenetraţie (viteza de pătrundere a

căldurii în recipientul cu produs supus sterilizării);

2) factori care acţionează asupra rezistenţei la căldură a microorganismelor.

Din prima categorie fac parte: dimensiunile recipientului şi materialul din

care este confecţionat; starea produsului supus sterilizării; sistemul de

încălzire; agitarea recipientelor în timpul sterilizării; modul de aşezare a

alimentelor în recipient.

a) Dimensiunile recipientului şi materialul din care este confecţionat

Pentru recipienţii metalici – cilindrici – se deosebesc două cazuri:

când dimensiunile se schimbă odată cu modificarea volumului, în care

caz durata sterilizării este în funcţie distanţa din centrul recipientului şi

suprafaţa exterioară a acestuia precum şi de raportul dintre suprafaţa

exterioară şi volumul recipientului;

când volumul recipientului V = ct. şi înălţimea H a acestuia este variabilă.

În acest caz, dacă D < H, tipul de pătrundere a căldurii în centrul recipientului

variază proporţional cu pătratul razei (R12/R2

2 = τ1/τ2 ); dacă D =H, factorul

hotărâtor este suprafaţa totală a recipientului, 2/3 din căldură transmiţându-

se prin suprafaţa laterală şi 1/3 prin capace; dacă D > H, cea mai mare parte

din căldură se transmite prin capace.

Materialul din care este confecţionat recipientul intervine în termopenetraţie

prin grosimea δ şi conductibilitatea termică λ.

b) Influenţa stării produsului

În legătură cu acest factor de influenţă se are în vedere consistenţa

produsului determinată de compoziţia acestuia, raportul solid / lichid şi

vâscozitatea fazei lichide, conservele pot aparţine la două grupe principale:



conserve cu conţinut compact, omogen, cu particule fine sau mai mari, la

care transmiterea căldurii spre centrul termic se face prin conducţie;

conserve cu un anumit raport solid / lichid, la care căldura se transmite

prin conducţie/convecţie, raportul dintre acestea fiind determinat de raportul

solid/lichid şi de evoluţia fazei lichide în timpul sterilizării (creşterea sau

scăderea vâscozităţii acesteia);

conserve cu conţinut lichid, la care transmiterea căldurii se face numai

prin convecţie,

La sterilizarea produselor cu structură compactă în sterilizatoare cu

funcţionare continuă, la care temperatura agentului de încălzire este de la

temperatura de sterilizare, curba temperaturii în punctul critic este arătată în

fig. 29 a, b, c, d. Pentru aceste produse, durata de încălzire, conform relaţiei

lui Baal şi Olson, va fi:

TT

TTlgf

1

A1

−

−⋅=τ

Unde:

f- timpul necesar pentru reducerea diferenţei de temperatură T1-T la 1/10 din

valoare sau respectiv timpul necesar în minute pentru ca curba de încălzire

să parcurgă un ciclu logaritmic;

T1 – temperatura agentului termic (temperatura autoclavului),

T – temperatura punctului critic (centrul temic);

TA – pseudotemperatura iniţială a produsului care este mai mică decât

temperatura reală iniţială a produsului, T0.

Luând în consideraţie că originea veritabilă nu este reprezentată de T1-TA ci

de T1-T0, decalajul reprezintă întârzierea cu care viteza de încălzire capătă

alură logaritmică.

Dacă T1-TA = j (T1-T0), atunci pentru perioada de încălzire vom avea:

TT

TTj lgf

1

01hh

−

−⋅=iτ

Faza de încălzire deci în întregime definită prin T1, T0 şi parametrii fh şi jh [fh –

reprezintă durata în minute pentru ca curba de încălzire în centrul termic –

punctul critic – să parcurgă un ciclu logaritmic]; jh este un factor de lag care

se determine cu relaţia:



01

A1h

TT

TTj

−

−=

Atunci când evaluarea procesului de sterilizare se face după metoda

matematică a lui Baal şi Olson.

În practică se foloseşte o curbă, în care scara semilogaritmică este

răsturnată şi deci în loc de T1 - T0 se ia valoarea lui T.

La răcirea produselor se utilizează relaţia:

fc

c

ccTT

TTj lgf

−

−⋅=rτ ,

în care: TT

TTj

c

A1cc

−

−= ;

fc – durata în minute pentru ca curba de răcire să parcurgă un ciclu

logaritmic;

TA1 – pseudotemperatura produsului înainte de începerea răcirii;

TC – temperatura mediului de răcire;

T – temperatura reală a produsului la începutul răcirii, în punctul critic;

Tf – temperatura finală a produsului în punctul critic.

La sterilizarea produselor alimentare cu structura compactă în

sterilizatoare cu funcţionare discontinuă, până la atingerea temperaturii

de regim a agentului d încălzire se consumă un timp de ridicare a

temperaturii autoclavei (mediului de încălzire) care antrenează o deformare a

curbei de termopenetraţie a căldurii şi din acest motiv curba trebuie corijată

ţinând seama că numai de 42% din durata fazei de ridicare plecând de la

timpul 0. În punctul indicat de valoarea 42% din durata fazei de ridicare a

temperaturii (care se ia jur de 10 – 15 min) se ridică o dreaptă paralelă cu

ordonata, care va întretăia prelungirea curbei b în punctul TA a cărei valoare

este mai mică decât T0, dar mai mare decât pseudotemperatura (TA) ce ar

rezulta din intersecţia prelungirii porţiunii drepte a curbei b cu ordonata.

Această corijare este necesară pentru calculul lui j real. Pentru nevoi

practice, valoarea lui j se ia egală cu 1,5 atunci când se consideră în durata

de sterilizare propriu – zisă (faza de menţinere) şi procentul de 42% din faza

de ridicare a temperaturii în autoclav până la temperatura de sterilizare.



La sterilizarea produselor cu structură eterogenă, la care se

deosebesc două faze, solidă şi lichidă, raportul dintre cele două faze

determină raportul dintre cele două moduri de transmitere a căldurii:

conducţie/convecţie. La aceste produse interesează în special evoluţia, în

procesul de sterilizare, a fazei lichide, în sensul dacă creşte vâscozitatea

acestora.

Creşterea raportului solid/lichid sau a vâscozităţii şi densităţii fazei lichide

conduce la mărirea duratei necesare de atingere a temperaturii de sterilizare

în centrul termic. La aceste produse, cu raport solid/lichid, curba de încălzire

înscrisă în coordonate semilogaritmice este formată din două drepte iar

curba de răcire, în aceleaşi coordonate, este asemănătoare cu cea de la

produsele la care transmiterea căldurii se face prin conducţie. După metoda

lui Baal şi Olson, durata de sterilizare se calculează tot cu relaţia:

TT

TTj lgf

1

01hh

−

−⋅=iτ ;

unde T1 – T poate fi mai mare sau mai mic de 0,0555.

Duratele de sterilizare se pot calcula şi cu relaţiile propuse de Stumbo, dar

acestea vor fi menţionate la evaluarea procesului de sterilizare după metoda

matematică a lui Stumbo, care de fapt este metoda lui Baal şi Olson

îmbunătăţită de Stumbo şi care utilizează şi alte simboluri.

c) Influenţa temperaturii iniţiale a produsului

Temperatura iniţială a produsului exercită o mare influenţă asupra

termopenetraţiei, în special la produsele cu consistenţă (vâscozitate) mare,

unde transmiterea căldurii se face prin conducţie.

Luând în considerare viteza de pătrundere a căldurii exprimată drept

cantitatea de căldură/unitatea de timp transmisă produsului.

în care: A - suprafaţa exterioară a recipientului, în m2;

K – coeficientul global de transfer termic, în Kcal/m2.h.grad;

∆tm = ta – [( ti + tf)/2] – diferenţa dintre temperatura agentului de

încălzire (ta) şi temperatura medie a recipientului, (ti + tf)/2, în °C.

mtAKd

dQ∆=

τ



Din relaţia menţionată, rezultă că viteza de pătrundere a căldurii în recipient

este proporţională cu ∆tm a cărei valoare este cu atât mai mare cu cât ta este

mai ridicată şi ti mai mică. Ar rezulta că viteza de pătrundere a căldurii în

interiorul recipientului scade la creşterea lui th datorită micşorării diferenţei

∆tm.

Cu toate acestea, durata necesară atingerii temperaturii de sterilizare în

interiorul recipientului scade la creşterea lui tI, mai ales la produsele care

posedă vâscozitate mare sau un raport solid /lichid ridicat. Excepţia acestei

aparenţe contradicţii, între scăderea vitezei de termopenetraţie şi reducerea

duratei de termopenetraţie, este dată de faptul că odată cu creşterea lui tI

scade şi calitatea de căldură necesară ridicării temperaturii recipientului, iar

această scădere este mult mai mare faţă de micşorarea vitezei de

termopenetraţie.

d) Influenţa sistemului de încălzire

Sterilizarea se poate face în abur, în abur/aer, în apă în regim fără circulaţie

şi sub presiune, cu apă supraîncălzită prin stropire în regim de circulaţie şi

sub presiune.

Încălzirea în abur saturat se practică numai pentru sterilizarea

conservelor în ambalaje metalice. Se obţine o încălzire rapidă a produsului

datorită cantităţii mari de căldură, cedată de vapori, la condensarea pe

suprafaţa cutiilor (aburul cedează căldura latentă de condensare care este

de circa ∼500 Kcal/Kg vapori condensaţi).

În cazul acestui sistem de încălzire trebuie eliminat aburul din autoclavă

deoarece prezenţa acestuia produce o distribuţie neuniformă a temperaturii

prin formarea “pungilor de aer” datorită cărora scade viteza de transmitere a

căldurii la recipiente creând condiţii pentru substerilizare.

Acest mod de încălzire nu poate fi aplicat ambalajelor din sticlă, flexibile sau

semirigide care necesită o contrapresiune de aer pentru a păstra integritatea

ambalajului şi a închiderii, având în vedere creşterea presiunii interioare în

ambalaj în timpul ridicării temperaturii, menţinerii acesteia şi la începutul

răcirii.

Pentru a verifica dacă există sau nu aer în autoclavă, trebuie urmărită

temperatura la termometrul de buzunar cât şi presiunea monometrului de pe



autoclav, datele respective trebuind să fie în perfectă concordanţă. Dacă

aceste date nu concordă între ele, presiunea la manometru fiind mai ridicată,

înseamnă că aerul nu a fost complet eliminat din autoclavă.

De asemenea, este necesar ca, în tot timpul sterilizării, ventilul de aerisire să

fie uşor întredeschis, pentru a se asigura eliminarea continuă a aerului care,

eventual a rămas în ambalaje, sau care este introdus în autoclavă împreună

cu aburul.

Sterilizarea în abur /aer se poate aplica la toate tipurile de ambalaje, în

care caz căldura este cedată ambalajelor tot prin condensare, care poate fi

condensare în picături microscopice sau sub forma unui film lichid continuu.

Prin folosirea amestecului abur /aer transferul de căldură la recipiente se

reduce.

Factorii care influenţează transferul termic de la amestecul abur /aer la

suprafaţa ambalajelor (exceptând transferul termic prin condensarea

aburului) se referă la: - coeficientul de transfer termic prin convenţie; -

temperatura amestecului abur /aer; temperatura suprafeţei ambalajelor şi

orientarea lor în coşul din autoclav; - vâscozitatea amestecului abur /aer; -

vâscozitatea filmului de apă de la suprafaţa ambalajelor şi grosimea

acestuia; grosimea stratului de aer de la suprafaţa filmului de apă.

Pentru o anumită temperatură şi presiune în autoclav, fracţiunea de abur din

amestecul abur/aer se calculează cu relaţia:

Fracţiunea abur = ps/(pat + pr)

În care: ps – este presiunea aburului saturat (absolută);

pat – presiunea atmosferică (absolută);

pr – presiune din autoclavă.

În cazul folosirii sterilizării în amestec abur/aer, autoclava trebuie să fie

prevăzută cu un ventilator pentru a se realiza o circulaţie forţată a

amestecului respectiv şi deci o îmbunătăţire a transferului termic prin

convecţie (de la amestec abur/ aer la ambalaj).

Sterilizarea în apă în regim fără circulaţie, se aplică atât la sterilizarea

produselor în ambalaje metalice cât şi din sticlă, datorită faptului că se poate

lucra cu contrapresiune de aer. În acest caz nu mai este necesară aerisirea

autoclavei.



Sterilizarea în apă reprezintă avantajul unei distribuiri mai uniforme a

temperaturii în autoclavă, iar viteza de încălzire a produselor este

aproximativ aceeaşi ca şi la sterilizarea în abur saturat, deoarece numărul

moleculelor de apă ce transferă energia calorică ambalajelor cu produs este

foarte mare în comparaţie cu numărul moleculelor de apă care formează

aburul (aburul prezintă avantajul unei entalpii ridicate).

Este necesar (mai ales atunci când se lucrează cu contrapresiune de aer) ca

nivelul apei din autoclavă să depăşească cu ∼10 cm înălţimea ultimului strat

de ambalaje din coş, deoarece, în caz contrar, în spaţiul amestecului de

vapori/aer, din cauza formării “pungilor de aer”, transmiterea căldurii este

mult diminuată, existând posibilitatea substerilizării la ambalajele neacoperite

de apă.

Contrapresiunea de aer (din exterior) este obligatorie pentru ambalajele din

sticlă. La cele metalice, cu umplere cât mai mare (fără spaţiu liber sub

capac), contrapresiunea este realizată de amestecul abur/aer ce se

formează deasupra nivelului de apă ce acoperă ambalajele.

Sterilizarea cu apă supraîncălzită prin stropire, în regim de circulaţie

şi contrapresiune, poate fi aplicată la toate tipurile de ambalaje, necesarul

de apă supraîncălzită fiind de ∼100l/coş, iar debitul de apă supraîncălzită, în

circulaţie de 38 m3/m3 coş. Apa poate fi supraîncălzită la 145oC. Stropirea “în

ploaie” se realizează printr-un sistem de ţevi cu duze, ţevi montate la partea

superioară a incintei autoclavei (care este orizontală). Aceeaşi apă se

foloseşte atât pentru încălzire cât şi pentru răcire, deci se lucrează în circuit

închis.

Închiderea / răcirea apei în circulaţie se face prin intermediul unor

schimbătoare de căldură.

Indiferent de metoda utilizată pentru încălzire este necesar să se realizeze o

distribuţie cât mai uniformă a temperaturii apei cât mai uniformă a

temperaturii apei în autoclavă. În această direcţie, factorii de influenţă pot fi

clasificaţi în două categorii:

Factori de influenţă comuni tuturor metodelor: geometria şi tipul de

ambalaj şi modul de aşezare în coş (în vrac sau ordonat în straturi, în care

caz cu cât straturile sunt mai numeroase, cu atât se măresc rezistenţele la

“curgerea” mediului de încălzire); tipul de coş care trebuie să asigure



circulaţia mediului de încălzire prin ambalaje (se folosesc coşuri cu perforaţii

pe suprafaţa laterală şi fund (inclusiv capac la sterilizatoare de tip rotomat) şi

se aşează distanţiere între rândurile de ambalaje); numărul de coşuri din

autoclav (cu cât numărul coşurilor este mai mare şi respectiv diferenţele de

temperatură din autoclavă mai mari); designul autoclavei.

Factori de influenţă specifici unui anumit tip de autoclavă, printre care

amintim: temperatura iniţială a produsului din ambalaj (la temperaturi scăzute

ale produsului se măreşte timpul de ridicare a temperaturii apei până la

temperatura de sterilizare şi se înrăutăţeşte uniformizarea şi stabilizarea

temperaturii – cazul sterilizării în apă); temperatura apei din economizor

(cazul sterilizării în apă folosind rotomatul) care trebuie să fie cu 8 – 11°C

mai mare decât în corpul autoclavei (dacă este mai mare se pot deteriora

ambalajele flexibile şi semirigide iar gradienţii de temperatură dintre coşurile

poziţionate spre extremitate şi cele de la mijloc vor fi excesiv de mari);

aerisirea autoclavei pentru prea mult timp conduce la o pierdere de energie

din sistem şi prelungeşte durata de ridicare a temperaturii până la

temperatura de sterilizare, făcând necesară o injecţie de abur mai mare în

autoclavă pentru ridicarea temperaturii de sterilizare, făcând necesară o

injecţie de abur mai mare în autoclavă pentru ridicarea temperaturii (cazul

sterilizării în abur); la aerisirea pentru un timp prea scurt, umplerea

economizorului şi autoclavei nu se face adecvat, cauzându-se şi probleme în

controlul presiunii din autoclavă (cazul sterilizării în apă folosind rotomatul);

viteza d rotaţie (dacă viteza de rotaţie creşte, timpul de ridicare a apei din

autoclavă până la o temperatură de sterilizare scade şi se îmbunătăţeşte

uniformizarea temperaturii şi stabilitatea acesteia).

e) Influenţa agitării recipientelor

Accelerarea pătrunderii căldurii în recipient, acolo unde căldura este

transmisă prin convecţie (sau şi prin convecţie) se realizează şi prin agitarea

recipientelor în timpul sterilizării. Agitarea produce o intensificare a curenţilor

de convecţie ca viteză şi direcţie (curgere tulburentă).

Agitarea se realizează după două procedee:

procedeul rotirii cutiilor în jurul axului utilajului de sterilizare,

(rotomat), respectiv în jurul axului utilajului dar şi în raport cu axul lor (cazul



instalaţiei de sterilizare continuă cu rotor IMC/FMC ).Acest procedeu se

aplică în special la produsele cu viteză mică de penetraţie în care intră o

mare parte din conservele mixte (care au raport solid /lichid). Este necesară

o rotaţie de 30 – 40 rot. /min. a cutiilor sau a coşurilor cu cutii:

procedeul rotirii cutiilor peste cap, asigură cea mai mare viteză de

termopenetraţie şi constă în rostogolirea cutiilor în jurul unei axe

perpendiculare pe axele cutiilor situată în exteriorul acestora. Creşterea

vitezei de termopenetraţie în acest caz este determinată de traversarea

produsului de către spaţiul liber din cutii, la rostogolirea acestora. În funcţie

de viteza de rotaţie, volumul de aer din spaţiul liber al cutiei trece prin masa

produsului în diferite poziţii, în funcţie de raportul dintre forţa centrifugă care

ia naştere şi masa produsului.

Viteza cea mai mare de termopenetraţie se obţine atunci când forţa

centrifugă este aproximativ egală cu masa produsului, în care caz spaţiul

liber (aerul) trece prin produs în mijlocul cutiei.

Acest procedeu se aplică la produsele care au raport solid /lichid ce permite

o intensificare a curenţilor, mărimea spaţiului liber de sub capac influenţând

pozitiv transmiterea căldurii în regim de rostogolire peste cap.

Pentru conservele la care căldura se transmite prin conducţie, agitarea

recipientelor este inutilă. Deci sterilizarea se face fără agitare.

f) Influenţa modului de aşezare a alimentelor în recipiente

Acest factor de influenţă se referă numai la conservele cu un anumit raport

solid /lichid, la care curenţii de convecţie, când recipientele sunt neagitate, au

o direcţie de mişcare verticală (ascensională). Când întâlnesc particulele

solide curenţii sunt nevoiţi să le ocolească, pierzând din viteza de înaintare.

Din această cauză, se recomandă o anumită aşezare a produsului în

recipient, care este impusă şi de aspectul comercial (cazul conservelor de

fasole păstăi sau al unor sortimente de peşte la care produsele (păstăile şi

trunchiurile de peşte) se aşează în poziţie verticală în recipient). În cazul

conservelor de carne mixte nu se poate realiza această stratificare, bucăţile

de carne fiind de regulă relativ mari (> 20 mm).



1.4.4. Factorii care influenţează distrugerea termică a

microorganismelor

Din cea de a doua categorie de factori interesează: temperatura de

sterilizare; pH-ul produsului; gradul de infectare iniţială a produsului; prezenţa

substanţelor proteice şi grăsimilor; prezenţa aerului; conţinutul de NaCl şi

zahăr; alţi factori.

a) Influenţa temperaturii de sterilizare. În general, este în avantajul calităţii

produsului finit să se lucreze la temperaturi ridicate de sterilizare cu

reducerea corespunzătoare a timpului. O ridicare a temperaturii de sterilizare

în progresie aritmetică creează posibilitatea reducerii timpului în progresie

geometrică, obţinându-se acelaşi efect de sterilizare. Totuşi, la folosirea

temperaturii înalte de sterilizare, la produsele cu vâscozitate mare (pateuri,

haşeuri, carne mărunţită) se poate influenţa negativ calitatea, datorită

expunerii îndelungate a structurilor periferice la temperaturi înalte

(caramelizări).

b) Influenţa pH-ului. Diferitele produse alimentare, prelucrate în aceeaşi

condiţii, necesită regimul de sterilizare, în funcţie de valoarea pH-ului.

Microorganismele au un maxim de rezistenţă la pH 6 –7, rezistenţa termică a

acestora scăzând odată cu micşorarea pH-ului. Produsele cu pH mai ridicat

(pH> 4,5) trebuie sterilizate la temperaturi >110°C. Se întâlnesc cazuri când

produse care au iniţial acelaşi pH necesită regimuri de sterilizare diferite,

acest fapt fiind pus pe seama modificării pH-ului, în timpul sterilizării, datorită

decarboxilării şi desulfurizării lor cu formare de CO2, H2S, iar pe de altă parte

ca urmare a precipitării (coagulării) unor substanţe cu proprietăţi tampon

(proteine, fosfaţi).

c) Influenţa gradului de infectare iniţială a produsului. Între concentraţia

în microorganisme a produsului (celule sau spori) şi durata de

pasteurizare/sterilizare există o dependenţă manifestată prin mărirea timpului

de pasteurizare/sterilizare la creşterea concentraţiei microorganismelor. La

aceasta se ajunge dacă examinăm relaţia:

Nt= D0 10N

τ

⋅

în care: Nt – numărul de supravieţuitori la timpul τ;

N0 – numărul iniţial de microorganisme viabile;



- timpul, minute;

D – timpul de reducere decimală, minute.

Din ecuaţie se poate constata că pentru aceeaşi valoare a lui τ şi D,

concentraţia în celule sau sporit, Nt variază proporţional cu N0. Acest

fenomen se pune pe seama variabilităţii rezistenţei termice a celulelor sau

sporilor individuali, ceea ce face să crească posibilitatea de a găsi şi celule

sau spori mai rezistenţi la căldură atunci când creşte concentraţia lor în

produsul iniţial (N0).

Gradul de infectare al produsului înainte de aplicarea tratamentului termic

este determinat în principal de: gradul de infectare a materiilor prime şi

auxiliare, ambalajelor precum şi condiţiile şi durata depozitării; respectarea

procesului tehnologic (curăţire, spălare, opărire etc., a materiilor prime);

gradul de igienizare ambalaje; viteza operaţiilor de prelucrare (evitarea

întreruperilor procesului tehnologic); starea sanitară a secţiilor de prelucrare;

igiena individuală a personalului.

d) Influenţa substanţelor proteice şi a grăsimilor. Substanţele proteice şi

grăsimile pot juca rol protector în jurul microorganismelor, mărind astfel

rezistenţa acestora la căldură. Fenomenul de protecţie a microorganismelor

de către grăsimi (în special ulei) se exercită atunci când bacteriile, respectiv

sporii, se găsesc în faza grasă (ulei) în cazul în care acesta reprezintă faza

unică lichidă sau faza din sistemul ulei/apă.

Microorganismele (sporii) care au rămas în faza ulei după sterilizare nu

conduc la alterarea produsului la depozitarea acestuia. Dacă ele migrează în

faza apoasă, în urma manipulărilor brutale ale conservelor, revifierea şi

proliferarea lor sub formă vegetativă devine posibilă.

e) Influenţa aerului. Aerul rămas în recipient după închidere sau ţesuturi, pe

lângă efectele nefavorabile pe care le provoacă în timpul sterilizării (presiune

mare în recipient, intensificarea coroziunii cutiilor din tablă de oţel cositorită şi

nevernisată, pierderile de vitamina C, modificări de culoare, gust, miros) mai

poate juca şi rol protector al microorganismelor prin formarea unui strat

izolator în jurul lor, ceea ce poate duce uneori la accidente de substerilizare

(alterarea produsului).

f) Influenţa NaCl şi zahărului. In general. NaCl la concentraţii de până la

5% măreşte rezistenţa termică a microorganismelor. Zaharurile măresc



rezistenţa la căldură a microorganismelor cu atât mai mult cu cât

concentraţia zaharurilor este mai mare.

g) Alţi factori. Aceştia se referă la prezenţa unor substanţe fitoncide în

produsele de origine vegetală sau a pigmenţilor antocianici care micşorează

rezistenţa termică a microorganismelor. Fitoncidele se găsesc în roşii,

morcovi, hrean, pătrunjel (frunze şi rădăcini), ceapă, mărar, coriandru,

muştar, usturoi.

1.5. Evaluarea procesului de pasteurizare

a) Cazul produselor din carne, peşte

Pentru evaluarea procesului de pasteurizare (determinarea duratei de

pasteurizare ţinând cont de profilul temperaturii în produs în funcţie de

temperatura mediului de încălzire) se impune să cunoaştem valoarea de

pasteurizare care, pentru semiconservele de carne, trebuie să fie 1071P ≥ 25

pentru perioada de ridicare a temperaturii şi de menţinere, respectiv 1071P ≥ 60

pentru perioada de ridicare, menţinere a temperaturii şi răcire (se are în

vedere pasteurizarea în aparate cu funcţionare discontinuă).

Timpul corespunzător pentru atingerea valorii de pasteurizare preconizată

care se determină prin însumarea ratelor letale la diferite temperaturi atinse

de centrul termic al produsului ( măsurători din minut în minut) reprezintă

durata de pasteurizare, respectiv durata de pasteurizare şi răcire. Ratele

letale se calculează cu relaţia:

LT = 10 Z

71-T

însă se găsesc şi tabele (tabelul 1.9.).

Tabelul 1.9.

Ratele letale folosite la determinarea valorii de pasteurizare la semiconservele de carne

Temperatura

centrului termic °C Rata letală

Temperatura


55,0 0,025 67,5 0,447

55,5 0,028 68,0 0,501



Temperatura


Temperatura


56,0 0,032 68,5 0,562

56,5 0,036 69,0 0,631

57,0 0,040 69,5 0,709

57,5 0,045 70,0 0,794

58,0 0,050 70,5 0,891

58,5 0,056 71,0 1,000

59,0 0,063 71,5 1,122

59,5 0,071 72,0 1,260

60,0 0,079 72,5 1,412

60,5 0,089 73,0 1,586

61,0 0,097 74,0 1,778

61,5 0,112 74,5 1,996

62,0 0,126 75,0 2,239

62,5 0,141 75,5 2,512

63,0 0,158 76,0 2,816

63,5 0,178 76,5 3,173

64,0 0,199 77,0 3,548

64,5 0,224 77,5 3,982

65,0 0,251 78,0 4,467

65,5 0,282 78,5 5,012

66,0 0,316 79,0 6,310

66,5 0,355 79,5 7,090

67,0 0,398 80,0 7,944

b) Cazul produselor lichide

În cazul produselor lichide, conservabilitatea se asigură dacă se realizează

valori de pasteurizare arătate în tabelul 34. Pentru determinarea duratei de

pasteurizare se are în vedere şi tipul de pasteurizator (tunel sau

pasteurizator cu plăci).



Tabelul 1.10.

Valorile de pasteurizare pentru unele produse lichide

Valoarea de pasteurizare Produsul

Minimă Maximă

Bere Pilsner şi alte tipuri de bere blondă

15 25

Bere cu conţinut redus în alcool 40 60

Bere fără alcool 80 120

Limonade 300 500

Sucuri de fructe 3000 5000

În ambele cazuri, timpul corespunzător pentru atingerea valorii d

pasteurizare, care se determină prin însumarea ratelor letale atinse de

produs (măsurători din minut în minut pentru pasteurizatorul tunel şi din

secundă în secundă pentru pasteurizatorul cu plăci), reprezintă durata de

pasteurizare, în minute pentru pasteurizatorul tunel şi în secunde pentru

pasteurizatorul cu plăci. Ratele letale în cazul produselor lichide se pot

calcula cu relaţia:

LT = 10 Z

60-T

Pentru Z = 6,94 °C exponentul devine 0,144 (T =60), iar o formulă

simplificată a ratei letale este dată de relaţia:

LT = 1,393T – 60

Ratele letale calculate cu relaţia simplificată în intervalul 50°C şi 79,9°C sunt

prezentate în tabelul 1.11.

Pentru a verifica dacă un regim de pasteurizare realizează valoarea de

pasteurizare dorită (preconizate) se poate aplica relaţia:

PT = ∫∑ ⋅=∆⋅τ

τ

τ

τ0

60-TT

0T d393,1L

Dacă se foloseşte temperatura la intervale de un minut, relaţia devine:

PT =∑τ

0

60-T393,1



La pasteurizatorul cu plăci PT se calculează prin însumarea valorilor de

pasteurizare pe fiecare etapă.

Tabelul 1.11.

Ratele letale (LT) calculate cu relaţia LT=1,393T-60

T,

°C 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

50 0,036 0,038 0,039 0,040 0,042 0,043 0,044 0,046 0,047 0,049

51 0,051 0,052 0,054 0,056 0,058 0,060 0,062 0,064 0,066 0,068

52 0,071 0,073 0,075 0,078 0,081 0,083 0,086 0,089 0,092 0,095

53 0,098 0,102 0,105 0,109 0,112 0,116 0,120 0,124 0,128 0,132

54 0,137 0,141 0,146 0,151 0,156 0,162 0,167 0,173 0,178 0,184

55 0,191 0,197 0,204 0,211 0,218 0,218 0,233 0,240 0,249 0,257

56 0,266 0,275 0,284 0,293 0,303 0,313 0,324 0,335 0,346 0,358

57 0,370 0,382 0,395 0,409 0,422 0,437 0,451 0,467 0,482 0,499

58 0,515 0,533 0,551 0,569 0,588 0,608 0,629 0,650 0,672 0,694

59 0,718 0,742 0,767 0,793 0,820 0,847 0,876 0,905 0,936 0,967

60 1,000 1,034 1,069 1,105 1,142 1,180 1,220 1,261 1,304 1,348

61 1,393 1,440 1,488 1,539 1,590 1,644 1,700 1,751 1,816 1,877

62 1,940 2,006 2,073 2,143 2,216 2,290 2,367 2,441 2,530 2,615

63 2,703 2,794 2,888 2,986 3,086 3,190 3,298 3,409 3,524 3,643

64 3,765 3,892 4,023 4,159 4,299 4,444 4,594 4,749 4,909 5,074

65 5,245 5,422 5,605 5,793 5,989 6,191 6,399 6,615 6,838 7,068

66 7,306 7,553 7,807 8,070 8,342 8,623 8,914 9,215 9,525 9,846

67 10,18 10,52 10,88 11,24 11,62 12,01 12,42 12,84 13,27 13,72

68 14,18 14,66 15,15 15,66 16,19 16,73 17,30 17,88 18,48 19,11

69 19,75 20,42 21,10 21,81 22,55 23,31 24,10 24,91 25,75 26,61

70 27,51 28,44 29,40 30,39 31,41 32,47 33,56 34,70 35,87 37,07

71 38,32 39,61 40,95 42,33 43,76 45,23 46,76 48,33 49,96 51,64

72 53,38 55,18 57,04 58,97 60,95 63,01 65,13 67,33 69,59 71,94



T,

°C 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

73 74,36 76,87 79,46 82,14 84,91 87,77 90,73 93,78 96,94 100,2

74 103,6 107,1 110,7 114,4 118,3 122,3 126,4 130,6 135,0 139,6

75 144,3 149,2 154,2 159,4 164,8 170,3 176,1 182,0 188,1 194,5

76 201,0 207,8 214,8 222,0 229,5 237,2 245,2 253,5 262,0 270,9

77 280,0 289,4 299,2 309,3 319,7 330,5 341,6 353,1 365,0 377,3

78 390,0 403,2 416,8 430,8 445,3 460,4 475,9 491,9 508,5 525,6

79 543,3 561,7 580,6 600,1 620,4 641,3 662,9 685,2 708,3 732,2

De exemplu, considerând prima fază de încălzire de la 3 la 65°C, faza a

doua de la 65°C la 71°C, faza de menţinere la 71°C şi faza de răcire de la

71°C la 8°C şi presupunând că la fiecare din cele patru faze relaţia dintre

timp şi temperatură este liniară, T = f(τ), în acest caz f(τ) se substituie pentru

T în ecuaţia care dă P:

→⋅∫ ττ

τd10 Z

60-T2

1

( ) ( )122

1

101010ln

10d10 ττ

ττ

ττ aa

bba

a−=⋅

+

∫

Ţinând cont de profilul temperaturii în funcţie de timp pentru prima fază de

încălzire, durata este de 40 s (2/3 min.). În acest caz:

T = (65-3) 39332

3+=+ ττ

Rezultă:

=⋅∫ τd10Z

60-T

3

2

0

( )

170,0d10

94,65793

3

2

0=⋅

−⋅

∫ τ

τ

În mod asemănător se calculează P pentru următoarele faze şi se cumulează

pentru a se obţine PT (valoarea de pasteurizare totală).

1.6. Evaluarea procesului de sterilizare

Pentru evaluarea procesului de sterilizare (determinarea duratei de sterilizare

propriu-zisă sau perioada de menţinere) se pot folosi următoarele metode:



1. Metoda generală a lui Bigelow;

2. Metoda matematică de calcul a lui Baal şi Olson;

3. Metoda matematică a lui Stumbo.

1. Metoda generală a lui Bigelow. Metoda implică cunoaşterea valorii F0

(Fs) care reprezintă valoarea letală integrată (valoarea de sterilizare) primită

de toate punctele dintr-un recipient în timpul sterilizării, fiind o măsură a

tratamentului termic de a distruge sporii unui microorganism dat, într-un

recipient. Valoarea F0(Fs)se ia în funcţie de pH-ul produsului şi de climatul

unde se depozitează produsul sterilizat (tabelul 1.12.). Mai este necesar să

se cunoască valoarea lui Z pentru tipul de microorganisme în raport de care

se face sterilizarea şi ratele letale în funcţie de evoluţia temperaturii în centrul

termic şi de Z (acestea se iau din anexa I).

Tabelul 1.12

Valorile F0(Fs) pentru diferite grupe de produse conservate prin sterilizare

Condiţii de păstrare

Produsul Ce trebuie să realizeze

tratamentul termic

Valoarea de

sterilizare f0(fs)

T °C Durata

Produse pe ¾ conservate

Distrugerea formelor vegetative şi a sporilor bacteriilor mezofile de tip Bacillus: Bacillus subtilis Bacillus meghaterium Bacillus polymixa Bacillus macerans

0,6-0,8 +15 6-12 luni

Conserve depozitate în climat temperat

Distrugerea formelor vegetative şi a sporilor bacteriilor mezofile de tip Clostridium patogene şi de alterare: Cl. botulinum Cl. sporogenes Probabilitatea sporilor de Cl. botulinum viabili = 10-

9/recipient, Probabilitatea sporilor de Cl. sporogenes viabili = 10-

6/recipient.

5-6 până la 8-14 în funcţie de aciditatea produsului

≤25 2-3 ani

Conserve depozitate

Distrugerea formelor vegetative şi a sporilor

~14 şi chiar 15-21

≤40 1-2 ani



Condiţii de păstrare

Produsul Ce trebuie să realizeze

tratamentul termic

Valoarea de

sterilizare f0(fs)

T °C Durata

în climat tropical

bacteriilor mezofile dar şi termofile de tipul Bacillus şi Clostridium cum ar fi: Cl. steaothermophilus Cl. thermosaccharolyticum Cl. nigrificans Probabilitatea sporilor termofili viabili= 10-

2/recipient

Practic metoda lui Bigelow presupune următoarele:

stabilirea temperaturii de regim la care trebuie să se facă sterilizarea;

pregătirea aparaturii pentru măsurătorile de termopenetraţie în sensul că

se fixează termocuplul în cutie (recipient) şi în autoclav şi se racordează la

aparatul de măsurat;

se urmăreşte evoluţia temperaturii centrului termic şi a mediului de

încălzire din autoclav, înregistrarea făcându-se după anumite intervale de

timp şi pentru o durată care să asigure o valoare de sterilizare egală cu cea

preconizată pentru un anumit tip de conservă. Se trasează curba letalităţii.

Valoarea F0 (Fs) se poate calcula grafic în care caz se planimetrează

suprafaţa de sub curba letală, suprafaţă care se înmulţeşte cu unitatea de

letalitate. Unitatea de letalitate este produsul dintre unitatea de timp (5 min.

în cazul măsurătorilor din 5 în 5 min.) care corespunde la 1 cm de pe abscisă

şi valoarea ratei letale care corespunde la 1 cm de pe ordonată.

Valoarea F0 (Fs) se poate calcula şi prin însumarea ratelor letale parţiale

înregistrate după fiecare minut, corespunzătoare temperaturilor înregistrate

în centrul termic al produsului.

Timpul corespunzător valorii F0 (Fs) realizate (egală cu cea preconizată)

pentru perioada de menţinere se ia din grafic în cazul când măsurătorile s-au

făcut la intervale mai mari (de exemplu din 5 în 5 minute) sau din tabel în

cazul măsurătorilor de termopenetraţie s-au făcut din minut în minut.



2. Metoda matematică a lui Baal şi Olson. Această metodă se aplică la

toate tipurile de conserve (cu diferite moduri de transmitere a căldurii în

recipient) şi implică cunoaşterea următoarelor:

curba de termopenetraţie, în perioada de încălzire ( în faza de ridicare a

temperaturii şi menţinerii temperaturii agentului din autoclavă, în centru

termic al produsului);

curba de termopenetraţie în centrul termic în timpul răcirii produsului.

Ambele curbe se trasează în coordonate semilogaritmice şi din aceste curbe

se determină:

TA-care este pseudotemperatura iniţială a produsului;

fh-care caracterizează curba de termopenetraţie în coordonate

semilogaritmice, în punctul critic, atunci când acesta parcurge un ciclu

logaritmic, în min.;

fc-care caracterizează curba de răcire în coordonate semilogaritmice, în

punctul critic, atunci când acesta parcurge un ciclu logaritmic, în min.

Mai este necesar să se cunoască:

Z – valoarea care caracterizează curba TDT (se ia din tabele sau curba

TDT);

T0 – temperatura iniţială, reală, a produsului;

T1 – temperatura mediului de încălzire (se stabileşte temperatura le care

trebuie făcută sterilizarea);

Tc – Temperatura agentului d răcire;

T - temperatura produsului în punctul critic la sfârşitul perioadei de încălzire

sau începutul fazei de răcire;

jh şi jc – care se determină cu relaţia:

jh=01

A1

TT

TT

−

−; jc=

TTc

TT A1

−

−c

W – factor care este în funcţie de T1 – T şi Z şi care serveşte la calculul

baremului de sterilizare la care temperatura centrului termic este funcţie

logaritmică de tip (produse la care transmiterea căldurii se face prin



conducţie). Se ia din tabelele în funcţie de T1 – T şi Z (anexa II) sau se

calculează din relaţia care dă valoarea lui F0;

P – factorul care este în funcţie de T1 – T şi Z şi care serveşte la calculul

valorii de sterilizare în perioada de încălzire. Se ia din tabele în funcţie de T1

– T şi Z (anexa III).

Pentru produsele la care transmiterea căldurii are loc prin conducţie, T1 –T ≥

0,0555. La produsele cu transmiterea căldurii prin convecţie, T1 – T poate fi

mai mare sau mai mic de 0,0555.

Rezultă că în cazul produselor cu transmiterea căldurii prin conducţie,

temperatura punctului critic nu poate atinge temperatura agentului de

sterilizare, însă este foarte apropiată.

În acest caz, valoarea de sterilizare, F0, dacă nu se găseşte în tabele, se

poate calcula cu relaţia:

F0=W

10f Z

1.121T1−

⋅;

unde 10 Z

1.121T1−

reprezintă rata letală ce se ia din tabele în funcţie de T şi Z, iar

f are semnificaţia lui fh sau fc. Dacă fh = fc, atunci F0 reprezintă valoarea de

sterilizare F0 totală (încălzire, răcire). Pentru a calcula F0 numai pentru

încălzire se aplică relaţia:

F0=ρF0

F0 total (încălzire, răcire) este dată de relaţia:

F0 = ρF0h+ (1-ρ)F0c

Durata de încălzire se calculează cu relaţia:

TT

TTj lg

1

01h

−

−= hi fτ

Durata de răcire se calculează cu relaţia:

fTTc

TTj lg

−

−=

ccf crτ

De regulă, din valoarea lui τI se scade 42% din timpul de ridicare a

temperaturii agentului de sterilizare de la temperatura iniţială la temperatura

de sterilizare. Acest timp se stabileşte de regulă între 10-15 minute. Valoarea



de sterilizare F0 , poate fi utilizată şi pentru verificarea baremului de

sterilizare ales în ceea ce priveşte durata totală de încălzire, respectiv numai

durata de menţinere la temperatura de sterilizare.

3. Metoda matematică a lui Stumbo este de fapt o îmbunătăţire a metodei

lui Baal şi Olson şi se poate aplica la toate tipurile de conserve ( cu

transmiterea căldurii prin conducţie, convecţie sau mixt).

Pentru aplicarea acestei metode este necesar să se cunoască următoarele

simboluri, definiţii şi relaţii de calcul (tabelul 1.13.).

Tabelul 1.13

Simboluri, definiţii, ecuaţii folosite în metoda Sumbo

Simbol Definiţie Relaţii calcul

a Numărul de spori sau celule vegetative din produsul iniţial/unitatea de volum

Se determină experimental

b

Numărul de spori sau celule vegetative după aplicarea tratamentului termic /unitatea de volum

Se determină experimental

β

Durata procesului termic (timp de ridicare şi menţinere a temperaturii) la temperatura de sterilizare aleasă

B=fh(lg jchlh – lg gc) B=fh lg jch lh + (f2 – fh) lg gbh – f2 lg gh2

D

Timpul necesar, la oricare temperatură letală, pentru a distruge 90% din sporii sau celulele vegetative ale unui microorganism dat. Numeric D este egal cu numărul de minute necesar pentru ca curba de supravieţuire să parcurgă un ciclu logaritmic.

Se ia din tabele sau din curba de supravieţuire sau se poate calcula cu relaţia:

D=ba lglg −

τ

Dr

Timpul necesar la 121,1ºC pentru distrugerea a 90% din sporii sau celulele vegetative ale unui microorganism dat

Idem ca la D

F

Echivalentul în minute, la 121,1ºC pantru ca căldura să distrugă sporii sau formele vegetative ale unui microorganism dat.

Fc

Valoarea lui F pentru căldura letală primită din centrul geometric al recipientului în timpul procesului de sterilizare.

Fc=

i

c

F

U

Fc=

i

h

h

h

FU

f

f

2




Fc=( )

i

bh

h

h

h

h FU

f

ffr

FU

f

f

−−

2

2

2

2

Fλ

Valoarea lui F pentru căldura letală primită de oricare punct din recipient, altul decât centru geometric

Fλ=

iF

U λ

Fs (F0)

Valoarea integrală a căldurii letale primită de toate punctele dintr-un recipient în timpul sterilizării pentru a reduce numărul de spori sau celule vegetative din recipient

Fs=Dr (lg a – lg b) Fs= Fc + Dr ( 1,084 +

lgr

c

D

FF +λ

Fi Timpul în minute, la oricare temperatură, echivalent cu 1 minut la 121,1ºC

FI= lg-1

Z

Tr−250

Se poate lua din anexa IV

f

Timpul în minute, necesar ca pentru porţiunea dreaptă a curbei semilogaritmice de încălzire sau răcire să parcurgă un ciclu logaritmic

Se ia din curba semilogaritmică de încălzire sau răcire

fh

Valoarea lui f pentru curba de încălzire atât de la produsele cu transmisia căldurii prin convecţie cât şi de la cele cu transmisia căldurii prin conducţie/convecţie (în cel de-al doilea caz fh se ia pentru prima curbă)

Se ia din curba respectivă

f2

Valoarea lui f pentru cea de a doua porţiune de linie dreaptă în cazul produselor cu transmiterea căldurii prin conducţie/convecţie

Se ia din a doua curbă de încălzire

fc Valoarea lui f pentru curba semilogaritmică de răcire

Se ia din curba de răcire

g Diferenţa dintre temperatura autoclavei şi temperatura maximă atinsă de produs într-un punct

Se poate lua din Anexa V [fh/U] : g

gc Valoarea lui g atunci când punctul este considerat centrul geometric al recipientului

gc = Tr - Tic

gc = jch lh lg-1 (-

hf

t)

Se poate lua şi din Anexa V [fh/U] : g

gλ Valoarea lui g pentru oricare punctdin recipient în afară de centrul geometric

gλ = 0,5 gc

gbh

Diferenţa dintre temperatura autoclavului şi temperatura produsului atunci când curba de încălzire îşi schimbă direcţie (se frânge)





gh2

Valoarea lui g la sfârşitul încălzirii atunci când curba de încălzire se frânge


Ih

Diferenţa dintre temperatura autoclavei şi temperatura produsului în momentul în care începe încălzirea

Ih = Tr - Tih

Ic

Diferenţa dintre temperatura apei de răcire şi temperatura produsului în momentul în care începe răcirea

Ic = Tic - Tw

j Factor de lag

jch

Valoarea lui j pentru curba de încălzire, în centrul geometric. Acest j atunci când este multiplicat cu lh va localiza intersecţia dintre prelungirea liniei drepte a curbei de încălzire semilogaritmică şi o linie verticală care reprezintă începutul încălzirii

jch = ihr

pihr

TT

TT

−

−

jcc

Valoarea lui j pentru curba de răcire, în centrul geometric. Acest j atunci când este multiplicat cu lc va localiza intersecţia dintre prelungirea porţiunii de linie dreaptă a curbei de răcire şi o linie verticală care reprezintă începutul răcirii

jcc = icw

picw

TT

TT

−

−

jλh Valoarea lui j a curbei de încălzire, pentru o izoregiune j care include 0,19 din volumul recipientului

jλh=0,5 jch

jλc Valoarea lui j a curbei de răcire, pentru o izoregiune j care include 0,19 din volumul recipientului

jλc=0,5 jcc

K Difuzivitatea termică

Pentru recipient cilindric:

K=

fba

⋅

+

22

427.01

398.0

l Timpul în minute necesar pentru a aduce temperatura autoclavei la temperatura de sterilizare

l = 10…15 minute

L Rata letală, respectiv reciproca

timpului de distrugere termică (1/τ) la oricare temperatură letală sau 1/Fi

L=lg-1

Z

T 250−

Se ia din tabele în funcţie de temperatura centrului termic şi Z

Pt Durata de menţinere a temperaturii autoclavei la temperatura de sterilizare

Pt = B – 0,4l Se poate determina din curba evoluţiei temperaturii autoclavei în funcţie de timp sau se poate lua din formula de sterilizare




r

Raza interioară a recipientului, dar în cazul ecuaţiilor pentru curbele la produsele cu raport solid/lichid r reprezintă un factor de proporţionalitate

Se poate lua din grafic atunci când r reprezintă factor de proporţionalitate

t(τ) Timp t(τ) =D(lg a – lg b)

T Temperatură

Tλ Temperatura oricărei izoregiuni j

Tih Temperatura iniţială a produsului în momentul în care începe încălzirea

Tic Temperatura iniţială a produsului în momentul în care începe răcirea

Tpih

Pseudotemperatura iniţială a produsului atunci când începe încălzirea

Temperatura aceasta se găseşte la intersecţia dintre prelungirea porţiunii drepte a curbei de încălzire cu o dreaptă verticală care reprezintă începutul încălzirii

Tpic

Pseudotemperatura iniţială a produsului atunci când începe răcirea

Temperatura aceasta se găseşte la intersecţia dintre prelungirea porţiunii drepte a curbei de răcire cu o dreaptă verticală care reprezintă începutul răcirii

Tr Temperatura autoclavei în timpul fazei de menţinere

TS

Temperatura medie a produsului la un anumit moment în timpul încălzirii sau răcirii

La încălzire Tsh = Tr + 0,27(Tc – Tr)

La răcire Tsc = Tw + 0,27(Tc – Tw)

sau Tsh = Tr + 0,27(Tch – Tr) Tsc = Tw + 0,27(Tcc – Tw)

Tch

Temperatura în centrul geometric al recipientului la un moment dat în timpul încălzirii

Tcc

Temperatura în centrul geometric al recipientului la un moment dat în timpul răcirii

Tw Temperatura apei de răcire

U

Echivalentul în minute la temperatura autoclavei, al căldurii primite la un anumit punct din recipient, în timpul sterilizării

Uc Valoarea lui U pentru centrul geometric al recipientului

Uc=Fc x Fi

Uλ

Valoarea lui U pentru oricare punct din recipient în afară de centrul geometric

Uλ= Fλ x Fi




Ubh Valoarea lui U din fh/Ubh corespunzătoare lui gbh

Uh2 Valoarea lui U din fh/Uh2 corespunzătoare lui gh2

yc

Diferenţa dintre temperatura centrului geometric al produsului şi temperatura apei de răcire, după un anumit timp de răcire

yc = jcc lc lg-1

−

cf

t

31) Aplicaţiile metodei Stumbo

31.1.) Produse încălzite prin conducţie în sterilizatoare cu funcţionare

continuă (temperatura autoclavei este deja la temperatura de sterilizare

când se introduce produsul).

Pentru aceste produse se aplică următoarele relaţii de calcul:

durata de menţinere la temperatura de sterilizare:

( )chchh gljfB lglg −=

valoarea de sterilizare pentru centrul termic:

i

h

h

i

c

cs

FU

f

f

F

UFFF

====0

Se folosesc curbele de termopenetraţie în coordonate semilogaritmice,

tabelele pentru ratele letale, pentru valorile FI şi tabele fh/U:g.

Dacă sterilizarea se face în utilaje cu funcţionare discontinuă, atunci durata

de menţinere a produsului la temperatura de sterilizare (Pt) rezultă din

ecuaţia:

B = Pt + 0,4l

Pt = B – 0,4l

în care: l – timpul de ridicare a temperaturii autoclavei de la temperatura

iniţială la temperatura de sterilizare (l = 10…15 min).

Pentru produsele la care transmiterea căldurii se face prin conducţie se

poate folosi şi următoarea relaţie pentru determinarea lui Fs (F0) care nu va

mai fi egală cu F0 deoarece reprezintă o valoare sterilizatoare medie:



Fs (F0) = Fcb + DTref

−+

Tref

c

D

FFλlg084,1

În relaţia menţionată Fc se calculează cu relaţia:

( )1

12

121 ss

ss

cc

cc FFFF

FFFF −

−

−+=

Fc este, de regulă, cu cel puţin o unitate DTref (Dr) mai mică decât Fs. De

regulă Fc1 este mai mic cu 2 unităţi Dr decât Fs iar Fc2 cu o unitate Dr la care

se adaugă 1. În aceste condiţii:

Fs1 = Fc1 + Dr

−+

r

c

D

FF 11lg084,1 λ

Fs2 = Fc2 + Dr

−+

r

c

D

FF 22lg084,1 λ

i în acest caz se folosesc curbele de termopenetraţie în coordonate

semilogaritmice, tabele pentru ratele letale, pentru valorile FI şi tabelele

fh/U:g.

31.2 Estimarea temperaturii medii a produselor la care transmiterea

căldurii se face prin conducţie. Aceste produse, dacă nu sunt răcite

corespunzător după sterilizare pot suferi modificări în timpul depozitării şi

transportului, şi anume:

modificări de culoare;

dezvoltarea termofililor supravieţuitori care pot produce alterarea.

În acelaşi timp este necesar să păstreze suficientă căldură pentru ca apa de

răcire rămasă la suprafaţa recipientului să se evapore rapid şi deci să se

evite o manoperă de ştergere şi ruginire a cutiilor. Deci răcirea în apă trebuie

să se facă până la 32 –43ºC.

La stabilirea temperaturii medii în timpul încălzirii sau răcirii se au în vedere

următoarele considerente:

transferul de căldură are loc în mod uniform prin întreaga suprafaţă a

recipientului;



răcirea începe după o perioadă de lag de 5…10 minute, timpul exact

depinzând de distribuţia temperaturii în recipient în momentul în care începe

răcirea.

Temperatura medie în timpul încălzirii se poate calcula cu relaţia:

Tsh = Tr + 0,27(Tch – Tr)

Temperatura medie în timpul răcirii se poate calcula cu relaţia:

Tsc = Tw + 0,27(Tcc – Tw)

Ecuaţiile menţionate sunt valabile pentru cutiile cilindrice indiferent de

dimensiunile acestora. Temperatura medie se mai poate calcula şi cu

următoarele relaţii:

- pentru perioada de încălzire:

gc = jch lh lg-1 (-

hf

t)

Aplicând relaţia Tch = Tr – gc se poate calcula temperatura centrului termic în

perioada încălzirii (Tch) şi în aceste condiţii, cunoscând pe Tch şi Tr, se poate

calcula Tsh.

- pentru perioada de răcire:

yc = jcc lc lg-1

−

cf

t

Aplicând relaţia Tcc = Tw – yc se poate calcula temperatura centrului termic

(geometric) în perioada răcirii (Tcc) şi în aceste condiţii, cunoscând pe Tcc şi

Tw, se poate calcula Tsc la răcire.

Tot pentru aceste produse se poate face şi echivalenţa dintre valorile Fs(F0)

pentru două recipiente cu dimensiuni diferite, dar conţinând acelaşi produs.

Relaţia folosită este următoarea:

Fsb = Fsa + Dr lg a

b

V

V

În care: Va şi Vb sunt volumele a două recipiente cu capacitate diferită.

Fsa şi Fsb sunt valorile echivalente pentru Fs (F0) în cazul celor două

recipiente cu dimensiuni diferite.



31.3 Produse la care transmiterea căldurii se face prin convecţie.

Pentru aceste produse durata de încălzire (ridicare şi menţinere a

temperaturii) se calculează cu relaţia:

B=fh (lg jch lh – lg gc)

Dacă valoarea fh/U este sub 0,5 iar valoarea g<0,1, atunci pentru B se poate

folosi ecuaţia:

B = Uc + fh (lg jch lh – 0,85)

Pt = B – 0,4l

Valoarea de sterilizare Fs(F0) în centru termic (Fc) va fi calculată cu relaţia:

Fc = Fs (F0) = Dr (lg a – lg b)

Pentru calculul unor valori se folosesc curbele de termopenetrare la

încălzire/răcire, în coordonate semilogaritmice, tabelele cu ratele letale,

pentru valorile FI şi tabelele fh/U:g.

31.4 Produse la care transmiterea căldurii se face prin

conducţie/convecţie. (produse cu un anumit raport solid/lichid). Pentru

aceste produse, încălzirea şi răcirea nu sunt uniforme în masa produsului. La

asemenea conserve nu este posibil să se integreze ratele letale şi de aceea

s-a considerat că pentru aceste produse Fc = Fs iar curba de termopenetraţie

pentru perioada de menţinere a temperaturii mediului de încălzire la

temperatura de sterilizare este formată din două trepte atunci când se

trasează în coordonate semilogaritmice. Curba de răcire în coordonate

semilogaritmice este o linie dreaptă.

Pentru perioada de încălzire a produsului (faza de ridicare şi menţinere a

autoclavei la temperatura de sterilizare), durata procesului B, va fi dată de

relaţia:

B = fh lg jch lh + (f2 – fh) lg gbh – f2 lg gh2

Valoarea de sterilizare pentru centrul termic, Fc va fi calculată cu relaţia:

Fc (F0)=( )

i

bh

h

h

i

h

h FU

f

ffr

FU

f

f

−−

2

2

2



Pentru calculul lui B şi Fc este necesar să avem curbele de încălzire/răcire în

coordonate semilogaritmice, tabelele cu ratele letale, tabelele cu valorile Fh şi

tabelele fh/Uh : g, precum şi graficul care arată relaţia dintre r, g, şi lg gg .

1.7. Efectul tratamentului termic asupra calităţii produselor

alimentare

Pentru asigurarea unor caracteristici senzoriale optime (şi a unui randament

ridicat în produs finit pentru produsele de carne şi semiconserve)este

necesar ca tratamentul termic să se efectueze un timp cât mai scurt şi la o

temperatură relativ joasă.

Efectul tratamentului termic asupra valorii nutritive şi asupra caracteristicilor

senzoriale ale produsului finit se apreciază prin aşa numita “Cooking value”

definită ca reprezentând modificările produse la temperatura de 100ºC timp

de 1 minut în centrul termic al produsului.

Cooking value se determină în general cu relaţia:

C0 = ∫−

ττ

dz

T 100

010

În cazul pasteurizării “Cooking value” poate fi calculată în funcţie de

temperatura centrului termic (C0I) şi în funcţie de temperatura apei de

pasteurizare (C0a), în care caz sunt reflectate modificările de la suprafaţa

produsului. În ambele cazuri se ţine seama de ratele letale care sunt arătate

în tabelul 1.14. Procedeul de determinare al mărimii Cooking value este

asemănător cu cel de determinare a valorii de pasteurizare pentru produsele

compacte ( 1070P ) sau a valorii de sterilizare (Fo).

Cu cât Cooking value are valori mai mici cu atât produsul îşi păstrează

valoarea nutritivă şi calitatea senzorială.

În cazul produselor sterilizate, pentru determinarea gradului de distrugere

termică a unui component termolabil (de regulă vitaminaB1) se poate folosi

relaţia:

τ = Dr (lg a – lg b)

în care: τ - durata sterilizării, în minute;



Dr – timpul de reducere decimală a componentului termolabil (Dr =

130…160). În minute;

a – concentraţia iniţială a componentului termolabil (se determină

experimental);

b - concentraţia finală a componentului termolabil (se determină

experimental).

Dacă produsul se tratează în sistem HTST sau UHT se obţin valori 1070P sau

F0 mari şi o valoare C0 acceptabilă. Oricare tratament termic care se

încadrează în sistem HTST sau UHT conduce la obţinerea de produse

conservabile, dacă sunt ambalate corespunzător şi cu o calitate globală

superioară celor care se tratează prin procedeele clasice.

Tabelul 1.14.

Ratele letale 10 z

T 100−

pentru determinarea “Cooking value”

Temperatura centrului termic sau a apei, ºC

Rata letală

Temperatura centrului termic sau a apei, ºC

Rata letală

55 0,043 73 0,152

56 0,047 74 0,163

57 0,050 75 0,175

58 0,053 76 0,188

59 0,057 77 0,201

60 0,061 78 0,216

61 0,066 79 0,231

62 0,072 80 0,248

63 0,076 81 0,266

64 0,081 82 0,285

65 0,087 83 0,306

66 0,093 84 0,326

67 0,100 85 0,350

68 0,108 86 0,376

69 0,115 87 0,405

70 0,123 88 0,432

71 0,132 89 0,465

72 0,142 90 0,498



REZUMAT


constă în distrugerea microorganismelor cu ajutorul căldurii îmbunătăţită de

prezenţa unor compuşi antimicrobieni, ioni de hidrogen, alcool etilic, CO2,

bacteriocine, fitoncide, componente amare din hamei, uleiuri eterice, etc.

VERIFICAREA CUNOTINŢELOR

1. Ce ştiţi despre pasteurizare?

2. Ce ştiţi despre sterilizare?

3. Care sunt factorii care influenţează regimul de sterilizare?

4. Care sunt factorii care influenţează distrugerea termică a

microorganismelor?

Metode moderne de conservare


2


Printre metodele moderne de conservare menţionăm pe cele atermice şi

termice diferite de cele clasice.

Metodele de conservare atermice mai importante sunt:

conservarea cu ajutorul presiunilor înalte;

conservarea cu ajutorul câmpului magnetic;

conservarea cu ajutorul radiaţiilor ionizante;

conservarea cu ajutorul câmpului magnetic pulsatoriu;

conservarea cu ajutorul impulsurilor ultrascurte de lumină;

conservarea cu ajutorul radiaţiilor ultraviolete.

Metodele de termice de conservare mai importante sunt:

conservarea prin încălzire cu microunde;

conservarea prin încălzire ohmică;

conservarea prin încălzire cu unde de frecvenţă radio;

conservarea prin încălzire indirectă cu efect Joule (actiJoule).

2.1. Conservarea cu ajutorul presiunilor înalte

Presiunile înalte (4000 … 10000 bar) distrug microorganismele, în principal

formele vegetative şi mai puţin sporii. Distrugerea microorganismelor este

consecinţa modificării structurii membranei celulare (modificarea

permeabilităţii prin acţiunea asupra fosfolipidelor – constituenţi ai membranei

celulare) precum şi a inactivării enzimelor implicate în reacţiile biochimice

vitale (inactivare prin denaturare).

Efectul letal al presiunilor înalte este funcţie de compoziţia chimică a

produsului (proteine, lipide, poliglucide care au efect protector asupra

microorganismelor), pH, activitatea apei.



Alimentele acide pot fi procesate la presiuni moderate (300 MPa) şi la

temperatură ambiantă, iar cele neacide trebuiesc procesate la presiuni mai

ridicate (600 …800 MPa) şi la temperaturi moderate (50 – 60ºC) sau se

recomandă repetarea ciclurilor de pasteurizare la mai multe nivele (în acest

caz se distrug sporii). Dacă în produsul ce se procesează se adaugă lizozim

sau bacteriocine, sau dacă pasteurizarea se asociază cu conservarea

ulterioară prin frig, se poate lucra cu presiuni mai scăzute. În orice caz, în

cazul produselor cu pH neutru, presiunile înalte nu pot realiza o sterilizare.

Conservarea cu presiuni înalte se poate aplica la diferite produse carnate cu

compoziţie sensibilă, plante condimentare, condimente, sucuri de fructe,

compoturi de fructe, melanj de ouă, produse lactate acide, brânzeturi, sosuri,

dressinguri pentru salate.

Produsele solide (nepompabile) se presurizează ambalate în ambalaje

flexibile, în care caz se foloseşte o instalaţie cu funcţionare discontinuă iar

cele lichide se pasteurizează în vrac urmate de ambalare aseptică, în care

caz se folosesc instalaţii cu funcţionare semicontinuă şi continuă.

Componentele unei instalaţii de presurizare sunt următoarele:

compresorul (pompa) de înaltă presiune, de tipul multiplicatoarelor

electrohidraulice;

incinta de presurizare, alcătuită din piese fretate la cald sau autofretate;

partea centrală a incintei şi obturatoarele sunt confecţionate din oţel inox, cu

limită elastică ridicată, iar fretele exterioare pot fi confecţionate şi din oţel

carbon. În cazul în care se montează o serpentină de încălzire/răcire, între

două frete, atunci acestea se execută din oţel inox. Dimensiunile şi rezistenţa

la oboseală sunt în funcţie de uzura interioară şi deci de frecvenţa anuală a

ciclurilor. Volumul incintei se foloseşte în proporţie de 50 – 60% în cazul

produselor ambalate în ambalaje flexibile şi 100% în cazul produselor lichide.

Având în vedere că presiunile înalte afectează legăturile de H, hidrofobice şi

ionice ale macromoleculelor (dar nu au nici o influenţă asupra moleculelor

mici cum ar fi vitaminele, substanţele de gust şi miros) ele mai pot avea şi

următoarele efecte:

inactivarea unor enzime datorită denaturării părţii proteice a acestora,

ceea ce este important pentru păstrarea calităţii unor fructe şi legume



(inactivarea tirozinazei şi peroxidazei; sunt inactivate şi aminopeptidazele şi

carboxipeptidazele la 5000 şi respectiv 4000 bar);

stimularea unor enzime cum ar fi termolizina şi celulazele;

scăderea activităţii unor enzime, cum ar fi tripsina şi carboxipeptidaza;

modificarea polimerilor de tipul proteinelor, în sensul denaturării lor,

consecinţa dezorganizării structurii terţiare şi cuaternare, creşterea

digestibilitaţii şi mărirea susceptibilităţii proteinelor la atacul proteazelor;

polimerii glucidici (amidonul) pot gelifica la 600 – 900 Mpa şi 20 – 53ºC,

gelurile obţinute fiind transparente. Se creează, deci, posibilitatea obţinerii

unor produse pe bază de cartofi, porumb, grâu, orez, paste făinoase care

necesită o preparare termică minimă. Polimerizarea glucidelor este

importantă în obţinerea sosurilor, deserturilor, etc.;

gelificarea proteinelor din carne de peşte, vită, porc, soia, ouă, lapte aflate

în soluţie de o anumită concentraţie, la un anumit pH şi un anumit conţinut de

NaCl. Se obţin geluri diferite de cele obţinute pe cale termică în ceea ce

priveşte caracteristicile senzoriale;

presurizarea urmată de depresurizare conduce la reformarea structurii

unor proteine, efect care este folosit pentru obţinerea cărnii restructurate de

peşte, vită şi porc separate mecanic de pe oase, frăgezirea cărnii şi la

aglomerarea prin adeziune/lipire a muşchilor sau fileurilor de peşte de talie

mică;

presurizarea modifică punctul de topire al grăsimilor, mărimea cristalelor

de trigliceride, formarea şi ordonarea acestor cristale şi aceste efect stă la

baza temperării masei de ciocolată (100 MPa);

presurizarea la ~ 200 MPa şi temperaturi scăzute dă posibilitatea de a

conserva produsele alimentare la –20ºC fără ca acestea să îngheţe.

Presurizarea urmată de depresurizare bruscă conduce la obţinerea de

cristale mici de gheaţă, ceea ce este important la fabricarea îngheţatei

(călirea acesteia) şi la decongelarea cărnii respective (pierderi mici de suc);

intensificarea aromei unor produse alimentare prin dezorganizarea unor

organite celulare (lizozomi) care eliberează enzime proteolitice ce acţionează

asupra proteinelor cu formare de substanţei de gust;



impregnarea fructelor prin creşterea presiunii osmotice, efect ce stă la

baza obţinerii de fructe confiate.

2.2. Conservarea cu ajutorul câmpului magnetic

Câmpurile magnetice pot fi statice (SMF) şi oscilante (OMF), ambele putând

fi omogene şi eterogene. În cazul câmpului omogen, intensitatea câmpului

magnetic este uniformă în aria închisă în interiorul magnetului, în timp ce în

cazul câmpului eterogen, intensitatea câmpului magnetic este neuniformă şi

scade pe măsură ce distanţa de la centrul electromagnetului creşte.

Câmpul magnetic eterogen exercită o forţă de accelerare asupra particulelor

diamagnetice şi paramagnetice aflate în câmp, în timp ce câmpul magnetic

omogen nu exercită o asemenea forţă. La SMF intensitatea este constantă în

timp, iar la OMF, care aplică sub formă de impulsuri, intensitatea fiecărui

impuls scade odată cu timpul până aproape de 10% din intensitatea iniţială,

inversându-se sensul câmpului la fiecare impuls.

Acţiunea câmpului magnetic asupra microorganismelor. Câmpul

magnetic SMF şi OMF exercită efect letal asupra microorganismelor, efect

explicat prin următoarele acţiuni:

• acţiune deteriorantă asupra membranelor celulare care prezintă o

orientare puternică în câmpul magnetic din cauza structurii anizotrope

intrinsece. Felul orientării membranei, paralelă sau perpendiculară pe câmpul

magnetic aplicat, depinde de anizotropia totală a proteinelor componente ale

membranei celulare. Proteinele din membrane având o legătură peptidică

care rezonează între două structuri (fig. 40) din care una cu dublă legătură,

face ca membrana celulară să prezinte anizotropie diamagnetică şi prin

urmare se orientează paralel cu câmpul magnetic extern;

• acţiune deteriorativă asupra ADN în sensul ruperii legăturilor covalente

din AND şi acţiune de modificare a sintezei ADN;

• acţiune de modificare a fluxului de ioni (în special Ca2+) prin membrana

celulară, afectându-se astfel activităţi metabolice care necesită ionii de Ca2+;

Ionii transmit efectele câmpului magnetic în cascadă de la locul de

interacţiune cu membrana şi la citoskeleton, organite celulare (mitocondrii,

lizozomi), membrana nucleului, cromozomi, proteine din citoplasmă,



intensitatea răspunsurilor diferitelor structuri celulare la acţiunea câmpului

magnetic fiind diferită şi întârziată faţă de locul iniţial de interacţiune.

Câmpul magnetic oscilatoriu (OMF) slăbeşte legătura dintre ioni şi proteină

din metal-proteine, deci se deranjează metabolismul normal. Atât câmpul

SMF, cât şi câmpul OMF afectează ionii legaţi de calmoduluină, în sensul

slăbirii legăturii dintre aceste două entităţi sau modifică starea de vibraţie a

ionilor Ca2+ atunci când viteza de intrare v (ca vector) a ionului în câmpul

magnetic este perpendiculară pe acesta, ionul intră în rotaţie. Dacă ionul

intră în câmpul magnetic sub un unghi oarecare faţă de câmp, acesta (ionul)

capătă o mişcarea elicoidală.

La distrugerea microorganismelor, pe lângă câmpul magnetic acţionează şi

câmpul electric indus caracterizat prin Ep care se determină cu relaţia:

Ep = rBj

p

p⋅⋅⋅= πσ

σpjiar

În care:

Ep – “ tăria” maximă a câmpului electric indus;

jp – densitatea de vârf a curentului;

σ - conductibilitatea electrică a mediului;

r – raza cilindrului în care este plasat mediul;

Bp – vârful intensităţii câmpului magnetic.

Inactivarea microorganismelor necesită câmpuri magnetice de 5 – 50 T. de

regulă, se folosesc câmpuri magnetice oscilatorii cu impulsuri scurte, un

singur impuls de intensitate 5 – 50 T şi frecvenţă de 5 – 500 KHz, putând să

reducă numărul de microorganisme cel puţin cu două cicluri logaritmice.

Timpul total de expunere care este produsul dintre numărul de impulsuri şi

durata unui impuls, are valoarea de 25 µ secunde – 10 milisecunde (durata

unui impuls implică 10 oscilaţii după care câmpul magnetic nu mai are

efecte).

Efectul de distrugere a microorganismelor din unele produse alimentare la

aplicarea câmpului magnetic oscilatoriu este arătat în tabelul 2.1.



Tabelul 2.1.

Efectele de inactivare ale câmpului magnetic asupra microorganismelor de alterare

Microorganisme nr./ml Produsul T

ºC

Intensitatea câmpului

magnetic, t

Număr de impulsuri

Frec venţa, khz Iniţial Final

Lapte 23 12 1 6 25000 970

Iaurt 4 40 10 416 35000 25

Suc

portocale 20 40 1 416 25000 6

Pentru a fi aplicat câmpul magnetic la conservarea produselor alimentare

este necesar ca:

ambalajul să fie din material plastic;

rezistivitatea electrică a produsului să fie mai mare de 10 - 25Ω cm;

intensitatea câmpului magnetic să fie aleasă în funcţie de rezistivitatea

electrică a produselor şi grosimea acestuia (intensitatea câmpului magnetic

este mai mare dacă rezistivitatea electrică este mică şi grosimea mare).

Surse de generare a câmpului magnetic oscilatoriu. Câmpul magnetic

oscilatoriu (OMF) poate fi generat de electromagneţi superconductori şi

electromagneţi care sunt energizaţi prin descărcarea energiei electrice

înmagazinate într-un condensator (capacitor).

Magneţii superconductori generează câmpuri magnetice de intensitate mare

(până la 20T) fără a produce încălziri prin efect Joule. Magneţii

superconductori sunt “ îmbrăcaţi” într-o manta cu heliu pentru a asigura

răcirea înfăşurării.

Magneţii energizaţi de un condensator pot genera câmpuri magnetice >30T.

condensatorul de 8 – 16 KJ poate genera OMF de 5 – 50 T în

electromagnetul din circuit, frecvenţa câmpului magnetic fiind determinată de

capacitanţa condensatorului, de rezistenţa şi inductanţa înfăşurării

magnetului.

Avantajele folosirii câmpul magnetic sunt următoarele:



se păstrează calitatea senzorială şi nutriţională a produselor deoarece

temperatura acestuia creşte doar cu 2-5ºC;

produsul alimentar poate fi tratat în ambalaje plastice flexibile (suple);

aplicarea câmpului magnetic nu este periculoasă pentru operator, câmpul

magnetic de intensitate mare existând numai în interiorul electromagnetului şi

imediat în jurul acestuia. Astfel, dacă intensitatea câmpului magnetic în

interiorul magnetului este de ~7 T, la 2 m distanţă de ieşire, intensitatea

scade la 7 ·10-5 T, intensitate comparabilă cu cea a câmpului magnetic;

necesarul de energie este relativ redus.

2.3. Conservarea cu ajutorul radiaţiilor ionizante

În categoria radiaţiilor ionizante, cu folosire în industria alimentară intră

radiaţiile γ şi X, care sunt de natură electromagnetică (fotoni), caracterizate

prin energia E = hν, în care E este energia fotonilor (eV), h – constanta lui

Plank (ergi), ν - frecvenţa ( vibraţii/s), acestea din urmă fiind raportul dintre

c/λ, unde c – viteza luminii ( c=3x1010 cm/s) iar λ este lungimea de undă (λ -

distanţa parcursă de undă pe parcursul unui ciclu). Radiaţiile ionizante au λ ≈

0,01 µm.

Sursele de radiaţii ionizante sunt:

acceleratoarele de electroni care pot atinge puteri de până la 30 KW şi

care produc electroni acceleraţi din electroni de joasă energie, emişi de un

catod. Energia fasciculului de electroni acceleraţi nu trebuie să de păşească

10 MeV. Electronii acceleraţi pot fi folosiţi ca atare sau pot fi convertiţi în

radiaţii X prin interacţiune cu o ţintă, energia fotonilor X trebuind să fie de

maximum 5MeV;

radioozotopi artificiali: Co60, Cs137 care emit radiaţii γ al căror nivel de

energie este de 1,17 şi 1,33 MeV pentru Co60 şi 0,60 MeV pentru Cs137.

Radiaţiile ionizante ( în principal γ) sunt utilizate pentru conservarea

produselor alimentare (inclusiv carne şi produse din carne) şi anume în scop

de :

eliminarea microorganismelor patogene (radicaţie), dozele folosite fiind de

1 –4 kGy;



eliminarea microorganismelor de alterare – forme vegetative (radurizaţie,

respectiv radiopasteurizare), dozele folosite fiind de 1 – 6 kGy;

eliminarea microorganismelor – forme vegetative şi spori respectiv

radapertizare sau radiosterilizare, dozele folosite fiind de 15 – 60 kGy.

Distrugerea microorganismelor cu ajutorul radiaţiilor ionizante este

consecinţa rupturilor ce survin în molecula de acid dezoxiribonucleic, acţiunii

deteriorative a proteinelor şi lipidelor din structura membranei şi citoplasmei

precum şi a enzimelor din membrane, citoplasmă, organite celulare. La

aceste acţiuni participă şi produşii de radioliză ai apei conţinută în celula

microbiană.

Cu titlu de informaţie, menţionăm că radiaţiile ionizante mai pot fi folosite

pentru:

• inhibarea germinării la cartofi, ceapă, usturoi cu doze de 0,05 – 0,15 kGy;

• dezinsectizarea la cereale şi leguminoase uscate, fructe proaspete şi

uscate, făinuri proteice cu doze de 0,15 – 0,50 kGy şi chiar 1kGy;

• deparazitare cărnuri de vită, porc, oaie cu doze de 1-3 kGy;

• realizarea unui proces fiziologic (întârzierea maturării la banane, mango,

papaya) cu doze de 0,5 – 1 kGy;

• decontaminarea unor aditivi alimentari şi ingrediente alimentare

(preparate enzimatice, condimente, gume naturale, gelatină, ouă, făină de

sânge, carne, peşte, legume deshidratate, amidon, pudră cacao, fructe

uscate) cu doze de 10 – 50 kGy;

• ameliorarea proprietăţilor foliilor de polietilenă care după iradiere capătă o

stabilitate mai mare termică, creşte termoretractibilitatea, rezistenţa

mecanică şi rezistenţa la solvenţi organici. Iradierea se face cu doze de ≥

50kGy;

• aseptizarea ambalajelor folosite la condiţionarea aseptică a produselor

alimentare cu doze ca cele utilizate pentru radiopasteurizare sau

radiosterilizare.

Acţiunea electronilor acceleraţi şi radiaţiilor γ se manifestă la nivel de atomi şi

la nivel de molecule.



La nivel de atomi, felul interacţiunii este în funcţie de nivelul energetic al

electronilor acceleraţi şi radiaţiilor γ şi X. dacă energia electronilor acceleraţi

este mai mare de 10 – 13 MeV, aceştia acţionează nu numai asupra

electronilor din straturile periferice ale atomilor dar şi asupra nucleului,

inducând radioactivitate în produsul iradiat. La folosirea electronilor acceleraţi

ca energie < 10 MeV, electronii incidenţi pot fi capturaţi de învelişukl

electronic al atomului din materialul ţintă, devenind ioni negativi. În ceea ce

priveşte radiaţiile γ (fotoni), aceştia pot acţiona cu atomii ţintă prin trei efecte:

efectul fotoelectric, efectul Compton şi efectul formării de perechi.

Efectul fotoelectric apare la întâlnirea fotonului incident (radiaţia γ şi X) cu

un electron care se găseşte pe una din orbitele atomului. În aceste condiţii,

electronul ciocnit primeşte întreaga energie a fotonului şi este expulzat din

atom cu o energie cinetică Ec egală cu diferenţa dintre energia Eγ a fotonului

incident şi energia de legătură Ee a electronului pe orbita respectivă. În urma

expulzării electronului din atom, locul rămas liber pe orbită este ocupat de un

alt electron, procesul putându-se repeta de mai multe ori. Aceste tranzaţii de

electroni sunt însoţite de apariţia de radiaţii X caracteristice. Efectul

fotoelectric apare deci atunci când Eγ >Ee.

Efectul Compton are loc atunci când fotonul incident γ se întâlneşte cu un

electron liber sau uşor legat. În acest caz, fotonul incident cedează

electronului ciocnit o parte din energia sa şi deviază de la direcţia sa.

Electronul ciocnit, denumit şi electron de recul sau electron Compton, este

expulzat din atom. Fotonii împrăştiaţi, care au energie mai scăzută

interacţionează din nou până la epuizarea întregii lor energii. Electronii

ejectaţi pot ioniza atomii cu care interacţionează (devin ioni negativi).

Efectul formării de perechi are loc atunci când energia fotonilor incidenţi

este ai mare de 1,3 MeV, în care caz el poate fi absorbit de câmpul

coulumbian al nucleului, consecinţa fiind apariţia perechii de particule

electron – pozitron. Acestea din urmă are o viaţă scurtă şi prin întâlnire cu un

electron se anihilează cu formare de doi fotoni de 0,5 MeV (radiaţii γ de

anihilare). Electronii din perechea respectivă îşi pierd energia prin ionizarea

şi excitarea atomilor întâlniţi. Dacă fotonii incidenţi au energie mare ei pot

ejecta un proton sau neutron din nucleu şi în acest caz în materialul iradiat se

induce radioactivitate.



La nivel de molecule, radiaţiile ionizante la doze de radapertizare pot afecta

glucidele, proteinele, lipidele, apa, vitaminele şi enzimele, după cum

urmează:

poliglucidele pot fi depolimerizate iar cele simple pot fi degradate la acizi

organici şi produşi de oxidare;

proteinele pot suferi transformări fizice şi chimice cum ar fi scăderea

solubilităţii, denaturare, scindare, polimerizare, modificarea activităţii

enzimatice, reducerea conţinutului de aminoacizi (triptofan, metionină,

cisteină). În mediu apos, sensibilitatea proteinelor la acţiunea radiaţiilor

ionizante este mai mare decât atunci când acestea se află într-un mediu

complex (cazul proteinelor din produsele alimentare), lipidele exercitând un

rol protector. Prin iradierea aminoacizilor liberi din produsele alimentare se

formează produşi carbonilici şi peroxidici;

lipidele pot suferi o multitudine de degradări sub acţiunea directă a

radiaţiilor ionizante, degradările fiind influenţate de prezenţa sau absenţa

oxigenului, prezenţa sau absenţa antioxidanţilor. Produsele care rezultă din

acţiunea directă a radiaţiilor ionizante asupra lipidelor reprezintă 1% din

masa acestora;

apa din produsele alimentare suferă o radioliză cu formare de trei produşi

reactivi intermediari: electronul hidratic (eaq), radicali hidroxil (OH) şi radicali

de hidrogen (H). Aceşti radicali favorizează acţiunea radiaţiilor ionizante

asupra componenţilor nutritivi din produsele alimentare;

vitaminele sunt parţial distruse sub influenţa radiaţiilor ionizante, cea mai

sensibilă fiind vitamina C, după care urmează vitaminele B1, B6, B12, PP şi

apoi vitaminele A, E, K. distrugerea vitaminelor este mai mare în prezenţa

aerului şi se continuă şi în timpul depozitării produselor alimentare iradiate.

La doze de radapertizare (15 – 50 kGy) pierderile de vitamine sunt

comparabile cu cele înregistrate la sterilizarea termică;

enzimele rezistă chiar la doze de 50 kGy, fapt ce impune tratamentul

termic prealabil al produselor ce se supun iradierii (opărire, blanşare).

Ca efect al radiaţiilor ionizante asupra componentelor alimentelor se pot

modifica gustul, mirosul, culoarea şi textura produselor alimentare, gradul de

modificare fiind dependent de doza utilizată. La doze mici, modificările

senzoriale sunt imperceptibile, ele devenind evidente la doze de sterilizare.



Modificările senzoriale au fost bine studiate la iradierea cărnii. Astfel, până la

doze de 20 kGy textura rămâne nemodificată, iar la doze de 40 kGy este

afectată sensibil. Modificarea culorii este evidentă la doze mai mari de 9 kGy,

în prezenţa O2 formându-se sulfmioglobina, iar în prezenţa azotului gazos, se

regenerează oximioglobina din metmioglobină. La iradiere sub 40 kGy

mirosul cărnii este asemănător cu cel al cerealelor umede, iar la doze mai

mari de 100 kGy mirosul este asemănător cu cel al părului umed de câine.

Mai poate apare şi miros de bulion sau legume răsfirete (varza). Datorită

iradierii apar substanţe cu prag de percepţie ridicat (H2S, mercaptani, amine,

aldehide).

Radiaţiile ionizante pot influenţa şi ambalajele, după cum urmează:

ambalajele plastice sunt în general sensibile la acţiunea radiaţiilor

ionizante. La doze mai mari de 10 kGy, din ambalaj poate migra în produs

aditivii folosiţi la confecţionarea materialului plastic respectiv (citrat de sodiu,

sulfat de lauril şi sodiu, clorura de polivinil, amidele acidului erucic, linoleic,

palmitic, stearic, stearatul de aluminiu, calciu, magneziu, potasiu, sodiu,

propionat de calciu şi sodiu, BHA, BHT, trietilenglicol);

ambalajele de sticlă nu au prezintă modificări fizice şi chimice la dozele

folosite pentru radiosterilizare;

ambalajele metalice. La nivelurile dozelor utilizate, radiaţiile ionizante nu

afectează nucleul atomic şi deci nu induc radioactivitate. Răşinile epoxi-

fenolice folosite la vernisare îşi păstrează adezivitatea şi supleţea iar

materialele termocolante îşi menţin proprietăţile fizice;

materialele celulozice la doze < 10kGy nu sunt modificate sensibil. La

doze mai mari scade rezistenţa la tracţiune datorită ruperii legăturilor

covalente în cazul celulozei, acetatului de celuloză, celofanului.

2.4. Conservarea cu ajutorul câmpului electric pulsatoriu de

înaltă intensitate (pef)

Câmpul electric pulsatoriu de înaltă intensitate se utilizează pentru

pasteurizarea/sterilizarea produselor alimentare în stare lichidă (sucuri de

fructe, lapte degresat, melanj de ouă, supe concentrate de legume, sosuri).

Se consideră că distrugerea microorganismelor cu ajutorul câmpului electric



pulsatoriu de înaltă intensitate (PEF) se datorează unei modificări ireversibile

a membranei celulare prin formarea de pori în membrană şi liza acestuia

atunci când potenţialul de transmembrană celulară depăşeşte valoarea

critică de 1 volt în membrana celulară. Efectul letal este funcţie de

intensitatea câmpului, durata tratamentului (durata unui impuls x numărul de

impulsuri). Procedeul ca atare nu are efecte negative asupra valorii nutritive

şi proprietăţilor senzoriale ale produselor tratate.

Se folosesc câmpuri electrice pulsatorii cu intensitate de 16 kV/cm – 75

kV/cm, durata unui impuls de 2 µsecunde, iar numărul de impulsuri între 10 –

342 în funcţie de produs. Creşterea temperaturii produsului este de max.

0,3ºC pentru fiecare impuls. În cazul sporilor, distrugerea s-ar datora

produşilor de electroliză formaţi la tratamentul cu PEF (efect indirect

bactericid).

Instalaţia PEF este formată în principal din generatorul de impulsuri de înaltă

tensiune (capacitor cu descărcare modulată), camera de tratare propriuzisă

unde impulsurile de înaltă tensiune sunt transformat în PEF de înaltă

intensitate, cameră dotată cu doi electrozi a căror temperatură este

controlată prin intermediul unui sistem de răcire care recirculă apă printre

electrozi, serpentină de răcire a produsului, pompă pentru lichidul de trata,

recipient pentru produsul de tratat şi pentru produsul finit, traductoare de

temperatură, sistem de monitorizare (computer şi osciloscop digital).

Tratamentul PEF poate fi combinat cu un regim termic moderat (45 – 55ºC).

2.5. Conservarea cu impulsuri ultrascurte de lumina

Impulsurile ultrascurte de lumină produse de generatori tip laser sau

generatori tip lămpi flash (lămpi cu străpungere în gaz în regim de impuls)

pot provoca distrugerea microorganismelor de la suprafaţa produselor

alimentare şi suprafaţa interioară a ambalajelor, astfel că prin ambalarea

aseptică a produselor tratate se poate prelungi durata de conservare mai

ales dacă depozitarea ulterioară a produselor se face în condiţii de

refrigerare sau congelare.

Impulsurile ultrascurte de lumină au fost utilizate şi pentru deshidratarea unor

vegetale (cartofi, morcovi) la un regim termic de aproximativ 30ºC. în acest



caz, straturile exterioare ale produsului absorb energia radiată care este

transformată în căldură, ce determină o vaporizare a apei, vaporii de apă

fiind preluaţi de un curent de aer. După o pauză (~20 s), necesară migrării

apei din interior spre suprafaţă, se aplică un nou impuls, ciclul repetându-se.

2. 6. Folosirea radiaţiilor ultraviolete în industria cărnii pentru

sterilizare şi prelungirea duratei de conservare

Radiaţiile ultraviolete sunt de natură electromagnetică şi au lungimi de undă

cuprinse între 0,2 (200 nm) şi 0,4µ (400 nm) putându-se clasifica în: radiaţii

UV-A cu λ= 400 – 315 nm; radiaţii UV-B cu λ= 315 – 280 nm; radiaţii UV-C

cu λ= 280 – 210 nm.

În industria alimentară (şi deci în industria cărnii) se folosesc radiaţii UV-C, în

special cele cu λ= 240 nm, deoarece au o puternică acţiune bactericidă şi

germicidă. Efectul letal este dependent de doza de iradiere, unitatea de doză

de iradiere fiind produsul dintre intensitatea de iradiere (µW/cm2) şi durata de

iradiere (secunde). Acţiunea sterilizantă se poate exprima prin aşa numita

unitate U care reprezintă acţiunea unei doze de 10 µW/cm2 timp de 60

secunde

Acţiunea letală a radiaţiilor UV-C este explicată prin: inhibarea, inactivarea

unor enzime care conţin grupări SH- active, acţiunii unor produşi de radioliză

ai apei (anion superoxidic, oxigen singlet, radical hidroxil, radical hidrogen,

anion hidroxil, peroxid de hidrogen), dezorganizării structurii proteinelor, mai

ales prin scindarea legăturilor –SS- şi chiar ruperea legăturilor peptidice,

formarea dimerilor de timină care determină distorsionarea macromoleculei

de ADN la nivelul timinelor intercaternare, ce se apropie şi se leagă

ciclobutanic, având drept rezultat slăbirea legăturilor de hidrogen, prin care

se leagă de adeninele complementare.

Având în vedere că radiaţiile UV au o putere penetrantă redusă, ele se

folosesc pentru sterilizarea de suprafaţă a cărnii, nemodificând

componentele chimice sensibile la acţiunea nemijlocită a radiaţiilor UV. În

straturile interioare ( cele de 0,1 mm de suprafaţă) acţiunea radiaţiilor UV

este nulă. Având în vedere cele menţionate, radiaţiile UV se folosesc la

prelungirea duratei de păstrare a cărnii în semicarcase sau sferturi în



combinaţie cu frigul. Având în vedere că sub acţiunea radiaţiilor UV are loc o

sterilizare a aerului din depozitele frigorifice, se poate mări umezeala relativă

a aerului din depozite, ceea ce contribuie la micşorarea pierderilor în greutate

ale cărnii în carcase, semicarcase, sferturi, neambalate.

În condiţiile folosirii radiaţiilor UV se poate accelera şi procesul de maturare

al cărnii prin menţinerea acesteia în prima etapă la temperatura de ~ 16ºC şi

ϕ = 85 – 90%, timp e 24 – 48 ore, lămpile UV fiind montate deasupra liniilor

aeriene din depozite, pe care sunt suspendate carcasele, semicarcasele,

sferturile. Iradierea se face intermitent, la intervale de 10 – 12 ore,

intensitatea de iradiere fiind 150 µW/cm2. După terminarea maturării,

cărnurile se refrigerează rapid şi se păstrează la temperatura aerului de

~2ºC.

Având în vedere penetrarea redusă a radiaţiilor UV, acestea sunt folosite şi

pentru sterilizarea saramurilor de injectare şi acoperire, în strat subţire la

suprafaţa a două răcitoare – panouri ondulate, între care se montează două

rânduri de lămpi tip TUV30W (şase lămpi/rând).

Radiaţiile UV sunt folosite şi pentru sterilizarea aerului din depozitele de

maturare a salamurilor crude, pentru a se evita pătrunderea de mucegaiuri

banale sau toxicogene, care s-ar dezvolta în dauna celor nobile ( dorite) cu

care se însămânţează suprafaţa batoanelor (sub formă de spori). În acest

sens, lămpile UV sunt montate în canale de aducţiune a aerului în scopul

ventilării artificiale a depozitelor de salamuri crude.

2. 7. Conservarea prin încălzire cu microunde şi curenţi de

înaltă frecvenţă

2. 7. 1. Consideraţii generale

Microundele sau undele de frecvenţă superînaltă (SHF) şi curenţii de înaltă

frecvenţă (UHF) sunt formate din două câmpuri ( electric şi magnetic) şi se

caracterizează prin frecvenţă (Hz), viteză (c = 300.000 km/s)şi lungimea de

undă (λ).

În practică se utilizează microunde cu frecvenţa de 915 ± 25 MHz şi 2450 ±

50 MHz, lungimile de undă fiind 32,8 cm şi respectiv 12 cm.



În cazul curenţilor de înaltă frecvenţă se utilizează în mod obişnuit

următoarele frecvenţe: 13,5 MHz şi λ = 3.000 cm, 27 MHz şi λ = 1.700 cm,

40 MHz şi λ = 1.200 cm.

Microundele se caracterizează prin următoarele proprietăţi: traversează

aerul, materialele plastice, porţelanul şi sticla; sunt reflectate de suprafeţele

metalice; sunt absorbite de apă, alimente.

Absorbţia micrundeleor de către produsele alimentare se manifestă prin

transformarea energiei lor în căldură prin următoarele mecanisme:

conducţie ionică;

rotaţia dipolului;

electrostricţiune;

piezoelectricitate;

rezonanţă fero - şi ferimagnetică.

Cele mai importante mecanisme sunt conducţia ionică şi rotaţia dipolului.

Conducţia ionică se datorează faptului că în orice produs alimentar se

găsesc şi substanţe cu sarcini electrice libere, capabile să se deplaseze sub

influenţa câmpului magnetic şi să întâlnească în calea lor substanţe cu

sarcina electrică nulă. În funcţie de numărul şi frecvenţa şocurilor de

“întâlnire”, energia microundelor se transformă într-o multitudine de energii

cinetice slabe – dezordonate care, însumate formează energia termică, mare

parte din aceasta fiind acumulată în produs în funcţie de capacitatea termică

masică, iar cealaltă parte, mai mică, este difuzată mediului înconjurător.

Substanţele din alimente care au sarcini electrice legate sunt organizate în

dipoli (în principal apa din produsul alimentar dar şi proteinele şi glucidele),

sub influenţa undelor electromagnetice de înaltă frecvenţă intră în rotaţie, cu

revenire la starea iniţială la schimbarea de frecvenţă. Rotaţia produce frecare

iar aceasta din urmă generează energie termică, care va fi cu atât mai mare

cu cât frecvenţa undelor electromagnetice este mai mare.

Rezultă că în produsul alimentar au loc polarizări sub influenţa undelor

electromagnetice, cele mai importante fiind:

polarizarea electronică (Pe) care duce la apariţia momentului dipol;



polarizare atomică (Pa) caracterizată prin orientarea ionilor în reţeaua

cristalină;

polarizare dipol (Pd) care rezultă în urma acţiunii câmpului

electromagnetic asupra moleculelor polare care prezintă momentul dipol

propriu (în principal apa);

polarizare microstructurală (Pm) care apare ca rezultat al orientării

electronilor şi ionilor;

polarizare electrolitică (Pel).

Cele mai importante polarizări sunt Pd şi P, efectul total de polarizare fiind

dependent de mărimea moleculelor, frecvenţa undelor electromagnetice,

starea mediului (lichidă, semisolidă, solidă).

2.7.2. Deosebirile dintre încălzirea cu microunde şi curenţi de

înaltă frecvenţă

Atât în cazul microundelor, cât şi al curenţilor de înaltă frecvenţă, încălzirea

este de volum şi se bazează pe proprietăţile dielectrice ale produselor

alimentare. Deosebirea între microunde şi curenţii de înaltă frecvenţă

(exceptând diferenţele de lungime de undă şi frecvenţă) sunt următoarele:

Modul de cedare a energiei către produs. În cazul curenţilor de înaltă

frecvenţă, produsul alimentar trebuie să facă parte integrantă din circuitul

electric, în sensul că se plasează între doi electrozi – plăci, acţionând deci ca

un condensator. Acesta impune anumite recsticţii privind grosimea

produsului. În cazul microundelor, energia este condusă de la generator la

incinta în care se află produsul, prin canale de ghidare, variaţiile de greutate,

grosime şi conţinutul de umiditate al produsului (dielectricului) având efect

minim asupra generatorului de microunde, dar influenţează viteza procesului;

Intensitatea câmpului electromagnetic într-o cameră de încălzire cu

curenţi de înaltă frecvenţă trebuie să fie mai mare decât într-o cameră de

încălzire cu microunde, în vederea obţinerii aceluiaşi efect de încălzire;

La încălzirea cu curenţi de înaltă frecvenţă, spaţiul dintre electrozii – plăci,

este redus, fiind o fracţiune din λ în timp ce la încălzirea cu microunde,



dimensiunile camerei sunt mai mari decât λ0, aceasta reflectându-se în

dimensiunile produselor ce se pot trata.

2.7.3. Factorii care influenţează încălzirea cu microunde

Aceşti factori pot fi grupaţi în trei categorii:

1. Factori care ţin de proprietăţile alimentului supus încălzirii care la rândul

lor pot fi:

a) Factori legaţi de proprietăţile dielectrice ale alimentului;

b) Factori care ţin de proprietăţile fizice şi termofizice ale alimentului.

2. Factori legaţi de proprietăţile sursei de microunde şi curenţi de înaltă

frecvenţă;

3. Factori legaţi de proprietăţile ambalajului utilizat.

Proprietăţile dielectrice ale alimentelor se referă la:

conductivitatea dielectrică, care este dată de relaţia:

τ = ω ε’’ iar ω = 2π f

în care:

ε’’ – partea imaginară a constantei dielectrice complexe şi

caracterizează frecvenţa intramoleculară;

f – frecvenţa undelor electromagnetice.

constanta dielectrică complexă, care este dată de relaţia:

ε* = ε’ - jε”

în care:

ε’ – constanta dielectrică absolută sau partea reală a constantei

dielectrice complexe;

j – coeficientul părţii imaginare a unui număr complex.

tangenta de pierdere, care este dată de relaţia:

tgδ = '

"

ε

ε

în care:



δ - unghiul de pierdere, respectiv unghiul format de direcţie dreptei ε*

şi dreptei ε’ care este perpendiculară pe dreapta ε”.

constanta dielectrică relativă 'rε , care este dată de relaţia:

'rε =

36

10 unde

9

0

0

' −

=εε

ε( constanta dielectrică a aerului)

Proprietăţile dielectrice ale alimentelor sunt dependente de temperatura şi de

frecvenţa undelor electromagnetice şi depind în principal de conţinutul de

apă din produs.

Atunci când undele electromagnetice vin în contact cu produsul alimentar

(dielectricul) o parte din energie poate fi reflectată, iar cealaltă parte pătrunde

în produs unde se va atenua treptat transformându-se în căldură. Atenuarea

este exponenţială, iar valorile câmpului şi puterii vor fi de forma:

E = E0 e-αx şi P = P0 e

-2αx

în care:

E – energia neabsorbită la o distanţă x faţă de suprafaţa produsului;

α - coeficient de atenuare;

E0 – energia microundelor în momentul impactului cu produsul;

P – puterea neabsorbită la o distanţă x faţă de suprafaţa produsului;

P0 – puterea microundelor în momentul impactului cu produsul.

Distanţa până la care penetrează undele electromagnetice (microundele)

este determinată în principal de proprietăţile dielectrice ale alimentelor şi de

lungimea de undă λ0 a undelor în spaţiul de încălzire.

D(cm)='

0

2 rεπ

λ

iar dacă λ0 = 12,2 cm,

D(cm)=δε tgr ⋅'

94,1

Proprietăţile fizice şi termice ale alimentelor se referă la:

forma produsului, care trebuie să fie cât mai regulată pentru ca

încălzirea să fie uniformă. Trebuie evitate formele cu margini şi colţuri,



deoarece acestea se vor supraîncălzi datorită faptului că câmpul

electromagnetic se concentrează în locurile menţionate (aceleaşi consideraţii

sunt valabile şi pentru forma tăvilor în care se ambalează produsul). Aceste

supraîncălziri se manifestând se lucrează în sistem de “operaţie bloc”.

Aceste neajunsuri sunt depăşite atunci când se lucrează în sistem de “

operaţie impuls” în care caz, temperatura produsului ambalat este mai mare

în partea centrală a acestuia. Există posibilitatea ca fiecare tip de produs

aşezat separat într-un compartiment al tăviţei de ambalare să primească

cantităţi diferite de energie electromagnetică de la sursă: compartimentul cu

carne primeşte 100% energia sursei, cel cu vegetale primeşte 60% din

energia sursei iar ce cu paste (tăiţei) primeşte 40% din energia sursei.

aria suprafeţei produsului trebuie să fie cât mai mare pentru ca

încălzirea să fie cât mai bună. Produsele cu suprafaţă/volum mare se

încălzesc mai repede;

densitatea produsului influenţează constanta dielectrică a acestuia,

aerul din produs contribuind la reducerea acestei constante. Constanta

dielectrică creşte liniar cu densitatea produsului. Produsele “ aerate”, deci cu

porozitate mare permit penetrarea pe o adâncime mai mare a microundelor,

ceea ce conduce la scurtarea duratei de tratare;

mărimea produsului (grosimea) nu trebuie să depăşească λ microunde,

în caz contrar încălzirea fiind neuniformă. Dacă grosimea produsului este ≈ λ

produsul se încălzeşte mai puternic în centrul său. Dacă grosimea produsului

depăşeşte λ microunde este necesar să se lucreze la frecvenţe de 915 MHz;

masa produsului determină tipul de instalaţie ce trebuie folosită.

Produsele cu masă mică se tratează în cuptoare cu microunde iar cele cu

masă mare în instalaţii cu funcţionare continuă;

conţinutul în umiditate al produsului influenţează factorul de pierdere

(factorul de pierdere va fi mai mare la produsele cu umiditate mare) şi deci

durata încălzirii;

temperatura iniţială a produsului interesează pentru a regla puterea

sursei în vederea realizării unei temperaturi finale dorite. Temperatura iniţială

a produsului interesează în special la decongelare, deoarece factorul de

pierdere şi constanta dielectrică cresc pe măsură ce temperatura produsului

variază de la –5 la 0ºC. În acest caz, apare apă lichidă la suprafaţa



produsului care absoarbe preferenţial microundele şi se constituie ca un

“ecran” care împiedică penetrarea acestora spre centrul termic. Din motivele

arătate decongelarea cu microunde are loc foarte bine până la –5ºC în

centrul termic al produsului;

conductivitatea termică a produsului are importanţă la încălzirea de

durată sau în cazul tratării produselor cu grosimi mai mari decât adâncimea

de penetrare a microundelor;

capacitatea termică masică este importantă la tratarea produselor cu

conţinut redus de umiditate sau fără umiditate (uleiuri, grăsimi).

Proprietăţile sursei de microunde se referă la:

frecvenţă, care influenţează adâncimea de penetrare a microundelor.

Pentru produse cu grosimi mai mari se utilizează microunde de 915 MHz iar

pentru cele cu grosimi mai mici cele cu frecvenţe de 2450 MHz;

puterea sursei de microunde depinde de felul acesteia şi determină

viteza de încălzire deci durata precum şi puterea disipată din produs.

Această putere disipată pe unitatea de volum de produs va fi:

2'2 2V

Psau

V

PEtgfE δεπτ ⋅⋅==

pentru că:

δεεπωωετ tg'" si f2iar " =⋅==

Dacă avem în vedere şi constanta dielectrică relativă:

36

10 si

9

0

0

'−

== εε

εε r

atunci

2'1210556,0V

PEtgf r δε ⋅⋅⋅⋅= −

Creşterea de temperatură în unitatea de timp la încălzirea cu microunde este

dată de relaţia:

ρ

δε

⋅

⋅⋅=∆

c

ftgE r

'2-12108T [ºC/min]

în care:



c – capacitatea termică masică a produsului;

ρ - densitatea produsului.

Proprietăţile ambalajului utilizat se referă la:

materialul din care este confecţionat ambalajul care trebuie să fie

transparent pentru microunde. Se preferă ambalaje din material plastic şi

anume:

pentru produse “ready to eat” (preparate culinare, respectiv

mâncăruri gata preparate) care necesită doar reîncălzirea pentru a fi

consumate, se utilizează caserole termoformate din PP/EVOH/PP, iar

folia de acoperire din PET/Alu/PP. Acelaşi tip de ambalaj este

recomandat şi pentru produsele “ready to heat” (semipreparate

culinare” care sunt supuse fie pasteurizării fie sterilizării cu microunde;

pentru carne şi legume sterilizate se utilizează un ambalaj de

contact direct cu produsul format din PA/PP sau PP/EVOH/PA/PP iar

folia de acoperire din OPA/PP sau PP/PP sau OPA/PP/EVOH sau

PET/SiOx/PP. Pentru comercializare se foloseşte şi un supraambalaj,

având corpuşl format din PVC/PE iar folia de acoperire din PET/PE.

Legumele sunt ambalate sub vid în primul ambalaj şi sterilizate cu

microunde. După răcire se face supraambalarea în ambalajul de

comercializare, în atmosferă de aer sau N2;

forma şi dimensiunile ambalajului trebuie să permită o bună penetrare

a microundelor, fără supraîncălziri în colţuri, muchii. Deci sunt preferate

ambalajele eliptice ci înălţime mică.

2.7.4. Aparatura de tratare cu microunde

În principiu, aparatura de tratare cu microunde este formată din:

• generatorul de microunde care transformă energia electrică în energia

microundelor;

• sistemul de ghidare microunde,

• incinta de tratare cu microunde.

Generatorul de microunde poate fi:



1. magnetron care emite puteri până la 25KW;

2. klistroane care emite puteri de 25 – 100 KW;

3. amplitroane care emit puteri >100 KW.

Cele mai des folosite sunt magnetroanele, care se comercializează în

module de 1, 5, 25 sau 30 KW, tensiunea de alimentare putând să fie de

2000 – 7000 V. randamentul de transformare a energiei electrice în energie a

microundelor este de 50 – 60% iar durata de funcţionare de ~4000 ore.

Sistemul de ghidare dirijează microundele la incinta cu produs şi poate fi un

cablu coaxial sau un tub de aluminiu cu secţiune dreptunghiulară. Lungimea

tubului de ghidare influenţează eficienţa folosirii microundelor, permiţând şi

amplasarea magnetronului în afara incintei ceea ce este favorabil curăţirii

acestuia.

Incinta de tratare poate fi de tip cuptor sau tunel, ultimul fiind cu funcţionare

continuă (unele putând să lucreze şi sub vid). De regulă, suprafaţa interioară

a incintei este confecţionată din oţel inox sau aluminiu cu capacitate ridicată

de reflectare a microundelor şi uşor de igienizat.

2.7.5. Utilizarea microundelor în scop de conservare

Microundele pot fi utilizate fie pentru pasteurizarea diferitelor produse

alimentare în prealabil ambalate, fie pentru sterilizare, în care caz produsele

sunt ambalate în ambalaje ermetic închise.

Pasteurizarea se execută la presiune atmosferică în timp ce sterilizarea se

execută cu contrapresiune de aer. Distrugerea microorganismelor – forme

vegetative şi spori – este realizată prin efect termic şi nu prin efectul direct al

microundelor, deoarece acestea nu posedă suficientă energie (cuanta de

energie pentru microunde cu frecvenţa de 2450 MHz este de 0,000012 eV)

pentru a produce modificări în structura celulelor microbiene sau să scindeze

diferitele legături chimice ale proteinelor din citoplasmă.

Pentru pasteurizare poate fi utilizat orice tip de instalaţie cu condiţia ca

energia emisă de magnetron să fie suficientă pentru a asigura încălzirea

produselor în centrul termic până la cel puţin 70ºC.



Pentru sterilizare se foloseşte de regulă o instalaţie cu funcţionare continuă

care lucrează la o suprapresiune de aer de aproximativ 2,5 bar. O asemenea

instalaţie îndeplineşte şase funcţiuni:

1. comprimare;

2. încălzire;

3. echilibrare;

4. menţinere;

5. răcire;

6. decompresie.

Tunelul de tratare cu microunde este cilindric şi este împărţit pe lungime, la

mijloc, astfel că în jumătatea de sus, care este izolată de cea de jos, se

execută încălzirea, iar în cea de jos se execută răcirea. Produsele ambalate

sunt încărcate pe cărucioare şi introduse în zona de comprimare care

funcţionează pe principiul ecluzei pneumatice. În această zonă se introduce

suprapresiunea de aer de 2,5 bar. Din zona de comprimare (compensare)

cărucioarele ajung în zona de tratare cu microunde echipate cu magnetroane

de 19 KW şi 2450 MHz. Magnetroanele sunt astfel plasate încât produsele să

primească energia microundelor atât din partea superioară cât şi di cea

inferioară.

Fiecare magnetron este controlat individual şi i se poate varia puterea. În

această zonă se introduce şi aer cald pentru a ajuta transferul de căldură şi

prin convecţie. În continuare, cărucioarele ajung în zona de echilibrare unde

se aduce aer cald şi de aici în zona de menţinere la temperatura de

sterilizare (~127ºC). coborârea cărucioarelor în zona de menţinere se face cu

un elevator. Timpul de menţinere în această zonă este în funcţie de tipul de

produs şi deci de valoarea F0 ce trebuie realizată. În zona următoare se face

răcirea produselor, cărucioarele parcurgând un drum invers.

Răcirea se face cu aer rece, timpul de răcire fiind egal cu cel de încălzire şi

echilibrare, la sfârşitul răcirii produsul fiind de 49 – 65ºC. în continuare,

cărucioarele cu produse ajung în zona de decomprimare care lucrează

simultan cu cea de comprimare.

Durata ciclului este:

faza de încălzire 8 – 12 minute;



faza de echilibrare 2– 3 minute;

faza de menţinere (în funcţie de F0 dorit) 5 – 8 minute;

faza de răcire 8 – 12 minute.

Produsele astfel tratate au caracteristici senzoriale (gust, culoare, textură,

aspect general) superioare celor sterilizate prin metode clasice. Având în

vedere temperatura ridicată a produselor la ieşire din instalaţie este necesară

o răcire suplimentară până la temperatura de depozitare (~18 – 20ºC).

2.7.6. Alte utilizări ale microundelor

Microundele mai pot fi utilizate pentru:

decongelare cărnii, peştelui, fructelor şi legumelor;

prăjirea nucilor, boabelor de cafea şi boabelor de cacao;

coacerea pâinii, gogoşilor, prăjiturilor;

uscarea pastelor, cartofilor prăjiţi, morcovilor, cepii, etc.;

liofilizarea cărnurilor, peştelui, fructelor, vegetalelor, sucurilor, etc.;

aseptizarea produselor biologice în sensul dezinsectizării cerealelor,

făinurilor şi în sensul controlului florei microbiene cum este cazul orezului

polisat în care caz se îmbunătăţeşte şi fierberea şi expansiunea;

termoliza materialelor biologice respectiv plasmoliza microorganismelor în

vederea extracţiei componenţilor celulari;

detoxifierea, respectiv distrugerea factorilor antinutriţionali şi a

micotoxinelor, în special aflatoxine:

omogenizarea laptelui, cremelor, maionezelor, sosurilor şi sucurilor de

fructe concentrate, brânzeturi, produselor lactate acide, muştarului;

stabilizarea sucurilor de fructe obţinute rin presare (cu pulpă) pentru ca

pulpa să rămână în suspensie;

obţinerea de emulsii de tipul A/U pentru ungerea tăvilor la coacerea pâinii,

checurilor, cozonacilor;

topirea grăsimilor animale şi vegetale solide, a blocurilor de ciocolată şi a

brânzeturilor;



coagularea compoziţiilor din carne pentru prospături;

determinări analitice şi controlul nivelului lichidelor în recipiente opace.

Curenţii de înaltă frecvenţă au utilizări mai restrânse şi anume, sunt folosiţi

pentru deshidratare, decongelare (cel mai frcevent), coacerea drobului (pâine

de carne) în forme metalice, obţinerea de peliculă coagulată în vederea

fabricării cremvurştilor fără membrană (aceasta este cea mai interesantă

utilizare şi s-a materializat în realizarea de instalaţii de tip Auto – Frank.

2.7.7. Avantajele folosirii microundelor

Larga răspândire a echipamentelor cu microunde se datorează următoarelor

avantaje pe care le oferă procesarea cu microunde şi anume:

energia microundelor este disponibilă instantaneu, ea fiind trimisă la

distanţă în incinta de tratare a produselor aflate în atmosfera variată: sub vid,

sub presiune, în atmosferă rece, caldă sau ventilată;

încălzirea cu microunde este economică, în sensul că nu sunt pierderi

substanţiale de energie;

încălzirea cu microunde nu este poluantă, în sensul că nu ridică

temperatura mediului ambiant;

tratamentul produselor este de scurtă durată deoarece transferul de

energie al microundelor la produs este rapid;

temperaturile ridicate în produs se ating fără o încălzire prealabilă prin

alte metode şi fără supraîncălziri locale;

selectivitatea microundelor permite o acţiune specifică asupra produselor

prin alegerea dozelor de intensitate şi a duratei de aplicare;

instalaţiile sunt uşor de realizat în funcţie de produs şi calităţile ce

urmează a fi tratate;

includerea tratamentului cu microunde într-un lanţ tehnologic este simplă,

datorită faptului că tratamentul este de scurtă durată;

produsele pot fi tratate în starea lor iniţială;

instalaţiile pot fi complet automatizate şi computerizate.

spaţiul ocupat este redus.



2.8. Conservarea prin încălzire ohmică

Încălzirea ohmică este utilizată pentru pasteurizarea sau sterilizarea unor

produse alimentare lichide mai mult sau mai puţin vâscoase, produse cu un

anumit raport solid/lichid (mâncăruri gata preparate), compoziţii pentru

cremvurşti, parizer, polonez, francfurter, etc.

2.8.1. Principiul încălzirii ohmice

Încălzirea ohmică (I2R) are loc atunci când curentul electric alternativ de 50 –

60 Hz, trece printr-un produs alimentar de rezistenţă R. curentul electric

alimentează doi electrozi speciali şi având în vedere câmpul electric de

ordinul a câţiva KV/m se elimină posibilitatea de a apare efectul de electroliză

a produsului.

La încălzirea ohmică, gradientul de temperatură în interiorul produsului nu

este mare şi atât faza lichidă cât şi cea solidă (particule) ale unui produs

alimentar sunt încălzite aproape simultan, neexistând pericolul supraîncălzirii

fazei lichide. În plus, nu se pun probleme de formare a crustelor la suprafaţa

schimbătorului de căldură şi deci este exclusă posibilitatea de transfer a

particulelor arse de pe pereţi în produsul ce se tratează. Totodată, în

schimbătorul ohmic, este posibil să alegem şi un regim de curgere laminar

pentru a păstra integritatea particulelor fragile în textură.

Ţinând cont de durata mică de încălzire, lungimea tubului care-l parcurge

produsul este redusă şi acest lucru permite limitarea influenţei duratei de

staţionare a particulelor în aparat şi o mai bună omogenitate a tratamentului

termic asupra produsului în ansamblul său.

Aplicabilitatea încălzirii ohmice este deci dependentă de conductivitatea

electrică a produsului care conţine o anumită cantitate de apă în care sunt

dizolvate săruri minerale.

Viteza de generare a energiei termice în produsul alimentar supus încălzirii

ohmice este dată de relaţia:

u = ∇V2⋅σ

în care:

u – viteza de generare a energiei termice pe unitatea de volum, W/m3;

∇V – gradient de tensiune, volt/m;



σ - conductivitatea electrică, S/m.

Neglijând transferul de căldură prin convecţie şi conducţie, viteza de

generare a energiei termice (deci de încălzire a produsului) cu masă

volumică ρ (kg/m3) şi capacitatea masică cp (J/kg K) poate fi calculată şi cu

relaţia:

p

2

c

V u

⋅

⋅=

ρ

σ

Într-un element de produs, de lungime ∆z (m), de suprafaţă A (m2), cu

conductivitate electrică σ (S/m) plasat într-un câmp electric V (volt/m) pentru

un timp t (secunde) energia termică generată se calculează cu relaţia:

∆Q = σ V2 A ∆z t

Din ecuaţia vitezei de generare a energiei termice se observă că σ este

factorul determinant, acesta variind cu temperatura până la 60ºC ca rezultat

al ruperii membranelor celulare şi trecerea în faza lichidă a electroliţilor. La

încălzirea ohmică a produselor solide, relaţia σ/temperatura este liniară dacă

intensitatea câmpului electric creşte, probabil datorită efectelor electroosmice

care sunt responsabile de creşterea conductivităţii electrice.

Interdependenţa σ - T este dată de relaţia:

σT = σref [1 + m(T – Tref)]

în care:

σT – conductivitatea electrică la temperatura T, în S/m;

σref - conductivitatea electrică la temperatura de referinţă (Tref), în S/m;

m – coeficient de temperatură.

Valorile lui σref şi m pentru unele produse vegetale şi animale sunt prezentate

în tabelul 2.2.

Tabelul 2.2.

Valorile lui σref şi m pentru unele produse alimentare

Produsul σ25 (s/m) M (ºC)-1

Cartofi 0,32 0,035



Produsul σ25 (s/m) M (ºC)-1

Morcovi 0,13 0,107

Carne pui 0,37 0,019

Carne vită 0,44 0,016

La produsele solide se poate creşte conductivitatea electrică prin injectare de

saramură (ceea ce se face în mod curent la cărnurile sărate prin injectare).

În cazul încălzirii ohmice a lichidelor cu pulpă (suc de tomate, citrice),

conductivitatea electrică scade odată cu creşterea conţinutului de pulpă ca

rezultat al prezenţei constituenţilor nepolari în pulpă. Relaţia dintre σ şi T este

însă liniară indiferent de conţinutul de pulpă.

Pentru produsele menţionate σT se calculează cu relaţia:

σT = σref [1 + K1(T – Tref)] – K2S

în care:

S – conţinutul în particule solide

K1, K2 – constante.

În acest caz, valorile lui σref, K1şi K2 sunt arătate în tabelul 2.3.:

Tabelul 2.3.

Valorile lui σref, K1şi K2 pentru sucurile de tomate

Produsul σ25 (S/M) K1 (ºC)-1 K2 (ºC)-1

Suc de tomate 0,863 0,174 0,101

Suc de portocale 0,567 0,242 0,036

La încălzirea ohmică a produselor cu raport solid/lichid, coeficienţii de

temperatura (m) variază diferenţiat pentru faza lichidă şi cea solidă. Astfel, la

temperatura camerei, conductivitatea electrică a fazei solide poate fi mai

scăzută decât cea a fazei lichide. La temperaturi mai ridicate, faza solidă

devine mai conductivă, ceea ce are implicaţii asupra vitezei de încălzire.



Cercetările efectuate la încălzirea ohmică a unui produs cu raport solid/lichid,

într-un încălzitor ohmic static, au condus la următoarele concluzii:

o particulă solidă cu conductivitate electrică mare are tendinţa de întârzia

instalarea regimului termic datorită densităţii mari de curent. Totuşi, dacă

particula are o anumită mărime şi orientare care să împiedice trecerea

curentului electric, particula se poate încălzi mai repede decât lichidul;

dacă se măreşte concentraţia particulelor cu conductivitate electrică mai

mică decât a lichidului, viteza de încălzire a particulelor poate să crească şi

chiar să depăşească pe cea a lichidului, deşi viteza de încălzire a mixturii

însăşi poate fi mai mică din cauza creşterii rezistenţei în general;

viteza de încălzire la tensiune constantă creşte odată cu timpul, ca

rezultat al creşterii conductivităţii electrice;

Studiile efectuate pe un încălzitor ohmic continuu au condus la următoarele

concluzii:

• într-o mixtură cu un număr redus de particule solide faza solidă se va

încălzi cu o viteză mai redusă decât lichidul;

• atunci când conductivităţile electrice ale celor două faze sunt egale, iar

faza solidă este în concentraţie mare, temperatura punctelor reci ale

particulelor (colţurile cuburilor) depăşeşte uşor temperatura lichidului, în timp

ce temperatura în centrul particulelor solide este mult mai ridicată decât cea

a lichidului;

• dacă faza solidă are conductivitate electrică scăzută, curba de încălzire

este asemănătoare ca evoluţie, dar creşterea temperaturii mixturii este numai

cu câteva grade mai mare. Particulele solide se încălzesc mai repede decât

lichidul, dar viteza de încălzire a mixturii este mai scăzută.

2.8.2. Calitatea produselor tratate prin încălzire ohmică

Încălzirea ohmică, în funcţie de temperatura atinsă de produs poate realiza

pasteurizarea, respectiv sterilizarea termică.

La sterilizarea unui produs ca raport solid/lichid, valoarea de sterilizare (F0)

pentru faza lichidă necesară pentru ca şi particulele să atingă o valoare F0 =



5 min este în funcţie de diametrul particulelor şi temperatura de încălzire a

mixturii.

Duratele de încălzire la diferite temperaturi pentru a atinge F0 = 5 min sunt în

funcţie de diametrul particulelor.

Sterilizarea ohmică conduce la obţinerea de produse cu valoare nutritivă

mare, fapt evidenţiat în fig 51, din care rezultă că pentru aceeaşi valoare F0,

cooking value (C0) este cu atât mai mică cu cât temperatura de sterilizare

este mai mare.

2.8.3. Instalaţii cu funcţionare continuă de procesare ohmică

Unitatea de bază într-o instalaţie continuă de procesare ohmică este

schimbătorul ohmic de tip coloană şi este format din electrozi montaţi în

carcase confecţionate din blocuri solide de politetrafluoroetilen (PTFE).

Carcasele sunt acoperite cu tablă din oţel inox şi sunt conectate între ele prin

coloane din oţel inox, coloane izolate cu material plastic.

Coloana este astfel construită încât fiecare secţiune de încălzire are aceeaşi

impedanţă electrică; prin urmare lungimea coloanelor (tuburilor) se măreşte

sper capătul de ieşire a produsului, deoarece conductivitatea electrică a

produselor alimentare creşte odată cu creşterea temperaturii acestora.

Electrozii de la extremităţile coloanei de încălzire sunt legaţi împreună la

pământ şi de asemenea legaţi la o fază a transformatorului de tensiune, în

timp ce electrozii interiori (intermediari) sunt conectaţi fiecare la o altă fază a

transformatorului care este alimentat la rândul său de la reţeaua electrică

publică.

Pentru produsele alimentare mai mult sau mai puţin vâscoase se

utilizează o instalaţie de tipul cele prezentate în fig. În care încălzitorul

ohmic are 7 electrozi. Instalaţia mai este prevăzută şi cu o serpentină pentru

menţinerea temperaturii, un răcitor tubular şi rezervor aseptic de primire a

produsului.

Iniţial instalaţia este sterilizată cu o soluţie de spălare care este reciclată

după ce este răcită într-un schimbător de căldură cu plăci, putând fi colectată

sau deversată la canal. După sterilizarea instalaţiei, se admite produsul fluid

prin pompare care se poate pasteuriza la 90 – 95ºC sub presiunea de 2 bar



sau se poate steriliza la 120 – 140ºC şi presiunea de 4bar. Pentru a menţine

presiunea în instalaţie se utilizează un vas de presiune cu aer sau azot steril.

Acest vas serveşte şi pentru colectarea electrolitului de la interfaţa cu

produsul. După colectarea acestei faze, produsul este trimis în vasul aseptic

şi de aici la ambalarea aseptică care poate fi în sistem Tetrapack,

Combibloc/PKL sau ERCA (Neutral Aseptic System).

Pentru produsele cu un anumit raport solid/lichid se aplică un procedeu

combinat. Astfel partea lichidă este pasteurizată/sterilizată şi răcită într-un

schimbător cu plăci sau tubular şi apoi este injectată în faza solidă care

poate avea o concentraţie de ~ 80% şi care a fost pasteurizată/sterilizată în

schimbătorul ohmic. Amestecul respectiv, care poate avea ~ 40% fază

solidă, este răcit într-un schimbător de căldură tubular şi este trimis la

ambalare aseptică. Avantajul cestui sistem combinat conduce la micşorarea

costurilor de investiţie şi exploatare.

Igienizarea instalaţiilor menţionate se face prin spălare cu apă, apoi cu

soluţie de NaCl 2% care se recirculă la temperatura de 80ºC timp de 30

minute şi în final se face clătirea cu apă.

La proiectarea procesării cu încălzire ohmică trebuie să se aibă în vedere:

la procesarea ohmică, conductivităţile electrice ale fazelor şi coeficienţii

de temperatură sunt deosebit de importante. Este de dorit ca conductivităţile

electrice ale celor două faze să fie cât mai apropiate, ceea ce este dificil de

realizat în practică. O fază solidă cu coeficient de temperatură ridicat este

indicată pentru procesare, deoarece conductivitatea sa electrică poate

excede pe cea a fazei lichide, în timpul procesării ohmice;

dacă faza solidă are o conductivitate electrică mai redusă în comparaţie

cu cea a fazei lichide, concentraţia fazei solide joacă un rol crucial în

determinarea fazei care se încălzeşte mai rapid. Concentraţiile mai mari ale

fazei solide determină o încălzire mai rapidă a fazei solide, dar încălzirea

generală a amestecului este mai lentă;

orientarea particulelor este deosebit de importantă dacă raportul dintre

dimensiuni este departe de a fi unitar. În condiţiile în care conductivitatea

electrică a fazei solide este mai mică decât a fazei lichide, particulele

orientate parale cu câmpul electric se vor încălzi mai lent, în timp ce



particulele orientate perpendicular pe câmpul electric vor determina termic

lichidul. Pentru particulele sferice sau cubice efectele orientării sunt slabe;

dacă particulele au o conductivitate electrică mică iar concentraţia

acestora este mare, amestecul se încălzeşte lent şi problema care se pune

este aceea de a avea o tensiune suficientă pentru a asigura încălzirea. Dacă

în sistem intră o particulă cu conductivitate electrică foarte mică, aceasta va fi

încălzită insuficient;

la încălzirea ohmică, dimensiunile particulelor afectează puţin vitezele de

încălzire. Coeficienţii parţiali de transfer termic fluid – particule prezintă

importanţă dar în măsură mai mică decât la prelucrarea termică

convenţională;

particulele care conţin lipide trebuie încălzite ohmic cu multă atenţie,

deoarece lipidele se pot separa şi formează a treia fază în amestec care

complică prelucrarea termică.

2.8.4. Avantajele încălzirii ohmice

Aceste avantaje sunt următoarele:

• Încălzirea ohmică este rapidă atât pentru faza lichidă cât şi pentru cea

solidă, viteza de încălzire variind între 0,3 – 5°C/min., ceea ce face ca

valorile de sterilizare (F0) pentru cele două faze să fie aproape identice. Este

deci posibil să încălzim la 135 - 140°C particulele (în centrul termic) fără

riscul ca faza lichidă să se supraîncălzească, fapt confirmat de rezultatele

prezentate în tabelul 2.4.

Tabelul 2.4.

Valorile F0 la încălzirea ohmică la temperatura de 140°C

Valoarea sterilizatoare (min.)

Tipul

bucăţilor Faza lichidă

Particule întregi

cubice cu latura de

19 mm

Centrul particulelor

(3 mm în jurul

centrului)

Carne vită 32 32,5 37,0

Morcovi 32 32,6 37,1



În limitele de pompabilitate ale produsului alimentar atât fracţiunea

masică de particule cât şi vâscozitatea fazei lichide nu sunt parametri

importanţi la încălzirea ohmică.

Prelucrarea termică este continuă şi nu necesită suprafeţe de schimb

de căldură.

Prelucrarea termică este rapidă fără degradarea calităţii produsului.

Prelucrarea termică este ideală pentru produsele cu textură moale,

fragilă, din cauza curgerii laminare şi a vitezei scăzute de curgere.

Substanţele nutritive sunt reţinute la un grad înalt (Cooking value

scăzută).

Se obţin produse cu calităţi senzoriale superioare.

Procesul se desfăşoară fără poluare sonică.

Puterea electrică necesară este proporţională cu debitul de produs ce

se tratează şi ajunge la 0,1kW/Kg şi h.

Randamentul conversiei energiei electrice în energie termică este

foarte bun, nefiind afectat de pierderile datorate izolării imperfecte a

instalaţiilor de încălzire clasice (tabelul2.5.).

Tabelul 2.5.

Randamentul conversiei energiei electrice în energie termică pentru diferite moduri de încălzire

Procedeul Randamentul

conversiei, % Putere instalata, kw

Microunde (2450 MHz) 60-70 0,6-6

Microunde (915 MHz) 80-90 5,0-60

Unde de frecvenţă radio

(13,56MHz) 50-60 <100

Încălzirea ohmică 90-95 300 şi mai mult

Consumul mediu de energie (pompa+încălzire) este de ~ 0,15KWh/Kg

produs finit.

Costurile de întreţinere ale instalaţiei sunt reduse.



Produsul se poate păstra la temperatura ambiantă dacă încălzirea

ohmică este urmată de ambalare aseptică.

În comparaţie cu procedeele convenţionale de încălzire, încălzirea

ohmică prezintă caracteristici net superioare (tabelul 2.6.).

Tabelul 2.6.

Comparaţia între procedeele convenţionale de încălzire şi încălzirea ohmică

Procedee conventionale

Caracteristici

principale Schimbator

cu placi

Schimbător

tubular

Schimbătoare

cu suprafeţe

raclate

Incalzire

ohmica

Viteza de

încălzire:

- faza lichidă

- faza solidă

Rapidă

Lentă

Rapidă

Lentă

Gama de

temperatură,

°C

90 - 125 90 - 130 90 - 140

Fracţiunea

maximă de

particule

10 40

50 dacă

particulele

sunt

sferice şi

80 dacă

particulele

sunt

cubice

Diametrul

maxim al

particulelor

(mm)

5 10 15 25 şi mai

mult

Vâscozitatea

max. a fazei mică medie ridicată

Foarte

ridicată



Procedee conventionale

Caracteristici

principale Schimbator

cu placi

Schimbător

tubular

Schimbătoare

cu suprafeţe

raclate

Incalzire

ohmica

lichide (până la

limita de

pompabilit

ate)

Dificultatea de

curăţire Foarte mare importantă moderată Uşoară

Integritatea

particulelor

fragile

mediocră bună mediocră Excelentă

Utilizări

Suc de

fructe

pulpos sau

fibros, etc.

Sosuri pe

bază de

tomate, etc.

Supe cu

bucăţi mici de

carne, sosuri

vâscoase, etc.

Paste în

sos,

compoziţii

de carne,

fructe

zaharisite,

etc.

2.9. Conservarea prin încălzire cu unde de frecvenţă radio

Cu ajutorul undelor de frecvenţă radio se poate realiza concomitent

pasteurizarea şi coagularea în flux continuu a compoziţiilor de carne

destinate obţinerii produselor de carne cu diametrul de până la 50 mm.

Pasteurizarea – coagularea cu unde de frecvenţă radio este o încălzire în

dielectric.

Undele cu frecvenţă radio au lungimea de undă cuprinsă între 10 – 100m şi

frecvenţa între 3 – 30 MHz (unde radio scurte).

Unitatea de bază a instalaţiei este un tub de borosilicat prin care este

împinsă compoziţia de carne, tub care este plasat axial în centrul unei incinte

paralelipipedice din policarbonat, incintă umplută cu apă demineralizată, care



este recirculată printr-un răcitor la o temperatură care reprezintă media dintre

temperatura compoziţiei la intrare în tubul de borosilicat şi temperatura

produsului la ieşirea din tub.

Tubul de borosilicat cu φ ≤ 50 mm este plasat între doi electrozi plaţi de

aluminiu din care unul este electrod de înaltă tensiune iar cel de al doilea

este electrodul de punere la pământ.

Compoziţia este încălzită până la ~80°C (de la 15°C) în timp de 2 minute

atunci când debitul de curgere est de 120Kg/h. prin acest procedeu de

pasteurizare – coagulare se asigură o valoare de pasteurizare bună în raport

de Enterococcus faecium (P1070= 1,82 – 2,75) iar Cooking value are valori

mai mici în comparaţie cu pasteurizarea clasică, cea ce înseamnă că

valoarea nutriţională este mai ridicată. Produsul iese din unitatea de încălzire

sub forma unei bare care este tăiată la dimensiunile cerute, fiind în

continuare răcit într-o secţiune de răcire cu aer steril. După răcire produsul

est ambalat în folii de material plastic.

2.10. Conservarea prin încălzire indirectă cu efect joule

(actijoule)

Prin efect Joule (actijoule) se poate realiza pasteurizarea sau sterilizarea în

vrac a unor produse alimentare pompabile cum ar fi compoziţiile pentru

pateuri de ficat, sosuri pentru diferite sortimente de carne, dressinguri pentru

salate dar şi pentru alte produse cum ar fi laptele, sucurile de fructe,

piureurile de fructe, siropuri, crème, etc., toate produsele menţionate urmând

să fie ambalate aseptic în recipiente de plastic, sticlă, metal, carton în funcţie

de produs şi de tratamentul realizat.

Principiul încălzirii prin efectul Joule constă în faptul că energia calorică

generată prin efect joule în masa unui tub metalic este transmisă prin

convecţie forţată produsului care circulă prin tub. Deoarece peretele tubului

este încălzit electric jucând rol de rezistenţă, densitatea fluxului caloric este

perfect controlabilă.

Având în vedere că q (fluxul caloric) este dat de relaţia q=P/S în care P este

puterea absorbită (W) iar S este suprafaţa de schimb termic (m2), pentru o

anumită valoare a lui P fluxul q poate fi mărit prin micşorarea lui S.



La încălzirea prin efect Joule se poate controla diferenţa de temperatură

dintre temperatura tubului încălzit şi temperatura produsului ceea ce conduce

la o economie substanţială de energie, iar absenţa fluidului intermediar face

ca inerţia termică să fie neglijabilă în raport cu un schimbător de căldură.

O instalaţie de încălzire prin efect joule se compune din:

bloc de încălzire format din ţevi de oţel inox cu diametrul interior ~50mm

şi lungimea de 0,5 – 1m, care sunt asamblate sub forma unui calorifer cu ţevi

orizontale, cu ajutorul unor coturi de aluminiu care asigură şi delimitarea între

zonele liniare încălzite şi cele neîncălzite;

transformator de tensiune de la 380V la 36V şi conductorii care

alimentează blocul de încălzire care este divizat în trei rezistenţe echivalente

alimentate în triunghi. Faza I-âi a secundarului este legată la pământ;

comanda electronică a aparatului prin tiristori şi controlul prin

regulatoarele PID care adaptează puterea electrică prin modularea în “tren”

de unde. Puterea electrică este modulată de la 0 la 100%;

pompa de alimentare aparat cu produsul ce urmează a fi tratat termic.

2.11. Conservarea cu radiaţii infraroşii

Radiaţiile infraroşii (IR) sunt radiaţii electromagnetice şi pot fi: cu lungime de

undă scurtă (λ=0,75 – 2,5 µ); cu lungime de undă medie (λ=2,5 – 25 µ) şi cu

lungime de undă mare (λ = 25 – 750 µ).

Ele sunt produse cu ajutorul unor surse care pot fi: lămpi (emit radiaţii IR

scurte), radiatoare tubulare cu încălzire electrică, radiatoare ceramice cu

încălzire electrică cu gaze (emit radiaţii IR medii şi lungi).

Radiaţiile IR pot fi utilizate pentru pasteurizarea şi sterilizarea cărnii şi

subproduselor din carne pe baza efectului de încălzire al fluxului de radiaţii

IR absorbit, care reprezintă în acest caz componenta cea mai importantă a

fluxului total de radiaţii IR. Tot în industria cărnii radiaţiile IR pot fi utilizate

pentru frigerea, decongelarea, deshidratarea cărnii, putând fi utilizate şi în

combinaţie cu câmpul electrostatic.

Radiaţiile IR mai pot fi folosite la uscarea lactozei, la uscarea cerealelor, la

coacerea pâinii şi biscuiţilor şi produselor de patiserie, la pasteurizarea



siropurilor, la liofilizarea diferitelor produse alimentare, inclusiv carne, ca

sursă de încălzire pentru plăcile între care se aşează produsul congelat, în

vederea sublimării gheţii şi pentru desicarea secundară. De asemenea,

radiaţiile IR sunt utilizate în determinări analitice (determinarea indirectă a

umidităţii, determinarea directă a apei şi a altor componenţi ai produselor

alimentare).

REZUMAT

Pe lângă metodele clasice de conservare în ultimul timp se utilizează, tot mai

frecvent, metodele moderne de conservare. Acestea pot fi atermice şi

termice.

VERIFICAREA CUNOTINŢELOR

1. Ce ştiţi despre conservarea cu ajutorul presiunilor înalte?

2. Ce ştiţi despre conservarea cu ajutorul câmpului magnetic?

3. Ce ştiţi despre conservarea cu ajutorul radiaţiilor ionizante?

4. Ce ştiţi despre conservarea prin încălzire cu microunde?

5. Ce ştiţi despre conservarea prin încălzire ohmică?

6. Ce alte metode de conservare modernă cunoaşteţi?

Bibliografie


88

BIBLIOGRAFIE

1. Amarfi, F.R., ş.a., Procesarea minimă atermică şi termică în industria alimentară Editura Alma, Galaţi 1996

2. Banu,C., ş.a., Progrese tehnice, tehnologice şi ştiinţifice în industria alimentară, vol. I, Editura Tehnică, Bucureşti, 1993

3. Banu,C., ş.a., Procesarea industrială a cărnii, Editura Tehnică, Bucureşti, 1988

4. Chambray, V., Physiologie et temperature des produits frais decoupés. In: Revue Generale du Froid, 3, 1989, p. 78

5. Ciobanu, A., ş.a., Frigul artificial în fabricarea şi conservarea produselor alimentare, Editura Tehnică, Bucureşti, 1981

6. Corbineau, F., Lome, D., Problèmes biologiques par les produits de quatrième gamme. In: Revue Generale du Froid, 9, 1993, p. 21

7. Gac, A., L’embalage des produits congelés ou surgelés. . In: Revue Generale du Froid, 6, 1994, p. 20

8. Ioancea, L., Kathrein, I., Condiţionarea şi valorificarea superioară a materiilor prime vegetale în scopuri alimentare, Editura Ceres, Bucureşti, 1988

9. Marcellin, P., Conservation des fruits et légumes en atmosphère controlée, à l’aide des membranes des polymers. . In: Revue Generale du Froid, 3, 1974, p. 217

10. Niculiţă, P., Îndrumătorul specialiştilor frigotehnişti din industria alimentară. Editura Ceres, Bucureşti, 1991

11. Rosset, R., Sécurite alimentaire et froid. Le problème des psichrotrophe. In: Revue Generale du Froid, 6, 1993, p.16

12. Satinover, N., Marinescu, I., Conservarea industrială a alimentelor. Editura Tehnică, Bucureşti, 1962

13. Segal, B., Balint Constanţa, Procedee de îmbunătăţire a calităţii şi stabilităţii produselor alimentare. Editura Tehnică, Bucureşti, 1982

14. xxx Beer passteurisation. Published by Getränke Fachverlag Hans Carl, 1995

15. xxx Encyclopaedia of Food Science, Food Technology and Nutrition. Academic Press, Generale du Froid, 1993, 6, p. 16

16. xxx Refrigeration Science and Technology Proceedings. New Development in Refrigeration for Food Safety and Quality, Octomber 2-4, 1996, Lexington, Kentuchy – United States, 1996

17. xxx Refrigeration Science and Technology Proceedings. Refrigeration climate control and energy conservation, Feb. 11-14, 1996, Lexington, Melbourne - Australia

Documents

Principii Conservare Alimente Lungu