VOEDSELPASTEURISATIE

De pasteurisatie van voedsel in autoclaven vormt een essentiële technologie voor het conserveren van zure en verzuurde levensmiddelen die bij kamertemperatuur worden bewaard. Deze thermische behandelingsmethode combineert verhitting met een gecontroleerd zuurgehalte om microbiële veiligheid en stabiliteit te garanderen gedurende de gehele houdbaarheidsperiode van het product.

Pasteurisatie van voedsel in autoclaven voor zure en verzuurde producten berust op het samenspel tussen warmtebehandeling en de zuurgraad van het eindproduct. Het conserveringssysteem is ontworpen om alle vegetatieve cellen aanwezig in het voedingsmiddel te vernietigen en de uitgroei van bacteriële sporen te remmen. De toegepaste hitte kan voldoende zijn om een deel van de sporen direct te elimineren, terwijl de lage pH-waarde groei van overlevende micro-organismen voorkomt. Producten die volgens deze methode worden behandeld zijn stabiel bij omgevingstemperatuur en worden verpakt in hermetisch gesloten containers, hoewel ze na opening een beperkte houdbaarheid hebben van doorgaans drie tot vijf dagen onder gekoelde omstandigheden.​

De producten kunnen diverse ingrediënten bevatten zoals groenten in bevroren, verse of gesteriliseerde vorm, kruiden, specerijen, vlees of kaas. Voor de veiligheid en stabiliteit is het absoluut noodzakelijk dat alle componenten van het product het gespecificeerde warmteproces ondergaan op basis van de pH-waarde van deze bestanddelen. Pasteurisatie van voedsel in autoclaven kan worden uitgevoerd met verschillende technologieën, waarbij vaak in-pack thermische procesbehandeling wordt toegepast. De verpakkingen kunnen rigide, semi-rigide of flexibele containers zijn die worden afgesloten om herbesmetting van het product tijdens de gesloten houdbaarheid te voorkomen.

Zuurgraad als kritische beheersingsfactor

Het zuurgehalte in producten die onderworpen worden aan pasteurisatie van voedsel in autoclaven komt ofwel voort uit van nature aanwezig citroenzuur in de ingrediënten zoals tomaten, ofwel uit de toevoeging van azijnzuur, melkzuur of andere zuren. Een cruciale vereiste is het bereiken van een maximale evenwichts-pH in het product binnen vierentwintig uur na vervaardiging. Deze snelle verzuringssnelheid en lage evenwichts-pH zijn noodzakelijk om de groei van Clostridium botulinum te voorkomen. Wanneer het conserveringssysteem van een product de groei van dit organisme niet kan verhinderen, moet het worden behandeld als een laag-zuur voedingsmiddel, en zal veilige stabiliteit bij omgevingstemperatuur afhangen van sterilisatie met een minimum F-waarde van drie of een ander even effectief conserveringssysteem zoals verlaagde wateractiviteit.

De beheersing van samenhangende microbiologische en technische factoren tijdens de productie, gebaseerd op het juiste proces- en productontwerp, waarborgt microbiologische veiligheid en stabiliteit. De conserveringsprincipes voor zure en verzuurde voedingsproducten omvatten een evenwichts-pH lager dan 4,6 en doorgaans in het bereik van 3,8 tot 4,3. Bij pH-waarden boven 4,1 is een minimumconcentratie van het gespecificeerde organische zuur vereist met een maximale evenwichts-pH binnen vierentwintig uur na verwerking. Boven pH 4,3 moeten alle ingrediënten pH-geëquilibreerd zijn vóór verhitting, tenzij er voldoende bewijs is van stabiliteit wanneer de maximale evenwichts-pH binnen vierentwintig uur wordt bereikt.

Doelorganismen bij pasteurisatie

Een belangrijk eerste stap bij het ontwerpen van pasteurisatie van voedsel in autoclaven is het identificeren van realistische doelorganismen, zodat hun beheersing of eliminatie kan worden bereikt binnen de grenzen die worden opgelegd door de sensorische eigenschappen van het product. Alle zure en verzuurde producten worden gemaakt met lage warmteprocessen in het gebied van 85 tot 105 graden Celsius en zij moeten een pH-waarde hebben van minder dan 4,6, onder de minimale groei-pH van pathogene sporenvormers zoals Clostridium botulinum en de pathogene bacillen. Omdat producten worden verkocht als kant-en-klaar eetbaar, moeten minimale warmtebehandelingen garanderen dat ze na verwerking vrij zijn van infectieuze en vegetatieve pathogenen.

De belangrijkste doelorganismen die moeten worden beheerst tijdens pasteurisatie van voedsel in autoclaven omvatten infectieuze pathogenen zoals Salmonella, Listeria monocytogenes en Escherichia coli O157, die allemaal in alle verzuurde producten vóór verkoop moeten worden vernietigd. Toxineproducerende organismen zoals Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus en toxineproducerende bacillen moeten in alle producten worden geremd. Daarnaast moeten zuurtolerante bacillen zoals Bacillus coagulans en clostridia zoals Clostridium pasteurianum onder gebruiksomstandigheden worden vernietigd of geremd om bederf te voorkomen.

Minimale vereisten voor microbiologische veiligheid

Voor alle producten behandeld via pasteurisatie van voedsel in autoclaven zijn de minimale vereisten voor microbiologische veiligheid duidelijk gedefinieerd. Ten eerste moet de maximale evenwichts-pH kleiner zijn dan 4,6 binnen vierentwintig uur na vervaardiging om de groei van Clostridium botulinum te voorkomen, hoewel de pH in de praktijk waarschijnlijk lager zal zijn om bederf te voorkomen. Ten tweede mogen infectieuze pathogenen zoals salmonella of Listeria monocytogenes niet aanwezig zijn in het eindverpakte product, wat in de praktijk betekent dat ze niet detecteerbaar mogen zijn in 25 gram product. De microbiologische specificaties voor ingrediënten en grondstoffen moeten rekening houden met het vermogen van verwerking en formulering om pathogenen uit het product te elimineren.

De som van alle warmte of andere dodelijke behandelingen moet een effect hebben dat minstens equivalent is aan twee minuten bij 70 graden Celsius, wat neerkomt op een minimale zes-log reductie in aantallen van infectieuze pathogenen. Herbesmetting na verhitting moet worden voorkomen door hermetische afsluiting. Vooraf gevormde toxines, voortvloeiend uit eerdere groei van schimmels of bacteriën in grondstoffen of tijdens verwerking, moeten afwezig zijn. De selectie van grondstoffenleveranciers en specificaties moet dit waarborgen, aangezien toxines niet onschadelijk worden gemaakt door de processen die bij de productie worden gebruikt.

Warmtebehandelingsparameters

Bacillus coagulans en Clostridium pasteurianum zijn gebruikt als referentiesporen voor het genereren van ontwerpomstandigheden voor pasteurisatie van voedsel in autoclaven. Bacillus coagulans veroorzaakt plat-zure bederf, zijn minimale pH voor groei onder optimale omstandigheden is 3,8, maar in de praktijk groeit het niet in zure producten onder ongeveer 4,1 tot 4,2. Het is hittebestendig en kiemt en groeit beter bij bewaartemperaturen van 30 tot 50 graden Celsius. Clostridium pasteurianum kan groeien tot pH 3,7 en veroorzaakt bederf problemen, maar is gelukkig gevoeliger voor hitte dan de bacillen.

In het Laboratory Manual for Food Canners and Processors worden warmtebehandelingen aanbevolen die equivalent zijn aan tien minuten bij 93,3 graden Celsius voor producten tussen pH 4,3 en 4,5, en die equivalent zijn aan vijf minuten bij 93,3 graden Celsius voor producten met pH-waarden tussen 4,0 en 4,3. De gepubliceerde gegevens over de hittebestendigheid van Bacillus coagulans vertonen grote variaties afhankelijk van de stam, de pH van het product en de aard van het organische zuur in het product. Het thermische proces dat nodig is om een zes-log reductie te geven in het pH-bereik van 4,1 tot minder dan 4,6 is tien minuten bij 93,3 graden Celsius volgens het door de FDA aanbevolen proces, en zes minuten bij 100 graden Celsius bij een pH van 4,6.

P-waarde in pasteurisatieprocessen

Bij pasteurisatie van voedsel in autoclaven wordt de P-waarde gebruikt om de effectiviteit van het thermische proces te kwantificeren. De P-waarde definieert de tijdsduur bij een gegeven temperatuur die nodig is om een gespecificeerd niveau van vernietiging van een micro-organisme met bekende hittebestendigheidseigenschappen te verkrijgen. Een thermisch proces met bijvoorbeeld P93,3 gelijk aan tien minuten betekent dat het voedingsproduct een thermische behandeling ondergaat waarbij vernietiging van het micro-organisme plaatsvindt die equivalent is aan het gedurende tien minuten op 93,3 graden Celsius houden van het voedsel. De temperatuur en tijd die hierboven zijn aangegeven verwijzen naar de temperatuur die binnen de productverpakking wordt bereikt en niet naar de temperatuur in de autoklaavchamber.

Het beschrijven van pasteurisatie van voedsel in autoclaven met de P-waarde is complexer dan het beschrijven van sterilisatie met de F-waarde. Bij pasteurisatie kunnen de doelmicro-organismen die moeten worden gedood een heel verschillende thermische resistentie hebben, en daarom worden de processen uitgevoerd in een breder temperatuurbereik van ongeveer 60 tot 115 graden Celsius. In het concept van de P-waarde worden alle warmtebehandelingen die aan het product worden gegeven herberekend om de warmtebehandeling uit te drukken alsof deze zou plaatsvinden bij de referentietemperatuur van 70 graden Celsius als het doelorganisme Listeria monocytogenes is, of 93,3 graden Celsius als het doelorganisme butyrische anaëroben zijn.

Productkarakteristieken en formulering

Bij het ontwerpen van pasteurisatie van voedsel in autoclaven moet de productontwerper rekening houden met verschillende kritische factoren. Het beheersen van het zuurniveau en de evenwichts-pH in elk recept is essentieel voor smaak en microbiologische stabiliteit. Zuur is een van de dominante factoren die het dodende effect van het warmteproces en de stabiliteit van het eindproduct bepalen. Bijdragende factoren zijn toegevoegd zuur, de initiële pH van het voedingsproduct vóór verhitting en de pH tijdens verhitting, de evenwichts-pH en het niveau van niet-gedissocieerd zuur dat overblijft in het eindproduct na verhitting.

De selectie van verzuringsmiddelen hangt af van verschillende factoren zoals smaak, kosten, fysische vorm en effectiviteit bij het bereiken van de vereiste pH-verlaging. Ze kunnen op verschillende manieren aan een voedingsproduct worden toegevoegd, als belangrijke ingrediënten zoals tomaat, met blancheerwater, door incorporatie van zuur of azijn in het mengsel voorafgaand aan het vullen, of door toevoeging aan individuele containers. Wanneer organische zuren zoals melkzuur, azijnzuur of citroenzuur worden toegevoegd, komt het conserverende effect zowel van de verlaagde pH als van het niet-gedissocieerde zuur dat in significante hoeveelheden aanwezig is in het pH-bereik van 3,8 tot 4,6.

Vloeibare fase en deeltjes

De vloeibare fase van producten onderworpen aan pasteurisatie van voedsel in autoclaven kan vrij zijn van deeltjes of kan grote of kleine deeltjes bevatten. Het heeft stromingseigenschappen en een viscositeit die worden bepaald door verdikkingsmiddelen en andere insluitsels, naast temperatuur en andere spanningen die betrokken zijn bij de beweging door het meng- en verwarmingssysteem. De vloeistof absorbeert de energie en draagt vervolgens de energie langzamer over naar de deeltjes. Productviscositeit, stromingseigenschappen en het vermogen om warmte te geleiden plus de warmtepenetratiekenmerken van eventuele gesuspendeerde deeltjes worden bepaald door het recept en moeten worden geïdentificeerd om een reproduceerbaar thermisch proces te waarborgen.

Voor warmtebehandelingen en verzuring om effectief te zijn bij pasteurisatie van voedsel in autoclaven, moeten de in het ontwerp gegeven omstandigheden worden bereikt in het centrum van alle deeltjes. De volgende kritische receptkenmerken moeten worden gespecificeerd in een ontwerp. Het type deeltjes met een pH boven de beoogde evenwichts-pH, een hoge pH-buffercapaciteit of een lage snelheid van zuurdiffusie moet worden geïdentificeerd, omdat ze mogelijk niet verzuren tot pH kleiner dan 4,4 binnen vierentwintig uur. Om veiligheidsredenen moeten deze deeltjes vooraf worden verzuurd tot een pH kleiner dan 4,6 in het centrum, waarbij voorafgaande verzuring tot pH 4,4 de huidige praktijk is om het risico op bederf te voorkomen.

De maximale deeltjesgrootte, bij voorkeur kleiner dan tien millimeter, bepaalt de maximale thermische en diffusiepadlengte. Wanneer de maximale padlengte 1,5 millimeter of minder is, kunnen producten worden behandeld alsof ze geen deeltjes bevatten. Productontwerpen moeten gebaseerd zijn op de grootste of minst zure deeltjes die in de praktijk waarschijnlijk zullen worden aangetroffen. De minimale deeltjestemperatuur aan het begin van het warmteproces moet worden gebruikt als basis voor het instellen van procesomstandigheden, wat vooral van toepassing is op bevroren ingrediënten zoals groenten, die ontdooid en vrij van klonten moeten zijn voordat de warmtebehandeling begint.

Droge ingrediënten en hervochtiging

Omdat micro-organismen en sporen in droge toestand aanzienlijk hittebestendiger zijn dan in vochtige toestand, moeten droge poeders en deeltjes worden geïdentificeerd bij het ontwerpen van pasteurisatie van voedsel in autoclaven, aangezien ze mogelijk speciale aandacht vereisen om ervoor te zorgen dat warmtebehandelingen effectief zijn. Belangrijke ontwerpkenmerken van droge ingrediënten omvatten fysische eigenschappen zoals dispersie- en hervochtigingssnelheden, chemische eigenschappen zoals olieachtigheid en pH-buffering, en voorafgaande behandeling zoals het gebruik van pasta’s, droge toevoeging, zeven of mengen met vloeistof.

Als poeders of deeltjes in droge toestand aan een mengsel worden toegevoegd, moet het procesontwerp gevalideerde procedures bevatten om ervoor te zorgen dat ze volledig zijn hervochtigd voordat de warmtebehandeling begint. Dit betekent niet noodzakelijkerwijs volledige hervochtiging voordat de verhitting wordt gestart, maar ze kunnen ook vóór gebruik worden gemengd met vloeistof. De productontwerper moet ervoor zorgen dat hervochtigingsprocedures binnen de proces- en operationele mogelijkheden vallen. Formuleringen die droge of lage wateractiviteitsingrediënten bevatten die niet gemakkelijk in evenwicht komen met het watergehalte met de omringende vloeistof, zoals noten en olieachtige pasta’s, vertegenwoordigen een veiligheidsrisico door mogelijke groei van Clostridium botulinum als ze niet verzuren tot onder pH 4,6 binnen vierentwintig uur.

pH-meting en interpretatie

Tijdens het ontwerp, de validatie of met het kwaliteitsborgingsschema van producten behandeld via pasteurisatie van voedsel in autoclaven, moet de evenwichts-pH altijd een afzonderlijke beoordeling maken van de vloeistof-pH en de pH van eventuele deeltjes die het bevat. Het productontwerp moet de methoden en temperaturen specificeren die worden gebruikt voor de meting en controle van pH en, indien nodig, voor de bepaling van het zuurniveau, de verzuringssnelheid en de evenwichts-pH van deeltjes. pH-meting moet worden gedaan met een correct gekalibreerde pH-sonde met een aangetoonde nauwkeurigheid van plus of min 0,05 pH-eenheden.

Het pH-bereik dat wordt gebruikt in warme producten is smal en kalibratie en standaardisatie van het instrument met geschikte bufferoplossingen moet worden gedaan met een frequentie in overeenstemming met de instructies van de fabrikant. Voor elk nieuw of geherformuleerd product moeten pH-controles routinematig worden uitgevoerd om de productveiligheid te valideren. Niet alleen de algemene pH van het eindproduct is belangrijk, maar ook de pH en zuurconcentratie in het centrum van deeltjes, die kleiner dan 4,4 moet zijn binnen vierentwintig uur om groei van micro-organismen die niet door het warmteproces worden vernietigd te voorkomen.

De juiste interpretatie van vermelde en gemeten pH-waarden is van vitaal belang voor het veilige ontwerp en de productie van zure producten behandeld via pasteurisatie van voedsel in autoclaven. Gewoonlijk worden pH-waarden geciteerd tot één decimaal, omdat pH niet met grotere nauwkeurigheid kan worden gemeten. Voor producten met pH 4,3 of lager worden waarden van 0,01 tot 0,04 naar beneden afgerond, terwijl waarden van 0,05 tot 0,09 naar boven worden afgerond. Voor producten met pH-waarden tussen 4,3 en minder dan 4,6 worden alle gemeten pH-waarden van 0,01 tot 0,09 naar boven afgerond, wat bijzonder belangrijk is wanneer afronden en onnauwkeurigheden in meting de pH naar 4,6 zouden brengen.

Temperatuur- en tijdbeheersing

Onvoldoende temperatuur-tijdbeheersing van voedsel is een van de meest voorkomende oorzaken van voedselgerelateerde ziekten of bederf. Voor de veiligheid en stabiliteit van producten behandeld via pasteurisatie van voedsel in autoclaven zijn de belangrijkste temperatuurgecontroleerde fasen verhitting en koeling. Commerciële praktijk toont aan dat de zuurtolerante sporen die bederf van deze producten veroorzaken gewoonlijk kunnen groeien binnen het temperatuurbereik van 35 tot 60 graden Celsius, hoewel groei tot 75 graden Celsius is gerapporteerd in tomatenprodukten. Verhitting wordt gebruikt om zuurtolerante sporen te doden of te inactiveren, terwijl verhitting en koeling worden gebruikt om het vermogen van overlevenden om uit te groeien te verminderen.

Temperatuur- en tijdbeheersystemen moeten producttemperaturen in alle procesfasen bestrijken, waaronder voormengen, verwerken, vullen, koelen en opslaan. Systemen moeten aanwezig zijn om ervoor te zorgen dat temperatuur en tijd effectief worden gecontroleerd waar dit cruciaal is voor de veiligheid en kwaliteit van het voedingsproduct. Temperatuurregistratieapparaten moeten permanente registraties produceren en idealiter onafhankelijk zijn van controlesystemen. Ze moeten met regelmatige tussenpozen worden gecontroleerd, gekalibreerd en getest op nauwkeurigheid.

Stabiliteitstesten en validatie

Het is een goede praktijk bij pasteurisatie van voedsel in autoclaven om enkele monsters te incuberen bij 30 graden Celsius gedurende veertien tot eenentwintig dagen en om een tweede set te incuberen bij 40 graden Celsius gedurende dezelfde periode. Noch microbiële groei noch pH-verandering bij 40 graden Celsius geeft aan dat het product stabiel is, en testen bij 30 graden Celsius zullen vergelijkbare resultaten geven. Op basis van deze informatie en de waarschijnlijke opslagtemperaturen die door het product moeten worden aangetroffen, kan het warmteproces hetzelfde worden gehouden of kan een vermindering worden overwogen wanneer hoge omgevingstemperaturen niet bestaan.

Challenge testing wordt gebruikt om te simuleren wat er met een voedingsmiddel kan gebeuren tijdens opslag en distributie bij pasteurisatie van voedsel in autoclaven. Het omvat inoculatie en opslag van het product met realistische en bekende, gestandaardiseerde aantallen en types van micro-organismen, in het geval van verzuurde producten zijn dit sporen van Bacillus en Clostridium. Het belangrijkste gebruik ervan is tijdens product- en procesontwikkeling, en in mindere mate kan het worden gebruikt om het effect van fouten in formulering of verwerking te voorspellen. Het gebruik ervan is dus voor de verificatie van product- en procesontwerp.

Geplande processpecificaties

Het onderliggende conserveringsprincipe voor producten behandeld via pasteurisatie van voedsel in autoclaven berust op de combinatie van lage pH, concentratie van niet-gedissocieerd zuur en warmteproces, zowel voor het vloeibare voedingsproduct als voor eventuele vaste stoffen die het bevat. Het warmteproces moet ervoor zorgen dat het voedingsproduct vrij is van sporen die kunnen uitgroeien en bederf kunnen veroorzaken tijdens opslag. Voedselproductformulering moet de uitgroei van micro-organismen die het warmteproces overleven voorkomen. De minimale warmteprocessen die worden gebruikt moeten ervoor zorgen dat producten vrij zijn van infectieuze pathogenen en vegetatieve bederf micro-organismen.

Een gepland proces wordt gedefinieerd als de formulering en verwerkingsomstandigheden gekozen door de verwerker, en gevalideerd als specificaties voor een bepaald product, verpakking en gebruik, om microbiologische veiligheid en stabiliteit te bereiken en het productkarakter onder routinematige productieomstandigheden te behouden. Elementen van een gepland proces voor pasteurisatie van voedsel in autoclaven omvatten productnaam, code, type en formuleringsreferentie, productkenmerken inclusief zuurtype en pH, productstromingskenmerken, maximale deeltjesgrootte en hoeveelheid, containergrootte, type en vulgewicht, containerreinigings- en desinfectievereisten indien van toepassing, type warmteverwerkingssysteem, minimale initiële product- en ingrediënttemperatuur tijdens verwerking, autoklaavinstellingen met stappen, tijd, temperatuur en druk, koelmethode en de tijd en temperatuur ervan, en vereiste maximale productopslagtemperatuur.

Microbiologische bemonstering en testen

Voor producten waarin het doelorganisme wordt gedood door het warmteproces of geïnactiveerd door een goed gedefinieerd warmteproces in combinatie met de productformulering bij pasteurisatie van voedsel in autoclaven, is er geen noodzaak om de microbiologische status van het eindproduct op routinebasis te controleren door incubatie en testen. De doelmicro-organismen en de middelen om stabiliteit te waarborgen zullen worden gedefinieerd door de evenwichts-pH van het product en de distributie- en opslagtemperatuur ervan. Voor al deze producten zijn de warmteprocessen voldoende om ervoor te zorgen dat ze vrij zijn van infectieuze pathogenen.

Daarom is er geen behoefte aan routinematige microbiologische tests van producten wanneer kan worden aangetoond dat het vereiste warmteproces aan het product en de verpakking is geleverd. Een controle van kwaliteitsborgingsgegevens over warmteverwerking, inclusief meestal minimale vultemperatuur en tijd en temperatuur in de tunnelpasteurisator, productsamenstelling, vooral pH en zuurtype en concentratie indien van toepassing, en verpakkingsintegriteit waar van toepassing, zal voldoende zijn om het product vrij te geven. Deze gegevens moeten worden aangevuld met informatie over de microbiële belasting in de tank vóór de pasteurisator en de hygiëne van de vuller en de bedrijfsomgeving om te controleren of er geen ophoping van zuur- en hittetolerante sporenvormers optreedt.