N0, N, t, D, z, F – IV parte

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Ci riallacciamo immediatamente ai precedenti post per continuare l’argomento in questione, quello legato al tema dei trattamenti termici stabilizzanti e sanitizzanti sugli alimenti. Nello specifico si è fatto cenno sia alla pastorizzazione che alla sterilizzazione e pensiamo che a questo punto si possano aggiungere altre considerazioni di carattere pratico collegate a quanto già riportato.

logD T z

Parlando di Decimal Reduction Time (D) e di Thermal Resistance Constant (z) abbiamo fatto riferimento a temperature e tempi ponendo in un certo senso dei limiti e dei vincoli a questi due parametri e ai processi termici associati. Questi infatti sono stati considerati e definiti “ideali” per differenziarli da quelli reali che si riscontrano nella pratica industriale sia sul larga che su piccola scala. Riprendendo un esempio fatto, per la forma vegetativa di Bacillus cereus, il D60 = 60 ci dice che teoricamente è necessario un trattamento termico a 60 °C per 60 secondi per ridurre del 90% la sua popolazione iniziale. In realtà quando sottoponiamo a riscaldamento un alimento quello che si verifica non è un istantaneo innalzamento della temperatura a 60 °C ma un aumento graduale della stessa. Detto ciò quindi, progettando un trattamento termico, è necessario considerare il contributo che ogni variazione di temperatura apporta nella distruzione del microorganismo o microorganismi bersaglio sapendo che questi si differenziano inoltre sia per il valore di D che per quello di z. A titolo esemplificativo, proviamo ad ipotizzare e semplificare un calcolo relativo ad un sistema e ad un processo termico vicino alla realtà: 100.000 cellule vegetative di Salmonella typhimurium con D60 =  16,2 secondi, z = 4,3 °C in uovo intero fresco con pH = 7,5. Assumiamo anche di non voler superare la temperatura di 70 °C per evitare la coagulazione proteica dell’albume. Quale sarà il tempo necessario per ridurre a 10 il numero di cellule microbiche presenti?

curva trattamento termico D z

Prima di procedere facciamo un’altra approssimazione immaginando di suddividere la durata totale del trattamento termico in tante piccole frazioni di tempo a temperatura costante corrispondenti ciascuna ad una frazione di D. Nella pratica si suppone che a partire dalla temperatura di 38,5 °C il processo rimanga costante per 5 minuti prima di passare all’aumento successivo. Questa temperatura iniziale è stata scelta convenzionalmente anche se, come vedremo tra poco, non apporta un contributo significativo nell’effetto termico complessivo. I dati riassunti sono riportati nella tabella che segue:

processo termico D z

Fermandoci per un attimo a questo esempio, vediamo che la temperatura passa da 38,5 °C a 68,6 °C che in un tempo di 40 minuti. Il processo è ipotizzato a temperatura costante ed istantaneo per 8 step da 5 minuti ciascuno (300 secondi a 38,5 °C, 300 secondi a 42,8 °C e così via). Ora, se sommiamo il numero di riduzioni decimali apportate dalla coppia tempo e temperatura vediamo che in 40 minuti si hanno 2.057,6 D a fronte delle 4 necessarie a portare il numero delle cellule da 100.000 a 10. Per giunta, quella considerata è solo la prima parte del processo, il riscaldamento, alla quale va aggiunto il raffreddamento da 68,6 °C a 38,5 °C in altri 40 minuti che contribuisce il egual misura all’effetto globale. A questo punto il numero di riduzioni decimali totale raggiunge quota 4115,2, più di mille volte quello considerato sufficiente. Dalla stessa tabella si evince che l’effetto maggiore si ha tra i 51,4 °C e i 68,6 e per il 90% a 68,6 °C. Si deduce quindi che per raggiungere le 4 riduzioni decimali (4D) teoriche, sarebbe sufficiente un trattamento termico della durata totale di 50 minuti, 25 di riscaldamento e altrettanti per il raffreddamento, ad una temperatura massima di 55,7 °C ((0,00019+0,0019+0,019+0,185+1,85) * 2 = 4,1).

cinetica distruzione microorganismi

Se ipotizzassimo ora di considerare la variazione di temperatura del solo intervallo con maggior effetto, ragionevole per il nostro obiettivo, quello compreso cioè tra 51,4 °C e 60,0 °C e trascurassimo pertanto l’effetto termico delle temperature più basse e più alte di questi estremi nei confronti del microorganismo target, avremmo in dettaglio ciò che è indicato nella tabella successiva:

trattamento termico D z

In questo caso, per rendere più realistici i dati, abbiamo stimato che l’aumento di temperatura tra gli step sia sempre istantaneo ma pari a 1 °C ogni 70 secondi circa (4,5 °C ogni 5 minuti) così da avere contributi più precisi alle riduzioni decimali derivanti dalle temperature e dai tempi intermedi. Così, ritornando alla riduzione di cellule proposta, da 100.000 a 10 (4 riduzioni decimali = 4D) vediamo che 70 secondi a 51,4 °C = 0,043 D, 70 secondi a 52,4 °C = 0,073 D, 70 secondi a 53,4 °C = 0,125 D e così via fino ad arrivare a 6,270 D quando il prodotto rimane 70 secondi a 60,7 °C. Il ciclo termico esaminato, considerando sia il riscaldamento che il raffreddamento, porta in questo caso a 30,6 D.

Il calcolo di base deriva dal fatto che se una riduzione decimale (1D) la si ottiene in 16,2 secondi a 60 °C (D60 =16,2 secondi), si avranno riduzioni in 70 secondi (1 : 16,2 = X : 70). Nei casi descritti, utilizzando il valore di è stato possibile anche estrapolare tutti i valori di D a temperature sia superiori che inferiori a quella di riferimento (D TP) e l’equazione utilizzata per il loro calcolo verrà trattata nei prossimi post.

 

Let’s food together!

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