PASTÖRİZASYON VE STERİLİZASYON

Time (min) Bacteria (#) 20 40 60 80 100 120 180 240 300 360 420 460 1 2 4 8 16 32 64 512 4096 32768 262144 2000000 16000000

Pasteurization of milk as defined by the US Code of Federal Regulations  

Bacteria development by different start colony count and two different temperatures.

Heating processes 1. direct heating 2. indirect heating with tubes 3 Heating processes 1. direct heating 2. indirect heating with tubes 3. modified pasteur Filtration processes 4. microfiltration 5. deep-bed filtration Separation technology 6. bacterica removing separation

Isıl işlemlerin temel ilkeleri Bir ısıl işlemin etkinliğinin hesaplanabilmesi, ısıl işlem açısından önemli olan mikroorganizmanın ısısal direnç özelliklerinin (z- ve F değeri) bilinmesini gerektirir. Mikroorganizmaların ısı etkisiyle ölümü genellikle birinci dereceden reaksiyon kinetiğine uyar. Isının mikroorganizmalara öldürücü etkisinin nedenleri değişik görüşlerle açıklanmaktadır. En yaygın olan görüşe göre; Mikroorganizmaların yapılarında bulunan proteinler ısı etkisi ile denatüre olmakta ve aynı şekilde yaşamsal önemi olan enzimler de inaktive olarak mikroorganizmanın ölümü gerçekleşmektedir. Hücredeki enzimlerin inaktif hale gelmesini etkileyen faktörlerin, mikroorganizmaların ısıya karşı direncini etkileyen faktörlerle benzerlik göstermesi de bu görüşü desteklemektedir.

D Değeri Sabit sıcaklıkta ortamda bulunan mikroorganizmaların % 90'ının öldürülmesi için gerekli ısıtma süresi D-değeri olarak bilinir. Başka bir deyişle; D-değeri sıcaklığa bağlı bir değer olduğundan hangi sıcaklığa ait olduğu D harfinin hemen altına yazılan rakamla belirtilir. Örneğin D250, D230 veya D245 gibi. Bir mikroorganizmanın D-değeri ne kadar büyükse o mikroorganizma, ısıya o kadar dirençli demektir.

Several parameters help us to do thermal calculations and define the rate of thermal lethality. The D value is a measure of the heat resistance of a microorganism. It is the time in minutes at a given temperature required to destroy 1 log cycle (90%) of the target microorganism. (Of course, in an actual process, all others that are less heat tolerant are destroyed to a greater extent). For example, a D value at 72°C of 1 minute means that for each minute of processing at 72°C the bacteria population of the target microorganism will be reduced by 90%.

Mikroorganizmaların Ölüm Kinetiği D değeri: MO'ların ölümü birinci dereceden kinetiğe göre olmaktadır. Ölüm hızı, başlangıçtaki MO sayısı veya yoğunluğu ile ilişkilidir. Bu eşitlikte k, MO'ların ölüm hız sabitini; -dN/dt, zamanla MO sayısının azalma hızını; N, t zaman (mesela sterilizasyon süresi sonunda) sonra sabit sıcaklıkta (sabit gaz derişiminde veya gama radyasyon dozunda) yaşayan MO sayısını veya yükünü göstermektedir.

Bu eşitliklerde No, ürünün sterilizasyon öncesi MO yükünü (bioburden) göstermektedir. N ve No değerleri % olarak veya birim hacimdeki MO sayısı olarak alınabilir Denklikten de Anlaşılacağı gibi, sterilizasyon öncesi ürünün MO sayısı ne kadar fazla ise, bunlardan kurtulmak için o kadar uzun bir zaman gerekmektedir.

Termal ölüm süresi (TÖS) Mikroorganizmaların vejetatif hücre ve sporlarını ısı etkisi ile öldürmek için gerekli süre, sıcaklığın artmasıyla azalır. Belli sıcaklıklarda spor sayısını 105 adet/ml'den 100 adet/ml'ye indirgemek için gerekli süreye (termal ölüm süresi) adı verilmektedirler. TÖS eğrisinin bir logaritmik (103 den 102 düşmesi için) çevrimi aşması için gerekli sıcaklık değişimi z-değeri olarak tanımlanır

The Z value reflects the temperature dependence of the reaction The Z value reflects the temperature dependence of the reaction. It is defined as the temperature change required to change the D value by a factor of 10. In the illustration below the Z value is 10°C.

Reactions that have small Z values are highly temperature dependent, whereas those with large Z values require larger changes in temperature to reduce the time. A Z value of 10°C is typical for a spore forming bacterium. Heat induced chemical changes have much larger Z values that microorganisms, as shown below. Z (°C)sıcaklık D 121 (min)süre Bacteria 5-10 1-5 Enzymes 30-40 1-5 Vitamins 20-25 150-200 Pigments 40-70 15-50

F-değeri: F-değeri, belli bir mikroorganizmanın spor veya vejetatif hücrelerini öldürülebilmesi için ısının belli bir referans sıcaklıktaki dakika cinsinden eşdeğeridir. F-değeri, söz konusu sıcaklıkta mkz’nın tümden imha edilmesi için gerekli süredir. Bununla birlikte ölüm logaritmik olarak geliştiğinden, tümden imhaya ulaşmak teorik olarak olanaksızdır. Bu yüzden belli sıcaklıkta verilmiş F-değerini, o sıcaklıkta ancak belli sayıda mikroorganizmaların ısıya dirençleri Termal Ölüm Süresi -TÖS (Thermal Death Time-TDT) olarak bilinmektedir.

The extent of the pasteurization treatment required is determined by the heat resistance of the most heat-resistant enzyme or microorganism in the food. For example, milk pasteurization historically was based on Mycobacterium tuberculosis and Coxiella burnetti, but with the recognition of each new pathogen, the required time temperature relationships are continuously being examined.

Milk Pasteurization Minimum pasteurization processes are based on the occurrence of several microbial pathogens in milk. These pathogens include Brucella abortis, Myobacterium tuberculosis, and Coxiella burnetti. The impact of these pathogens on human health is recognized in the form of tuberculosis and q fever. The minimum pasteurization process has been established as 63 C for 30 minutes. This process is based on D 63 = 2.5 minutes and a Z of 4.1 C.

Purpose of Pasteurization Processing Pasteurization is a mild thermal process applied to a liquid food to increase the product shelf life during refrigeration and to destroy vegetative pathogens (brucellosis and tuberculosis), Salmonella and Listeria. In fruit juice ,to inactivate enzymes

PASTÖRİZASYON YÖNTEMLERİ LTLT Düşük Sıcaklıkta Uzun Süre 62-65 oC de 30 dakika HTST Yüksek Sıcaklıkta Kısa Süre 71-74 oC de 40-45 saniye Ultra Pastörizasyon Çok yüksek sıcaklıkta - 85-90 oC de 27

Isı değiştiriciler 1.Plakalı ısı değiştiriciler 2.Borulu ısı değiştiriciler Gövde borulu ısı değiştiriciler Çift borulu ısı değiştiriciler 3. Spiral ısı değiştiriciler 4. Roswell ısı değiştiriciler 5. Sıyırıcılı ısı değiştiriciler

Isıl işlem normunu etkileyen faktörler 1.Uygulanan sıcaklık derecesi ve süresi 2.Sütün mkz sayısı ve türü 3.Sütün asitliği 4.Isıl işlemin sütün bileşenleri üzerine etkisi 5.Isıtıcı sistemde ısı değiştirme ve süt akış hızı

Isı transfer hızı Katmanların ısıl iletkenlik katsayılarına Sıvı ortamların sıcaklık farklarına Ara katman kalınlığına Sıvı akış şekli ve hızına Sistemde bulunan sıvıların özgül ısı değerlerine

KULLANILAN ISI DEĞİŞTİRİCİLER 1- Plakalı ısı değişirciler

2- Borulu ısı değiştiriciler 34

LTLT Yöntemi İki şekilde yapılabilir; 1.Çiğ süt tank içine konularak ısıl işlem uygulanır 2.Süt ambalajlandıktan sonra ısıl işleme tabi tutulur Bu nedenle tankta pastörizasyon veya paketli sütlerin pastörizasyonu şeklinde de adlandırılır 35

1. Sütün tankta LTLT yöntemi ile past. 2.Ambalajlanmış sütün LTLT past. Su banyosunda Plastik torbalarda Şişede Buhar dolaplarında

Orta ve düşük ölçekli işletmelerde uygulanır Yatırım masrafları düşüktür ancak; İşletme içindeki rutubet ve sıcaklık artar Buhar ve su sarfiyatı çok yüksektir İşçi sayısı fazla olur Isıtma ve soğutma için fazla zamana ihtiyaç vardır 37

HTST YÖNTEMİ Plakalı veya borulu ısı değiştiriciler kullanılmaktadır. Pastörizasyon normu değişmekle birlikte; 71-74 C de 40-45 sn veya 15-20 sn kadar bekletilerek süt pastörize edilir. Böylece sütün sürekli bir akışı sağlanır Kapalı bir sistem olduğu için kontaminasyon riski yoktur. Sürekli akış sistemleri saatte 2000 litrenin altında olması durumunda uygun değildir.

Plakalı ısıtıcılarda pastörizasyon 1. Sıcak su ile ısıtmalı 2. Vakum buhar ısıtmalı

İndicating-belirten, avoid……….- durgun alanı önlemek için

4 Regenerative preheating sections 5 Centrifugal clarifier Pastuerizer 1 Balance tank 2 Feed pump 3 Flow controller 4 Regenerative preheating sections 5 Centrifugal clarifier 6 Heating section 7 Holding tube 8 Booster pump 9 Hot water heating system 10 Regenerative cooling sections 11 Cooling sections 12 Flow diversion valve 13 Control panel A booster pump is a machine which will increase the pressure of a fluid, generally a liquid

The booster (destek) pump ensures that the pressure of the pasteurized milk is always at least 0.5 bars higher than that of the unpasteurized milk. This ensures that the pasteurized product is never contaminated by unpasteurized product. You can be sure: only 100% perfectly pasteurized milk leaves the system.

Flash Pasteurizer Booster- destek

Divert- yönlendirilmiş

Divert--yönlendirmek dual stem-çift gövde

Direct pasteurizing system with direct contact flash regenerative system

Direct contact pre-heater flash chamber

Counter-Current Flow

Partition Plates in the Pasteurizer

The Holding Tube

Sütün ara depoya alınmasının amaçları şunlardır · Ambalajlama sırasında sürekliliği sağlamak · Ön işlemlerle ambalajlamanın birbirine bağımlılığını ortadan kaldırmak · Ambalajlamadan önce gerekli kalite kontrollerinin yapılmasına olanak sağlamak · Yağ oranında herhangi bir sapma olmuşsa veya herhangi bir nedenle yağ standardizasyonu yapılmamışsa içme sütünün yağ oranını ayarlamak

Calculation of Holding Cell Dimensions. Q = flow rate of pasteurization, L/hour HT = holding time, seconds L = Length of holding tube, dm D = iner diameter of holding tube, dm V = volume of milk, dm or L p = efficiency factor

Süt ambalajında kullanılan materyaller şu özellikleri taşımalıdır: Sütü rutubet, yabancı maddeler ve ışık gibi etkilerden korumalıdır. Sağlık açısından hiçbir risk taşımamalıdır. Ürünle hiçbir kimyasal Tepkimeye girmemeli, zehirli madde içermemeli, yabancı tat ve kokusu olmamalıdır. Suda erimemelidir (kağıt esaslı olanlar). Rahatlıkla ve sonuna kadar boşaltılabilmelidir. Ürün kaybına izin vermemelidir. Kapaklı olan ambalajların, kapaklarının yeniden kullanılmayacak şekilde yapılması önemlidir. Süt kapağının yeniden kullanılması durumunda kontaminasyon söz konusu olabilmektedir. Ucuz, kullanılması kolay, tekrar kullanılan malzeme ise kolay Temizlenecek ve çevreyi kirletmeyecek özellikte olmalıdır. Ambalaj materyalinin üzerinde gıdanın içeriği, en uygun kullanım ve saklama koşullarını belirten bir etiket bulunmalıdır.

Cam Materyaller Pastörize sütlerin ambalajlanmasında kullanılan cam materyallerin avantajları şunlardır: Sütle kimyasal tepkimeye girmez, geçirgen değildir. Tüketici, içindeki ürünü görebilmektedir. 20-30 defa kullanılması nedeniyle ekonomiktir. Kapak olarak genellikle ince (0,04mm kalınlığında) alüminyum folyolar kullanılmaktadır. Bu folyonun üzerine otomatik olarak sütün üretim ve son kullanma tarihi yazılabilmektedir.

Plastik Esaslı Şişeler Genellikle polietilen (PET), polipropilen (PP), polivinilklorür (PVC), polistrien (PS) gibi plastik maddelerden yapılmaktadırlar. Bunların avantajları şunlardır: · Ambalaj için depozito ödenmez. · Işığın verdiği zarar tamamen ortadan kalkar. · Farklı hacimlerde ambalajlama olanağı verir. · Ambalaj malzemesi için daha az depoya ihtiyaç vardır.

The figure below illustrates the relative changes in time temperature profiles for the destruction of microorganisms. Above and to the right of each line the microorganisms or quality factors would be destroyed, whereas below and to the left of each line, the microorganisms or quality factors would not be destroyed. Due to the differences in Z values, it is apparent that at higher temperatures for shorter times, a region exists (shaded area) where pathogens can be destroyed while vitamins can be maintained. The same holds true for other quality factors such as colour and flavour components. Thus in milk processing the higher temperature, shorter time (HTST) process (72°C/16 sec) is favored compared to a lower temperature longer time (batch or vat) process since it results in a slightly lower loss of vitamins and better sensory quality.

Alkaline phosphatase is a naturally-occurring enzyme in raw milk which has a similar Z value to heat-resistant pathogens. Since the direct estimation of pathogen numbers by microbial methods is expensive and time consuming, a simple test for phosphatase activity is routinely used. If activity is found, it is assumed that either the heat treatment was inadequate or that unpasteurized milk has contaminated the pasteurized product. A working example of how to use D and Z values in pasteurization calculations: Pooled raw milk at the processing plant has bacterial population of 4x10exp5/mL. It is to be processed at 79°C for 21 seconds. The average D value at 65°C for the mixed population is 7 min. The Z value is 7°C. How many organisms will be left after pasteurization? What time would be required at 65°C to accomplish the same degree of lethality? Answer: At 79°C, the D value has been reduced by two log cycles from that at 65°C since the Z value is 7°C. Hence it is now 0.07 min. The milk is processed for 21/60=0.35 min, so that would accomplish 5 log cycle reductions to 4 organisms/mL. At 65°C, you would need 35 minutes to accomplish a 5D reduction.

System six essential components Three of the six components are heat exchangers regeneration, heating, cooling). Timing pump Flow diversion valve Holding tube

The timing pump The timing pump is a critical component of the pasteurization system. This pump must be positive displacement and must be set at a flow rate to ensure an established mass flow rate of product through the system as long as the system is operating in forward flow.

The flow diversion valve (FDV) The FDV is controlled by a temp.-sensing device located at the exit of the heating section. If temp. is below the desired temp., the valve diverts flow to the entrance point. As soon as the established temp. is reached, the flow diversion valve changes and the product moves forward through the holding tube. This control device ensures safety of product.

The holding tube A holding tube has a known-diameter pipe designed to provide an established residence time for product at the pasteurization temp., the critical time/temp. relationship needed for pasteurization is achieved by the residence time requirement in the holding tube. the length of holding tube ensures the necessary residence time of product.

The minimum pasteurization process The process of 30 minutes at 63C represents a 12-D process in that the population is reduced by 12 times the D-value of 2.5 minutes. an initial population of 100 pathogens would be reduced to a probability of l0-10 by the minimum pasteurization process. On the other hand, it must be recognized that the populations of these pathogens in raw milk are much below l00, resulting in the probability of survival being significantly less.

An additional factor that must be considered is that most pasteurization processes exceed the minimum for pathogens in order to achieve the extended product shelf life achievable by reducing the populations of product spoilage microorganisms.

Survival Curve for Pathogen in Milk

Lethal Rate Equation

Lethal Rate Curve for HTST Batch Pas.

Velocity Profile in Holding Tube

The holding tube The length of the holding tube The velocity of the fastest moving particle within the product flow stream. The velocity of product within the holding tube will be a function of the flow characteristics. Laminar: the velocity of the fastest moving particle will be 2 times the mean velocity Turbulent: the velocity of the fastest moving particle will be 1.2 times the mean velocity

The impact of thermal energy on enzymes has been expressed in terms of decimal reduction times (D) and thermal resistance constants (Z) for many enzyme systems. For example, peroxidase has D121 equal to 3 minutes and Z equal to 37.2℃. Based on these thermal resistant characteristics, a reduction of enzyme activity to .01% would require 12 minutes at 121℃.