= dt n x N/N 0 =-k x t N = N 0. e k.t

MİKROORGANİZMALARIN TERMAL ÖLÜMÜ İLE İLGİLİ TERİMLER VE HESAPLAMALAR

Gıdaların muhafazasında uygulanan ısıl işlemlerin mikroorganizmalar üzerine etkisini daha iyi anlayabilmek için bazı terimleri bilmek gerekir.

Termal Ölüm Süresi (TÖS)

Isıl işlemlerin mikroorganizmaların üzerine etkisini daha iyi anlayabilmek için kullanılan terimlerden biridir. Belirli bir ortamda ve sıcaklıkta belirli sayıda mikroorganizmayı öldürmek için gerekli olan ısıl işlem süresidir. Bir mikroorganizmanın termal ölüm süresi ortamdaki mikroorganizmaların tümünün öldüğü süre değildir, sabit bir sıcaklıkta belli koşullarda ısıtma sonunda belli bir ölüm oranının sağlandığı süredir. Ölüm hızı, başlangıçtaki mikroorganizma sayısı veya derişimi ile ilişkilidir. Mikroorganizma sayısı fazla ise kurtulma süresi uzun olur.

Mikroorganizmaların vejetatif hücre ve sporlarını ısı etkisi ile öldürmek için gerekli süre, sıcaklığın artmasıyla azalır. Belli sıcaklıklarda bir mikroorganizmaya ait spor sayısını (spor oluşturmayan mikroorganizmalarda vejetatif hücre sayısını) 100 adet/mL'ye indirgemek için gerekli süre (termal ölüm süresi), yarı-logaritmik kağıtta y-eksenine, sıcaklıklar ise x- eksenine kaydedildiğinde elde olunan bu eğriye de termal ölüm süresi eğrisi adı verilmektedirler. 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

N0

T1>T2>T3 T3

T2

T1 t

dN /dt = -k. Nⁿ (n=1; 1. Derece) (model katsayısı); k: reaksiyon hız sabiti; N: mikroorganizma sayısı

dN /dt =-k x N ∫_𝑁0^{𝑁 𝑑𝑁}_𝑑𝑡 = ∫ 𝑑𝑡₀^𝑡 ---n x N/N0 =-k x t --- 𝑁 = 𝑁₀. 𝑒^−𝑘.𝑡

Bir mikroorganizmanın Termal Ölüm Süresi; ortamdaki mikroorganizmaların tümünün öldüğü süre değildir, sabit bir sıcaklıkta belli koşullarda ısıtma sonunda belli bir ölüm oranının sağlandığı süredir. Ölüm hızı, başlangıçtaki mikroorganizma sayısı veya derişimi ile ilişkilidir.

Sabit Bir T Sıcaklıkta Isıtma Süresi (t) - dN/dt =k x N

Bu eşitliğin integrali alındığında N=N0 x e^-kt ln N=ln N₀ x (-kt)

log N=log No (–kt x log e)

Denklikten de anlaşılacağı gibi, sterilizasyon öncesi ürünün mikroorganizma sayısı ne kadar fazla ise, bunlardan kurtulmak için o kadar uzun bir zaman gerekmektedir.

Sabit sıcaklıkta mikroorganizmaların ölüm grafiği CANLI KALMA EĞRİSİ

Sabit bir sıcaklıkta belli süreler ısıtma sonunda canlı kalan mikroorganizma sayısının logaritmaları ısıtma sürelerine karşı bir grafiğe işlenirse doğrusal bir eğri elde edilmektedir.

Çoğu kez canlı sayısının logaritmalarının alınması yerine, doğrudan canlı sayısı kullanılarak, ancak bu defa yarı logaritmik bir grafiğe aktarılarak aynı doğrusal etki edilmesi yoluna gidilmektedir. Bu şekilde oluşan eğriye o mikroorganizmanın sabit sıcaklıkta “canlı kalma eğrisi” denir. Canlı kalma eğrisinin logaritmik devreyi aşması için geçen süre D değeridir.

Eğrinin 1 log devreyi aşması demek canlı sayısının 1 desimal azalması demektir.

D değeri (Desimal azalma süresi): Mikroorganizmaların başlangıçtaki sayısının 1/10 indiği süre, diğer bir ifade ile mevcut mikroorganizmaların %90’ ının öldürülmesi için geçen süreye denir. Sayının 10’ dan 1 değerine veya 100’ den 10 değerine düşme süresidir.

D değeri, Ortamdaki mikroorganizmaların % 90’ının öldürülmesi için gerekli süredir.

Mikroorganizmaların başlangıç miktarında % 90 azalma, yani başlangıçtaki mikroorganizmaların % 90' ının ölmesi ve geriye % 10' unun kalması için geçen zaman "D"

süresi olarak bilinir. Bu süre mikroorganizma türüne göre değişir. Sabit sıcaklıkta ısıtma ile mikroorganizmaların canlı kalma sayıları bir yarı logaritmik bir tabloya işlenirse düz bir eğri elde edilir ve bu eğriye Canlı Kalma Eğrisi denilir. D değerinin belirlendiği sıcaklık derecesi D harfinin altına yazılarak gösterilir (D95 yada D₁₁₀ gibi). D değeri şu şekilde hesaplanabilir:

Mikroorganizmaların başlangıç sayısının 1 10⁄ değerine indiği veya % 90’ ının ölmesi için gereken süre.

D121: 1.2 dak demek, her 1.2 dak. mikroorganizma sayısında %90 azalma olacak demektir.

Veya her 1.2 dak’ lık ısıl işlem uygulamasında canlı mikroorganizma sayısı 1 desimal azalacaktır.

Pastörizasyon için:6D; Sterilizasyon için:12D; Konserve bebek maması:25D 10⁵

Canlı sayısı10⁴ Yarı logaritmik bir grafikte canlı kalma eğrisi

10³ Eğim=1 /D

10² D

Sabit (t’ de ) ısıtma süresi Veya

log

DT₂ Canlı kalma eğrisi DT₁

T1 T2 t (dak)

Isıl işlemlerde genellikle mikroorganizmaların %90’ nını yok etmek yeterli bir ısıl işlem olarak kabul edilmez.

D: t/log N0-logN Eğim: log N0-logN/t Eğim:1/D

D: Sabit sıcaklıkta desimal azalmayı sağlayan süre

t: Sabit sıcaklıkta mikroorganizma sayısının N0’ dan N değerine düşürmek için gerekli süre N₀: Herhangi bir andaki canlı sayısı (başlangıç)

N: Belli bir t süre sonundaki canlı sayısı

İki mikroorganizmadan birinin d değeri diğerininkinden daha büyükse, o mikroorganizmanın T’ de ısıya direnci daha fazladır. Ancak bu yorum diğer T’ lerde de dirençli olduğunun kanıtı değildir.

Mikroorganizma ısıl dirençlerinin her sıcaklıkta geçerli olabilecek bir kıyaslaması ancak z değerlerinin eşit olması durumunda yapılabilir.

Bir Desimallik Azalma 10⁵ adet/g 𝐷−𝑑𝑒ğ𝑒𝑟𝑖

→ 10⁴ adet/g D121o

C = 1,2 dak. Demek; her 1,2 dakikada mikroorganizma sayısında %90 azalma oluyor demektir.

10⁶ %90

1 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙 𝑎𝑧𝑎𝑙𝑚𝑎

⏟

1,2 𝑑𝑎𝑘𝑖𝑘𝑎

10⁵%90

⏟1 𝐷

1,2 𝑑𝑎𝑘

10⁴%90

⏟1 𝐷

1,2 𝑑𝑎𝑘

10³%90

⏟1 𝐷

1,2 𝑑𝑎𝑘

10²%90

⏟1 𝐷

1,2 𝑑𝑎𝑘

10¹%90

⏟1 𝐷

1,2 𝑑𝑎𝑘

10⁰%90

⏟1 𝐷

1,2 𝑑𝑎𝑘

0,1%90

⏟1 𝐷

1,2 𝑑𝑎𝑘

0,01

8 𝑥 1,2 = 9,6 𝑑𝑎𝑘.

10⁶ 8 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙 𝑎𝑧𝑎𝑙𝑚𝑎 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 10⁻² Canlı Kalma Eğrisinin Eğimi

𝐸ğ𝑖𝑚 =log 𝑁₀− log 𝑁 𝑡 𝐸ğ𝑖𝑚 = 1 𝐷

𝐷 = 1

𝐸ğ𝑖𝑚 𝑁₀

𝑁 = 10^𝑡⁄𝐷

𝐷 = 𝑡

log 𝑁₀− log 𝑁

Sabit bir sıcaklıkta, mikroorganizma sayısını N0’dan N’e düşürmek için gerekli süre t olursa;

t: Belli bir letal sıcaklıkta ısıtma süresi

N0: Isıtma süresi başlangıcında mikroorganizma sayısı N: Isıtma süresi sonunda mikroorganizma sayısı Sonuç: Başlangıç sayısı fazla ise;

1) Kalan mikroorganizma sayısı fazladır.

2) Uzun süre ısıl işlem uygulanmalıdır.

D değerinin belirlenmesinde önemli bir nokta canlı mikroorganizma sayısının desimal olarak azalma süresinin, örneğin 10⁵’den 10⁴’e düşme süresinin hesaplanmasıdır. Ortamdaki mikroorganizma ya da spor sayısı/mL veya gram/adet; kutu veya tüp de adet olarak verilebilir. Burada önemli olan ve unutulmaması gereken husus D değerinin sıcaklık ve mikroorganizmaların ısıl direncini etkileyen faktörlere bağlı olarak değiştiğidir. Bu sebeple D değerinin belirlendiği sıcaklık D harfinin altına yazılır. Belli bir sıcaklıkta bir mikroorganizmanın D-değeri ne kadar büyükse o mikroorganizma, ısıya o kadar

dirençli demektir. Bir mikroorganizmanın D-değeri, arz edildiği sıcaklığa bağlı olup, ortamdaki mikroorganizma konsantrasyonu ile ilişkili değildir. Buna karşın daha sonra ayrıntı ile üzerinde durulacak olan F-değeri ise, hem sıcaklık hem de ortamdaki mikroorganizma sayısı ile ilişkilidir.

Sıcaklık ne kadar yüksek ise bir ortamdaki mikroorganizmaların vejetatif hücreleri ve sporları daha kısa sürede öldürülebilmektedir. Mikroorganizmaların ısıya dirençleri, içinde bulundukları ortamın pH değeriyle yakından ilgili olduğundan, gıdaların ısıl yolla muhafazasında gıda maddesinin pH' sı en önemli kriter olarak ortaya çıkmaktadır. Uzun süren laboratuvar çalışmaları ve işletme pratiğinin gösterdiği gibi ısıl işlemlerde yeterli güvenirlik elde olunabilmesi için ısıya en dayanıklı bakterilerden biri olarak bilinen Clostridium botulinum sporlarının ortamdaki sayısının 10¹² adet/ml'den 10⁰ adet/ml'ye indirilmesi gereklidir. Bu bakımdan düşük asitli gıdalarda (pH>4.5) sterilizasyon normlarının saptanmasında bu olgu çıkış noktası olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle sterilizasyon koşullarının saptanmasında en yüksek bulaşma düzeyi olarak 10¹² adet/mL lik bir konsantrasyon temel alınır. Buna göre sterilizasyon koşullarının hesaplanmasında öngörülen ısıl işlem Cl. botulinum spor konsantrasyonunu 10¹² adet/ml’den 10⁰ adet/ml’e düşürmeyi amaçlamalıdır. Ancak, 10¹² adet/ml düzeyindeki bir bulaşma tamamen teorik olduğundan, buna dayalı olarak öngörülen sterilizasyon normu, uygulamada yeterli düzeyde emniyet katsayısı içermektedir. Böylece Cl. botulinum sporlarının 10¹² adet/ml’den 10⁰ adet/ml’ye düşürülebilecek boyutlardaki bir ısıl işlem uygulamakla, Cl. botulinum tehlikesi tümden giderildiği gibi, Cl. botulinum’dan daha dirençli ve sağlık açısından zararlı olmayan ve ayrıca ortamdaki sayısı sınırlı diğer sporlar da büyük bir olasılıkla öldürülmüş olmaktadır.

Bu koşullarda D dakika, ortamdaki canlı mikroorganizma populasyonunun %90'ınının öldürülmesi için gerekli ısıtma süresidir. Burada 10^-1 ve 10^-2 gibi değerler sporların canlı kalma olasılığını açıklamaktadır. Örneğin; 10^-1 değeri (1/10 veya % 10) her biri 1 ml spor süspansiyonu içeren 100 deney tüpü 6D süresince ısıtılırsa ve bu deneme yeterli sayıda tekrar edilirse, ortalama sonuçta tüplerin %90'ı steril ve %10' unda ise canlı halde sporların bulunduğunu gösterir. Canlı kalan spor sayısı zamanın fonksiyonu olarak yarı-logaritmik grafiğe alındığında logaritmik canlı kalma eğrisi elde olunur.

12 – D Kavramı

12 D, İndirgeme tam olarak şudur: 1 kg bezelye konservesinde abartılmış yüksek bir değer olarak ısıya en dirençli bakteri sporunun 10³ KOB/g sayıda olduğu varsayılırsa kutuda toplam 10⁶ KOB/kg spor olsun. Isıl işlem sonunda sayının yine abartılmış bir kalite yaklaşımı ile 10^–

6KOB/kg olması hedeflenir. 10^–6 KOB/kg ise şu anlama gelir: Her 10⁶ (1 milyon) kutuda 1

adet canlı kalmış spor. Sonuçta F= (logN₀ - logN) x D formülünde (logN₀ - logN)= (6 - (-6))=

12 olarak hesaplanır. 12 logaritma birimi canlılık azalması demektir.

Yanlış bilgi 1: En küçük bakteri sporu yaklaşık 10^–12 cm³ hacmindedir, buna göre 1 mL içinde en çok 10¹² KOB bakteri sporu bulunabilir. Dolayısı ile 12 D kavramı buradan gelir. Hiç ilgisi yok ve basit matematik hata var. Peki, 1 mL’de 10¹² KOB bakteri sporu varsa standart 1 kg kutuda 10¹⁵ KOB bakteri sporu olacaktır. 12 D indirgeme uygulanırsa her kutuda 10³ KOB spor kalacaktır yani tüm kutularda bir süre sonra bozulma olacağı kesindir. Yabancı kaynakların bir kısmında böyle yazılı ama bir üst paragrafta doğrusu yazılan açıklamalara çok daha sıklıkla rastlanıyor ve en küçük bakteri hacminin yaklaşık 10–12 cm³ hacminde olmasının 12 D kavramı ile hiç ilgisi olmadığı belirtiliyor.

Yanlış bilgi 2; Clostridium botulinum spor sayısını 10¹² KOB/ml’den 10⁰ KOB/mL’ye düşürmek amaçlanır, 12 D kavramı buradan gelir. İyi hoş da konservecilikte 121 ^oC’ta 15 dk.

ısıl işlem uygulanır. Cl. botulinum için nötr pH’da D121= 0,2 dk olup, 15 dk sürede 75 D’lik indirgeme anlamına gelir. Buna göre Cl. botulinum için F= (logN0 - logN) x D formülünde F=

0,2 x 15= 2,4 dk hesaplanır (asıl değer 2,45 dakikadır). Pratik uygulamada bu değer 3 dk olarak ifade edilir ve buna minimum botulin pişirmesi (minimum botulin cooking) denilir.

Görüleceği gibi 121 ^oC’ta 15 dk uygulamanın Cl. botulinum ile hiç ilgisi yoktur.

1 Kg konservede bakteri sporunun 10⁶ KOB/g sayıda olduğu varsayılırsa 10^-6 KOB/Kg spor vardır.

10⁶𝐾𝑂𝐵

𝐾𝑔 10⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 10¹²𝑎𝑧𝑎𝑙𝑚𝑎 𝑠𝑎ğ𝑙𝑎𝑛𝑑𝑖ğ𝑖 𝑖ç𝑖𝑛 12 𝐷 𝑖𝑠𝑖𝑙 𝑖ş𝑙𝑒𝑚 𝑦𝑎𝑝𝑖𝑙𝑖𝑦𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑚𝑒𝑘𝑡𝑖𝑟 ⁻⁶𝐾𝑂𝐵/𝐾𝑔 log 𝑁₀ − log 𝑁 = 6 − (−6) = 12 𝑜𝑙𝑎𝑟𝑎𝑘 ℎ𝑒𝑠𝑎𝑝𝑙𝑎𝑛𝑖𝑟.

10⁻⁶𝑑𝑒𝑚𝑒𝑘 − − − − 1 𝑚𝑖𝑙𝑦𝑜𝑛 𝑘𝑢𝑡𝑢𝑑𝑎 1 𝑎𝑑𝑒𝑡 𝑐𝑎𝑛𝑙𝑖 𝑘𝑎𝑙𝑚𝑖ş 𝑠𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑚𝑒𝑘𝑡𝑖𝑟.

Z – Değeri

Z değeri; D değerinin 10 kat kısalması için sıcaklığın ne kadar yükselmesi gerektiğini ifade eder. Belli bir sıcaklık derecesinde tespit edilen D değerini bir desimal azaltmak için gerekli olan sıcaklık derecesi artışıdır. z değeri bize farklı ölüm sıcaklıklarına mikroorganizmaların direnci hakkında bilgi verir. z değeri bir mikroorganizmanın termal ölümüne ait önemli verilerden birisidir. Mikroorganizmanın cinsi, vejetatif formda veya spor formunda olması ya da ortamın pH’ına bu değer bağlı olmakla birlikte pek çok mikroorganizmanın vejetatif ve spor formlarının z değeri Fahrenheit olarak 10-30, Celcius olarak ise 6-16 ⁰C sınırları içindedir. Buna karşılık büyük bir z değeri (z = 50) ölüm süresinin 10 da birine düşebilmesi için 50°C'lık bir artış gerektiğini gösterir. Bundan dolayı küçük z-değerine sahip reaksiyonların sıcaklık bağımlılıkları oldukça yüksektir; büyük z-değerine sahip olanlar ise sıcaklıktan en az derecede etkilenirler.

Bir mikroorganizmanın belli bir sıcaklıktaki desimal azalma süresinin yani D – değerinin 10 kat kısalması için sıcaklığın ne kadar yükseltilmesi gerektiğini ifade eden bir değerdir.

Aslında ölüm hızını 10 kat artırmak için gerekli sıcaklıktır. Z – değeri ne kadar büyükse mikroorganizmanın sıcaklık yükselmesinden o kadar daha az etkilendiğini ifade eder.

𝑍 = 𝑇₂− 𝑇₁ log 𝐷_𝑇1− log 𝐷_𝑇2 𝐷_𝑇1 = 𝐷_𝑇2. 10^{(𝑇2−𝑇1) 𝑍⁄}

z değeri (Termal direnç eğrisi);Bir mikroorganizmanın farklı T’ ler deki D değerleri T’ ye karşı yarı logaritmik bir grafiğe işlenirse doğrusal bir eğri elde edilir. Bu eğriye denir.

VeyaTermal direnç eğrisinin 1 logaritmik devreyi aşması için gerekli sıcaklık artışına o mikroorganizmanın z- değeri denir. Veya

Bir mikroorganizmanın belli bir T’ deki desimal azalma sürecinin D değerini 10 misli kısaltması için T’ nin ne kadar yükseltilmesi gerektiğini ifade eden bir değerdir. Ölüm hızını 10 kat artırmak için gerekli sıcaklıktır. Bir mikroorganizmanın z değeri ne kadar büyükse bu mikroorganizmanın T yükselmesinden o kadar daha az etkilendiği anlaşılır. Genellikle mikroorganizmaların z değeri 8-15 ⁰C aralığında belirlenir.

z=t2-t1 / log DT1- log DT2

log D

z D:10---1; 10 kat azalma

D₁ 100 T:90⁰C ---100⁰C, z: 10 ⁰C D2

10

(90)T₁ (100)T T (sıcaklık)

Sterilizasyon Değeri (Sd) (Desimal azalma sayısı)

log (N₀/N)=t/D denkleminden yola çıkarak log (N0/N) ifadesi---sabit sıcaklıkta uygulanmış ısıl işlem sonunda ulaşılmış desimal azalma sayısını gösterir.

𝑆𝑑 = log 𝑁₀− log 𝑁 Yeterli Sterilizasyon Değeri (F_T) ve F₀ değeri

Her bir sabit sıcaklıkta belli bir sterilizasyon değerine (Sd) ulaşmak için uygulanması gereken ısıtma süresidir. Bu değer, herhangi bir desimal azalma sayısına ulaşmak için herhangi bir sıcaklıktaki ısıtma süresidir.

𝐹_𝑇 = 𝐷_𝑇 . 𝑆𝑑

DT: Isıl işlemde hedef alınan mikroorganizmanın T sıcaklık daki D değeridir.

Sd: Herhangi bir sterilizasyon değeri (hedeflenen değil, hesaplanmalıdır)

F₀: Referans sıcaklığında (121.1 ⁰C) ulaşılması istenen sterilizasyon değeri (S_N) için

uygulanması gereken ısıtma süresidir. Hedef alınan mikroorganizma açısından hedef alınan düzeyde bir sterilizasyon değeri (SN) ulaşmak için tam 121.1 ⁰C de ısıtma süresidir.

F₀: 121.1 ⁰C için; D0: 121.1 ⁰C için; SN: Hedeflenen (Hedef alınan desimal azalma sayısı;

Ulaşılması hedeflenen değer; sterilizasyon normu)

F0:D0 x SN (Bu işlemde, D değeri herhangi bir sıcaklık değeri değil de bir referans sıcaklık olan 121.1 ⁰C yani 250 ⁰F alınırsa, ve ayrıca sterilizasyon değeri (Sd) herhangi, bir sterilizasyon değeri değil de ulaşılması hedeflenen değer olarak öngörülürse kullanılır).

Letalite: Hedef alınan desimal azalma sayısından (ön görülen sterilizasyon değerinden) farklı bir azalma sayısı (SN) sağlanmışsa,

𝐿 = 𝐷₀. 𝑆𝑑

L: Letalite (Ölüm değeri) (ısıl işlemde hedef alınan mikroorganizma sayısında herhangi bir desimal azalmayı (SN) sağlamak için 121.1 ⁰C’ de ısıtma süresi.

L değeri, F0’ a eşit olmayan bir değerdir. F0’ dan büyük veya küçük bir değerdir.

D_o: 121,1^oC (ısıl işlemde hedef alınan mikroorganizmanın T (121,1^oC) sıcaklığındaki D değeri)

Sd: Sterilizasyon Değeri (herhangi bir desimal azalma sayısı)

Hedef F₀ dır,( F₀:D₀ x S_N ) kullanılır. Farklı olursa L=D0 x Sd kullanılır (örneğin 120 ⁰C).

Referans sıcaklık 121,1^oC ‘de ulaşılması istenen sterilizasyon değeri için uygulanması gereken ısıtma süresi ise aşağıdaki şekilde hesaplanır.

𝐹₀ = 𝐷₀. 𝑆𝑑

Hedef alınan desimal azalma sayısından (ön görülen sterilizasyon değerinden) farklı bir azalma sayısı (Sd) sağlanmışsa,

𝐿 = 𝐷₀. 𝑆𝑑 L: Letalite (Ölüm değeri)

Do: 121,1^oC

Sd: Sterilizasyon Değeri

F değeri (Termal ölüm süresi)

Amaçlanan mikroorganizma inaktivasyonunu sağlamak için gerekli olan ısıl işlem süresi F değeri olarak ifade edilir. Bu değer genelde sabit bir değerdir. Mikroorganizmaların öldürülmesi için ısının belli bir referans sıcaklıktaki dakika cinsinden eşdeğeridir. Söz konusu sıcaklıkta belli bir mikroorganizmanın tümden imha edilmesi için geçen süredir. F değeri 121.1 ⁰C veya farklı bir sıcaklık için hesaplanır. 121.1 ⁰C için olursa bu değer F0 olarak ifade edilir. (F120, F115 vb)

F= D x log N₀-log N

Herhangi bir T sıcaklıkta F0 sağlamaya yeterli ısıtma süresi Letalite olarak tanımlanır.

Herhangi bir sabit T sıcaklığında 1 dak. ısıtmanın o mikroorganizmanın 121.1 ⁰C deki eşdeğer ısıtma süresi,

L= t x 10 (t-121.1)/z

veya (F0= t x 10 (t-121.1)/z

)

Sterilizasyonda hedef, o konserve için belirlenmiş olan F₀ değerine ulaşmaktır. F₀ değerleri her konserve gıda için çeşitli faktörlerin hesaba alınmasıyla bilimsel yöntemlerle belirlemiş yöntemlerdir. F0----121.1 ⁰C’de ısıtma süresi (dak), ulaşılması istenen sterilizasyon değerinde (S_N).

F-değeri, belli bir mikroorganizmanın spor veya vejetatif hücrelerini öldürülebilmesi için ısının belli bir referans sıcaklıktaki dakika cinsinden eşdeğeridir. F-değeri, söz konusu sıcaklıkta belli bir mikroorganizmanın 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 -olarak bilinmektedir. Bazı araştırıcılar, belli sayıda mikroorganizmanın (vejetatif hücre veya spor), belli bir sıcaklıkta ölmesi için geçen süreyi termal inaktivasyon süresi olarak da belirtmektedirler.

Başka bir ifade ile belli bir ortamda, belli sayıda belli bir mikroorganizmanın, belli bir sıcaklıkta ölmesi için geçen süredir. F değerinin anlamlı olması için hangi mikroorganizmanın hangi derecedeki ölüm süresi olduğu bilinmelidir. Mikroorganizmaların ısıl dirençleri ve ısıl işlemlerle öldürülmeleri ile ilgili ilk çalışmalar ABD’de yapıldığından ısıl işlem hesaplamalarında referans sıcaklık 250 °F olarak alınmaktadır. Düşük asitli gıdalarda F değeri bulunurken 250 °F (121.1 °C) referans olarak alınarak 1 dakika sonra elde edilen letal etki F=1 olarak kabul edilmektedir. F değerinin ait olduğu sıcaklık derecesi F harfinin hemen altına yazılır. Örneğin F212, F250 gibi. Eğer sıcaklık Celcius birimi olarak verilirse yine aynı yol izlenerek örneğin F₂₅₀ yerine F_121.1 yazılır. Konserve üretiminde F değeri çok önemlidir.

Konserve kabının en soğuk noktası alınarak hesaplanırsa Fc, kabın tüm noktalarındaki letal etki esas alınarak hesaplanırsa Fs olarak gösterilir.

Sterilizasyonda hedef, o konserve için belirlenmiş bulunan F₀ değerine ulaşmaktır.F₀ değerleri her konserve gıda için çeşitli faktörlerin hesaba alınmasıyla bilimsel yöntemlerle belirlenmiş değerlerdir.

Kendine özgü bir işlem olan et ürünlerinin pastörizasyonunda hedef mikroorganizma D- Streptococcus'dur. Bu mikroorganizmanın desimal azalma süresi D70= 2.95 dakikadır. D- Streptococcus bir patojen olmamakla birlikte, pastörize et ürünlerinde bozulma etmeni olan ve ısıl direnci en yüksek vejetatif bir bakteridir. Et veya et ürününe uygulanan bir ısıl işlemin (pastörizasyon) etkinliği aşağıdaki eşitlikle tanımlanabilir.

F = D (logNo–logN)

N0: Başlangıç mikroorganizma sayısı N: İşlem sonrası mikroorganizma sayısı

D: Mikroorganizmaların %90 ölmesi için gecen süre.

Mikroorganizmaların öldürülmesi için ısının belli bir sıcaklıktaki dakika cinsinden değeridir.

Söz konusu sıcaklıkta belli bir mikroorganizmanın tümden yok edilmesi geçen süredir.

𝐹 = 𝐷. log𝑁₀ 𝑁

Herhangi bir sabit T sıcaklığında 1 dakika ısıtmanın o mikroorganizmanın 121^oC ‘de eş değer ısıtma süresi olarak hesabında aşağıdaki eşitlik kullanılır.

𝐿 = 𝑡 . 10^{(𝑇−121) 𝑍⁄} Veya 𝐹₀ = 𝑡 . 10^{(𝑇−121) 𝑍⁄}

Bozulma Olasılığı

1

𝑟 = 𝑁₀ 10^{𝐹 𝐷⁄}

İşlenmiş bir ürünün toplam partideki bozulmuş kutu sayısını hesaplamak için kullanılmaktadır.

AMBALAJLI GIDALARDA ISI AKTARIMI

Isıl işlem koşullarının saptanmasında bilinmesi gereken ikinci parametre ısıl işlem sırasında ambalajlı üründe ısı aktarımıdır. Isıl işlem uygulanan gıdanın sıcaklığı, öngörülen sıcaklığa bir anda erişebiliyor ve aynı şekilde bir anda soğuması sağlanabiliyor olsaydı, bu işlemin sterilizasyon değeri çok kolaylıkla hesaplanabilirdi. Sıvı haldeki gıdaların ısıl işlemle muhafazasında kullanılan UHT, HTST ve benzer yöntemlerde bu olguya oldukça yaklaşılmaktadır. Ancak meyve ve sebze konservesi gibi gıdalarda ürün ambalaja doldurulduktan sonra bir otoklavda ısıl işlemin gerçekleştirilmesi zorunludur. Bu uygulamada ambalaj içindeki gıdanın bir anda istenen sıcaklığa erişmesi mümkün olmadığı gibi, ayrıca ambalaj içinde sıcaklık dağılımı da farklıdır. Belli bir zaman periyodunda ısıl işlem yoluyla artırılan sıcaklık, mikroorganizmaların öldürülmesi ve enzimlerin inaktif hale getirilmesinde rol oynar. Daha önce de belirtildiği gibi amaç işlem sonucunda gıda kalitesinin korunması ve besin değerindeki kayıpların minimum düzeyde tutulmasıdır. Bunun için de her ürüne özgü ısıl işlem koşullarının saptanması zorunludur.

Üründe bulunan mikroorganizmaların inaktivasyonu için gerekli ısıtma süresi ve sıcaklığı ürünün tümüne uygulanarak amaca ulaşılabilir. Bu bakımdan ısıl işlem sırasında üründeki sıcaklık değişiminin ve üründe en geç ısınan noktaların bilinmesi gerekmektedir. Isıl işlem uygulamalarında ürünün dayanıklı hale getirilebilmesi için; ürün önce uygun bir kaba doldurulmakta ve bu amaçla çoğu zaman teneke kutular kullanılmaktadır. Uygun şekilde doldurulan kutular daha sonra ısıtılırlar. Isı, ısıtıcı ortamdan kabın çeperlerine ve ürüne aktarılır. Isıl işlem sona erdikten sonra kap içindeki ürün çoğu zaman soğuk su ile soğutulur.

Isı aktarımındaki itici güç, birbiriyle fiziksel veya termal temas halindeki iki ortam arasındaki sıcaklık farkıdır. Konservelerde uygulanan ısıl işlemin süre ve sıcaklığını, daha önce belirtilen mikroorganizmaların ısıya karşı dirençleri yanında diğer bazı faktörler de etkilemektedir.

İşlem sırasında ambalaj içinde ısı aktarımı uygulanan işlemi etkilediğinden, gıdalarda optimum ısıl işlem koşulları belirlenirken kap içindeki sıcaklık değişimleri de göz önüne alınmalıdır.

Isıl işlem sırasında ambalajlı bir gıdada ısı, konveksiyon (ulaşım) ve/veya kondüksiyon(iletim) olmak üzere iki yolla aktarılır. Isının konveksiyonla aktarımı moleküllerin hareketi yoluyla olduğu halde, kondüksiyonla aktarımda ısı molekülden komşu moleküle geçmektedir.

Ambalaj içinde ısı aktarımı ürünün fiziksel yapısına bağlı olarak konveksiyon, kondüksiyon veya bir arada oluşan kondüksiyon/konveksiyon yoluyla gerçekleşmektedir.

Ambalaj içinde konveksiyonla ısı aktarımının gelişmesi, aşağıdaki şekilde tanımlanmaktadır:

Isınma başlayınca ambalaj çeperini kondüksiyonla aşan ısı, içeride önce bu çeperlere değen kısımdaki sıvının ısınmasına neden olur. Isınan bu sıvının yoğunluğu düşer ve yukarıya doğru hareket eder. Böylece ortamdan yukarı doğru bir sıvı hareketi başlar ve kabın tepesinde adeta ısınmış bir sıvı katmanı toplanır. Ambalajın iç kısımlarındaki daha düşük sıcaklıktaki sıvı, yukarı doğru hareket etmiş olan sıcak sıvının yerini doldurmak için oraya akar. Bu şekilde kapta oluşan ısınma biçimine doğal konveksiyonla ısınma denir. Görüldüğü gibi

konveksiyonu oluşturan güç, sıcaklık farkıdır. Bu yüzden bu tip konveksiyona ayrıca termal konveksiyon da denmektedir.

Isıl işlem sırasında ürünün özelliklerini sıcaklığa bağlı olarak değişmesiyle ısı aktarım mekanizması kondüksiyondan konveksiyona veya konveksiyondan kondüksiyona dönüşebilir.

Jellerde ısıl işlem sırasında başlangıçta kondüksiyon ile aktarılan ısı daha sonra konveksiyona, diğer taraftan, nişasta esaslı çorba ve soslarda mekanizma konveksiyondan kondüksiyona dönüşmektedir.

Soğuk Nokta: Konservelerde uygulanan ısıl işlemin süre ve sıcaklık derecesi mikroorganizmaların ısıya dirençleri yanında diğer faktörlerde etkilemektedir. Isı enerjisi yalnız bir yönde yani sıcak bölgeden soğuk bölgeye hareket eder. Eğer sıcak ve soğuk kütleler birbirleri ile temas ettirilirse sıcak kütle soğurken soğuk kütlede ısınır. Konserve kaplarındaki gıdaların ısınması da aynı prensibe dayanır. Konserve kaplarında ısı iletimi kondüksiyon (molekülden moleküle aktarım, katılarda) ve konveksiyon (moleküllerin hareketi, sıvı veya gazlarda) olmak üzere iki şekilde gerçekleşir. Isınan sıvının yoğunluğunun azalması ile oluşan sirkülasyon, ısının hızla yayılmasını sağlar. Isının yayılması gıda maddesinin fiziksel özelliklerine bağlı olarak değişir.

Sıvı gıdalarda--- konveksiyonla yayılım.

Et konservesi (daha çok katı)---kondüksiyonla yayılım

Sıvı+katı (armut,şeftali konservesi)---konveksiyon + kondüksiyon yayılım

Isıl işlem esnasında ısınmakta olan bir konserve kabı içinde bütün noktalar aynı anda aynı sıcaklık derecesine ulaşamazlar. Kap içinde daima geç ısınan bir nokta bulunur. Buraya soğuk nokta veya kritik bölge denir. Soğuk noktanın yeri ısınmanın kondüksiyon veya konveksiyonla olmasına göre değişir. Termokapl ile bu nokta kontrol edilir. Bu noktada ısınmışsa kabın tamamı ısınmış demektir.

Soğuk noktanın, en geç ısınan veya başka bir deyimle ısıl işlemin ısıtma peryodunda daima en düşük sıcaklığa sahip olan nokta olduğu göz önüne alınınca, bir konservede istenen düzeydeki sterilitenin mutlaka burada sağlanması gerektiği sonucuna varılır. Isıl işlem parametrelerinin hesaplanmasında önce soğuk noktanın yerinin belirlenmesi ve sonra ısı girişiminin burada ölçülmesi ve tüm hesaplamaların bu verilere dayandırılması gerekir. Isıtıcı ortamdan kutu içlerine ısının akışına (gıdanın fiziksel özellikleri, ambalaj nitelik ve boyutlarına göre) “ısının penetrasyonu” ya da “ısının sızması” denir. Isının, kutu içindeki penetrasyonu sonucunda kutu içindeki gıda dıştan içeriye doğru ısınırken, tüm ısıl işlem süresince, ambalaj içinde en geç ısınan bölgeye (zon) “soğuk nokta” denir. Isıl işlem koşullarının hesaplanmasında; önce bu bölgenin yerinin belirlenmesi, sonra buraya ısının penetrasyonunun sağlanması gereklidir.

Ölçümü ve kaydı gerekli sıcaklıklar daima soğuk noktalara aittir. Geometrik merkez, çoğu düzgün şekilli kapların merkezi soğuk noktadır. Sıvılar içinde bulunduğu kabın şeklini alır.

Kap düzgün şekilli ise;