Produktsterilisationszeit: Wie berechnet man sie?

Wie berechnet man  die Sterilisationszeit genau? Die Berücksichtigung des Zeit-Temperatur-Verhältnisses ist wichtig, um eine ordnungsgemäße Sterilisation zu gewährleisten. Darüber hinaus ist die Verwendung biologischer Referenzindikatoren von entscheidender Bedeutung. Dabei handelt es sich um Mikroorganismen, die gegen Sterilisation resistent sind. Die Messung der Zeit, die für die Vernichtung benötigt wird  , ermöglicht es, die Sterilisationszeit zu definieren, die für ein bestimmtes Produkt und einen bestimmten Sterilisator erforderlich ist.

Sterilisationszeit: Definition

Die Sterilisationszeit ist die Dauer der Behandlung, die angewendet werden muss , um pathogene Mikroorganismen zu eliminieren. Dabei handelt es sich vor allem um Viren, Bakterien und Sporen, die auf und in einem Produkt sowie in seiner Verpackung vorhanden sind. Diese Sterilisationszeit gewährleistet die Sicherheit und ordnungsgemäße Konservierung der Lebensmittel.

Für die Sterilisation stehen verschiedene Technologien zur Verfügung :

• Zerstörung von Mikroorganismen durch Wärmediffusion (Wasser, Wasserdampf unter Druck, im Autoklaven oder kontinuierlich);
• Zerstörung von Mikroorganismen durch Gamma- oder Röntgenstrahlung;
• Zerstörung von Mikroorganismen durch Ethylenoxidgase.

Steritech-Autoklaven behandeln Produkte durch Diffusion von Wärme durch Dampf oder heißes Wasser. Wie Sie die Sterilisationszeit berechnen können, erfahren Sie hier.

Methode zur Berechnung der Sterilisationszeit

Die Sterilisation von Konserven oder Lebensmitteln folgt einer mathematischen Logik. Es wird von zwei Gesetzen bestimmt, die die Anzahl der Mikroorganismen in Abhängigkeit von der Zeit verringern.

Die gewählte Sterilisationszeit ist diejenige, die einer „effektiven“ Sterilisation entspricht. Diese Wärmebehandlungseffizienz wird anhand  der Anzahl der dezimalen Reduktionen der Mikroorganismenbelastung (geteilt durch 10) gemessen.

Um die Berechnungen zu vereinfachen, verwendet die Industrie den Sterilisationswert F0, den wir im Folgenden erläutern werden.

Einer der biologischen Indikatoren für die Sterilisation von Lebensmitteln ist Clostridium botulinum. Es handelt sich um ein Bakterium, dessen Sporen sehr hitzebeständig sind.

Die Zerfallsgesetze von Mikroorganismen

Das erste Sterilisationsgesetz misst die Eliminierung von Mikroorganismen in Abhängigkeit von der Zeit. Er drückt die Zeit (DT) aus, die der Prozess benötigt, um  die Anzahl der Mikroorganismen bei einer konstanten Temperatur T  um den Faktor 10 (ein Log)  zu reduzieren.

Der zweite Hauptsatz der Sterilisation quantifiziert eine Temperaturschwankung (z). Es misst die zusätzliche Temperatur, um die Wärmebehandlungszeit eines Stammes zu reduzieren. Damit wird die Resistenz von Mikroorganismen gegen Temperaturschwankungen abgeschätzt.

Bei den meisten Schimmelpilzen und Bakterien liegt „z“ zwischen 6 und 14 °C und normalerweise bei etwa 10 °C.  In der Praxis bedeutet dies, dass durch eine Erhöhung des „z“ um 10°C die Sterilisationszeit durch 10 geteilt wird.

Aus diesen Beobachtungen geht hervor, dass die Reduktion von Mikroorganismen durch Wärmebehandlung einer exponentiellen Zerfallskurve folgt.

Für diese Dezimalreduktionszeit  existiert eine Berechnungsformel  mit der Bezeichnung DT:

BMK = t/(log_{10N0 – log10N)}

Mit:

N0 => Anzahl der Mikroorganismen, die zum Zeitpunkt t = 0 im Produkt vorhanden sind;

N = > Anzahl der Mikroorganismen zum Zeitpunkt t (nach der Behandlung).

Lassen Sie uns dies anhand einiger Beispiele veranschaulichen,  die in der folgenden Tabelle auf Clostridium botulinum Typ A angewendet werden:

Die verwendete Berechnungsformel lautet: DT = DTref x 10 ^{(TB -T)/z}. Mit der Kenntnis des „z“ (10 °C) und eines DT0-Wertes kann für jede Entfernungstemperatur von Clostridium botulinum Typ A der passende DT-Wert berechnet werden.

Erläuterung des Sterilisationswertes F0

Um die Intensität von Wärmebehandlungen miteinander zu vergleichen, verwendet die Industrie den Sterilisationswert. In Europa ist es mit VS (Sterilising Value) bewertet. Es ist für die Wärmebehandlung bei einer Temperatur über 100 °C vorgesehen.  In nordamerikanischen Publikationen wird der Sterilisationswert mit F bewertet.

Wenn es um den Pasteurisierungswert geht, wird er als VP (Pasteurizing Value) bezeichnet. Es handelt sich um eine Wärmebehandlung, die bei weniger als 100 °C durchgeführt wird.

Aus technischer Sicht spiegelt der Sterilisationswert die Intensität der Wärmebehandlung wider, die auf ein Produkt angewendet wird. Eine kumulative Menge, ausgedrückt in Minuten, der Sterilisationswert ist der thermische Verlauf der Behandlung. Sein Profil ist das Zeit- und Temperaturpaar.

Detail der Berechnung des Sterilisationswertes F

Der Sterilisationswert misst also die Intensität einer Wärmebehandlung. Diese Behandlung wird durch Vorschriften geregelt, die sie als Mittel zur „Zerstörung oder vollständigen Hemmung von Enzymen einerseits und von Mikroorganismen und deren Toxinen andererseits“ definieren (Technische Anweisung Nr. 2015-364 DGAL/SDSSA).

Die Formel für den Sterilisations- oder Pasteurisierungswert lautet wie folgt:

VS oder VP = ∫t010 ^{(T-Tref)/z.dt}

Mit den folgenden Werten:

t => Dauer der Wärmebehandlung;

T => Temperatur des Erzeugnisses während der Verarbeitungszeit;

Tref => Referenztemperatur der Berechnung;

z => zuvor definiert (Temperaturdifferenz).

In der Regel sind hier die Temperaturen, die die Hersteller verwenden:

Anwendung des sterilisierenden Wertes

Der VA- oder F0-Wert ermöglicht es, Zeit-/Temperaturkombinationen zu erhalten, um mit dem gleichen Wert zu sterilisieren. Diese unterschiedlichen Drehmomente gelten für den Autoklaven oder die kontinuierliche Sterilisation. Die folgende Tabelle enthält ein Beispiel für vier Zeit-/Temperaturpaare, die auf den Kern des Produkts angewendet werden, um einen 3-Minuten-VS oder F0 zu erhalten:

Wie übersetzt man das erste Temperatur-Zeit-Paar? Das bedeutet, dass Sie im Kern des Produkts 110 °C erreichen und diese Temperatur im Kern 38,6 Minuten lang halten müssen, um eine F0 von mindestens 3 Minuten zu erhalten. Um den gleichen Sterilisationswert in kürzerer Zeit zu erreichen, ist es möglich, die Temperatur zu erhöhen: Bei 121 °C im Kern des Produkts dauert es nur 3 Minuten, um den 3-Minuten-Sterilisationswert zu erreichen.

In-Prozess-Sterilisationskontrollen

Um festzustellen, ob eine Wärmebehandlung geeignet ist, muss während der Behandlung eine Kontrolle durchgeführt werden. Diese besteht darin, die Kerntemperatur des Produkts in Echtzeit zu messen. Dieser Prozess ermöglicht es der Software, den F0-Sterilisationswert des Produkts zu berechnen.

Autoklaven, die mit Temperaturfühlern ausgestattet sind, ermöglichen es, diesen Vorgang automatisch durchzuführen. Je nach verwendetem Steuerungssystem geht das Gerät bei Erreichen des Sterilisationswertes in die Kühlung.

Validierung des Sterilisationsprozesses durch Zeugen und Proben

Um zu überprüfen, ob ein Produkt oder eine Zubereitung den Sterilisationsprozess durchlaufen hat, gibt es zwei mögliche Lösungen:

• Physikalisch-chemische Kontrollen : wärmeempfindliche Streifen, die auf Produkte oder deren Verpackung aufgebracht werden (nicht überprüfen, ob die Wärmebehandlung für das Produkt geeignet ist). Diese Überprüfung wird während des Zyklus durchgeführt und am Ende des Zyklus überprüft.
• Messung des pH-Werts in Dosen durch einen Stabilitätsmessplan: Unterschiedliche Werte der Kontrolle weisen auf eine mikrobielle Kontamination hin (die Standards variieren je nach Produkt). Diese Analysen werden nach dem Zyklus durchgeführt und müssen zuvor nach einem genau definierten Stabilitätsanalyseplan durchgeführt werden.

Sterilisationsnachweis durch Vergleich

Es ist auch möglich, einen thermischen Sterilisationsprozess durch einen Vergleich von Werten zu verifizieren. Dabei werden biologische Schädlingsbekämpfungsmittel als Probe des hitzeresistenten Referenzmikroorganismus nach der Behandlung eingesetzt.

• Anfangskonzentration des Referenzmikroorganismus;
• Endgültige Konzentrationsrate des Referenzmikroorganismus.

Die endgültige Konzentrationsrate drückt die Überlebenswahrscheinlichkeit des Mikroorganismus aus. Sie sollte viel niedriger sein als die Ausgangskonzentration.

Wert der Berechnung der Sterilisationszeit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Sterilisationswert eine thermobiologische Funktion zur Bestimmung der Sterilisationszeit bei einer gegebenen Temperatur ist. Es bietet die Anzahl der Minuten, die benötigt werden, um Mikroorganismen zu eliminieren.

Es kann verwendet werden , um automatische Sterilisationsgeräte einzurichten. Es ist eine Möglichkeit, erhebliche Energieeinsparungen über einen gesamten Produktionszyklus zu erzielen.

Steritech bietet optimierte Sterilisationslösungen. Wir verkürzen die Sterilisationszeit um 25%. Im Autoklaven oder bei der kontinuierlichen Sterilisation entsprechen Ihre Produkte den geltenden Vorschriften. Um mehr zu erfahren, kontaktieren Sie uns unter +33 388 710 433 oder über unser Kontaktformular.