Microbiologie

Grafiek 1. Afstervingscurve van Clostridium sporogenes bij 121ºC.
Op deze grafiek kunnen we zien hoe lang er verhit moet worden om het aantal sporen van 10⁵ tot 10⁴ te laten dalen.
Verder zien we dat het vervolgens net zo lang duurt om van 10⁴ naar 10³ te gaan.

Opgave Vul onderstaande tabel in met behulp van de gegevens uit bovenstaande grafiek: 1 minuut 2 minuten 3 minuten 4 minuten 5 minuten
nu met antwoorden, dus ingevuld

Opgave:Vul nu de volgende tabel in:

 

De decimale reductietijd
De decimale reductietijd is de tijd nodig om bij een verhitting 90% van de bacteriesporen te laten afsterven.

Opgave:
Wat is in bovenstaand voorbeeld de decimale reductietijd?
1 minuut, elke minuut neemt hat aantal levende micro-organismen met 90% af. Maar elke minuut sterft er een ander aantal micro-organismen af!

De decimale reductietijd verschilt per verhittingstemperatuur.
Hoe hoger de temperatuur, hoe korter de decimale reductietijd.

Hieronder staat een grafiek met daarin twee afstervingscurven van hetzelfde micro-organisme maar bij verschillende temperaturen.

Opgave:
Hoeveel micro-organismen zijn er na 3 minuten bij 121ºC? en hoeveel na 3 minuten bij 115ºC ?
Na 3 minuten 121ºC  zijn er 100 per ml

Na 3 minuten 115ºC  zijn er 10.000 per ml (1 decimale reductie in 3 minuten, D = 3 minuten)

 

Opgave:
Wat is de decimale reductietijd bij 115ºC?

Na 3 minuten 115ºC  zijn er 10.000 per ml (1 decimale reductie in 3 minuten, D115 = 3 minuten)

 

De hitteresistentie van de bacteriespore verschilt sterk per bacteriesoort. In onderstaande tabel is dat te zien.

Omdat de afsterving van Clostridium botulinum van groot belang is in de levensmiddelenindustrie stelt men als eis dat er minimaal 12 decimale reducties van de sporen van C.botulinum moeten hebben plaatsgevonden.

Als we met zo'n sterke afsterving te maken hebben en zulke (relatief) gevoelige micro-organismen dan komen we op zeer lage aantallen uit.

Opgave bij tabel:
IN het begin zijn er 100.000 sporen van Clostridium botulinum

Opgave:
Wat is de decimale reductietijd van Clostridium botulinum bij 121ºC?
0,2 minuut (zie tabel)
Opgave:
In hoeveel tijd hebben er twaalf decimale reducties plaatsgevonden?
12 decimale reducties duren 12 keer 0,2 minuut = 2,4 minuten
Opgave:
Hoeveel micro-organismen zijn er dan nog over per ml?

In het laatste antwoord krijgen we toch een wat raar getal, waarbij je je niet zoveel bij kunt voorstellen.
Want wat is nou 1/10.000.000 spore per ml?
Je kunt het ook anders uitdrukken:
nl. 1 spore op 10.000.000 ml.
En als het verpakkingseenheden van een liter zijn, dan kun je zeggen 1 spore op 10.000 blikken.
Of nog anders de kans dat er nog een spore in een blik zit is 1 op 10.000 !
Met zulke kansen wordt gewerkt en niet met een gewenst eindresultaat als bijvoorbeeld alle sporen moeten dood zijn.

Behalve de hitteresistentie is voor een goed eindresultaat de beginconcentratie van groot belang.

Opgave:
Als je niet met 10.000 sporen van C.botulinum begint maar met 100 sporen per ml, welk eindresultaat bereikt men dan bij dezelfde temperatuur en tijd?
Druk dit resultaat eens uit in een kans waarbij je uitgaat van 1000 ml blikken. Wat wordt de kans bij 100 ml blikjes

 

Het eindresultaat is nu 1 op 10.000.000.000 ml

dat is 1 op 10.000.000 litersblikken

of  1 op 100.000.000 blikjes van 100 ml

 

Er zijn nog andere thermoresistentiewaarden:

F-waarde.

De F-waarde is de verhittingstijd nodig om een bepaald gewenst(=zelf geformuleerd) eindresultaat te bereiken. Dit eindresultaat wordt in een kans uitgedrukt, d.w.z. in de kans dat een product kan bederven doordat er nog een(1) overlevend micro-organismen.(in de praktijk ) aanwezig is?
Deze F-waarde hoort ook voorzien te zijn van een temperatuurwaarde.
Deze F-waarde hangt van dezelfde factoren af als de D-waarde en van de beginconcentratie (thermoresistente) micro-organismen.
Weet men van een bepaald product de D-waarde, de beginconcentratie van de meest thermoresistente sporen en de gewenste eindsituatie dan kan de F-waarde worden berekend.

Z-waarde
Dit is het aantal graden waarmee de temperatuur van de hittebehandeling verhoogd (resp.verlaagd) moet worden om een decimale reductietijd te bereiken die 10 keer korter (resp.langer) is.
Weet men een(1) D-waarde en de Z-waarde dan kan men een grafiek(lijn) maken waarop alle andere D-waarden zijn af te lezen. Omgekeerd is het mogelijk om m.b.v. twee D-waarden een grafiek(lijn) te maken waaruit de Z-waarde is af te lezen.
Vervolgens maakt men dan een grafiek door het punt 1 minuut en 121ºC een lijn te trekken evenwijdig aan de eerder gemaakte lijn. Uit deze laatste lijn de zogenaamde Fo referentielijn kan men in een oogopslag nagaan hoeveel keer langer men bij een andere temperatuur als 121 C moet verhitten.

 

Oefenopgaven:
Een en ander zal met onderstaande opgaven worden geoefend:

Opgave 1.a. Champignonsoep

GEGEVENS:
Een partij blikken champignonsoep bevat 1000 thermoresistente sporen per blik van mesofiele bederf veroorzakende micro-organismen.
De volgende thermoresistentiewaarden voor dit product zijn:
D 121=0,9 minuut, z=10 °C.
Men streeft naar een maximale uitval t.g.v. bederf van 1 op 100.000 blikken.


OPDRACHTEN:

Hoelang dient men hiertoe bij 121 C te verhitten?
Aantal op 0 minuten is 1000 per blik

D121=0,9minuut

Het doel is 0,00001per blik (= 1 per 100.000 blikken)

Van 1000 (=10³ naar 1 op 100.000=10^-5 is 8 decimale reducties.

Deze 8 decimale reducties duren 8 X 0,9 minuten= 7,2 minuten

Zet in een grafiek het verband uit tussen D-waarde en temperatuur. (semilogpapier)

klik op de afbeelding voor een grafiek op ware grootte (de D waarde bij 115 C staat er al op vermeld, is hier nog niet gevraagd)
Zet op hetzelfde papier de Fo referentielijn.

 

 

 

klik op de afdeling voor een grafiek op ware grootte (de D waarde bij 115 °C staat er al op vermeld, is hier nog niet gevraagd) nu met F0 lijn
Als blijkt dat 121 °C een te hoge temperatuur is voor dit product wil men bij 115 C verhitten, hoelang dient men dan te verhitten?Geef redeneringen, berekeningen en de hulpgrafiek.
Er zijn 2 manieren:

Met de oude=eerste grafiek, zoek de D-waarde bij 115 °C op, deze is 3,6 minuten, antwoord wordt 8 X 3,6 minuten = 28,8 minuten
of

met de F0 lijn, kijk bij 115 C, hier staat 4 minuten, heeft hetzelfde effect als 1 minuut 121 °C, dus 4 keer zo lang verhitten, dus 4 keer 7,2 is 28,8 minuten

Na het maken en bespreken van bovenstaand voorbeeld is hopelijk duidelijk dat met behulp van enkele gegevens (*welke?) voor elke temperatuur het steriliserend effect vastgesteld kan worden. Dus ook het dodend effect tijdens het opwarmen en afkoelen(boven de 100 °C) kan bepaald worden zodat de verhitting bij 121 °C korter kan zijn dan wanneer men alleen rekening zou houden met het steriliserend effect van 121 °C.

Opgave 1b. Vervolg Champignonsoep

GEGEVENS:

Bij het verhitten van de bovengenoemde champignonsoep zijn de volgende temperaturen en bijbehorende tijdstippen gevonden:

tijd temperatuur,

1 102 C
6 106 C
11 111 C
16 114 C
21 121 C
26 121 C
31 121 C
36 114 C
41 111 C
46 106 C
47 102 C
daarna 100 C en lager

OPDRACHT:

Ga met de bij opgave 1 gemaakte grafiek eens na wat het effect is van de opwarmtijd bij de verschillende temperaturen(in bovenstaande tabel) en vergelijk het effect van 1 minuut verhitten bij bijv.102 °C met het effect van 1 minuut bij 121 °C.

dus 1 minuut 102 °C =.1/85 ....... minuten 121 °C
1 minuut 106 °C =1/32.... ...... minuten 121 °C
1 minuut 111 °C =..1/10.......... minuten 121 °C
1 minuut 114 °C =..1/5...........minuten 121 °C

hier de ingevulde tabel:

 

Als je dit weet kun je van de opwarm- en afkoeltijd gaan uitrekenen met hoeveel minuten sterilisatietijd deze te vergelijken zijn. De eerder berekende sterilisatietijd kan dan bekort worden door dit effect ervan af te trekken.

OPDRACHT:

Wat wordt de sterilisatietijd in de praktijk?

7,2 minuten - 3,4 minuut = 3,8 minuut

Opgave 2 Tomatensoep (antwoorden komen nog...)

GEGEVEN:

Een partij litersblikken tomatensoep met gehaktballetjes bevat 10⁶ micro-organismen (thermoresistente sporenvormers) per ml. Men wil deze blikken zodanig verhitten dat de kans op een bedorven blik na afloop maximaal 1 op 10⁶ is.
De bekende thermoresistentiewaarden zijn:
D 121 °C= 0,05 minuut
D 120 °C= 0,08 minuut

GEVRAAGD:

Hoelang moet je verhitten bij 110 °C?
Geef redeneringen, berekeningen en grafieken.
Maak eerst een grafiek:


Je ziet in de grafiek dat de D-waarde 10,1 minuten is.
Je begint met 10⁶ micro-organismen (thermoresistente sporenvormers) per ml.

En na afloop van de verhitting mag er nog 1 spore per 106 blikken (= liters)
, dat is 1 op 10⁹ ml en dat is 10 ^-9 per ml(let op -teken)

Je gaat dus van 10⁶ micro-organismen (thermoresistente sporenvormers) per ml naar 1 op 10^-9 ml. dat zijn 15 decimale reducties. Die duren bij 110C 15 X 10,1 minuten = 151,5 minuten.


Wat is de Z-waarde?
4,8°C (zoek bijvoorbeeld op in de grafiek bij welke temperatuur de D-waarde

0,8 is (dus 10 X zo hoog als 0,08), dat is bij 124,8 °C, dus 4,8°C hoger dan bij 120°C (waar de D 0,08 is).

GEGEVEN:
Er mag niet langer dan 30 minuten verhit worden anders vallen de gehaktballetjes uit elkaar terwijl de smaak en kleur door een te hoge temperatuur achteruit gaan.

GEVRAAGD:
Welke temperatuur is de optimaal voor tomatensoep met gehaktballetjes?
We nemen 30 minuten als toegestane tijd, hierin moeten de vereiste 15 decimale reducties plaatsvinden. Dus 1 decimale reductie mag 2 minuten duren. Bij een decimale reductietijd van 2 minuten hoort de temperatuur van 113,4°C
Hoeveel keer langer moet je nu verhitten vergeleken met soep die bij 121 C verhit mag worden?
Haal dit uit de Fo referentielijn!!
40 keer zo lang (kan iets afwijken als de lijn niet helemaal netjes is getrokken)

 

Opgave 3. Sperzieboontjes

GEGEVEN:

Een partij 100ml sperzieboontjes bevat 10⁵ thermoresistente sporen per ml.
Men streeft naar een maximale kans op bederf van 1 op 10⁶.
D 125 = 0,1 minuut
D 110 = 1,7 minuut

GEVRAAGD:

Wat is de Z-waarde?

12,2 C Zie grafiek:

 

Hoelang moet je bij 121 verhitten?
Je moet hiervoor 2 dingen weten. Ten eerste het aantal noodzakelijke decimale reducties.
Hoeveel zijn er aan het begin?:10⁵ thermoresistente sporen per ml, maar vertaal dit naar aantal per blik, het blik bevat 100 ml, dus 107 thermoresistente sporen per blik

Hoeveel na afloop? 1 op 10⁶ blikken dat 10 ^-6per blik.
Dus van 107 thermoresistente sporen per blik naar 10^-6per blik.
Dat is 13 decimale reducties.

Ten tweede de D-waarde bij 121 C, zoek die op in de grafiek: 2,5 minuut.

13 decimale reducties duren 13 X 2,5 is: 32,5 minuten.

Hoelang moet je bij 116 verhitten? Gebruik de Fo referentielijn.
Zie grafiek: 2 keer zo lang als bij 121 C dus 65 minuten

Hoelang mag je bij 121 verhitten als je ook het dodend effect van de voorverwarming en afkoeling meetelt?

100 C 1 minuut
105 C 1 minuut
110 C 1 minuut
115 C 1 minuut
121 C ... minuten
115 C 1 minuut
110 C 1 minuut
105 C 1 minuut
100 C 1 minuut

Zoek in de f0 referentielijn het effect op tov 1 minuut 121 C

D 100 C = 75  dus 1 minuut 121 is gelijk aan 75 minuten 100 C.

D 105 C = 24  dus 1 minuut 121 is gelijk aan 24 minuten 105 C.

D 110 C = 7,5  dus 1 minuut 121 is gelijk aan 7,5 minuten 110 C.

D 115 C = 2,5  dus 1 minuut 121 is gelijk aan 2,5 minuten 100 C.

 

100 C 1 minuut =1/75 minuut 121
105 C 1 minuut =1/24 minuut 121
110 C 1 minuut = 1/7,5 minuut 121
115 C 1 minuut
121 C ... minuten
115 C 1 minuut
110 C 1 minuut
105 C 1 minuut
100 C 1 minuut

 

enzovoort alle "vergelijkingsminuten" bij elkaar optellen en aftrekken van de vereiste minuten bij 121 C!