MAPOVANIE TEPLÔT
V AUTOKLÁVE

Tepelné spracovanie potravín predstavuje základný proces zabezpečujúci mikrobiologickú bezpečnosť výrobkov určených pre spotrebiteľský trh, pričom mapovanie teploty v autokláve je kľúčovou validačnou metódou, ktorá umožňuje dosahovať požadované parametre procesu. Každý tepelný proces vyžaduje dostatočné množstvo tepla dodané do obsahu obalov, aby sa eliminovali všetky mikroorganizmy spôsobujúce potenciálne ochorenia, otrávania alebo porušenie potravín, čo nielen zaručuje bezpečnosť pre konzumentov, ale zároveň garantuje požadovanú trvanlivosť produktu za správnych skladovacích podmienok na cieľových trhoch. Takáto úroveň kontroly letalít je dosiahnuteľná iba vtedy, keď je výkonnosť retortového zariadenia dôkladne pochopená a dokumentovaná prostredníctvom presného mapovanie teploty v autokláve.

Dôvody nutnosti mapovania teploty v autokláve

Kontrola tepelného procesu môže byť dosiahnutá výlučne vtedy, keď sú úplne poznané prevádzkové charakteristiky retortového zariadenia. Je nevyhnutné vedieť, ako rýchlo sa nádoba zahrieva a stabilizuje na nastavenej cieľovej teplote, kde presne sa nachádzajú chladné zóny v priestore autoklávu a aký teplotný diferenciál existuje medzi nimi a nastaveným bodom počas celého retortového cyklu. Mapovanie teploty v autokláve poskytuje odpovede na otázky týkajúce sa konzistencie lokalizácie chladných zón pri úplnom alebo čiastočnom zaťažení nádoby, či sa tieto zóny pohybujú alebo menia svoju hodnotu, aký je vplyv dodávok médií a akým spôsobom prebieha chladiaci výkon vrátane identifikácie najrýchlejších a najpomalších oblastí chladenia.

Poznatky o umiestnení chladného bodu je potrebné rozšíriť na formát obalu, ktorý má byť spracovaný, keďže chladný bod sa mení v závislosti od tvaru nádoby a je ovplyvnený buď vodivým, alebo konvekčným spôsobom ohrevu obsahu balenia. Vodivý ohrev znamená, že teplo sa prenáša v obale z jedného prvku na druhý bez miešania produktu, pričom ohrev aj chladenie obsahu je vo všeobecnosti pomalé a agilácia obalu s potravinami neovplyvňuje rýchlosť prenosu tepla. Konvekčný ohrev charakterizujú silné konvekčné prúdy s pohybom a miešaním obsahu balenia, kde je ohrev aj chladenie obsahu všeobecne rýchle a agilácia balenia s potravinami pozitívne ovplyvňuje rýchlosť prenosu tepla. Mapovanie teploty v autokláve teda musí zohľadňovať tieto rozdiely v mechanizmoch prenosu tepla.

Ak prevádzkovateľ potravín používa niekoľko retortov, všetky by mali byť zmapované pomocou procesu mapovanie teploty v autokláve. Pre každý retort je nutné poznať pozíciu chladného bodu a identifikovať variácie v distribúcii teploty počas fázy ohrevu, udržiavania a chladenia. Keď je chladný bod známy na rovnakom mieste a všetky autoklávy majú podobné charakteristiky, môže byť tepelný proces stanovený na základe štúdie penetrácie tepla vykonanej neskôr na ktoromkoľvek z autokláv a definovaný ako rovnaký program pre každý z autokláv. Výber retortu by mal byť zdokumentovaný v testovacej dokumentácii, pričom vybraný retort by mal reprezentovať ten s najväčším potenciálom pre znížený prísun kritických procesných médií ako para, vzduch a voda.

Dôležité je zapamätať si, že mapovanie teploty v autokláve využíva teplotné snímače umiestnené vonku medzi nádobami s potravinami. Mapovanie teploty v autokláve je prerekvizitou pre test penetrácie tepla, počas ktorého sú teplotné senzory umiestnené primárne vnútri potravinárskych nádob. Keď sa vykoná test penetrácie tepla bez predchádzajúceho mapovania teploty v autokláve, výsledky môžu byť spochybnené s argumentom, že testy mohli byť vykonané na nesprávnom mieste vnútri autoklávu.

Časový harmonogram mapovania teploty v autokláve

Distribučné merania teploty v autokláve by mali byť vykonané pre nové autoklávy, autoklávy po modifikáciách, napríklad keď došlo k zmene spôsobu dodávky vody alebo pary, keď bola zmenená metóda nakladania košov do autoklávu, keď boli upravené autokláve koše, alebo keď boli vložky medzi vrstvy produktov v košoch zavedené alebo ukončené. Rovnako je potrebné vykonávať periodické mapovanie teploty v autokláve, zvyčajne v intervaloch dvoch rokov, aby sa potvrdilo, že autokláv stále funguje podľa predchádzajúceho testovania a dokumentácie.

Je dôležité mať na pamäti potrebu pravidelného mapovania teploty v autokláve kvôli potvrdeniu, že zariadenie stále pracuje tak, ako bolo predtým testované. Autokláv a jeho komponenty, vrátane čerpadla, výmenníka tepla a systému prívodu vykurovacieho média, podliehajú prirodzenému opotrebeniu v priebehu času. Dokonca aj ten istý model autoklávu inštalovaný na dvoch rôznych miestach môže priniesť odlišné výsledky testovania distribúcie teploty pri vykonávaní mapovanie teploty v autokláve. Zvyčajne sa vykonávajú dve alebo tri série meraní, pričom je potrebné počítať s tým, že mapovanie teploty v autokláve v jednom autokláve trvá dva až tri dni, čo nezahŕňa čas na opakovania, ktoré môžu byť potrebné na úplné preskúmanie neobvyklých zistení.

Prípravné kroky pred mapovanie teploty v autokláve

Pred vykonaním tepelného mapovania je nevyhnutné zhromaždiť a analyzovať údaje o kompletnej retortovej inštalácii v rámci projektového tímu. Médiá ako para, voda a vzduch musia mať správnu kvalitu a kapacitu na zvládnutie špičkových zaťažovacích požiadaviek závodu a zariadenia. Dodávka pary do retortov zahŕňa kapacitu kotla a systému dodávky s príslušným tlakom, limity výkonu vrátane tlaku a objemu pary počas špičkového využitia aj mimo prevádzkovej doby, ako aj vplyv všetkého ostatného zariadenia používajúceho paru. Prívod stlačeného vzduchu zahŕňa typ kompresora, kapacitu a prevádzkové limity vrátane tlaku a regulácie tlaku, filtrov a sušičiek.

Dodávka vody a cirkulácia vody v retortoch predstavujú kľúčové parametre pre úspešné mapovanie teploty v autokláve. Je potrebné poznať procesný prívod vykurovacej vody, kľúčové teploty, tlak a objem s príslušnou kontrolou, zdroj chladiacej vody a jej teplotu. Umiestnenie a dĺžka distribučných potrubí vody v retorte, počet, veľkosť a umiestnenie otvorov v potrubiach a typ dýz majú priamy vplyv na kvalitu mapovania teploty v autokláve. Prietok vody pri dýzach, špecifikácie čerpadla vrátane menovitého výstupu pri prevádzkových podmienkach, otáčky za minútu, priemer potrubia pre vstup a výstup čerpadla a výkonové hodnotenie sú tiež kritickými parametrami.

Je nevyhnutné skontrolovať vodné dýzy, distribučné potrubia a rozdeľovače pred uskutočnením prvého distribučného testu teploty, aby sa zabezpečilo, že všetky otvory sú čisté a bez nečistôt. Kontrola hladiny vody v koryte na dne retortovej komory vrátane odvodu kondenzátu je podstatná pre správne mapovanie teploty v autokláve. Veľkosť vodného koryta a množstvo vody v litroch na začiatku procesu, spôsob kontroly a merania, vzdialenosť od základne podnosu, cieľová úroveň a kontrola, opatrenia proti upchaniu a alarmy musia byť zdokumentované.

Presnosť hlavného teplotného indikátora a ďalších senzorov používaných počas testu musí byť známa a vhodne kalibrovaná, pričom kalibračné certifikáty pre všetky senzory musia byť k dispozícii pred začatím mapovanie teploty v autokláve. Ideálne, ak senzory používané vo validačnej štúdii a riadiaca jednotka autoklávu nečítajú vyššie hodnoty ako hlavný teplotný indikátor. Vzor nakladania, podložky vrstiev retortu alebo dizajn separátora musia zabezpečiť cirkuláciu vykurovacieho a chladiaceho média v rámci retortu, aby poskytli optimálny prenos tepla na spracovávané balenia. Preťaženie košov predstavuje častú príčinu nedostatočného ohrevu potravinárskych balení a nerovnomerného ohrevu v rámci autoklávu.

Kalibrácia senzorov pre mapovanie teploty v autokláve

Na vykonanie mapovanie teploty v autokláve je potrebné zabezpečiť použitie viackanálového teplotného zaznamenávacieho systému alebo viacerých nezávislých teplotných dátových loggerov. Teplotný zaznamenávací systém musí mať schopnosť nastaviť frekvenciu zberu dát, ako aj naprogramovať časy začiatku a konca merania. Teplotné senzory musia byť kalibrované voči národnému alebo medzinárodnému štandardu jednotiek SI, pričom široký sortiment teplotných loggerov vhodných na použitie pri typických sterilizačných teplotách aplikovaných v potravinovom priemysle pod 140 °C je dostupný na trhu.

Najčastejšie používané termočlánky v tepelnom spracovaní sú duplexné termočlánky typu T s teflonovovou izoláciou. Bežné konfigurácie zahŕňajú flexibilné drôty a pevné ihlové typy. Konektory použité v obvode termočlánku sú prvky pripojené k termočlánku, v ktorých sa vytvárajú elektrické spojenia, pričom je potrebné venovať pozornosť určitým zdrojom chýb, ktoré môžu byť spojené s použitím konektorov a predlžovacích vodičov. Tieto zahŕňają teplotné rozdiely medzi dvoma drôtovými spojmi a obrátenú polaritu pri spoji termočlánok-predlžovací vodič. Konektory termočlánkov by mali byť často čistené kovovým čističom na zabezpečenie dobrého elektrického kontaktu a predchádzanie chybám v odčítavaní termočlánkov počas mapovanie teploty v autokláve.

Všetky senzory používané pri mapovanie teploty v autokláve musia byť kalibrované pomocou kalibrovaného referenčného teplomera a ich relatívne odchýlky zaznamenané a registrované v softvéri na zaznamenávanie dát pred začatím práce. Nepresnosti v teplotných meraniach môžu viesť k chybám vo vyhodnotení procesu, preto je častá kalibrácia zvyčajne každých dvanásť až osemnásť mesiacov nevyhnutná na poskytnutie spoľahlivých dát. Čím častejšie sú senzory používané, tým rýchlejšia bude zmena vnútorných charakteristík každého senzora, čo môže viesť k chybám v záveroch viditeľných v rôznych sériách meraní.

Optimálne pred začatím mapovanie teploty v autokláve by malo byť vždy možné overiť teplotné senzory pomocou profesionálnej kalibračnej kúpeľa alebo autoklávu. Akceptovateľnou metódou kalibrácie je zviazať všetky senzory dohromady a umiestniť ich do tesnej blízkosti známeho presného referenčného senzora v autokláve pri sterilizačnej teplote, napríklad sto dvadsaťjeden alebo sto dvadsaťdva stupňov Celzia. Je potrebné potvrdiť, že žiadny z teplotných senzorov nevykazuje chybu merania väčšiu ako hodnota špecifikovaná v špecifikácii výrobcu senzora, a v každom prípade nepresahujúcu nulu bodka dva až nula bodka tri stupňa Celzia. Rozptyl medzi všetkými teplotnými senzormi by nemal presiahnuť nula bodka päť až nula bodka šesť stupňa Celzia, čo je kritickým požiadavkom pre presné mapovanie teploty v autokláve.

Stanovenie tlakového profilu pri mapovanie teploty v autokláve

Pred začatím tepelného mapovania musí byť pre retort stanovený pretlakový profil. Pretlakový profil aplikovaný počas ohrevu a chladenia musí zabrániť expanzii balení počas ohrevu a ich zrúteniu počas chladenia, čo je dôležité, pretože zabraňuje zvýšeniu tepelnej dráhy v určitých potravinárskych nádobách a produktoch, ktoré by mohli viesť k nedostatočnému spracovaniu. Expanzia a kontrakcia ovplyvňujú integritu tesnenia a potenciálne únik z balenia a kontamináciu po procese, čo môže byť identifikované práve pomocou mapovanie teploty v autokláve.

Najkritickejším aspektom kontroly pretlakového sklonu je začiatok chladenia v pare, pareĎvzduchovom, vodnom sprchu a parĎvodných rozprašovacích retortoch. Na začiatku chladenia vstupuje do nádoby chladné médium a tlak vyvíjaný prehriatanou parou alebo vodným prostredím kolabuje. Retortová nádoba musí vstrekovať vzduch dostatočne rýchlo, aby kompenzovala tento pokles tlaku. Zlyhanie takéhoto opatrenia povedie k nafúknutiu balenia alebo katastrofálnemu zlyhaniu, zatiaľ čo nadmerná kompenzácia by mohla balenia rozdrviť a opäť potencovať únik alebo ovplyvniť vizuálnu kvalitu. Existujú štyri metódy na stanovenie pretlakového profilu alebo sklonu požadovaného počas retortového cyklu, ktoré musia byť aplikované pred mapovanie teploty v autokláve.

Tlakové loggery predstavujú množstvo zariadení dostupných od dodávateľov, ktoré môžu byť zapečatené v baleniach a zaznamenávajú vnútorný tlak v balení a poskytujú grafický výstup. Nevýhodou je, že väčšina zariadení nepracuje v reálnom čase, to znamená, že dáta možno získať až po extrakcii zariadenia z balenia. Teoretický výpočet pomocou Mollierových kriviek vynesených pre rôzne typy produktov v rozsahu teplôt umožní stanoviť približný profil alebo sklon, ktorý však bude potrebné potvrdiť ako akceptovateľný pred začatím mapovanie teploty v autokláve.

Výber typu balenia a vzoru nakladania retortu pre mapovanie teploty v autokláve

Vyhodnotenie distribúcie teploty by malo byť prednostne vykonané pre každú veľkosť balenia a konfiguráciu nakladania v dlhodobejšej perspektíve. Ak ide o prvé mapovanie teploty v autokláve a existuje množstvo alternatívnych veľkostí balení používaných spracovaťom potravín, potom je potrebné identifikovať veľkosť a orientáciu balenia poskytujúcu najhoršie podmienky pred vykonaním prvého mapovania. Informácie o balení vrátane veľkosti a rozmerov, orientácie na spracovanie a konfigurácie nakladania musia byť prejednané vopred pred mapovanie teploty v autokláve.

Pre účely mapovanie teploty v autokláve sa koše nakladajú s vhodným formátom balenia a typom produktu. Typicky sa pre mapovanie teploty v autokláve vyberá najmenšia veľkosť balenia, pretože poskytuje najvyššiu hustotu nákladu autoklávu, čo predstavuje najväčšiu výzvu pre tepelný proces. Produkt s najvyššou rýchlosťou absorpcie tepla je vhodný, pričom v prípade produktov ohriateľných konvekciou môžu byť balenia naplnené vodou alebo skutočným najrýchlejšie sa ohrievajúcim produktom. V prípade produktov ohriateľných vedením by mali byť balenia naplnené skutočným produktom, škrobovým roztokom alebo iným typom materiálu simulujúceho produkt pri mapovanie teploty v autokláve.

Metodológia distribučných testov pri mapovanie teploty v autokláve

Testy distribúcie teploty sú navrhnuté tak, aby vytvorili tepelnú mapu retortu počas ohrevu, času udržiavania a chladenia, stanovili rýchlosť vyrovnania teploty na cieľovú teplotu udržiavania v nádobe, identifikovali, kde sa nachádza najchladnejší bod nádoby, a identifikovali najpomalší bod v retorte na dosiahnutie teploty udržiavania. Mapovanie teploty v autokláve tiež umožňuje porovnať retortové nádoby, ak je viac ako jedna komisovaná, aby sa stanovilo, či fungujú na ekvivalentnom štandarde, pričom ak existuje rozdiel medzi nádobami, najhoršie fungujúca by mala byť použitá pre štúdie penetrácie tepla.

Minimálne päť senzorov by malo byť použitých pre každý kôš pri mapovanie teploty v autokláve, ideálne až desať. Tieto by mali byť umiestnené v rôznych vrstvách alebo inak oddelené v rámci každého koša počas počiatočnej fázy štúdie distribúcie teploty. Ak nemožno tento počet senzorov umiestniť, potom by mal byť zvýšený počet opakovaných meraní. Dodatočný teplotný logger by mal byť umiestnený v blízkosti referenčného teplomera a senzora PT100 riadiaceho autokláv pre presné mapovanie teploty v autokláve.

Je potrebné zabezpečiť, aby senzory nedotýkali kovových častí koša alebo kovových balení. Senzory musia byť umiestnené medzi baleniami alebo na vrchnom povrchu balení, pričom sa snímač nedotýka samotného vrecka. Počet senzorov použitých v koši je dôležitý, pretože cieľom testu je identifikovať najpomalšie sa ohrievajúce miesto v danom koši. Najmä počas jedného z prvých mapovanie teploty v autokláve je cenné použiť vyšší počet senzorov v koši na presnejšie určenie najpomalšie sa ohrievajúcej oblasti. Čím viac senzorov sa použije, tým úplnejší je obraz o distribúcii teploty v autokláve.

Neexistuje univerzálne pravidlo, ktoré indikuje najspoľahlivejšie umiestnenie chladného bodu v autokláve. Avšak, ak je k dispozícii iba obmedzený počet senzorov, validačné senzory by mali byť prednostne umiestnené v strede koša, v rohoch koša a v spodných vrstvách koša, ak je vykurovacie médium dodávané zhora, čo je kritické pre presné mapovanie teploty v autokláve. Mapovanie teploty v autokláve by sa malo vykonávať pri čo najnižších možných počiatočných teplotách produktu vyskytujúcich sa v procese. Je dôležité tiež zvážiť vnútornú teplotu autoklávu a košov, ktorá môže byť vyššia ako teplota produktu a môže ovplyvniť celkové tepelné zaťaženie a závery mapovanie teploty v autokláve.

Schematický diagram umiestnenia senzora použitého počas mapovanie teploty v autokláve musí byť zahrnutý v správe štúdie. Dáta sa zbierajú v intervaloch desať až tridsať sekúnd, pričom logger by mal zaznamenávať teplotné dáta od začiatku cyklu až do konca chladenia. Koše musia byť naložené podľa vzoru nakladania, ktorý sa bude vykonávať počas normálnej výroby, a všetky koše by mali byť naplnené produktom v konfigurácii úplného zaťaženia pri mapovanie teploty v autokláve.

Nastavenie teploty autoklávu počas mapovanie teploty v autokláve

Je potrebné nastaviť cieľovú procesnú teplotu počas mapovanie teploty v autokláve. Ideálne by sa mapovanie teploty v autokláve malo vykonávať pri maximálnej prevádzkovej teplote bežne používanej v zariadení. Vo všeobecnosti by sa teplota počas mapovanie teploty v autokláve nemala líšiť o viac ako približne dva stupne Celzia od teplôt skutočne aplikovaných počas procesu. Každý kôš musí byť testovaný aspoň dvakrát, pričom sa odporúča vykonať tri série meraní, najmä ak ide o prvé mapovanie daného autoklávu alebo prvé mapovanie daného formátu. Tento počet opakovaní umožní spoľahlivú identifikáciu najrýchlejšie a najpomalšie sa ohrievajúceho koša, ako aj teplotnú uniformitu v každom koši pri mapovanie teploty v autokláve.

Výpočty a analýza dát pri mapovanie teploty v autokláve

Z celkového počtu meraní na kôš sa vypočíta priemer, štandardná odchýlka a delta T, čo predstavuje maximálnu teplotu mínus minimálnu teplotu. Na identifikáciu najpomalšie a najrýchlejšie sa ohrievajúcej vrstvy v koši možno použiť vizuálne pozorovanie grafov teploty verzus čas priblížených na konci fázy ohrevu pri mapovanie teploty v autokláve. Okrem toho je potrebné pre každú štúdiu distribúcie teploty identifikovať čas, za ktorý najpomalší a najrýchlejší čítací senzor dosiahne očakávanú minimálnu prevádzkovú teplotu počas času varenia.

Čas nábehu predstavuje čas medzi začiatkom ohrevu a časom, keď retort dosiahne procesovú teplotu. Príkladové kritériá akceptácie pre čas nábehu pri mapovanie teploty v autokláve sú, že referenčný senzor číta teplotu na alebo nad minimálnou procesovou teplotou a všetky validačné senzory sa odchyľujú maximálne o nula bodka päť stupňa Celzia od minimálnej procesovej teploty. Získajú sa priemer a štandardná odchýlka pre každý senzor v retorte počas času varenia a pripraví sa kontrolná graf pomocou týchto informácií pre mapovanie teploty v autokláve.

Kontrolný graf na monitorovanie stability a variability teploty počas času varenia pri mapovanie teploty v autokláve používa plnú čiaru reprezentujúcu celkovú priemernú teplotu udržiavania a prerušované čiary zodpovedajúce trom hodnotám sigma od tejto celkovej strednej hodnoty. Príkladové kritériá akceptácie pre fázu udržiavania sú, že referenčný senzor číta teplotu na alebo nad minimálnou procesovou teplotou počas celej fázy udržiavania, a v strede fázy udržiavania všetky validačné senzory čítajú teplotu nad minimálnou procesovou teplotou a pre zvyšok fázy udržiavania ich teplota neklesá pod procesovú teplotu pri mapovanie teploty v autokláve.

Na identifikáciu najpomalšie a najrýchlejšie chladnúcej vrstvy v koši možno použiť vizuálne pozorovanie grafov teploty verzus čas priblížených v strednom bode počas chladiacej fázy. Okrem toho pre každú štúdiu distribúcie teploty je potrebné identifikovať čas, za ktorý najpomalší a najrýchlejší čítací senzor dosiahne teplotu zodpovedajúcu približne strednému bodu chladenia pri mapovanie teploty v autokláve. Chladný bod pre distribúciu teploty je vo všeobecnosti tá oblasť retortu, ktorá je poslednou oblasťou v retorte dosahujúcou minimálnu procesovú teplotu počas nábehu, pričom konečný záver o tom, kde sa nachádza chladný bod, môže byť tiež podporený informáciami o najnižšej strednej hodnote senzora na daných miestach z dát zozbieraných iba počas stabilnej fázy tepelného procesu.

Záverečná správa o mapovanie teploty v autokláve

Správa o mapovanie teploty v autokláve by mala obsahovať popis autoklávu vrátane konštrukcie, typu a systému prívodu vykurovacieho média, kľúčových riadiacich prvkov, umiestnenia hlavného teplotného indikátora, umiestnenia kontrolného teplomera PT100, umiestnenia manometrov a tlakových prevodníkov používaných na monitorovanie procesu pasterizácie alebo sterilizácie. Možné konfigurácie autoklávu, identifikácia autoklávu, dátum výroby, sériové číslo, modelové označenie podľa výrobcu a meno výrobcu sú dôležité súčasti dokumentácie mapovanie teploty v autokláve.

Popis schémy nakladania autoklávu počas mapovanie teploty v autokláve zahŕňa orientáciu balení, počet balení na vrstvu, počet vrstiev na kôš a prítomnosť alebo neprítomnosť rozpierok. Tlak v autokláve vrátane tlaku komory by mal byť zaznamenaný. Zaznamenané teplotné hodnoty z každého dátového loggera alebo validačného termočlánku a na základe zaznamenaných dát čas pre každý senzor na dosiahnutie procesovej teploty, distribúcia teploty počas každej fázy autoklávu, minimálne a maximálne teplotné hodnoty, rozsahové grafy počas stabilnej fázy udržiavania, teplotná uniformita počas chladenia a závery z mapovanie teploty v autokláve relevantné pre plánovanie testov penetrácie tepla vnútri balení musia byť súčasťou správy.