Hygienic Processing Teil 3
Thermische Inaktivierung von Mikroorganismen: Grundlagen und Reaktionskinetik
Thermische Inaktivierung von Mikroorganismen: Grundlagen und Reaktionskinetik
Ziele, Objekte und Einflussfaktoren in der Aseptik- und Sterilprozesstechnik
- Ziele
- Inaktivierung bzw. Entfernung der Verderbniserreger von Produkt, Umgebung oder Oberfläche
- Inaktivierung von orgininären und mikrobiellen Enzymen, um Lagerstabilität zu gewährleisten
- Organismen
- Bakterien
- Hefen
- Schimmelpilze
- Viren und Phagen
- Einflussfaktoren
- Organismen: Anzahl, Spezies, Resistenz etc.
- Umwelt: Substrat, pH-Wert, Osmotischer Druck, Nährstoffe etc.
- Art des Prozesses: Thermisch, Hochdruck, Strahlung, Filtration etc.
- Prozessparameter: Temperatur, Druck, Haltezeit etc.
- Zusammensetzung des Mediums: Nährstoffgehalt, pH, osmot. Druck, Wasseraktivität etc.
Abtötung „sämtlicher“ Mikroorganismen ?
- Verkeimungslevel und erzielbare Sterilitätsquote
Die Keimzahl muss um 4 log reduziert werden, wenn es bei einer Ausgangsverkeimung von 1
Keim/Verpackungseinheit das Ziel ist, eine Insterilitätsquote von 1 pro 10.000 Packungen zu
erzielen.
- Nachweisverfahren
• Direkter Nachweis: Um mit 95 %iger Sicherheit eine Defektrate von 1:10.000 festzustellen,
wären 30.000 Verpackungen zu untersuchen
• Indirekter Nachweis: Untersuchung der Entkeimungswirkung des eingesetzten Verfahrens und
Ableitung von reaktionskinetischer Berechnungsmethoden
Reaktionsgeschwindigkeit – Definition und Einflussgrößen
- Als Maß für den zeitlichen Ablauf einer Reaktion dient die Reaktionsgeschwindigkeit k, die gleich der Konzentrationsänderung dC in der Zeit dt ist:
- beeinflussende Größen
- Zeit
- Temperatur
- Druck
- Konzentration der Reaktionspartner
- Katalysatoren
- pH-Wert
- Aw-Wert
- Verteilung der Reaktionspartner
Darstellungen exponentieller Inaktivierungsverläufe
linear + Halblogarithmisch
l
Ermittlung von k am Beispiel einer Reaktion 1. Ordnung
l
Berechnung des z-Wertes bei bekannter Aktivierungsenergie Ea
l
Weibull-Modell zur Beschreibung
des Inaktivierungsverhaltens von Mikroorganismen
l
Thermische Inaktivierung in einem Produkt mit hoher Wasseraktivität
Erhitzungsregimes und Linien gleichen Effekts (Isoeffektlinien)
- Pasteurisation
- Alle Temperatur-Zeit-Kombinationen links der Sporeninaktivierungslinie für pathogene kroorganismen,
unabhängig vom Temperaturniveau
- Alle Temperatur-Zeit-Kombinationen links der Sporeninaktivierungslinie für pathogene kroorganismen,
- Sterilisation
- Alle Temperatur-Zeit-Kombinationen rechts der SPoreninaktivierungslinie, Unabhängig vom Temperaturniveau
Die Lage dieser Grenzlinien hängt von vielen Faktoren ab, die Grenze von steril zu unsteril wird jedoch immer von der jeweiligen hitzeresistenten SPorenbildung ab
Conditions depend on the most resistant single strain in the micro-population:
Establishing temperatur/time-combinations
l
Heating systems: Processing options
- Heating of the product after filling into the package
- Discontinuous Tradtitional autoclave
- Continuous Hydrostatic sterilisator Rotary autoclave
--> High heat load on the product due to long heating-up and cooling down ramps, low level of heat recovery
- Separate heating of the product before filling
- Direct Steam injection into the product Product infusion into a steam chamber
- Indirect Plate or tubular heat exchanger Scraped surface heat exchanger
--> Low heat load on the product due to rapid heating-up and rapid cooling down, high level of heat recovery
Thermal Inactivation: Heating regimes and borderlines of equal effects (iso-effect lines)
l
Log-lineare Inaktivierung von Geobacillus stearothermophilus
Probleme
1. Extrapolation: Hoher Einsatz an Testkeimen in Labor
2. Auswertemodell bei nicht-log-linearem Verlauf:
- Berücksichtigung von Mischpopulationen
- Analytische Genauigkeit der mikrobiologischen Analytik (Kolonienbildung auf Agar; Exaktheit bei mehrstufigen Verdünnungsreihen)
3. Qualität der Datenbasis bei nicht-idealem Aufheizverhalten im Experiment
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Lernkarten
Ziele, Objekte und Einflussfaktoren in der Aseptik- und Sterilprozesstechnik
- Ziele
- Inaktivierung bzw. Entfernung der Verderbniserreger von Produkt, Umgebung oder Oberfläche
- Inaktivierung von orgininären und mikrobiellen Enzymen, um Lagerstabilität zu gewährleisten
- Organismen
- Bakterien
- Hefen
- Schimmelpilze
- Viren und Phagen
- Einflussfaktoren
- Organismen: Anzahl, Spezies, Resistenz etc.
- Umwelt: Substrat, pH-Wert, Osmotischer Druck, Nährstoffe etc.
- Art des Prozesses: Thermisch, Hochdruck, Strahlung, Filtration etc.
- Prozessparameter: Temperatur, Druck, Haltezeit etc.
- Zusammensetzung des Mediums: Nährstoffgehalt, pH, osmot. Druck, Wasseraktivität etc.
Abtötung „sämtlicher“ Mikroorganismen ?
- Verkeimungslevel und erzielbare Sterilitätsquote
Die Keimzahl muss um 4 log reduziert werden, wenn es bei einer Ausgangsverkeimung von 1
Keim/Verpackungseinheit das Ziel ist, eine Insterilitätsquote von 1 pro 10.000 Packungen zu
erzielen.
- Nachweisverfahren
• Direkter Nachweis: Um mit 95 %iger Sicherheit eine Defektrate von 1:10.000 festzustellen,
wären 30.000 Verpackungen zu untersuchen
• Indirekter Nachweis: Untersuchung der Entkeimungswirkung des eingesetzten Verfahrens und
Ableitung von reaktionskinetischer Berechnungsmethoden
Reaktionsgeschwindigkeit – Definition und Einflussgrößen
- Als Maß für den zeitlichen Ablauf einer Reaktion dient die Reaktionsgeschwindigkeit k, die gleich der Konzentrationsänderung dC in der Zeit dt ist:
- beeinflussende Größen
- Zeit
- Temperatur
- Druck
- Konzentration der Reaktionspartner
- Katalysatoren
- pH-Wert
- Aw-Wert
- Verteilung der Reaktionspartner
Darstellungen exponentieller Inaktivierungsverläufe
linear + Halblogarithmisch
l
Ermittlung von k am Beispiel einer Reaktion 1. Ordnung
l
Berechnung des z-Wertes bei bekannter Aktivierungsenergie Ea
l
Weibull-Modell zur Beschreibung
des Inaktivierungsverhaltens von Mikroorganismen
l
Thermische Inaktivierung in einem Produkt mit hoher Wasseraktivität
Erhitzungsregimes und Linien gleichen Effekts (Isoeffektlinien)
- Pasteurisation
- Alle Temperatur-Zeit-Kombinationen links der Sporeninaktivierungslinie für pathogene kroorganismen,
unabhängig vom Temperaturniveau
- Alle Temperatur-Zeit-Kombinationen links der Sporeninaktivierungslinie für pathogene kroorganismen,
- Sterilisation
- Alle Temperatur-Zeit-Kombinationen rechts der SPoreninaktivierungslinie, Unabhängig vom Temperaturniveau
Die Lage dieser Grenzlinien hängt von vielen Faktoren ab, die Grenze von steril zu unsteril wird jedoch immer von der jeweiligen hitzeresistenten SPorenbildung ab
Conditions depend on the most resistant single strain in the micro-population:
Establishing temperatur/time-combinations
l
Heating systems: Processing options
- Heating of the product after filling into the package
- Discontinuous Tradtitional autoclave
- Continuous Hydrostatic sterilisator Rotary autoclave
--> High heat load on the product due to long heating-up and cooling down ramps, low level of heat recovery
- Separate heating of the product before filling
- Direct Steam injection into the product Product infusion into a steam chamber
- Indirect Plate or tubular heat exchanger Scraped surface heat exchanger
--> Low heat load on the product due to rapid heating-up and rapid cooling down, high level of heat recovery
Thermal Inactivation: Heating regimes and borderlines of equal effects (iso-effect lines)
l
Log-lineare Inaktivierung von Geobacillus stearothermophilus
Probleme
1. Extrapolation: Hoher Einsatz an Testkeimen in Labor
2. Auswertemodell bei nicht-log-linearem Verlauf:
- Berücksichtigung von Mischpopulationen
- Analytische Genauigkeit der mikrobiologischen Analytik (Kolonienbildung auf Agar; Exaktheit bei mehrstufigen Verdünnungsreihen)
3. Qualität der Datenbasis bei nicht-idealem Aufheizverhalten im Experiment
