وقت الموت الحراري

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

زمن الموت الحراري هو المدة اللازمة لقتل نوع معين من البكتيريا عند درجة حرارة محددة . وقد طُوّر في الأصل لأغراض تعليب الأغذية ، ووجد له تطبيقات في مستحضرات التجميل ، وإنتاج أعلاف خالية من السالمونيلا للحيوانات (مثل الدواجن)، والمستحضرات الصيدلانية .

تاريخ

في عام ١٨٩٥، تواصل ويليام ليمان أندروود، من شركة أندروود للتعليب ، وهي شركة أغذية تأسست عام ١٨٢٢ في بوسطن، ماساتشوستس، ثم نُقلت لاحقًا إلى ووترتاون، ماساتشوستس ، مع ويليام طومسون سيدجويك ، رئيس قسم الأحياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، بشأن الخسائر التي تكبدتها شركته نتيجة انتفاخ العلب وانفجارها، على الرغم من توفر أحدث تقنيات التعقيم الحراري . أسند سيدجويك إلى مساعده، صموئيل كيت بريسكوت ، مهمة مفصلة حول ما يجب فعله. عمل بريسكوت وأندروود على حل المشكلة كل عصر من أواخر عام ١٨٩٥ إلى أواخر عام ١٨٩٦، مركزين على المحار المعلب . اكتشفا أولًا أن المحار يحتوي على جراثيم بكتيرية مقاومة للحرارة قادرة على البقاء بعد عملية التصنيع؛ ثم اكتشفا أن وجود هذه الجراثيم يعتمد على البيئة التي يعيش فيها المحار؛ وأخيرًا اكتشفا أن هذه الجراثيم ستُقتل إذا عُولجت عند درجة حرارة ٢٥٠ فهرنهايت (١٢١ درجة مئوية) لمدة عشر دقائق في جهاز التعقيم الحراري.

أدت هذه الدراسات إلى إجراء أبحاث مماثلة على جراد البحر المعلب ، والسردين ، والبازلاء ، والطماطم ، والذرة ، والسبانخ . نُشرت أعمال بريسكوت وأندروود لأول مرة في أواخر عام 1896، وتلتها أوراق بحثية أخرى بين عامي 1897 و1926. وعلى الرغم من أهمية هذه الأبحاث في تطوير تكنولوجيا الأغذية ، إلا أنها لم تُسجّل كبراءة اختراع. وقد مهّدت الطريق لأبحاث مدة التعقيم الحراري التي رُوّج لها من قِبل دبليو دي بيجلو وسي أولين بول في الفترة من 1921 إلى 1936 في الجمعية الوطنية لمصنّعي الأطعمة المعلبة (NCA).

ركز بحث بيجلو وبول على وقت الموت الحراري لبكتيريا كلوستريديوم بوتولينوم ( C. botulinum ) الذي تم تحديده في أوائل عشرينيات القرن العشرين. واستمر البحث بدراسات على عبوات التعليب الملقحة والتي نشرتها الرابطة الوطنية للبكتيريا في عام 1968.

الصيغ الرياضية

يمكن تحديد وقت الموت الحراري بإحدى طريقتين: 1) باستخدام الرسوم البيانية أو 2) باستخدام الصيغ الرياضية.

الطريقة البيانية

يُعبّر عن ذلك عادةً بالدقائق عند درجة حرارة 250 درجة فهرنهايت (121 درجة مئوية) . ويُرمز لهذه الدرجة بـ F 0. كل تغيير بمقدار 18 درجة فهرنهايت أو 10 درجات مئوية يُؤدي إلى تغيير في الوقت بمقدار 10 أضعاف. ويُمكن التعبير عن ذلك إما بـ F 10 121 = 10 دقائق (مئوية) أو F 18 250 = 10 دقائق (فهرنهايتية).  

نسبة القتل ( L ) هي أيضًا تأثير تعقيم عند دقيقة واحدة في درجات حرارة أخرى مع ( T ).

ل=10(تي-تيRهـو)/z{\displaystyle L=10^{(T-T_{\mathrm {Ref} })/z}}

حيث T Ref هي درجة الحرارة المرجعية، وعادة ما تكون 250 درجة فهرنهايت (121 درجة مئوية) ؛ z هي قيمة z ، و T هي أبطأ نقطة حرارية لدرجة حرارة المنتج.  

طريقة الصيغة

قبل ظهور الحواسيب، كان يتم رسم هذه البيانات على ورق شبه لوغاريتمي، مع إمكانية رسمها أيضاً باستخدام برامج الجداول الإلكترونية . يُعرض الزمن على المحور السيني، بينما تُعرض درجة الحرارة على المحور الصادي . يُمكن لهذا المنحنى الحراري البسيط تحديد عامل التأخير ( j ) والميل ( fh ). كما أنه يقيس درجة حرارة المنتج نفسه ، وليس درجة حرارة العلبة.

ج=جأناأنا{\displaystyle j={jI \over I}}

حيث I = RT (درجة حرارة التعقيم) − IT (درجة الحرارة الأولية) وحيث j ثابت لمنتج معين.  

ويتم تحديد ذلك أيضاً في المعادلة الموضحة أدناه:

سجل⁡ز=سجل⁡جأنا-ببوح{\displaystyle \log g=\log jI-{B_{B} \over f_{h}}}

حيث g هو عدد الدرجات تحت درجة حرارة التعقيم على منحنى تسخين بسيط في نهاية فترة التسخين، و B B هو الوقت بالدقائق من بداية العملية إلى نهاية فترة التسخين، و f h هو الوقت بالدقائق اللازم للجزء الخطي من منحنى التسخين المرسوم بشكل شبه لوغاريتمي على الورق أو جدول بيانات الكمبيوتر ليمر بدورة لوغاريتمية.

يُستخدم منحنى التسخين المتقطع أيضًا في هذه الطريقة عند التعامل مع منتجات مختلفة في نفس العملية، مثل حساء الدجاج بالشعيرية، حيث يتطلب الأمر التعامل مع اللحم والشعيرية اللذين يتطلبان أوقات طهي مختلفة، على سبيل المثال. وهو أكثر تعقيدًا من منحنى التسخين البسيط في عمليات التصنيع.

التطبيقات

في صناعة الأغذية، من المهم تقليل عدد الميكروبات في المنتجات لضمان سلامة الغذاء . ويتم ذلك عادةً عن طريق المعالجة الحرارية وإيجاد طرق لتقليل عدد البكتيريا في المنتج. تُحدد قياسات تقليل البكتيريا مع مرور الوقت ودرجة الحرارة بقيمة D، أي المدة اللازمة لتقليل عدد البكتيريا بنسبة 90% أو بمقدار لوغاريتمي واحد (log 10) عند درجة حرارة معينة. وتبلغ درجة الحرارة المرجعية لقيمة D (DR ) 250 درجة فهرنهايت (121 درجة مئوية) .  

تُستخدم قيمة z أو z-value لتحديد القيم الزمنية بقيم D مختلفة عند درجات حرارة مختلفة، وذلك باستخدام المعادلة الموضحة أدناه:

z=تي2-تي1سجل⁡د1-سجل⁡د2{\displaystyle z={\frac {T_{2}-T_{1}}{\log D_{1}-\log D_{2}}}}

حيث T هي درجة الحرارة بالفهرنهايت أو المئوية.

تتأثر قيمة D هذه بدرجة حموضة المنتج، حيث تؤدي درجات الحموضة المنخفضة إلى قيم D أسرع في مختلف أنواع الأطعمة. ويمكن حساب قيمة D عند درجة حرارة غير معروفة.معرفة قيمة D عند درجة حرارة معينة بشرط معرفة قيمة Z.

الهدف من تقليل كمية بكتيريا كلوستريديوم بوتولينوم في عملية التعليب هو خفضها بمقدار 12 ضعفًا ، ما يعني أن وقت المعالجة سيقلل من كمية هذه البكتيريا بمقدار 10 أضعاف . يبلغ معدل التخفيض (DR ) لبكتيريا كلوستريديوم بوتولينوم 0.21 دقيقة (12.6 ثانية). وبالتالي، سيستغرق خفضها بمقدار 12 ضعفًا 2.52 دقيقة (151 ثانية).

يتم تدريس هذا في دورات جامعية في علوم الأغذية وعلم الأحياء الدقيقة ، وهو قابل للتطبيق في صناعة مستحضرات التجميل والأدوية.

في عام 2001، قام مركز تصنيع الأغذية المتكامل بالحاسوب ومصنع التجارب التابع لجامعة بوردو بوضع تركيبة بال على الإنترنت للاستخدام.

مراجع

  • داونينج، د. ل. (1996). دورة شاملة في التعليب - الكتاب الثاني: علم الأحياء الدقيقة، والتعبئة والتغليف، ونظام تحليل المخاطر ونقاط التحكم الحرجة (HACCP)، والمكونات، الطبعة الثالثة عشرة. تيمونيوم، ماريلاند: منشورات سي تي آي، الصفحات  62-63، 71-75، 93-96.
  • معلومات إدارة الغذاء والدواء الأمريكية حول وقت الموت الحراري للأطعمة المعلبة منخفضة الحموضة - تم الاطلاع عليها في 5 نوفمبر 2006.
  • جولدبليث، إس. أ. (1993). رواد علوم الأغذية، المجلد 1: صموئيل كيت بريسكوت - عميد معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ورائد تكنولوجيا الأغذية. ترومبول، كونيتيكت: دار نشر الغذاء والتغذية. الصفحات 22-28.
  • تاريخ شركة أندروود للتعليب - تم الاطلاع عليه في 28 أكتوبر 2006.
  • جاي، جيه إم (1992). علم الأحياء الدقيقة للأغذية الحديث، الطبعة الرابعة. نيويورك: تشابمان وهول. الصفحات  342-346.
  • جونيا، في كيه، و ل. هوانغ. (2003). "زمن الموت الحراري". في موسوعة الهندسة الزراعية والغذائية والبيولوجية. تحرير د. ر. هيلدمان. نيويورك: مارسيل ديكر، ص  1011-1013.
  • باورز، جيه جيه (2000). "مساهمة صناعة الأغذية: التفوق في العلم والتطبيق". قرن من علوم الأغذية. معهد تكنولوجيا الأغذية: شيكاغو. ص  17-18.
  • بريسكوت، إل إم، جيه بي هارلي، ودي إيه كلاين. (1993). علم الأحياء الدقيقة، الطبعة الثانية. دوبوك، آيوا: دار نشر ويليام سي براون. ص  314.