Tyto autoklávy používají malé množství přehřáté vody, která proudí velkým průtokem skrze speciálně navržené sprchové hlavice nebo vyvrtané desky pro sterilizaci kontejnerů. Je zásadní, aby voda proudila sprchovou hlavicí nebo otvorovými deskami bez překážek a zůstala rovnoměrná, protože má velký vliv na přenos tepla; rozsah tohoto vlivu závisí na ohřívacím médiu. Průtok ohřívacího média by měl být měřen, ideálně na vstupu a výstupu z ohřívací oblasti pomocí systému se dvěma senzory. Design oblasti kolem sacího vstupu cirkulačního čerpadla by měl zabránit jeho blokování nečistotami, spadlými nebo poškozenými kontejnery. Filtr nebo síto by mělo být umístěno před cirkulační čerpadlo a pravidelně udržováno; měl by být nainstalován alarm, který ukáže, zda je vstup zablokován.

MTI a snímací sonda teplotně-časového zapisovače by měly být ve vodním toku na výstupní straně nádoby nebo v návratovém potrubí k výměníku tepla. Pokud jsou ohřev a chlazení nepřímé, snímací sonda pro regulátor teploty by měla být umístěna ihned za výměníkem tepla. Pokud údržba zahrnuje demontáž potrubí apod., je třeba dbát na to, aby byly otvorové desky, trysky a senzory znovu namontovány na správné místo.

Teplota a tlak jsou řízeny nezávisle a přetlak je aplikován stlačeným vzduchem, aby se zajistilo, že voda zůstane kapalná při zpracovatelské teplotě. Stlačený vzduch by měl být také použit k udržení přetlaku (např. minimalizování tlakového rozdílu přes uzávěr) na začátku a během chlazení, kdy se parní tlak snižuje v důsledku chlazení.

Koše, rámy nebo separátory používané k pozitivní lokalizaci kontejnerů musí být navrženy tak, aby umožňovaly neomezený tok vody. Použití košů se solidními stranami není doporučeno pro statické ani rotační systémy autoklávů. V statických systémech autoklávů typu sprcha, kde voda teče shora dolů, mohou mít koše autoklávu neperforované (nebo solidní) strany pro kanalizaci vody na kontejnery. Zkušenosti však ukázaly, že neperforované strany mohou způsobit kanalizaci vody a výsledkem je nerovnoměrné ohřívání v koši. V rotačních autoklávech je orientace kontejneru vzhledem ke směru rotace kritická pro přenos tepla a koše s neperforovanými stranami by neměly být používány, protože blokují tok vody.

Tyto autoklávy používají směs páry a vzduchu jako médium pro přenos tepla. Teplota a tlak jsou řízeny nezávisle. Přívod páry by měl probíhat po celé délce autoklávu, s řadou tryskami velikosti a rozmístěním pro rovnoměrné rozložení páry. Ventilátor pro cirkulaci směsi páry a vzduchu musí být instalován pro zajištění optimální rychlosti přenosu tepla a rovnoměrného rozložení teploty bez oblastí s nízkou teplotou. S ohledem na bezpečnost a/nebo komerční sterilitu (podpracování) by teploty v autoklávu měly být rovnoměrné a studené místo nesmí být přítomno. Horká místa jsou rovněž nežádoucí z důvodu kvality. Plánovaný proces by měl být stanoven až po potvrzení termickým mapováním.

Kondenzovaná voda musí být odstraněna ze dna těchto autoklávů během sterilizačního cyklu automatickým ventilem spouštěným sondou hladiny, aby se zabránilo nedostatečnému zpracování některých plechovek. Kondenzovaná voda by měla být také odstraněna z potrubí a výměníků tepla a může být vrácena do parního systému. Síta by měla být instalována v systému pro distribuci ohřívacího média k ochraně výměníků tepla, čerpadel, kontrolních ventilů, parních pastí atd. proti poškození nebo ucpání.

Chlazení je důležitou součástí procesu kvůli jeho dopadu na dobu cyklu, kvalitu produktu a (malému) příspěvku k letalitě procesu. Chlazení může být prováděno s prostředím (např. 8 – 15°C) nebo chlazenou vodou. To může být distribuováno v komoře autoklávu jako sprej pomocí sparge tyčí a spodního výstupu (recirkulace přes výměník tepla nebo přímý odtok; u některých autoklávů je ventilátor spuštěn pro zlepšení distribuce vody) nebo z jednoho vstupu (voda použitá k naplnění komory a pak buď recirkulovaná nebo vypuštěná). Použitá metoda musí zajistit rovnoměrné rozložení chladicího média a produkt může být během chlazení statický nebo otáčený. Hygiena cirkulačního systému musí být zajištěna a chladicí voda by měla obsahovat reziduální dezinfekční aktivitu.

Systém kontroly tlaku by měl řídit provoz obou ventilů pro přívod vzduchu a výstup páry/vzduchu. Kontrola přetlaku, která udržuje objem nádoby a vyvažuje vnitřní tlak (vytvořený plynem a párou), při mírném přetlaku (>0,5 baru) vyžaduje zvláštní pozornost. Účinná kontrola přetlaku během chlazení je nezbytná, aby se zabránilo deformaci balení, větrání uzávěru nebo průřezu těsnění. Nepřetržitý záznam tlaku v autoklávu musí být uchováván pro flexibilní kontejnery a sklenice.

Udržovací systémy musí být navrženy tak, aby umožňovaly neomezený tok páry a chladicí vody přes povrch balení nebo na jakékoli další vodivé povrchy. Koše autoklávu by měly mít otevřené strany, aby umožňovaly pohyb páry na kontejnery a odtok kondenzátu. Otevřený prostor 10-20 mm mezi vrstvami v koši 0,8m x 0,8 m se ukázal umožňovat volnou cirkulaci páry ke všem balením.

Tyto autoklávy používají přehřátou vodu jako médium pro přenos tepla a typicky se skládají ze dvou propojených tlakových nádob. Teplota a tlak jsou řízeny nezávisle a přetlak je aplikován stlačeným vzduchem, aby se zajistilo, že voda zůstane kapalná při zpracovatelské teplotě. Balení produktu jsou během sterilizace plně ponořena ve vodě, která je cirkulována čerpadlem. Horní nádoba slouží pro předehřívání a získávání tepla a dolní nádoba je používána pro sterilizaci. Voda může být předehřáta párou v horní nádobě. Během sterilizace může být pára také zavedena do cirkulačního systému dolní nádoby, aby se udržovala její teplota. Hladina musí být kontrolována během zvyšování teploty, zpracování a chlazení, aby byly kontejnery zcela pokryty procesní vodou. Poloha hlavního teplotního indikátoru (MTI) by měla být vždy na středové čáře dolní nádoby a minimální hloubka vložení by měla být 5 cm.

Přetlak se používá k ovládání deformace kontejnerů kvůli prostoru nad obsahem a expanzi produktu. U vakuumově uzavřených balení je expanze plynu méně důležitá, ale vakuum musí být kontrolováno. Toho se obvykle dosahuje nezávislým parním polštářem působícím na hladinu vody v horní nádobě. Měl by být uchováván nepřetržitý záznam o tlaku v autoklávu.

Koše, rámy nebo separátory (mezi vrstvami balení v koši) používané k udržení balení během cyklu autoklávu by měly být navrženy tak, aby umožňovaly neomezenou cirkulaci vody, čímž zajistí, že rozložení teploty v celém autoklávu je v souladu se specifikacemi. Tam, kde dochází k lokalizovanému zavedení přehřáté nebo chladicí vody, měly by být zabráněny vysoké nebo nízké teploty kolem balení v oblasti vstupu. Pokud jsou použity vysoké rychlosti čerpání vody pro vytvoření turbulence, měly by být kontrolovány účinky na tepelnou cestu v flexibilních baleních a ověřena účinnost udržovacího systému.

Hlavní teplotní indikátor (MTI):

Každá retorta nebo sterilizátor musí být vybavena nezávislým MTI, který může být buď typu platinového odporu nebo rtuťového skla s vhodnými specifikacemi. Teploměry platinového odporu by měly jako minimum odpovídat specifikaci výkonu uvedené v technickém bulletinu CFDRA č. 61 nebo ekvivalentu. Rozsah stupnice 76°-130°C je obvykle považován za přijatelný. Teploměry retorty by měly být při instalaci a v intervalech ne delších než šest měsíců testovány na přesnost proti známému sledovatelnému standardu. Kalibrace by měla být provedena ve sterilizačním médiu a teploměr umístěn v provozní poloze buď uvnitř sterilizátoru nebo v testovací lince. Kontrola by měla být provedena při třech jednotlivých teplotách v rámci běžného rozsahu zpracovatelských teplot. Datované záznamy o kalibrační kontrole by měly být uchovávány a ideálně by měl být na každém přístroji připevněn datovaný štítek. Záznamy by měly ukazovat použitý standard, použitou metodu a personál provádějící test. Teploměry s chybami většími než 0,5°C od standardu by neměly být používány.

Regulátor teploty:

Každá retorta nebo sterilizátor musí být vybavena regulátorem teploty, který je schopen řídit teplotu sterilizačního prostředí na -0,5 do +1,0°C (-1 do +2°F). Tento přístroj je často typu zaznamenávajícího/řídícího.

Teplotně-časové záznamové zařízení:

Každá retorta nebo sterilizátor musí být vybavena alespoň jedním teplotně-časovým záznamovým přístrojem, který poskytuje trvalý záznam každého sterilizačního cyklu. Tento přístroj může být součástí jednotné jednotky s regulátorem teploty a musí být kalibrován alespoň jednou za rok. Ovládací prvek rekordéru musí být chráněn tak, aby nebylo možné provádět neautorizované změny. Jakékoli provedené úpravy by měly být zaznamenány.

Záznam by měl souhlasit s MTI do 0,5°C a nesmí ukazovat vyšší hodnotu než MTI při plánované sterilizační teplotě.

Během provozu by měla být přesnost zapisovače kontrolována proti MTI alespoň každou hodinu pro nepřetržité vařiče a během každého cyklu pro šaržové retorty.

Tlakoměr / regulátor přetlaku:

Přetlak může být aplikován stlačeným vzduchem nebo párou nebo jako parní/vzduchový polštář v závislosti na fázi procesního cyklu, typu produktu a balení (např. kovové balení + 0,5 baru; plechovka –0,2 až +1,0 baru; sáčky +3 bar a sklenice – podle potřeby k zabránění proříznutí a větrání) a typu zařízení. Proto musí být každá retorta nebo sterilizátor vybavena tlakoměrem nebo regulátorem. Tlakoměr by měl mít přesnost ±1% plného rozsahu výchylky. Ideálně by měl mít rozsah od nuly tak, aby bezpečný pracovní tlak retorty nebo sterilizátoru byl asi dvě třetiny plného rozsahu. Tlakoměr musí být kontrolován na přesnost alespoň jednou za rok.

Odvzdušnění:

Všechny retorty a sterilizační systémy používající nasycenou páru jako sterilizační médium musí být vybaveny alespoň jedním odvzdušněním umístěným na opačném konci nádoby od vstupu páry. Odvzdušnění musí být během jakéhokoli sterilizačního provozu plně otevřené.

Časová zařízení:

Když je sterilizační cyklus pod manuální kontrolou, jeden přesný, snadno čitelný časovač by měl být viditelný pro obsluhu pro každou šarži retort při provádění operací a záznamu dat. Časovač by měl být kalibrován v jednominutových děleních.

Autoklávy jsou nepostradatelnou součástí moderního potravinářského průmyslu, zajišťující sterilizaci a konzervaci potravinářských produktů. Základem efektivního sterilizačního procesu je rovnoměrné rozložení teploty uvnitř autoklávu, které je klíčové pro zajištění bezpečnosti a kvality zpracovaných potravin. Rovnoměrné rozložení teploty znamená, že všechny části produktu jsou vystaveny dostatečné teplotě po požadovanou dobu, aby bylo zajištěno účinné zničení mikroorganismů, aniž by došlo k poškození produktu. Tento proces je zvláště důležitý při zpracování nízko-kyselých potravin, kde nedostatečná sterilizace může vést k riziku botulismu.

Autoklávy mohou mít různé konstrukční charakteristiky a mohou být provozovány za různých podmínek, což všechno ovlivňuje rozložení teploty. Například, typy autoklávů se liší podle způsobu zahřívání (pára, voda, směs páry a vzduchu) a způsobu cirkulace tepla (statické nebo rotující autoklávy). Každý z těchto faktorů má vliv na to, jak je teplota uvnitř autoklávu distribuována a udržována.

Důležitým krokem v zajištění rovnoměrného rozložení teploty je provádění testů rozložení teploty. Tyto studie se provádějí v sterilizátoru (retortě) pomocí rozložených zařízení pro měření teploty (TMD), aby byly stanoveny postupy větrání, požadavky na nárůst teploty a stabilitu a uniformitu teploty, které jsou nezbytné pro stanovení výkonnosti ohřevu a chlazení​​. Tyto testy jsou typicky prováděny za skutečných podmínek produkčního retortu.

Principy Rozložení Teploty v Autoklávech

Rozložení teploty v autoklávech je klíčovým faktorem, který ovlivňuje kvalitu a bezpečnost sterilizačního procesu potravin. Tento proces vyžaduje přesnou kontrolu a monitorování teplotních podmínek v rámci sterilizační komory, aby bylo zajištěno, že všechny části produktu jsou efektivně sterilizovány.

Teoretický Základ Rozložení Teploty

Základem pro pochopení rozložení teploty v autoklávech je termodynamika a přenos tepla. Teplota v autoklávu se rozloží v důsledku kombinace vedení, konvekce a záření. Vedení je přenos tepla přes pevné materiály, konvekce je přenos tepla pohybem teplého média, jako je pára nebo voda, a záření je přenos tepla formou elektromagnetického záření.

Faktory Ovlivňující Rozložení Teploty

Různé faktory mohou ovlivnit rozložení teploty v autoklávu, včetně:

• Typ Autoklávu: Různé designy autoklávů, jako jsou parní, vodní nebo smíšené typy, mají různé charakteristiky přenosu tepla.
• Provozní Podmínky: Teplota, tlak a doba sterilizace jsou kritické parametry, které je třeba pečlivě nastavit a monitorovat.
• Fyzikální Vlastnosti Produktu: Hustota, specifická tepelná kapacita a tepelná vodivost produktu mohou významně ovlivnit rychlost a uniformitu ohřevu.

Význam Rovnoměrného Rozložení Teploty

Pro dosažení účinné sterilizace je nezbytné zajistit rovnoměrné rozložení teploty v celé sterilizační komoře. Nedostatečné rozložení teploty může vést k:

• Neúplné Sterilizaci: Nedostatečné rozložení teploty může způsobit, že některé části produktu nejsou plně sterilizovány, což může vést k riziku mikrobiální kontaminace.
• Přehřívání nebo Poškození Produktu: Příliš vysoká teplota v některých oblastech může způsobit degradaci kvality produktu.

Metody Hodnocení Rozložení Teploty

Pro hodnocení rozložení teploty v autoklávu se používají různé metody, včetně:

• Teplotní Mapování: Používání teplotních senzorů rozmístěných v různých bodech autoklávu pro záznam teplotních profilů během sterilizačního cyklu.
• Matematické Modelování: Použití matematických modelů pro simulaci a předpověď rozložení teploty na základě fyzikálních vlastností autoklávu a zpracovávaného produktu.

Teplotní mapování je kritickým nástrojem pro pochopení rozložení teploty v autoklávech. Tento proces zahrnuje umístění několika teplotních senzorů v různých místech sterilizační komory, aby se získal podrobný obraz o distribuci tepla. Senzory měří teplotu v pravidelných intervalech během celého sterilizačního cyklu, poskytujíce data potřebná pro analýzu a optimalizaci procesu.

Význam Správného Umístění Senzorů

Správné umístění teplotních senzorů je zásadní pro získání přesných a reprezentativních dat. Senzory by měly být rozmístěny tak, aby reprezentovaly různé oblasti v autoklávu, včetně potenciálních „studených míst“. Důležité je také umístit senzory blízko kritických oblastí, jako jsou vstupy a výstupy páry nebo vody.

Analýza Dat z Teplotního Mapování

Data získaná teplotním mapováním jsou analyzována pro identifikaci oblastí s nedostatečným nebo nadměrným ohřevem. Tato analýza pomáhá při identifikaci potenciálních problémů v procesu, jako jsou neefektivní cirkulační systémy nebo nedostatečné větrání. Na základě těchto informací mohou být provedeny úpravy v procesu, aby se zajistilo rovnoměrnější rozložení teploty.

Je nezbytné vytvářet grafy nebo tabulky s minimálními a maximálními naměřenými teplotami pro všechna TMD uvnitř nákladu retorty v každém časovém intervalu. Teploty TID, ovladače a grafu v určitých časových bodech by měly být hodnoceny ve vztahu k teplotě TMD. Dále je třeba vyhodnotit rozdíl mezi minimální naměřenou teplotou a naprogramovanou nebo nastavenou minimální procesní teplotou v určitých časových bodech, aby bylo možné stanovit nebo potvrdit teplotní odchylky a určit dobu náběhu. Je třeba identifikovat umístění TMD, které bylo nejpomalejší dosáhnout kritérií náběhu, a určit čas, kdy toto TMD dosáhlo kritérií náběhu. Minimální počáteční teplota by měla být také identifikována.

Pro fázi náběhu by TID mělo být na nebo nad minimální procesní teplotou na konci náběhu. Držení je uniformita a stabilita teplot potvrzena, pokud žádná teplota TMD neklesne pod minimální procesní teplotu, jakmile toto TMD dosáhlo minimální procesní teploty. Pokud jsou konkrétní profily chlazení kritické pro dodání procesu, rozložení teploty během chlazení musí podporovat tyto profily. Na konci všech studií musí být potvrzeno umístění všech TMD. Jakékoli TMD, které se během sběru dat posunulo, by mělo být vyhodnoceno z hlediska dopadu na výsledky studie. Integrita testovacích balení/balastů by měla být potvrzena jako přijatelná. Všechny kritické provozní parametry retorty (např. teplota, otáčení, tlak, průtok, hladina vody a rychlost ventilátoru) byly dosaženy podle plánu a/nebo programu. Situace nebo podmínky, které nesplňují tato kritéria, by měly být kriticky vyhodnoceny. Je třeba identifikovat minimální počáteční teplotu, pro kterou je rozložení teploty platné. Všechny ostatní aspekty produktu, balení, balastu, vzoru zatížení a podobně, pro které je rozložení teploty platné, by měly být také identifikovány.

Techniky Optimalizace Rozložení Teploty

Pro dosažení optimálního rozložení teploty mohou být využity různé techniky, včetně:

• Úprava Cirkulačních Systémů: Zlepšení cirkulace páry nebo vody může pomoci předejít vzniku studených míst.
• Změna Provozních Podmínek: Ajustace teploty, tlaku a doby sterilizace může vést k lepšímu rozložení teploty.
• Inovace v Designu Autoklávů: Vývoj nových designů autoklávů s lepšími topnými a cirkulačními systémy může přinést významné zlepšení v rozložení teploty.

Typy Autoklávů a Jejich Vliv na Rozložení Teploty

V moderním potravinářském průmyslu jsou autoklávy nezbytné pro zajištění bezpečnosti a trvanlivosti potravinových produktů. Rozložení teploty v autoklávu je klíčové pro účinnost sterilizačního procesu a je ovlivněno mnoha faktory, včetně typu autoklávu, jeho designu a provozních parametrů.

Parní Autoklávy

Parní autoklávy jsou nejčastěji používaným typem v potravinářském průmyslu. V těchto systémech je teplo přenášeno prostřednictvím nasycené páry, která obklopuje a proniká do sterilizovaných produktů.

• Mechanismus Přenosu Tepla: V parních autoklávech je přenos tepla realizován konvekcí, kdy horká pára cirkuluje a přenáší teplo na povrch sterilizovaného produktu. Tento proces je účinný, ale vyžaduje pečlivé řízení, aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení teploty.
• Výzvy a Řešení: Hlavní výzvou parních autoklávů je zajistit, aby pára dosáhla všech částí sterilizační komory bez vzniku studených míst. Toto je zajištěno správným větráním, které odstraňuje vzduch z komory a umožňuje páře efektivně cirkulovat.

Vodní Autoklávy

Vodní autoklávy používají superohřátou vodu jako médium pro přenos tepla. Tento typ autoklávu je obzvláště užitečný pro produkty, které by mohly být poškozeny přímým kontaktem s parou.

• Rozložení Teploty ve Vodním Médium: Voda jako médium pro přenos tepla umožňuje jemnější a rovnoměrnější rozložení teploty, což je výhodné pro některé typy produktů. Vodní autoklávy využívají kombinaci konvekce a vedení pro efektivní přenos tepla.
• Výzvy a Řešení: Jedním z hlavních problémů vodních autoklávů je udržení konstantní teploty vody během celého sterilizačního procesu. Je třeba pečlivě monitorovat a řídit teplotu vody a tlak v systému.

Autoklávy se Směsí Páry a Vzduchu

Autoklávy, které kombinují páru a vzduch, nabízejí výhody obou předchozích systémů. Tyto systémy umožňují lepší kontrolu nad rozložením teploty a jsou vhodné pro různorodé typy potravinářských produktů.

• Výhody Smíšeného Systému: Kombinace páry a vzduchu v autoklávu může zlepšit rovnoměrnost rozložení teploty, zejména pro produkty s komplexními tvary nebo různými velikostmi a hustotami.
• Výzvy a Řešení: Hlavní výzvou pro tyto systémy je dosažení a udržení správného poměru páry a vzduchu pro optimální sterilizační efekt. Je třeba pečlivě monitorovat a upravovat provozní parametry, aby byla zajištěna efektivní sterilizace.

Rotující Autoklávy a Jejich Specifika

Rotující autoklávy představují speciální kategorii, která se využívá především pro zpracování potravin ve flexibilních obalech. Rotace pomáhá zlepšovat teplotní distribuci tím, že umožňuje dynamický pohyb obsahu balení.

• Přínos Rotace: Rotace umožňuje lepší kontakt mezi sterilizačním médiem a produktem, což vede k rovnoměrnějšímu přenosu tepla. To je zvláště důležité u produktů, které mají tendenci ke shlukování nebo mají složitější tvar.
• Výzvy v Rotujících Autoklávech: Výzvou je zajistit, aby byla rotace dostatečně efektivní pro dosažení požadovaného rozložení teploty, ale zároveň dostatečně šetrná, aby nedošlo k poškození produktu nebo obalu.

Kontinuální Autoklávy

Kontinuální autoklávy představují řešení pro průmyslové aplikace, kde je požadována vysoká kapacita zpracování. Tyto systémy umožňují nepřetržitý průchod produktů skrze sterilizační zónu.

• Efektivita a Uniformita: Kontinuální systémy umožňují udržovat konzistentní podmínky sterilizace pro velké objemy produktů. Díky tomu je možné dosáhnout vysoké úrovně uniformity rozložení teploty.
• Technické Výzvy: Klíčové je zajistit, aby byly provozní podmínky v každém bodě průchodu produktu skrze systém konstantní a odpovídaly požadavkům na sterilizaci.

Vliv Designu Autoklávu na Rozložení Teploty

Design autoklávu hraje klíčovou roli v rozložení teploty. Různé konstrukční prvky, jako jsou rozměry komory, typ a umístění topných prvků, a systémy pro cirkulaci tepla, mají zásadní dopad na to, jak je teplota distribuována. Například, autoklávy s vynucenou cirkulací páry nebo vody mohou dosáhnout rovnoměrnějšího rozložení teploty než ty s přirozenou cirkulací.

Provádění testů rozložení teploty

V rámci zajištění bezpečnosti a kvality potravinových produktů je provádění studií rozložení teploty v retortách nezbytným a klíčovým prvkem. Tento proces vyžaduje pečlivou přípravu, důkladné plánování a precizní provedení. Přijatelné rozložení teploty je základním požadavkem pro stanovení efektivního a bezpečného procesu sterilizace v retortách.

Studie rozložení teploty se provádějí ve sterilizátoru (retortě) s použitím distribuovaných zařízení pro měření teploty (TMD) za účelem stanovení postupů odvětrávání, harmonogramů odvětrávání, požadavků na zahřívání, stabilitu a uniformitu teploty, což je nezbytné pro zajištění reprodukovatelného a spolehlivého výkonu ohřevu a chlazení v celé retortě. Studie rozložení teploty se obvykle provádějí za použití odhadovaných provozních podmínek nebo parametrů výrobní retorty.

Cílem studií rozložení teploty je stanovení postupů a harmonogramů odvětrávání (kde je to vhodné), požadavků na zahřívání, identifikace případné existence nejpomaleji zahřívaných míst, jakož i stabilita a uniformita teploty během vaření. Data o rozložení teploty mohou také poskytnout vhled do dopadu změn provedených na zpracovatelském zařízení, komunálních službách a dalších identifikovaných kritických faktorech (např. velikost balení, typ, konfigurace zatížení atd.).

Důležitost studií rozložení teploty se výrazně projevuje v různých fázích životního cyklu retorty. Nově instalované retorty vyžadují provedení těchto studií, aby bylo možné ověřit jejich správnou funkci a efektivitu. Stejně tak, retorty podstoupivší rozsáhlou opravu, přepracování nebo přemístění, si vyžadují nové studie rozložení teploty, jelikož tyto změny mohou významně ovlivnit jejich výkonnost a spolehlivost.

Pravidelné testování všech retort je rovněž doporučováno. Tento postup zajišťuje, že retorty nadále fungují v souladu s dříve testovanými a zdokumentovanými standardy. Výměna nebo opotřebení klíčových komponent, které hrají roli v udržování přijatelného rozložení teploty, rovněž odůvodňuje potřebu dalších studií. Tyto komponenty zahrnují, ale nejsou omezeny na, vodní cirkulační čerpadla, ventily a potrubí související s tokem páry/vody, parní vstřikovače, vzduchové otvory, přetlakové/odlehčovací ventily, sprejové trysky, výměníky tepla, vodní distribuční desky a změny v řídícím systému.

Je důležité si uvědomit, že rozložení teploty se může lišit i u identických instalací vybavení v rámci stejného zařízení. Proto by mělo být zváženo provádění studií rozložení teploty pro každou jednotlivou retortu, aby byly zdokumentovány možné variace v rámci jednotlivých retort. Informace získané při průzkumu zpracovatelského zařízení a porozumění procesům změn v závodě, validace a provozních postupů mohou být využity pro vývoj plánu sníženého testování.

Výběr správné retorty pro testování je prvním a kritickým krokem. Je nutné zvážit několik faktorů, jako jsou poloha retorty v systému, typ a konfigurace kontejnerů, styl dělících plechů, typ teplonosného média a způsoby zpracování částečných nákladů. Například, retorty umístěné na konci řady nebo nejdále od zdroje páry mohou mít tendenci k nižší efektivitě dodávky páry a měly by být prioritně vybrány pro testování. Je důležité zdokumentovat všechny důvody výběru konkrétní retorty, včetně detailních informací o jejím umístění, využití a historii provozu.

Prokázání adekvátního rozložení teploty je obvykle předpokladem pro provádění dalších studií, jako jsou studie přenosu tepla, kde je to vhodné. Celkově lze říci, že detailní studie rozložení teploty jsou nezbytné pro zajištění, že retorty jsou schopny efektivně a bezpečně zpracovávat potravinové produkty v souladu s požadovanými standardy a regulačními požadavky.

Příprava Retorty a Kontejnerů

Příprava retorty a kontejnerů pro testování zahrnuje výběr velikosti kontejneru a hustoty nákladu, které představují největší výzvy pro dosažení rovnoměrné teploty. Kontejnery by měly být naplněny vhodným testovacím médiem, které simuluje charakter zpracovávaných produktů. Například, pro studie zaměřené na konvekční ohřev produktů může být vhodné použít vodu nebo nejrychleji se zahřívající produkt, zatímco pro produkty s vedeným teplem jsou vhodnější škrobové suspenze nebo jiné materiály simulující produkt. Rozmístění kontejnerů v retortě by mělo odpovídat nejhoršímu možnému scénáři komerčního provozu, například maximálnímu počtu kontejnerů na vrstvu, maximální hustotě nákladu a vzorům zatížení.

Průběh Testování

Během testování je nutné sledovat a zaznamenávat různé provozní parametry retorty, jako jsou teplota, tlak, průtokové rychlosti a orientace košů nebo kontejnerů. Tato data by měla být zaznamenávána od začátku až do konce cyklu, včetně fáze chlazení. Například, záznamy by měly obsahovat informace o nastavení teploty a tlaku řídicího systému, počáteční teploty produktu nebo balastu, časy dosažení koncových teplot a tlaků, stejně jako průběžné čtení referenčního teplotního senzoru. Je také důležité sledovat otáčky nebo míru agitace v pravidelných intervalech pomocí kalibrovaného stopky nebo zařízení.

Při provádění detailních studií rozložení teploty v retortách je nezbytné zaznamenávat specifická data, která se liší v závislosti na typu retorty. Tato data jsou klíčová pro analýzu a zajištění efektivity a bezpečnosti procesu sterilizace.

V případě retort s nasycenou parou je důležité sledovat úroveň vody ve vztahu k rozprašovačům a nejnižší úrovni kontejnerů v retortě. To je nezbytné pro zajištění správné distribuce páry a tepla v retortě. Dále je třeba pečlivě zaznamenávat čas a teplotu při uzavření odtoku, který je během části ventilace otevřený. Tento údaj nám poskytuje informaci o tom, kdy se retorta přepíná z fáze ventilace do fáze sterilizace. Dalším klíčovým parametrem je čas a teplota zaznamenané referenčním teplotním indikátorem (TID) při uzavření ventilu, což nám ukazuje okamžik, kdy retorta dosáhla požadované teploty pro sterilizaci. Tlak páry v potrubí během testu, a zvláště během náběhu, je rovněž důležitým ukazatelem pro hodnocení výkonu retorty. Konečně, zaznamenání času uzavření přepouštěcího ventilu páry nám pomáhá určit, kdy retorta přechází do další fáze procesu.

Pro retorty s vodním sprejem a kaskádou je nezbytné monitorovat teplotu počáteční procesní vody. Tato informace je zásadní pro pochopení počátečního stavu procesu a jeho vlivu na rozložení teploty. Dále je důležité sledovat úroveň vody ve vztahu k rozprašovačům a nejnižší úrovni kontejnerů v retortě, což je klíčové pro správné mokré zahřívání a sterilizaci. Průtok nebo recirkulační rychlost vody, určená průtokoměrem nebo jinými přijatelnými prostředky, poskytuje informace o účinnosti a rovnoměrnosti distribuce tepla ve vodním prostředí. Čas dosažení nastavených bodů tlaku je dalším důležitým parametrem, který ukazuje na správné fungování retorty v rámci nastaveného procesního cyklu. Sledování tlaku v retortě během celého testovacího cyklu, a to buď v pravidelných intervalech nebo na nepřetržitém diagramu, je nezbytné pro posouzení celkové stability a efektivity procesu.

Pro retorty s vodní imerzí je stejně důležité monitorovat teplotu počáteční procesní vody. Tento údaj nám poskytuje výchozí bod pro hodnocení celkového průběhu a efektivity ohřevu. Doba naplnění (výměna) ve systémech, které přenášejí vodu ze skladovacího bubnu nebo nádrže do pracovního zpracovatelského zařízení, je důležitá pro pochopení doby, kterou trvá retortě dosáhnout pracovního objemu. Úroveň vody v procesním zařízení ve vztahu k horní ploše kontejnerů, uvedená jako minimální nebo skutečná úroveň během procesu, je zásadní pro zajištění, že všechny kontejnery jsou správně ponořeny a zajištěno je rovnoměrné rozložení tepla. Průtok nebo recirkulační rychlost vody, určená průtokoměrem nebo jinými přijatelnými prostředky, je důležitá pro hodnocení účinnosti a rovnoměrnosti distribuce tepla ve vodním prostředí. Čas dosažení nastavených bodů tlaku, stejně jako průtok vzduchu v scfm nebo litrech za minutu, je-li to aplikovatelné a dostupné, a tlak vzduchu v potrubí v době testu a před, během a po náběhu, poskytují cenné informace pro hodnocení výkonu a stability retorty během celého procesního cyklu. Sledování tlaku v retortě během celého testovacího cyklu, a to buď v pravidelných intervalech nebo na nepřetržitém diagramu, je nezbytné pro posouzení celkové stability a efektivity procesu.

Každý z těchto parametrů představuje klíčovou součást studie rozložení teploty, a jejich pečlivé sledování a záznam jsou nezbytné pro zajištění, že proces sterilizace je efektivní, konzistentní a bezpečný.

Vyhodnocení a Dokumentace

Po dokončení testů je nezbytné provést důkladné vyhodnocení stavu měřicích senzorů, testovacích kontejnerů a dalších aspektů retorty. Všechny zjištěné informace a výsledky testů by měly být pečlivě zdokumentovány. Tato dokumentace by měla zahrnovat detailní popis provedených testů, včetně všech změřených hodnot a pozorování, jakož i schématické nákresy umístění všech monitorovacích zařízení uvnitř retorty. Data by měla být zaznamenávána s dostatečnou vzorkovací frekvencí, typicky v rozmezí 10-30 sekund, po celou dobu studie.

Podmínky Testu Retorty

Během provozních postupů je důležité testovat extrémy povolených rozsahů pro posouzení vlivů zatížení, přetlaku a agitace. Studie rozložení teploty by měly být prováděny při maximální teplotě retorty, která se používá pro komerční zpracování. Například, pokud je produkt zpracováván při teplotě (130°C), neměly by být studie prováděny při nižší teplotě než (121°C). Obecně by teplotní rozložení nemělo být testováno na teplotách vyšších nebo nižších než (~2.5°C) od teploty, při které bude produkt zpracováván. Minimální teplota a doba ventilace jsou kritickými faktory pro retorty na páru. Částečné zatížení by mělo být studováno společně s plným zatížením, kde je to povoleno. Otáčení koše by mělo být studováno na nebo pod očekávanou hodnotou naplánovaného procesu.

Autoklávy potřebují zásobu čistého, bezolejového stlačeného vzduchu pro provoz automatických řadičů a udržení přetlaku v komoře autoklávu. Tlak vzduchu (nebo směsi vzduchu a páry) se používá k vyrovnání nárůstu vnitřního tlaku v kontejnerech během ohřevu a chlazení. Objem a reakční doba systému kontroly přetlaku závisí na typu a rychlosti chlazení. Jakýkoli pokles teploty v komoře vedoucí k poškození produktu a expanzi balení, když se pára kondenzuje na začátku chlazení, musí být zabráněn. Rychlost reakce systému snímání tlaku a dodávka vzduchu pro „přetlakování“ musí zabránit poškození balení (např. deformaci, ventilačnímu větrání nebo průřezu, rozdrcení a poškození).

Autoklávy potřebují zásobu čistého, bezolejového stlačeného vzduchu pro provoz automatických řadičů a udržení přetlaku v komoře autoklávu. Tlak vzduchu (nebo směsi vzduchu a páry) se používá k vyrovnání nárůstu vnitřního tlaku v kontejnerech během ohřevu a chlazení. Objem a reakční doba systému kontroly přetlaku závisí na typu a rychlosti chlazení. Jakýkoli pokles teploty v komoře vedoucí k poškození produktu a expanzi balení, když se pára kondenzuje na začátku chlazení, musí být zabráněn. Rychlost reakce systému snímání tlaku a dodávka vzduchu pro „přetlakování“ musí zabránit poškození balení (např. deformaci, ventilačnímu větrání nebo průřezu, rozdrcení a poškození).

Profil přetlaku může být stanoven pomocí tlakových záznamníků, které jsou k dispozici od různých dodavatelů a mohou být umístěny uvnitř balení. Tyto zařízení zaznamenávají vnitřní tlak v balení a poskytují grafický výstup. Nevýhodou je, že většina těchto zařízení není v reálném čase, což znamená, že data jsou dostupná až po vyjmutí zařízení z balení. Vnitřní tlak v balení a tlak v nádobě lze vykreslit a překrýt, aby byl stanoven tlakový rozdíl – tento by měl být co nejblíže nule během celého cyklu retorty.

Při provádění zkoušek k určení profilu přetlaku je třeba zvážit následující:

• Rozsah volného prostoru, který se pravděpodobně vyskytne v balení napříč všemi formulacemi.
• Rozsah teplot naplnění, který se pravděpodobně vyskytne uvnitř nákladu v retortě – profil by měl být schopen kompenzovat nejteplejší a zároveň neškodit chladnějším balením.
• Podmínky uzavření balení – injekce páry, uzavírání toku páry nebo uzavírání vakuem budou výhodné, protože úroveň volného prostoru se výrazně sníží a profil přetlaku bude snazší kontrolovat. Je zřejmé, že podmínka uzavření musí být pečlivě řízena a měla by být považována za kritický kontrolní bod.

Celkově je zřejmé, že pečlivé nastavení a kontrola profilu přetlaku v autoklávu jsou zásadní pro zajištění správného zpracování a zachování integrity balení, což je nezbytné pro zajištění bezpečnosti a kvality zpracovaných potravinových produktů.

Specifikovaná a ve výrobě používaná minimální počáteční teplota produktu (IT) v plánovaném procesu je důležitá, protože teplota v balení na začátku „doby vaření“ určuje rychlost a rozsah ohřevu (Fh, j – hodnoty). Specifikace by měly identifikovat možné způsoby kontroly této minimální teploty, pravděpodobně nejchladnější a nejpomaleji se ohřívající složky (např. mražené složky, jako jsou kusy zeleniny) a způsoby kontroly jejich minimální teploty. Počáteční teplota balení nemá velký vliv na dobu zpracování fh ≡ ΔT°C, pokud neobsahuje mražené složky, v takovém případě se doba ohřevu prodlouží o čas potřebný k překročení latentní tepelné zóny, nebo pokud systémy zahušťování produktu znamenají, že má přerušovanou křivku ohřevu (částečně vedení a částečně konvekční ohřev).

Rozsah teplot IT v nákladu potravinářských autoklávů je také důležitý, protože způsobuje rozdíly v rychlosti, s jakou se buduje teplota produktu a tím i vnitřní tlak balení. Korekce přetlaku komory pro kompenzaci toho musí zohlednit nejvyšší tlak, ale nesmí způsobit rozdrcení nebo průřez těsnění v nejpomaleji se ohřívajících baleních. Kontrolní opatření použitá k minimalizaci rozsahu teplot IT zahrnují předchlazení balení na 15 – 25°C; omezení velikosti nákladu potravinářského autoklávu (tak, aby rozsah teplot mezi prvním a posledním balením byl asi 10°C). Potravinářské autoklávy (pouze pára/vzduch) mohou být vybaveny zařízením pro udržování teploty, které do komory používá parní odvětrání k minimalizaci ztráty tepla z balení. Lepší kontrola teplot IT a jednotnost rozložení tepla bude dosažena, pokud jsou potravinářské autoklávy předehřáté, když jsou startovány ze studena před prvním během procesu.

Šaržové potravinářské autoklávy se plní koši s baleními. Rozměry balení a podložky použité k oddělení vrstev balení jsou nedílnou součástí systému pro udržování a cirkulaci tepla a musí být zohledněny při jeho návrhu. Všechny udržovací systémy by měly umožňovat neomezenou cirkulaci ohřívacího média kolem všech kontejnerů, aby bylo dosaženo požadovaného rozložení teploty v komoře (např. +/- 0,7°C během doby vaření nebo doby udržování). Musí také zajistit předvídatelnou rychlost přenosu tepla na povrch balení (dobrá cirkulace ohřívacího média) a předvídatelný průnik tepla do balení (např. předvídatelná nebo známá maximální tepelná cesta). Požadavky na rozestupy balení musí být specifikovány. V parních nebo parních/vzduchových autoklávech nesmí být kontejnery pod úrovní kondenzátu, protože to zpomalí jejich rychlost ohřevu.

Pokud se používají separátory mezi vrstvami balení nebo jako podnosy se zabudovanými přepážkami, měly by být perforované, aby zajistily co nejrovnější distribuci ohřívacího média a zabránily maskování balení (vytvoření lokálního „studeného místa“ nebo omezení přenosu tepla). Separátory mezi vrstvami produktu (vrstevné podložky) mohou být vyrobeny z jednoho materiálu (například z nerezové oceli nebo sklolaminátu) nebo mohou být laminovány, aby získaly specifické vlastnosti (1 vrstva butylové gumy a 1 vrstva sklolaminátu).

Orientace kontejneru v koši potravinářského autoklávu a v autoklávu: Specifikace by měly definovat distribuci ohřívacího média a tím i jeho přístup k a průtok přes povrchy výměny tepla balení. Řídící faktory zahrnují návrh autoklávu, orientaci a tvar kontejneru, vzor stohování kontejnerů v koších, obsazenost koše a návrh vrstevných podložek a mezivrstevních separátorů nebo separátorů. Průtok ohřívacího média ovlivňuje teplá a studená místa a do jaké míry je pozice nejchladnějšího místa pevná nebo se pohybuje během sterilizačního procesu.

Neotevřené, zpracované balení jsou určena pro dlouhodobé skladování při teplotách nad 8°C, přestože jejich obsah může podporovat růst mikroorganismů. Proto musí být produkty podrobeny tepelnému zpracování v balení, které zajistí známé a významné snížení počtu jakýchkoli nebezpečných mikroorganismů schopných růstu. Cílem sterilizačních procesů jsou především tepelně odolné spory patogenu Clostridium botulinum, i když v praxi jsou navrhovány intenzivnější tepelné procesy pro eliminaci odolnějších spor mikroorganismů způsobujících zkažení. Přítomnost botulinového toxinu může způsobit botulismus u lidí, a proto musí být tepelné procesy navrženy a provozovány tak, aby byla velmi nízká pravděpodobnost přežití spor v hotových produktech, protože růst spor může vést k tvorbě tohoto toxinu. Obecně se přijímá, že přijatelné riziko přežití spor Cl. botulinum je 1 v 10^12 kontejnerech. To je obvykle interpretováno jako minimální tepelný proces F0 = 3 min  v nejchladnějším bodě každého kontejneru ve výrobní šarži. Kvůli variacím v kontrole a potřebě inaktivovat odolnější spory k minimalizaci rizika komerčního zkažení je běžné cílit na hodnoty F0 vyšší než 3, typicky 8 – 20.

Po sterilizaci musí být kontejnery rychle ochlazeny (např. během asi 3-4 hodin) na teploty kolem 40°C (smíšená teplota) před paletizací. Nedostatečné chlazení může umožnit růst termofilních bakterií způsobujících ploché zakysání nebo nafouknutí kontejnerů. Rychlost chlazení je určena typem a designem autoklávu (např. schopností přenosu tepla), nákladem autoklávu, umístěním balení v autoklávu a chladicím médiem. Příliš rychlé chlazení zpomalí sušení balení. Chladicí voda musí být dezinfikována, aby se zabránilo kontaminaci produktu a udrželo hygienické znovuoběhové potrubí. Ve cirkulačním systému pro chladicí vodu by měly být zařazeny čistitelné filtry nebo síta, které chrání čerpadla apod. a zabraňují kontaminaci zbývajících balení v případě jejich poškození.
Přetlak v autoklávu musí být udržován během první fáze chlazení, aby se zajistilo, že tlak v plechovce/nebo v flexibilním/částečně tuhém balení je vždy nižší než tlak v autoklávu. Profil přetlaku s teplotou musí být specifikován v plánovaném procesu/dokumentaci HACCP.

Teplota sterilizace (cílová teplota v komoře autoklávu) je často nastavována v rozmezí 120 – 125°C. Teplota sterilizace závisí na mnoha faktorech, včetně schopnosti autoklávu dosáhnout a udržet danou teplotu, odolnosti obalu vůči teplotě, rychlosti ohřívání produktu uvnitř obalu, typu tepelného procesu, kterému má být potravina podrobena – změn, které chceme vyvolat v produktu nebo změn, kterým chceme zabránit ve sterilizovaném produktu (nižší teplota sterilizace a delší doba tepelného zpracování ovlivní kvalitativní změny produktu a stupeň jeho „vaření“ jinak než vyšší teplota sterilizace a kratší doba, i když oba procesy zajišťují stejnou úroveň zničení mikroorganismů).
Teplota sterilizace (teplota, při které je proces prováděn) může být tedy stanovena z poměrně širokého rozmezí, přičemž je třeba mít na paměti, že:
– vyšší teplota sterilizace znamená: delší dobu dosažení teploty sterilizace autoklávem, delší dobu stabilizace teploty v autoklávu, delší dobu chlazení autoklávu.
– nižší teplota sterilizace znamená: kratší dobu dosažení teploty sterilizace autoklávem, kratší dobu stabilizace teploty v autoklávu, kratší dobu chlazení autoklávu.
Po stanovení teploty sterilizace (teploty, při které je proces prováděn) a provedení mapování teploty v autoklávu je nutné provést měření penetrace tepla do vnitřku produktu. Během testů penetrace tepla bude vypočítána hodnota F0 dodaná do produktu – tím bude potvrzeno, zda produkt prošel požadovaným tepelným zpracováním (v nastavené teplotě sterilizace v autoklávu a v určeném čase sterilizace).
Teplota produktu během fáze udržení (během sterilizace) není konstantní, ale mění se – roste. Pokud produkt má teplotu pod 115°C, reálný nárůst hodnoty F během 1 minuty sterilizace je velmi nízký. Teprve teplota produktu během sterilizace kolem 118-121°C (a zejména nad 121°C) zajišťuje vysoké nárůsty hodnoty F.

Jaká teplota sterilizace má být stanovena? Jaký čas sterilizace má být nastaven? Bez provedení měření penetrace tepla dovnitř obalu (tj. bez provedení měření hodnoty F dodané do produktu během sterilizace) není možné stanovit a potvrdit, zda daná teplota sterilizace (v komoře autoklávu) a čas sterilizace (naprogramovaný v řídicím systému autoklávu) jsou dostatečné pro sterilizaci daného potravinářského produktu.