МОСКОВСКАЯ ВСТРЕЧА
Форум самогонщиков Сайт Барахолка Магазин МОСКОВСКАЯ ВСТРЕЧА

Эффективность стерилизации в бытовом автоклаве

Форум самогонщиков Кухонный инвентарь
Petrovan Бакалавр Юга 57 21
29 Дек. 20, 16:43
В этой теме приведена методика и программа для расчета эффективности стерилизации в бытовом автоклаве.
Текст рассчитан так, чтобы иметь все необходимые объяснения даже для начинающих, кто пришел просто из интернета.

Вступительное слово.
Стерилизация требует соблюдения необходимых температурных режимов дабы гарантировать гибель бациллы, которая может испортить продукт и вас самих.
Промышленные процессы хорошо изучены и описаны в литературе. Бытовой подход часто берет за основу промышленные методы, однако без измерений процесса работы конкретного бытового автоклава "промышленные" числа имеют мало смысла.
К счастью есть люди, которые озаботились проведением экспериментов. Известные замеры температуры и давления внутри банки товарища svarnoy позволили всем убедиться, что температура в банке растет со значительной задержкой от показаний термометра на автоклаве.
Вокруг температуры стерилизации сложилось много мифов. Так, считается, что достижение температуры 120°C является принципиально важной самоцелью. На самом деле это совсем не так. Стерилизация наступает и при меньших температурах, что давно изучено наукой.
За неимением простой методики расчета и экспериментальных замеров, гарантировать качественную стерилизацию можно лишь с заведомо избыточным временем выдержки. Такой подход должен быть оправдан всегда и для всех (если мы договоримся что безопасность важнее всего остального). Однако с наличием замеров и простой методики расчета появляется возможность искать более щадящие режимы.

Замечания, объяснения.
Скрытый текст Температура в автоклаве (то что показывает ваш термометр) и внутри банки - разные вещи! Видеть мы можем первую, но нужна нам вторая. Температура в банке растет с большой задержкой относительно температуры в автоклаве. Отсюда и разночтения и непонимание процесса. Договоримся и запомним - автоклав прогревается до рабочей температуры (скажем 120°C), но это еще ничего не значит. От этого момента мы засекаем время, и ждем пока температура внутри банок достигнет требуемой. Ответ на вопрос "Сколько времени ждать?" мы получили из замеров svarnoy. Ответ на вопрос "Когда можно отключать?" мы получим с помощью расчетов.

Заметьте - давление никак не рассматривается, ибо в контексте стерилизации оно носит лишь вспомогательную техническую роль (чтобы была возможность нагреть воду свыше 100 градусов). Само по себе давление не стерилизует!

Чтобы получить точные цифры расчетов для своего аппарата - нужно повторить опыт с замером температуры на своем автоклаве при полной рабочей загрузке настоящей тушёнки. Если делать замеры возможности нет - ориентируйтесь на данные замеров svarnoy, не забывая оставлять хороший запас.

Весь отсчет времени в расчетах ведется только от наступления 120 градусов в среде автоклава (никак не от начала нагревания либо любого другого события).

Все расчеты и критерии стерильности базируются на данных для Clostridium botulinum как наиболее опасной.

Поскольку рассматривается теоретический "условный автоклав" - все расчеты и исходные данные округлены для удобства восприятия и расчётов. Округления соизмеримы с погрешностью измерения бытовых термометров. Точные расчеты имеют смысл только для конкретного аппарата после замера его параметров.


Методика расчета.
Скрытый текстИзвестная табличка которой поделился Вассилич дает нам время необходимое для инактивации спор ботулины.
21834.296170.jpg
21834. Эффективность стерилизации в бытовом автоклаве. Кухонный инвентарь.

Судя по этим числам - эффективность стерилизации растет экспоненциально от повышения температуры. Это значит что небольшое повышение температуры дает очень значительный эффект стерилизации. Продукт в банке прогревается не мгновенно. Перед и после заветных 120 градусов идут процессы нагревания и охлаждения, которые так же вносят свой вклад в стерилизацию. Вывести численные мерки этого вклада - и есть цель расчетов.

Стерилизацию теплом можно сравнить с радиацией. До какого-то уровня она практически не влияет на организм. Огромная доза может убить мгновенно. Но и средние дозы, полученные длительное время убивают точно так же.
Если рассматривать тепло как радиацию, убивающую бациллу - то нужно выяснить какая доза для нее смертельна, и сколько времени в автоклаве требуется чтобы эту дозу набрать. Еще раз - чтобы убить бациллу не обязательно достичь какой-то одной температуры. Достаточно чтобы совокупность тепла, которое получила бацилла, превысило определенное значение.

Коэффициент стерилизации.
Как было сказано - эффективность стерилизации растет от увеличения температуры. Давайте представим что у бациллы есть количество "полного здоровья". Каждая минута при определенной температуре отнимает определенное количество здоровья бациллы, и так пока та не погибнет. Примем полное здоровье бациллы за 1.

Если при температуре 100 градусов требуется 300 минут на убийство бациллы, то одна минута при такой температуре отнимает у бациллы: 1 (здоровье) / 300 (минут) = 0.003 (здоровья)
Рассчитаем коэффициент стерилизации (К-С) одной минуты для каждой температуры.

ks.png
Ks. Эффективность стерилизации в бытовом автоклаве. Кухонный инвентарь.


Имея числовое выражение каждой минуты при той или иной температуре, мы можем посчитать какую "дозу облучения" наберет бацилла при разном времени автоклавирования.

Расчет эффективности процесса.
Методика расчета проста, но требует некоторых математических упражнений.
Все что нужно - нарисовать график изменения температуры в банке, где на одной оси будет время а на другой - коэффициент стерилизации (температура). Посчитав интеграл мы получим желаемое число.

Как считать этот ваш интеграл? Все просто - достаточно разделить весь промежуток времени на минуты и посмотреть какая температура достигается в каждую отдельную минуту. Получим длинный список коэффициентов стерилизации, просуммировав который и получим общую "дозу" смертельного для бациллы тепла. На практике удобнее разделить все время на большие отрезки, и для каждого отрезка считать усредненную величину коэффициента стерилизации. Все это - очень упрощенное объяснение, однако такой метод даст достаточно точные результаты для практического применения.

intg.png
Intg. Эффективность стерилизации в бытовом автоклаве. Кухонный инвентарь.


Из примера получается, что при выдержке 2 часа при 120 град бациллы получат дозу смерти 3.15.
Хоть мы и условились что бацилла имеет "1" жизни - на практике стерилизация не работает в режиме да/нет. Это вероятностный процесс. Так что полученное значение "3" означает что мы достигнем стерильности с 3 раза большей уверенностью чем при режиме с эффективностью 1.

По этой методике можно считать результаты для разного времени и температуры выдержки. Скажем, вы хотите выдерживать при максимальной температуре 110 градусов - тогда вам достаточно нарисовать график желаемого процесса. После несложного подсчета интеграла вы узнаете какую именно дозу стерилизации обеспечит ваш процесс.

Программа для Windows.
prog.png
Prog. Эффективность стерилизации в бытовом автоклаве. Кухонный инвентарь.

Пользоваться программой - просто.
Выберите температуру, время и метод, и нажмите кнопку.
Важнее всего - число "Эффективность стерилизации". Все что ниже 1,5 можно назвать не гарантирующим стерилизацию. От 1,5 до 2 - условно стерильно, но на грани. Свыше 2 - более или менее надежно (в рамках теоретических расчетов!).
На графике показано какую температуру и на какой минуте наберет банка в процессе.

Скачать:
avtoclaver.zip
(версия 1.0, изначальная)

Важные выводы.
Если посчитать разные режимы то становится понятно, что некоторые рекомендации в интернете нельзя назвать безопасными, а многие - находятся на грани. Именно диапазон популярных режимов "40-60 минут" очень чувствительный к небольшим изменениям длительности выдержки. В некоторых случаях разница в 5 минут составляет 50% эффективности стерилизации! Виной всему - нелинейная зависимость эффективности от температуры. Недогрели казалось бы пару градусов, а эффективность потеряли вдвое! Неизвестно где именно вы потеряете свои пару градусов - на сквозняке или на чуть меньшем нагреве, или на более холодном изначально продукте? Поэтому рекомендовать можно одно - всегда добавляйте время на запас.

Как уже было сказано - применять расчеты следует с осторожностью. Помните, что существует множество нюансов которые могут повлиять на стерилизацию в худшую сторону (даже программа делает расчеты на основании теоретических данных). Поскольку на кону стоит вопрос смертельной опасности - всегда следует выбирать максимально возможное время автоклавирования.

Вопрос вкусовых качеств в расчетах не рассматривается. Тушенка - продукт разработанный в первую очередь для длительного хранения. Может быть, что "хороший вкус" (обычно малое время выдержки) и безопасность (большое время выдержки) - невозможно сочетать в бытовом автоклаве. Промышленность может позволить себе очень быстро нагревать и остуживать жестяные банки, так что домашняя тушенка при соблюдении условий стерильности вряд ли будет похожей на заводскую. Требуется ли это вообще? Вопрос открытый. Баланс вкуса и безопасности остается в конечном счете личным выбором и ответственностью каждого.

Дальнейшие исследования.
Скорее всего процессы для одной банки и для полной загрузки будут различаться. Если мы хотим получить более полную картину - нужны новые замеры именно в реальных условиях.
Если кто имеет графики нагрева и охлаждения для промышленного процесса - я могу с их помощью уточнить какая эффективность стерилизации считается достаточной в промышленности. Тогда и мы будем знать на какое число ориентироваться.
Возможно следует добавить в программу расчет для большего разнообразия бацилл? Я сам не уверен, нужно ли это.
Можно расширить диапазон температур дабы можно было считать пастеризацию, но я не знаю нужно ли это кому-либо, да и наверное нужны будут новые замеры параметров для таких условий.

Благодарности и ссылки.
Моя работа была бы невозможной без замеров svarnoy (хоть и набрел я на них только недавно). Мысли изложенные мной - достаточно очевидны и множество раз озвучивались многими людьми на форуме. Так получилось, что сначала я нашел табличку замеров (благодарим Peskar) и решил на досуге поиграть с математикой. Когда все было посчитано - я увидел что сам svarnoy приводил на форуме цитату из учебника с описанием похожей методики. У меня получилось по сути то же самое, но "другими словами", что радует так как очевидно подход выбран правильно.

Тема "Автоклав": [Автоклав]
Методика расчета из учебника: [сообщение #13132421]

П.С. Если кто заметил ошибки, неточности в расчетах - прошу в личные сообщения. Программу тестировал но не фанатично.
П.С. Если вы где-то в огромной теме по автоклаву выкладывали подобные расчеты - пишите в личку и ссылки на ваши сообщения будут приведены тут как источники информации.
Птица - Говорун Доктор наук Н - ск 728 331
Отв.1  21 Марта 21, 15:35
Я Совсем недавно Здесь Зарегистрировался ---поводом сделать это стало такое понятие как Ботулизм?- Захотел узнать все о нем ?

ваша тема :Эффективность стерилизации в бытовом автоклаве лично мне ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНА и хотелось бы расширить и углубить ее как говорил мишка меченный. Не понятно только что такая актуальная и необходимая тема не посещается Форумчанами с декабря 20 года?
svarnoy Профессор Жуковский. 7.3K 3.6K
Отв.2  21 Марта 21, 15:44, через 9 мин
Наиболее точный расчет, со всеми формулами, есть у "Кецелашвили Д.В. Технология мяса и мясных продуктов." во втором томе.
Самая главная проблема это узнать обсемененность конкретной партии, именно на этом основаны дальнейшие вычисления, бытовые микроскопы в 1000 крат не помогут, так что об эффективности просто так не узнать.
Вывод отсюда прост, работать по расчетным книжным режимам, дома самому не поправить.
Расчеты в точности повторяют данные 100 летней давности, приведеные еще в немецкой книге 30х годов.
Расчет с пояснениями занимает там три листа печатного текста.
Птица - Говорун Доктор наук Н - ск 728 331
Отв.3  21 Марта 21, 16:02, через 19 мин
"Кецелашвили Д.В. Технология мяса и мясных продуктов."svarnoy, 21 Марта 21, 15:44
Большое Спасибо! Найду ее обязательно!