UNIVERSITATEA ,,LUCIAN BLAGA” SIBIU

FACULTATEA DE STIINTA AGRICOLE INGINERIE ALIMENTARA SI PROTECTIA MEDIULUI

MASTER: MANAGEMENTUL PROCESARII MODERNE A ALIMENTELOR

DISCIPLINA:

PERSPECTIVE IN AMBALAREA PRODUSELOR ALIMENTARE

Sef lucrai dr.ing.Ciprian Capatana

TEMA:

Integrarea MAP cu noile tehnici de germicid / bactericid

MASTERANT:

Ing. Alexandra Noje

Ing. Axenia Hoje

2009

Integrarea MAP cu noile tehnici de germicid / bactericid

15.1 Introducere

Modificarea Atmosferei de Impachetare (MAP) e o descriere precisa a tehnicii perioadei de valabilitate (Bennett 1995). In UK, MAP implica in principal folosirea celor 3 gaze: dioxid de carbon, nitrogen si oxigen, desi alte gaze sunt folosite în alta parte. Produsele sunt ambalate în diverse combinaţii ale acestor trei gaze, în funcţie de proprietati fizice şi chimice ale produselor alimentare.

15.1.1 MAP şi conservarea alimentelor, alterarea produselor alimentare şi termenul de valabilitate

În timp, se produce alterarea produselor alimentare în mod inevitabil si rata la care aceasta se produce depinde de structura fizică şi de proprietatile alimentelor în sine, de tipul de microorganisme şi de mediul in care este pastrat alimentul. Prin potrivirea atenta a atmosferei modificate individual pentru fiecare produs in parte, adoptarea fabricatiei adecvate, metodele de manipulare si impachetare, observarea depozitatii recomandate si conditiilor de afisare, distribuitorul poate extinde cu secces termenul de valabilitate la majoritatea alimentelor. Din cizelarea acestui proces poate rezulta un rezultat sau un beneficiu substantial. Selectarea corecta a amestecului de gaze pentru atmosfera modificata este determinata prin cautarea unei combinatii intre perioada de valabilitate si aspectul vizual. Pentru cea mai extinsa perioada de valabilitate, se foloseste la carnea rosie 100% dioxid de carbon, dar aceasta nu va avea culoarea rosie luminoasa dorita de consumatori. Rosata carnii, o caracteristica importanta in decizia de cumparare a consumatorilor, poate fi mentinuta folosind un amestec de gaze MAP ce contin oxigen in proportie de 60% - 80%. O data ce a fost acceptata ca posibila, in anumite cazuri, are sens /simt economic sa sacrifice unele termene de valabilitate pentru a asigura aspectul vizual, apoi s-a stabilit care amestec da cel mai bun rezultat pentru fiecare produs in parte. Efectul gazului individualizat in ambele cazuri, alimente si microorganisme, v-a fi prezentat in Tabelul 15.1, dar un sfat sumar asupra recomandarilor aemestecului gazos, temperaturii de depozitare si temenului de valabilitate realizabil pentru 16 alimente diferite.

Sunt cateva motive comerciale importante pentru care impachetarea MAP a alimentelor are asa de mare cerere in U.K. Acestea ar fi:

- Extinderea termenului de valabilitate cu 50% - 500 %;- Reducerea la minim a risipei – repopularea si ordonarea pot devenii mai flexibile;- Calitatea, prezentarea si aspectul vizual – toate imbunatatite;- Reducerea nevoii de conservanti artificiali;- Cresterea distantei de distributie a produselor;- E posibila productia semi-centralizata.

Tabelul 15.1 Amestecul de gaze MAP pentru produseProdusul Amestec de gaze Temp. de

depozitare 0C

Term. de valab.O2 CO2 N2 Gaz MAP In aer

Carne rosie cruda 70 30 - -1 la +2 5-8 zile 2-4 zileMaruntaie 80 20 - -1 la +2 4-8 zile 2-6 zilePasari de curte si vanat (crude) - 30 70 -1 la +2 10-21 zile 4-7 zilePeste si fructe de mare (crude) 30 40 30 -1 la +2 4-6 zile 2-3 zilePreparate din carne conservate si procesate

- 30 70 0 la +3 3-7 saptamani 1-3 saptamani

Preparate din peste si fructe de mare conservate si procesate

- 30 70 0 la +3 7-21 zile 5-10 zile

Preparate din pasari de curte si vanat conservate si procesate

- 30 70 0 la +3 7-21 zile 5-10 zile

Semipreparate - 30 70 0 la +3 5-10 zile 2-5 zileProduse de paste proaspete - 50 50 0 la +3 3-4 saptamani 1-2 saptamaniProduse de patiserie - 50 50 0 la +3 4-12 saptamani 4-14 zileBranzeturi tari - 100 - 0 la +3 2-12 saptamani 1-4 saptamaniBranzeturi moi - 30 70 0 la +3 2-12 saptamani 1-4 saptamaniAlimente uscate - 100 Ambient 1-2 ani 4-8 luniProduse vegetale preparate si conservate

- 30 70 0 la +3 7-21 zile 3-14 zile

Alimente lichide si bauturi - - 100 0 la +3 2-3 saptamani 1 saptamanaBauturi carbogazoase - 100 0 la +3 1 an 6 luni

15.1.2. Noi tehnici germicide / bactericide

Indiferent de cum este aplicata tehnologia atmosferei modificate in mod eficient la alimente, nici un produs nu poate ramane pe rafturile supermarcheturilor la nesfarsit. Pentru fiecare aliment exista: un amestec de gaze recomandat, temperatura de depozitare si termene de valabilitate realizabile ca cele prezentate in tabelul 15.1. La sfarsitul termenului de valabilitate, un sumar al principalelor surse de alimente alterate si infestate (otravite) care s-au petrecut sub procesele MAP sunt date in tabelul 15.2. In toate cazurile mecanismul de alterare sau stricare este microbian si principalele microorganisme responsabile pentru contaminarea alimentelor pentru fiecare produs in parte au fost identificate.

Tabel 15.2. Surse de alterare si infestare (otravire) a alimentelorProdusul Principalul mecanism de

alterareCateva pericole de otravire la alimente

Carne rosie cruda Culoare schimbata ( de la rosu la maro)Microbiana

Clostridium sp., Salmonella sp., S. aureus, Bacillus sp., Listeria monocytogenes, E.coli

Pasari de curte si vanat (crude)

Microbiana Clostridium sp., Salmonella sp., S. aureus,Campylobacter sp., Listeria monocytogenes

Peste si fructe de mare (crude)

Oxidare rancedaMicrobiana

Clostridium botulinum (non-proteolytic E,B si F) Vibris parahaemolyticus

Semipreparate Microbiana Clostridium sp., Salmonella sp., S. aureus, Bacillus sp., Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica

Produse de patiserie Microbiana, veche.Separare fizica.Migratia umezelii

S. aureus, Bacillus sp.

Branzeturi Microbiana, oxidativa, ranceda.Separare fizica

Clostridium sp., Salmonella sp., S. aureus, Bacillus sp., Listeria monocytogenes, E.coli

De-a lungul timpului inevitabil se produce alterarea dar rata la care aceste fenomene au loc poate fi rezolvata prin combinarea bactericidelor/germicidelor in tehnica MAP. Atat UV cat si ozonul sunt instare sa omoare microorganismele prin urmare din combinarea celor doua cu MAP rezulta un produs mai sigur si cu un termen de valabilitate mai mare. Sistemele germicale compacte pot fi incorporate inauntrul procesului de impachetare MAP, rezultand un termen de valabilitate cu o durabilitate crescuta.

Supravietuirea (S) a microorganismelor cand sunt expuse fie la UV sau ozon este reprezentata de catre doua rate de declin (Wekhof 2000) dupa cum urmeaza:S = C exp ( - kD ) pentru D < D0

S = C exp ( - mD ) pentru D < D0

Aceasta relatie este aratata in figura 15.1. Doza D este produsul dintre intensitatea UV sau ozon si durata (t) de expunere. Este o rata initiala rapida de distrugere (k) la un nivel (1 – C ) si aceasta este urmata de o rata mult mai mica de distrugere (m). Valoarea lui C este de ordinul 10-3. Figura 15.2 o comparatie a dozei ( D0) necesara pentru UV, ozon si cerintele clorine pentru atingerea a 99,9% nivel de distrigere cand comparam cu doza pentru E. coli in apa. Ei arata raspunsuri comparative la o gama de microorganisme.

Cea mai plauzibila explicatie pentru urma curbei de supravietuire este efectul grupat sugerat de numerosi cercetatori – tendinta microparticulelor de a se strange in grupuri natural. Gruparea celulelor bacteriene protejeaza un mic procent din bacterie si o induce pe aceasta sa se comporte ca si cum ar avea o rezistenta mult mai mare atat la UV cat si la ozon.

15.2 Radiatia ultravioleta

Radiatia ultravioleta (UV) este o forma de energie care poate fi absorbita si poate aduce schimbari structurale si de sistem (Koler 1965). Expunerea sistemelor de microorganisme la radiatiile UV, inauntrul lungimii de unda domeniu definit de Fig. 15.3, pot disocia AND-urile, care sunt vitale functiilor de reproducere si metabolizare si astfel inactiveaza microorganismele. Cea mai comuna sursa pentru producerea lumini inauntrul unei regiuni germicide este lampa cu vapori de mercur cu presiune joasa. La temperatura camerei aproximativ 73% din capacitatea de radiatii produce 254nm radiatii UV, 19% produce 185 nm radiatii UV si 8% este capacitatea unor lungimi de unda 313, 365, 405, 436 si 546nm.

Aceasta este aratata in figura 15.4. Functioneaza pe acelas principiu ca si lampa fluorescenta dar fara invelisul de fosfor. Cu o tensiune aplicata deasupra lampa va genera un camp electic E inauntrul ei care ionizeaza vaporii de mercur pentru a produce emisii de lumina

UV. Miezul este facut din cuart de tipul 219, care exclude luminarea sub 220nm. Cand functioneaza la o temperatura de 400C aceasta lampa emite 92% din radiatii la o lungime de unda de 254nm. Caracteristicile acestor tipuri de lampi sunt date in Tabelul 15.3. Acestea opereaza folosind a.c. (50 Hz) sursa de energie si produce o putere de 25W pe metru de lungime a lampi.

Microundele sunt unde electromagnetice de frecventa inalta generate de magnetroane, care pot fi depozitate intr-o cavitate de rezonanta facuta din metal sau material dielectric (Wilson 1992). Principiul este ilustrat in Fig. 15.5, in care microundele sunt introduse in lampa printr-un cuplaj rezonator cu cavitate metalica. Campul electric (E) ionizeaza vaporii de mercur in lampa pentru a produce emisii UV. Frecventa microundelor este 2,46GHz si este aceeasi cu cea folosita la cuptoarele cu microunde. Acestea permit folosirea magnetroanelor cu un cost mic (Kraszewski 1967). Lampile difera semnificativ fata de lampile conventionale Uv deoarece nu au timpi de incalzite, nu se deterioreaza cu timpul, au forma adaptabila si pot fi folosite in modul cu impulsuri. Exista deasemenea si posibilitatea de a produce ozon si UV cu aceeasi lampa pentru producerea unui efect sinergic.

Tabel15.3 Caracteristicile lampilor UV conventionaleLampa si lungimea de arc (mm)

Puterea lampii(W)

Curentul lampii(mA)

UV output(W)

UV output @1000 mm, µW/cm2

212, 131 10 425 2.9 24287, 206 14 425 3.9 35436, 356 23 425 7.0 69793, 711 37 425 12.8 131

Doua lampi diferite sunt prezentate in figura 15.6. Lampile sunt alimentate la un capat si functioneaza in spatiu liber ambele emitand 185nm si 254nm folosind 214 sticla de cuart sau pot emite doar 254nm prin folosirea 219 sticla de cuart. Pentru ca microundele produc un camp electric transversal comparativ cu un camp electric longitudinal produs de o lampa conventionala, lampa cu microunde este capabila sa emita UV la o magnitudine mare in intensitate de cel putin 250 W/m.

Lumina UV poate fi detectata de fotodiode de silicon care au raspunsuri consolidate in raza microundelor de 190 la 400 nm. Zona detector de 5.8mm2 e tinuta in pachete de metal si poate inmagazina in acelas timp si 33.6mm2 , si dispozitivele de 100mm2 sunt tinute in pachetele ceramice. Toate pachetele incorporeaza o fereastra de cuart pentru a marii raspunsul spectral. Dispozitivul este prezentat in fig. 15.7 cu toate dimensiunile date in mm. Functioneaza cu o tensiune de 5V si un curent maxim de 10mA. Caracteristicile electrice sunt date in tabelul 15.4 si raspunsurile in fig. 15.8. Dispozitivul produce un output liniar cu putere input UV.

Lumina UV este capabila sa omoare microorganismele prin folosirea microundelor in interiorul regiunii germicale. Microundele de 254nm emise dintr-un descarcator de mercur sunt ideale pentru aceasta actiune. Rata de distrugere este reprezentata de o valoare logaritmica a ratei de distrugere de 90% fiind 1,99% fiind 2,99.9% fiind 3. Tabelul 15.5 da cele 3 etaloane de distrugere pentru o gama larga de microorganisme. Puterea luminii UV este data in microvati per cm2 si o valoare tipica ar fi 6000 µW/cm2 pentru bacterii. Valorile mai mari de distrugere pot fi obtinute prin cresterea dozei de lumina UV (intensitate x timp) dar de obicei este o limita atinsa pentru valoarea de distrugere.

Tabel 15.4 Caracteristicile diodelorAria activa Capacitate de raspuns (tipic) amp/watt Capacitatea de raspuns

maxima (tipica)mm2 mm @190nm @245nm @340nm5.8 2.4 x 2.4 0.12 0.14 0.19 950 nm33.6 5.8 x 5.8 0.12 0.14 0.19 950 nm

15.3 Ozonul

Ozonul este toxic si concentratiile in exces de 5ppm sunt cerute pentru a produce un efect microbiologic semnificant intr-un timp scurt de expunere concentrat cu o linie de productie moderna de mare viteza. Ozonul este un compus in care 3 atomi de oxigen sunt combinati sa formeze molecule O3. Este un agent de dezinfectare si oxidare puternic, aparut natural. Legatura slaba care tine al treilea atom de oxigen al ozonului face ca molecula sa fie instabila. Datorita acestei instabilitati o reactie de oxidare se petrece pe orice coleziune intre o molecula de ozon si microorganisme (bacterii, virusi si chisturi). Celulele bacteriene si virusurile sunt rupte sau devin inactive prin oxidarea lantului lor AND. O3 + X = O2 + XO Ozone + microorganism = oxigen + oxid

Ozonul are o jumatate de viata in aer de la 4 la 12 ore depinzand de temperatura si umiditatea din aerul ambiental. Jumatate de viata in mediu apos timp cuprins intre secunde si ore depinzand de temperatura, pH si calitatea apei.

Doua metode comerciale sunt folosite pentru generarea de ozon in principal descarcarea prin efect coroana si radiatia ultravioleta. Sistemul de descarcare prin efect coroana (CD) este produs prin trecerea aerului printr-un camp electric de voltaj inalt care este apropiat de voltajul de aprindere cerut pentru caderea electrica. Conditiile tipice de operare au o raza cuprinsa intre 5000 volti pentru frecventa de voltaj de inalta tensiune de 1000Hz si pana la 16000 volti pentru frecventele de voltaj joase de 50 Hz. Aerul (contine aproximativ 21% oxigen) sau oxigenul concentrat (pana la 95%oxigen pur) uscat la un minim de – 60% puncte de uscare, trece prin coroana care contine electoni liberi (e) care cauzeaza ruperea legaturile de oxigen (O 2) permitand celor doi atomi de O sa se ciocneasca cu alte molecule de O2 pentru a creea ozonul. O2 + e = 2 O + e O2 + O = O3

Amestecul de ozon/gaz descarcat din generatorul de ozon CD are un contine normal 1% pana la 3% cand folosim aer uscat si 3% pana la 10 % cand folosim oxigen cu puritate mare.

Dupa cum se indica in fig 15.9, productia de ozon cu aer ne uscat este mai mica de jumatate decat cea de la punctul de condensare de - 60 0C. Figura arata ca o crestere in producerea de oxid de azot genereaza cresterea exponentiala deasupra punctului de condensare de -400C . Oxizi de azot dizolvati in apa creaza acid azotic, care este coroziv in sistemul CD materialele de constructie cauzand o mentenanta marita. Umiditatea poate fi indepartata prin trecerea aerului prin sitele moleculare, activat de alumina, gel de siliciu, membrana sau printr-o combinatie de refrigerare si deshidratare. Oxigenul este concentrat in aer prin trecerea aerului ambiental prin site moleculare materiale care absorb umezeala si azotul cand sunt sub presiune de 2 bar. Rata de productie pentru unitati comerciale sunt indicate in tabelul 15.6.

Ozonul este produs prin iradierea aerului ambiental cu UV avand lungimi de unda sub 200nm. Lungimile mai mari de unda, in jur de 250nm, sunt mai eficiente in distrugerea ozonului

decat la producerea lui. Energia UV rupe cateva din moleculele de O2 in doi atomi de O care se ciocnesc cu alte molecule de O2 pentru a produce ozonul (O3). Sistemul este prezentat in figura 15.10 din care aerul curge printr-un cilindru mare pus in jurul lampii UV. Deoarece sursele de lumina UV nu sunt monocromatice, sunt generate atat lungimile de unda scurte cat si lungi prin urmare in sistemul UV ozonul este produs si distrus simultan. Concentratia de ozon de la generatorul UV depinde de energia emisa (produsa) de tipul de lampa UV folosit, de imprejurimile care inconjoara lampa, de temperatura, de umiditate si de continutul de oxigen pe care il are aerul si de volumul de aer care trece prin generator. Figura 15.11 arata cresterea ratei de producere g/kWhr in timp ce fluxul de gaze creste cand se foloseste lampa UV cu microunde. Pentru un debit de 160lmp rata de producere este 13gm/kWRr pentru lampa de 45.9W cand folosim cuart 214. Prin folosirea cuartului rafinat este posibil sa transmitem lungimi de unda de pana la 160nm si pentru aceste conditii rata de producere a ozonului este mai mare de 40g/kWhr.

Tabel 15.6 Rata de producere a ozonului pentru unitatile comerciale de ozonProductia de ozon

g/h

Alimentarea cu oxigen a ratei fluxului de gaze lmp

Consumul de energie cu compresor W

Eficacitate

g/kWhr16 4.5 835 1930 9.0 1415 2145 13.5 1930 2360 18.0 2430 25

Senzorul pentru ozon foloseste senzor electrochimic. Acei senzori functioneaza continuu si necesita o intretinere (mentenanta) minima. Temperaturile nominale ambientale sunt intre – 25 0C si +50 0C. Extinderile pot varia intre 0 - 10ppm cu o sensibilitate de 0.1ppm, pana la o extindere de 0 – 100 ppm. Semnalul de iesire poate fi transmis pirintr-o bucla de curent de 4 – 20 mA la teleafisare sau la un logger de date. Dispozitivul opereaza normal de la sursele principale dar un set de mecanisme suspendate sunt disponibile ce opereaza de la baterii de 12 Vd.c. Perioada de incalzire este de cateva minute si rezultatul de schimbare de ozon se petrece in cateva secunde. Fig. 15.12 arata un sistem de senzori compact produs de ATI (Manchester UK).

Tabel 15.7 Comparatie intre generarea de ozon cu descarcare prin efect coroana versus radiatii ultraviolete

Parametri Radiatia ultraviolet Descarcare prin efect coroanaRata maxima de producere a ozonului

13g/kWh folosind bulbi cu aer 185nm40g/kWh folosind bulbi 160nm

>25g/kWh din concentratia uscata de oxigen din aer

Concentratia de ozon din gazul de iesire / kW

~0.29% din greutatea aerului ~1.6% din greutatea oxigenului

Nevoia de alimentare a gazului uscat

E de dorit daca e necesara pentru consistenta ozonului de iesire in aplicatia data, dar nu e critica pentru longevitatea echipamentelor. (umezeala cu generatorul de UV nu produce acid azotic cum produce umezeala in cazul generatorului cu descarcare prin efect coroana)

Critic pentru durabilitatea echipamentelor optime, descrescand pentru mentenanta echipamentelor

Costuri capitale Relativ mica Relativ micaCosturi operationale (energie electrica)

Mare Mare

Unele rezultate pentru ozonul din apa au fost date in fig. 15.2. Doza de ozon pentru bacteria E.coli este de 0.5mg/litru apa cu o rata de distrugere obtinuta de 99.9%. Rezultatele ratelor de distrugere de ozon cu contaminarea aerului sunt date in tabelul 15.8.

Rata de distrugere si functionarea in timp este aratata in fig. 15.13 si 15.14 pentru bacteriile E.coli si S. aureus. Exista doua procese de descompunere cu rate diferite constantecare au loc simultan numite si moarte fulger a celulelor bacteriene individuale si moarte lenta a grupurilor de celule bacteriene protectoare sau rezistente. Raspunsul la ozon este ca si cum cele doua specii diferite ar fi fost prezente in acelas loc si efectul total al ozonificarii este pur si simplu adaugat celor doua efecte separate. Tabel 15.8 Rata de distrugere a bacteriilor si ozonul degajat in aerul contaminat

Organism Supravietuire % Ozon ppm Timp secunde Doza (ppm x sec)S.salivarius 2 0.6 600 360S. epidermis 0.6 0.6 240 144

E.coli 0.0560.007

300631

1515

45009460

S. aureus 0.0040.003

3001500

1515

450022500

15.4 Integrarea cu MAP

Acestea sunt o varietate de masini cum ar fi masina orizontala form-fill-seal (masinile de ambalat cu sigilarea formelor), masina thermoform-fill-seal (masinile de ambalat cu termoformare), camerele de vacum si tuburile de alimentare cu aer. HFFS orizontal (form-fill-seal) sau asa numitele masini de impachetat pe flux sunt capabile de producerea de pachetele umplute flexibile in forma de pungi dintr-o singura rola de membrana / film. HFFS poate de asemenea sa reimpacheteze o tava pre ambalata. HFFS poate fi de doua tipuri – orizontala si verticala (VFFS) dupa cum este aratat in fiura 15.15. Masinile VFFS sunt potrivite pentru produse cum ar fi alimentele cu gravitate mica ca si cafeaua, salatele, branza rasa, etc.

Masinile de ambalat cu termoformare realizeaza impachetari constand din tavi semirigide impachetate termic care sunt sigilate ermetic cu un capac facut din material flexibil. Benzile Rollstock (folosite in special pt PVC/PE) sunt transmise automat intr-o sectiune unde este folosit vacum sau aer comprimat pentru a desena si a taia pelicula de material, dand tavii forma dorita. Produsul este incarcat manual sau automat in tavi inainte de iesirea acestora, este pulverizat amestecul de gaz MA dorit si cu caldura de etansare se sigileaza materialul care tine loc de capac. Pachetele sigilate ermetic sunt apoi separate cu ajutorul unor unitati de taiere longitudinale si transversale. Masina Multivac Rollstock este aratata in figura 5.16.

Alegerea pentru pelicila de material pentru MAP este in mare determinata de rata de transmitere a vaporilor de apa si gaz. Materiale cum ar fi polyesterul (PET), nailonul, clorura de poliviniliden (PVdC) si copolimerul etilen vinil alcol (EVOH), asigura o bariera de gaz buna dar in multe cazuri o slaba bariera impotriva vaporilor de aer. Polietilena, polipropilena si etilen vinil

acetat, au rata de transmitere a gazului prea mare pentru a mentine amestecul de gaze ales sau de vacum prin urmare acestea nu ofera suficient timp termenului de garantie adecvat majoritatii produselor. Oricum ele sunt o buna bariera impotriva vaporilor de apa si de aici inainte impiedica uscarea produselor sau produsele uscate sa prinda umezeala. Rata de transmitere a oxigenului pentru majoritatea aplicatiilor este cuprinsa intre limitele 10 – 125 cm3/m2.zile.atm.

15.4.1. Instalatia de UV/ sistemul ozon

Lampile de UV / ozon prezentate in figura 15.5 au fost incorporate in Masinile Rollstock prezentate in fig.15.16. Produsele sunt expuse la ozon sau UV inainte de aplicarea materialului de capac la ambalare, asa cum se arata in figura 15.17. Lampa e capabila sa produca atat UV cat si ozon separat sau in combinatie la iesire asa cum este ilustrat in fig.15.18a, b, c. Efectul bactericid al UV este produs de o linie de mercur de 254nm cu transmitere de sticla de cuart atat de 214 cat si de 219. Ozonul este produs de o linie de mercur de 185nm cu tansmitere de sticla de cuart de 214 dupa cum este prezentat in figura 15.19. De aici inainte lampa poate fi setata sa emita ozon(15.18b) sau UV(fig.15.18a) sau ozon si UV(15.18c). Sticla Pyrex previne transmiterea radiatiilor UV de 185nm cat si de 254nm.

Lampile UV/ozon au fost montate pe masinile Rollstock asa cum se arata in figura 15.16. Aranjarea din figurile 15.20a si b arata cele mai bune locatii pentru sistem. Tipul de aranjare brat articulat pentru pozitionarea lampii deasupra tavilor cu produse este aratat in figura 15.21 a si b. Acesta permite lampii si reflectorului sa ilumineze clar tava cu produs, cu UV, ozon sau combinatia celor doua. Constructia solida a dispozitivului este prezentata in figura 15.22a si absenta radiatiilor UV in apropierea ariei de operare se vede in figura 15.22b. Scanarea mentine de asemenea o capcana pentru ozon. Rata de distrugere a bacteriei S. Aureus este prezentata in fig.15.23 si arata rata de distrugere cu ozon sau UVsi ozon produce o performanta de 4 etalon.

15.5 Tendintele viitoare

In scopul de a obtine noi rate de distrugere este necesar sa separam aglomerarile de microorganisme in microorganisme singure. Acest lucru este posibil prin folosirea unor dozaje mari de UV sau ozon (Wekhof 2001). Figurile 15.24 si 15.25 arata nivele de energii consolidate necesare cand se folosesc cu lumina. Asemenea energi pot fi generate doar prin folosirea lampii de semnalizare cu xenon care produce un spectru de radiatii de la 1100nm la 200nm. Cantitatea de radiatii bactericide cu o raza de 230 – 280nm este de 5 % comparativ cu 73% cat este data de lampa de presiune joasa. Rata de distrugere pentru un singur microorganism este prin urmare mai putin eficienta cu 15 minute fata de lampa de semnalizare din cauza procentului scazut de radiatii bactericide. Cu toate acestea ruperea aglomerarilor de microorganisme este in principal un efect termic si poate fi atins de toate radiatiile intens emise si de aici inainte se observa o rata mai rapida de distrugere pentru intensitati mai mari.

Rata de dezactivare pentru E.coli, B.subtilis si A.aureus, este prezentata in fig.15.26. Filtrand afara radiatia germicala (bactericida) UV din spectrul, se produce o reducere dramatica in obtinerea valorilor de distrugere. Rata de distrugere cu radiatii UV 254nm pentru E.coli este de 6mJ/cm2 pentru rata de distrugere etalon 3 cand folosim o lampa conventionala UV, si aceasta trebuie sa fie comparata cu 5006mJ/cm2 cand folosim o lampa de semnalizare cu xenon. De asemenea rata de distrugere pentru B.subtilis cu radiatii UV de 254nm este de 116mJ/cm2

comparativ cu 250 6mJ/cm2. Oricum, o putere totala mare este capabila sa imbunatateasca rata

totala de distrugere cu pana la 4 etaloane astfel adaugand niveluri noi de distrugere prin folosire efectului de radiatie asa cum este prezentat in figura 15.25.

Avantajele sistemului de microunde, prezentat in figura 15.5, este avantajul lui pentru producerea luminii UV pulsate la putere pulsatorie mare. Figura 15.27 arata aceeasi putere medie de 6mJ/cm2 ca fiind produsa in 100µs de pulsatii cu un timp de repetare de 70µs. Avantajul folosirii UV in loc de lumina alba este capacitatea de absorbita usoara de catre substrat si de aici inainte este nevoe de mai putina putere de pulsare pentru ruperea aglomerarilor de microorganisme. In completare rata de distrugere a microorganismelor singure rezultate din ruperea aglomerarilor de microorganisme este de asemenea marita in comparatie cu lumina alba. Teoria sugereaza ca temperatura suprafetei trebuie sa se ridice la peste 100 0C in timpul duratei de pulsare pentru a detasa suprafata bacteriei.

Ecuatia 15.1 arata temperatura de suprafata (T) ca functie a timpului (t) dupa ce suprafata a fost iradiata cu o sursa de lumina cu unda plana de putere P (W/m2)

Pt=ρσT

Cu D = K / σρUnde K = conductivitate termica W/(mk) σ = caldura specifica kJ/(kgk)

ρ = densitate (kg/dm3)

Distanta de difuzare (r) este r =

Pentru un specimen plan de grosime r Pr = KTPentru aluminiu K = 209, σ = 0.904 , ρ= 2.7Pentru sticla K = 0.81, σ = 0.84 , ρ= 2.5Pentru a atinge o temperatura de suprafata de 100oC, apoi pentru un substrat de sticla Pr = 81 si t = 2.59 r2. Daca r = 10 mm atunci P = 8100 W/m2(i.e. 800nm W/m2) si t = 259 µs, alternativ daca r = 1mm atunci P = 8 W/cm2 si t = 2.59 µs. Astfel o serie de 8k W/m2 pulseaza cu o durata de 259 µs care va fierbe bacteria de pe suprafata pentru distrugerea ei cu lumina UV.

Industria alimentara este dornica sa adopte si sa imbunatateasca tehnici care imbunatatesc siguranta sau/ori extind termenul de valabilitate petru produse fara folosirea conservantilor. Este considerata intensa folosirea particulelor de ozon sau UV ca fiind utilizata pentru produsele organice in loc de perspectiva spalarii cu clor. Unul dintre inconvenientele folosirii lampi UV este acela ca nu actioneaza in portiunile umbrite. Cu toate astea, unul dintre avantajele lampilor UV cu microunde este acela ca formele si dimensiunile pot fi adaptate pentru a servi iradierii produsului. Unele produse cum ar fi carnea feliata, prezinta o suprafata plata care poate fi tratata cu UV. Alte produse cum ar fi painea cu faramitare (structura) poroasa este mai greu de sterilizat de catre lumina UV dar poate fi tratata cu ozon. Din pacate ozonul e toxic la un nivel de expunere maxim de 0.2ppm. Este necesar dozat in exces (2 – 5 ppm minim) la producerea unui efect microbian semnificant intr-o perioada de expunere scurta folosindu-se in linii de productie de viteza mare. De aici inainte aspectele sigurantei personalului operator trebuie sa fie atent luate in considerare.

Combinatia de UV cu ozon poate oferi o sterilizare suficienta ca si cu combinatia cu MAP, rezultatul fiind un produs mai sigur si /sau extinderea termenului de valabilitate. Unele produse care contin acizi grasi pot din pacate sa fie oxidati de ozon conducand la o schimbare de aroma. Poate fi posibila contracararea oxidarii din timpul fazei de sterilizarii prin folosirea unui amestec de gaze MAP adecvate. Combinand sistemele UV/ozon rezultatele pot furniza mai

multe optiuni pentru sterilizarea alimentelor (si impachetare).Ele furnizeaza optiunea de sterilizare ,,flash” (rapida).

Provocarea va fi sa se determine frecventa optima, intensitatea sau curba celor mai mari efecte biodestructive. Exista si optiunea de a produce ozon si UV pentru a produce un efect sinergic. Acesta va fi deasemenea combinat cu gaze MAP. Sistemul combinat UV/ozon are urmatoarele atribute:

- Sa distruga cresterea bacteriilor si mucegaiurilor prin utilizarea noului sistem de radiatii prin microunde UV si ozon;

- Marirea perioadei de valabilitate a produselor alimentare prin integrarea sistemului bactericid in masinile MAP ;

- Distrugerea microbilor in sistemul de spalare al apei pentru produsele: fructe si legume;- Sa fie aplicabil inauntru unui mediu de fabricatie pentru o gama larga de produse.