N0, N, t, D, z, F – VII parte

Nei post precedenti si sono viste alcune delle caratteristiche che i processi termici dovrebbero avere in termini di durata e temperatura per essere efficaci nel rendere sicuro un alimento dal punto di vista microbiologico e parallelamente sono state indagate quelle relative ai microrganismi che li rendono in qualche modo tolleranti o resistenti agli stessi. Arrivati a questo punto, proviamo a fare un breve riassunto introducendo anche il concetto di F relativo ai processi di pastorizzazione e sterilizzazione.

Soprattutto per alcune categorie di alimenti, il trattamento termico è di fondamentale importanza al fine di assicurare la sua salubrità sia nel breve che nel lungo periodo. Raggiungere quindi un adeguato effetto pastorizzante o sterilizzante è basilare, specialmente nell’ambito dell’industria conserviera.

Esaminate le caratteristiche chimiche e fisiche dei prodotti alimentari sviluppati o da sviluppare, si devono prendere in considerazione quali microrganismi si possano potenzialmente sviluppare in esso e quali siano i specifici valori di D e z associati così da progettare il corretto trattamento termico da applicare.

Riprendiamo alcune defiinzioni:

D = il decimal reduction time riferito ad una data temperatura, è il tempo necessario a ridurre il numero dei microorganismi target fino al 10% del valore di carica iniziale. Ad ogni valore di D è associato anche un tempo più frequentemente in minuti. Esempio: 1D equivale ad una riduzione da 1000 a 100 microrganismi, oppure da 10^6 a 10^5. Per i processi di pastorizzazione si considera in genere D71 e D121 per quelli di sterilizzazione. Nella pratica, considerando la forma vegetativa di Bacillus cereus, il D60 = 1 ci dice che teoricamente è necessario un trattamento termico a 60 °C per 1 minuto per ridurre del 90% la sua popolazione iniziale.

z = thermal resistance constant, è l’incremento di temperatura necessario per ottenere una riduzione decimale rispetto al D di riferimento. Questo valore, espresso in °C o °F, per le spore è in genere pari a 10 e a 5 per le forme vegetative. Esempio: per un Staphylococcus aureus con D60 = 7 minuti e z = 9,5 °C, si può ottenere una riduzione decimale (1D) in 1/10 di tempo aumentando la temperatura del trattamento termico a 69,5 °C.  Si avrà quindi che D69,5 = 0,7 minuti, D79 = 0,07 minuti e così via. Al contrario invece, riducento la temperatura di processo a 50,5 °C saranno necessari 70 minuti per ottenere 1 riduzione decimale (1D).

Quanto detto ci permette di introdurre il concetto di F (F-value).

La scienza e la tecnologia degli alimenti compie continui progressi per garantire alimenti sicuri e sempre più “integri” dal punto di vista nutrizionale e affinchè un processo termico sia sufficiente a garantirle entrambe è essenziale calcolare il tempo e la temperatura ottimali da applicare allo stesso. L’indice F (da Fahrenheit) è stato introdotto proprio per raggruppare, correlare e tradurre in un unico valore queste due importanti variabili con D e z e poter calcolare così l’effetto pastorizzante e sterilizzante globale visto e considerato che qualsiasi processo termico non è omgeneamente istantaneo.

F = Dt (log N0 – log N)

è l’equazione che definisce l’indice F dove il termine (log N0 – log N) identifica il numero di riduzioni decimali (nD) che si vogliono ottenere, Dt = D alla temperatura target, N0 = concentrazione della carica iniziale e N = concentrazione della carica finale.

Quindi, per capire se un processo termico è stato correttamente applicato ad un eterminato prodotto, è necessario conoscere il valore di D per il microorganismo target (D60, D71 o D80 per la pastorizzazione e D121 per la sterilizzazione) e il numero di riduzioni decimali totali volute o necessarie affinchè il trattamento sia conforme.

A livello industriale e nella maggior parte dei prodotti sterilizzati si considerano generalmente sicuri, anche contro le forme sporigene maggiormente resistenti, con valori di F121 compresi tra 4 e 6 minuti. Tale trattamento permette di stoccare i prodotti per qualche anno a temperature massime intorno ai 25 °C, mentre nei paesi tropicali, dove le temperature ambientali possono superare i 40 °C, F viene considerata adeguata quando maggiore di 12 minuti. In realtà si dovrebbe parlare più propriamente di “sterilizzazione commerciale” e questo punto lo vedremo meglio in un prossimo post.

La pastorizzazione, avendo (ma non solo) lo scopo di inattivare le forme vegetative alterative e patogene potenzialmente presenti nel prodotto alimentare e solitamente associata anche ad altri metodi conservativi (refrigerazione, atmosfera protettiva,..), non consente tempi di stabilità così lunghi come visto per la sterilizzazione e valori di F71 compresi tra 30 e 100 minuti sono frequentemente presi come validi target.

NOTA: il valore di F, espresso in minuti, consente di conoscere quale sia l’effetto termico globale su un prodotto ad una data temperatura e in ogni caso si riferisce alla quantità termica ricevuta dal prodotto nel punto più critico dove il riscaldamento risulta più lento e svantaggiato rispetto alla restante porzione. Ad oggi esistono diversi strumenti che opportunamente sviluppati e tarati assolvono in modo del tutto automatico al calcolo di tale parametro e supportano l’operatore al corretto approccio nel progettare il processo nel suo insieme.