بخشی از مقاله
چکیده:
شناساگرهاي زمان-دما به عنوان ابزاري براي کنترل ایمنی موادغذایی تازهي بستهبندي شده در محیطهاي کم اکسیژن استفاده میشوند. هدف این تحقیق توسعه مدلی بمنظور تعیین کارایی TTIها براي موادغذایی مستعد رشد کلستریدیوم بوتولینوم، بخصوص غذاهاي دریایی بستهبندي شده با اکسیژن کاهش یافته، میباشد. معادلات TTIهاي با رفتار درجه صفر و رابطه آرنیوس مرتبط با آنها، براساس مدل اسکینر-لارکین بررسی و شبیهسازي شد. همچنین براي TTIهاي با کینتیک درجه یک نیز مدل اسکینر-لارکین توسعه داده شد و با مدل درجه صفر مقایسه گردید.
بررسی عملکرد TTIهاي با رفتار درجه صفر و درجه یک و مقایسه آنها نشان داد که شرایط مدل ارایه شده براي TTI درجه صفر نسبت به درجه یک در مواقعی سختگیرانه و گاها خوشبینانه میباشد، لذا ابتدا بایستی از مرتبه کینتیک TTI مورد نظر اطمینان حاصل نمود، زیرا قضاوت درباره TTIهاي مرتبه یک از روي منحنیهاي درجه صفر میتواند منجر به نتایج نادرست و بروز مشکلات بهداشتی جدي گردد.
مقدمه:
بسته بندي با اکسیژن کاهش یافته - ROP - 1 براي موادغذایی تازه داراي حداقل 2 مزیت است: - 1 - بهبود کارایی تولید، حمل و نقل و توزیع و - 2 - افزایش زمان ماندگاري. بستهبندي ROP معمولا از طریق بستهبندي خلأ یا بستهبندي اتمسفر اصلاح شده - MAP - انجام میشود
تمایلات اخیر به بستهبندي ROP براي مواد غذایی تازه خطرات تازه اي براي ابتلا به بوتولیسم ایجاد کرده است، زیرا در این نوع بستهبندي ممکن است قبل از بروز فساد آشکار، توکسین حضور داشته باشد 8 - ،7،6،2،. - 1 این خطر تؤام با این حقیقت است که غذاهاي دریایی بمراتب کمتر از سایر موادغذایی پخته میشوند. بنابراین، حل کردن موارد ایمنی مرتبط با غذاهاي دریایی تازه ROP ممکن است کاربرد این تکنولوژي را براي بسیاري از موادغذایی آسان نماید
اگرچه مطالعات نشان دادهاند که بستهبنديMAP احتمالا قادر به طولانی کردن زمان ماندگاري ماهی تازه میباشد، اما استفاده از آن به دلیل خطر باکتريهاي پاتوژن که سبب ایجاد سمیت قبل از فساد آشکار میشوند، محدود میگردد . - 4 - کلستریدیوم بوتولینوم در دماهاي بالاتر توکسین را با سرعت بیشتري نسبت به دماهاي پایینتر تولید میکند 9 - ،8،. - 7 حداقل دما براي رشد C. botulinum نوع E و غیر پروتئولیتیک نوع B و F حدود 3/3 درجه سانتیگراد است. هنگامی که زمان ماندگاري موادغذایی سرد افزایش مییابد، زمان بیشتري براي C. botulinum در جهت رشد و تشکیل توکسین، در دسترس است. زمانی که دماهاي نگهداري افزایش مییابد، زمان لازم براي تشکیل توکسین کاهش مییابد. FDA صنعت را به حفظ دماهاي سرد، در طی نگهداري، توزیع، عرضه، یا حمل و نقل موادغذایی سرد توسط مصرفکننده، معطوف میدارد
اسکینر و لارکین - 1998 - یک رابطه تجربی به شرح زیر براي پیشبینی زمان مورد نیاز براي مشاهده توکسین C. botulinum، به عنوان تابعی از دما، ارائه نمودند:
که L زمان تأخیر سمی شدن - lag time - برحسب روز و T دما برحسب درجه سلسیوس است. شکل 1 نمودار منحنی اسکینر و لارکین را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود، منحنی اسکینر و لارکین یک مرز تجربی در اطراف تمامی شرایط شناخته شده براي رشد C. botulinum ارائه میدهد
معمولا تغییرات ایجاد شده در موادغذایی سرد تازه نامطلوب است و نشان دهنده افت کیفیت مادهغذایی و یا افت ایمنی آن است. همچنین تشخیص داده شده است که سرعت این چنین تغییراتی با توجه به دما تغییر می کند. در حقیقت، معادله 1 حساسیت دمایی آزادسازي توکسین توسط C. botulinum را نشان میدهد TTI . - 11 - ها با استفاده از سیستمهاي فیزیکی و/یا شیمیایی نسبتا ساده طراحی شدهاند که خصویات حساسیت دمایی قابل فهمی دارند
TTI هاي طراحی شده براي تضمین ایمنی غذاهاي دریایی تازه ROP بایستی به ناظر اجازه دهند که تفسیر TTI را به رابطه اسکینر و لارکین - معادله - 1 ارتباط دهد. هدف این تحقیق توسعه مدلی بمنظور تعیین کارایی TTIها براي موادغذایی مستعد رشد C. botulinum، بخصوص غذاهاي دریایی بستهبندي شده با اکسیژن کاهش یافته، میباشد. براي این منظور، معادلات TTIهاي با رفتار درجه صفر و رابطه آرنیوس مرتبط با آنها، براساس مدل اسکینر-لارکین، بررسی و شبیهسازي شد. بعلاوه، براي TTIهاي با کینتیک درجه یک نیز مدل اسکینر-لارکین توسعه داده شده و با مدل درجه صفر مقایسه گردیده است.
شکل .1 - الف - منحنی اسکینر-لارکین: - ب - منحنی LS
مواد و روش ها:
به طور کلی، سرعت تغییر پارامتر قابل مشاهده - A - TTI، از معادله زیر تبعیت میکند:
که k ثابت سرعت واکنش، و n درجه واکنش است. در سیستمهاي بسیار پیچیده نظیر موادغذایی، تغییرات کلی غالبا منطبق بر کینتیکهاي درجه شبه صفر - n=0 - یا درجه شبه اول - n=1 - هستند. معمولا فرآیندهاي غالب در طبیعت داراي رفتار کینتیک درجه اول میباشند. در این حالت، سرعت تغییر A در هر زمان معین، متناسب است با مقدار آن است:
اگرچه که رفتار درجه صفر معمولا در فرآیندهاي طبیعی مشاهده نمیشود، اما به جهت سادگی تحلیل، همواره مورد توجه محققین بوده است
با حل معادلات - 4 - و - 3 - ، میتوان روابط حاکم بر رفتار TTIهاي درجه صفر و درجه یک را، به ترتیب مطابق با معادلههاي - 5 - و - 6 - ، در زمانهاي معین بیان نمود:
همانطور که مشاهده میشود، کار با روابط کینتیک مرتبه صفر به دلیل شبه خطی بودن در مقایسه با روابط نمایی مربوط به مرتبه یک بسیار آسانتر میباشد. به عنوان مثال، اگر یک TTI درجه صفر در دماي 2 درجه سانتیگراد طی 10 روز منقضی شود - مثلا - vitsab® M2-10، انتظار میرود که - به صورت خطی - در هر روز %10 از کل پاسخ - A0=100% - مشاهده گردد - معادله 5 را ببینید - . این در حالی است که به جهت نمایی بودن روابط، براي یک TTI مشابه با درجه یک، پاسخ مشاهده شده در روزهاي اول بسیار بیشتر از پاسخ در روزهاي انتهایی خواهد بود
نتایج و بحث:
کینتیک درجه صفر:
Welt و همکاران در سال 2003 معادلات TTIهاي درجه صفر و رابطه آرنیوس مرتبط با آنها را، براساس مدل اسکینر-لارکین براي رشد کلستریدیوم بوتولینوم در غذاهاي دریایی بستهبندي شده با اکسیژن کاهش یافته، بررسی و شبیه سازي نمودهاند . - 13 - براي این منظور، آنها فرمول تجربی اسکینر و لارکین - 11 - - 1998 - را به رابطه متناظر آرنیوس آن تبدیل نمودند. به عبارت دقیقتر، رابطه آرنیوس که بیانگر چگونگی تغییرات ثابت سرعت واکنش - k - با دماي مطلق - T - است مطابق با معادله زیر تعریف میشود:
که K=273.15+T دما برحسب درجه کلوین و k0 مقداري ثابت است. به طور کلی ، ثابت سرعت واکنش با دما افزایش مییابد. بدیهی است که حساسیت ثابت سرعت به دما بوسیله انرژي فعالسازي Ea کنترل میشود. به عبارت دقیقتر، براي دو TTI با مقادیر Ea متفاوت، به ازاي یک تغییر دماي معین، ثابت سرعت واکنش در TTI با انرژي فعالسازي بزرگتر، بیشتر تغییر خواهد کرد. به طور کلی، پارامترهاي آرنیوس k0، و Ea با استفاده از نمودار ln - k - برحسب عکس دماي مطلق - 1/K - بدست میآیند. زیرا مطابق معادله زیر، در دستگاه مختصات مذکور، معادله آرنیوس به صورت خطی با شیب –Ea/R و عرض از مبدا ln - k0 - بیان میشود:
با قواعد طبیعی، پایان زمان تأخیر اسکینر و لارکین - L - ، همزمان با جوانهزنی اسپورهاي C. botulinum، رشد باکتريها و آزادسازي توکسین میباشد. بنابراین، یک TTI ایدهال باید در هر دما، دقیقا در زمان تأخیر L متناظر با آن دما، منقضی گردد. به عبارت دقیقتر، اگر TTI از درجه صفر باشد باید در زمان L - T - مقدار A=0 گردد.
براي رسم معادله اخیر در صفحه ln - k - برحسب 1/K - به منظور مقایسه با معادله - 8 از دوطرف معادله فوق ln گرفته میشود.
