Using thermocouples that are positioned within the test container, time temperature profiles can be easily obtained for establishing selected thermal processes. In bi-axial agitation processing of liquid particulate canned food products, modeling and biological validation are used as alternative methods to validate such processes. This involves processing of cans filled with alginate based simulated particles, with known counts of spores of heat resistant microorganisms uniformly distributed in their matrices, and computing the accumulated process lethality from their count reduction following processing. For this purpose, the heat resistance of two non-pathogenic surrogates microorganisms, Geobacillus stearothermophilus and Clostridium sporogenes, in two food matrices, carrot and meat alginate purees, was investigated and modeled using the conventional log-linear as well as Weibull models. D-values for G. stearothermophilus ranged between 1.9 and 40.8 min with a z-value of 11.7oC and D-values for C. sporogenes ranged between 0.9 and 28.7 min with a z-value of 10.1oC. For carrot alginates, D-values for G. stearothermophilus ranged between 1.9 and 42.6 min with a z-value of 11.5oC and D-values for C. sporogenes ranged from 1.1 and 31.0 min with a z-value was 10.2oC. The results were also fitted to Weibull model, but the model did not result in any better fit than the conventional first-order model. Alginate fabricated food particles need to have the appropriate textural rigidity to withstand the processing conditions and to have similar thermophysical properties to those of real food particles. Using a response surface methodology, optimum conditions of meat and carrot alginate fabricated particles giving the desirable hardness, adhesiveness and similar thermophysical properties to the real food particles were determined. Carrot alginate particles fabricated using these optimum conditions showed no changes in their hardness when subjected to thermal processing, unlike fresh carrot particles. Modeling of the associated heat transfer process required data on overall heat transfer coefficient (U) and fluid-to-particle heat transfer coefficient (hfp) in the cans during the thermal process. Effect of process variables on U and hfp in canned particulates suspended in non-Newtonian fluid undergoing bi-axial rotation was then evaluated in a pilot-scale rotary autoclave using spherical Nylon particles (d = 1.9 cm) and optimum heat transfer conditions were determined. Retort temperature, rotational speed and carboxymethyl cellulose concentration were found to have a significant effect on U and hfp. The heating rate of Nylon particles employed in the above studies was nearly matched with the experimental carrot and meat alginate fabricated particles (by varying the diameter of these particles) in order to select the alginate particles having similar heating behavior to the Nylon particles. Cans containing the simulated spore loaded alginate particles were processed in the rotary retort involving biaxial rotation of cans for pre-selected times to achieve approximate process lethality values (Fo) of 3 and 15 min. Using initial and final spore counts in the fabricated particles, the number of log reductions achieved and experimental Fo were computed. Fo values were also computed from the time-temperature data obtained from the heat transfer model based on hfp and U values. The experimental and model predicted Fo values were statistically not different (p > 0.05) providing strength to the biological validation process. / Les profils de température en fonction du temps peuvent être facilement obtenus avec l'utilisation de thermocouples placés dans la boite d'essai pour l'analyze optimale des procédés thermiques. Dans le procédé d'agitation bi-axiale de boites de conserve contenant des particules, la modélisation et la validation biologique sont utilisées comme méthodes alternatives pour valider tels procédés. Cela implique la transformation de boîtes remplies avec des particules simulées à base d'alginate contenant un nombre connu de spores de microorganismes résistants à la chaleur, uniformément répartis dans leurs matrices, et le calcul de la létalité accumulée du processus par le calcul de la réduction du nombre des spores suivant le processus. A cet effet, la résistance thermique de deux micro-organismes non-pathogènes substituts, Geobacillus stearothermophilus et Clostridium sporogenes, dans deux matrices alimentaires, soit les purées de carotte et de viande avec alginate, a été étudiée et modélisée en utilisant le modèle classique log-linéaire, et le modèle de Weibull. Les particules d'alginate doivent avoir la rigidité appropriée pour résister aux conditions de transformation thermique et avoir des propriétés thermophysiques similaires à celles de différentes particules d'aliments. Grâce à une méthodologie de surface de réponse, des conditions optimales pour fabriquer les particules de viande et de carotte à base d'alginate, ayant la dureté et l'adhérence souhaitables ainsi que les propriétés thermophysiques des différentes particules d'aliments, ont été déterminées. La modélisation du processus de transfert de chaleur nécessite des données sur le coefficient général du transfert de la chaleur (U) et le coefficient du transfert thermique entre le fluide et la particule (hfp) dans les boîtes de conserve au cours du processus thermique. L'effet des variables du procédé sur U et hfp dans des boîtes de conserve avec des particules en suspension dans un liquide non-Newtonien subissant une rotation bi-axialle a ensuite été évaluée dans un autoclave rotatif à échelle pilote à l'aide des particules sphériques de Nylon (d = 1,9 cm) et les conditions optimales de transfert de chaleur ont été déterminées. Le taux de chauffage des particules de Nylon utilisées a été presque équivalent à celui des particules de carotte et de viande fabriquées à base d'alginate (en faisant varier le diamètre de ces particules) afin de sélectionner les particules d'alginate ayant un comportement thermique similaire à celui des particules de Nylon. Les boîtes contenant des particules simulées d'alginate chargées de spores ont été traitées dans l'autoclave rotatif en mode de rotation biaxiale pour des durées prédéterminées pour atteindre des valeurs approximatives de mortalité (Fo) de 3 et de 15 min. Les nombres initial et final de spores dans les particules fabriquées ont permis de déterminer les réductions en log et la mortalité expérimentale. Fo a également été calculé à partir des données du temps vs. température obtenues à partir du modèle de transfert de chaleur basé sur des valeurs de U et hfp. Les valeurs expérimentales et prédites du modèle n'ont pas été statistiquement différentes (p > 0.05) supportant la validité du processus de validation biologique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.103697 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Hassan, Hussein |
| Contributors | Hosahalli Ramaswamy (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Food Science and Agricultural Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
Page generated in 0.0097 seconds