articulo esterilizacion

8/7/2019 articulo esterilizacion

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C o m b i n e d E f f e c t s o f H e a t a n d R a d i a t i o n i n F o o d S t e r i l i z a t i o nLLOYD L . KEMPE

D e p a r t m l e n t s o f B a c t e r i o l o g l l a n d C h e n m i c a l E n g i ne er i ng , U n iv e r s it y o f M I i c h i g a n , Ann A r b o r , M i c h i g a nR e c e i v e d f o r p u b l i c a t i o n J u n e 1 3 , 1 9 5 5

I o n i z i n g r a d i a t i o n s a r e n o t p r e s e n t l y u s e d f o r s t e r i l i z -i n g f o od s b ec a u s e u n d e s i r a b l e f l a v o r c h a n g e s a n d o t h e ra d v e r s e e f f e c t s o f t e n r e s u l t a t t h e r e q u i r e d d o s a g e l e v e l s .M o r g a n i a n d R e e d ( 1 9 5 4 ) h a v e s h o w i n t h a t p r e l i m i n a r ye x p o s u r e t o s u c h r a d i a t i o n s l ow er s t h e r e s i s t a n c e o fs o m e b a c t e r i a l s p o r e s t o t h e l e t h a l a c t i o n o f s u b s e q u e n th e a t t r e a t m e n t . H o w e v e r , no w o r k h a s b e e n p r e s e n t e dt o i n d i c a t e t h e e f f e c t s o f c o ns e c u t iv e h e a t a n d r a d i a t i o nt r e a t m e n t s o i n t h e s p o r e s o f C l o s t r i d i u m b o t u l i n u m .B e c a u s e t h e s e s p o r e s a r e o f c r i t i c a l i m p o r t a n c e i n f o o ds t e r i l i z a t i o n , t h e p r e s e n t s t u d y h a s b e e n d i r e c t e d t o -w a r d s d e t e r m i n i n g t h e e f f e c t o f p r e i r r a d i a t i o n o I n t h eh e a t r e s i s t a n c e o f C . b o t u l i n u m s p o r e s , a s w e l l a s t h es u b s e q u e n t i r r a d i a t i o n r e s i s t a n c e o f t h e s e s p o r e s a f t e rh e a t s h o c k i n g .

M A . T E R I A L S AND METHODST h e t w o s t r a i n s o f C l o s t r i d i u m b o t u i l i n u m u s e d i n t h i s

w o r k w e r e o b t a i n e d f r o m t h e H o o p e r F o u n d a t i o n f o rM e d i c a l R e s e a r c h a t t h e U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a . T h es p o r e s u s p e n s i o n s w e r e p r e p a r e d a c c o r d i n g t o t h e p r o -c e d u r e s o f R e e d , B o h r e r , a n d C a m e r o n ( 1 9 5 1 ) e x c e p tt h a t D i f c o b a c t o - c a s i t o n e w a s s u b s t i t u t e d f o r c a s e i nd i g e s t i n t h e g r o w t h m e d i u m s p e c i f i e d b y t h e s e w r o r k e r s .S t o c k s p o r e s u s p e n s i o n s w e r e s u s p e n d e d i n s t e r i l e d i s -t i l l e d w a t e r a n d s t o r e d a t 4 C . T h e t y p e s o f t o x i n sp r o d u c e d i n t h e g r o w t h m e d i a w e r e v e r i f i e d b y n e u -t r a l i z a t i o n t e s t s i n m i c e . A n t i t o x i n u s e d f o r t h i s p u r p o s ew - a s s u p p l i e d b y t h e New Y o r k S t a t e D e p a r t m e n t o fH e a l t h .

B e f o r e t i t e r i n g , t h e s p o r e s u s p e n s i o n s w e r e h e a t e d a t8 5 C f o r 1 5 m i n u t e s t o k i l l t h e v e g e t a t i v e c e l l s . T h en u m b e r o f v i a b l e s p o r e s w a s t h e n d e t e r mi n e d b yd i l u t i o n c o u n t s , u s i I n g t h e P r i c k e t t t u be t ec h ni q u e a n dt h e p o r k i n f u s i o n a g a r c o n t a i n i n g 0 . 1 p e r c e n t s o l u b l es t a r c h p r e v i o u s l y d i s c u s s e d b y Kempe e t a l . ( 1 9 5 4 ) .

F o r i r r a d i a t i o n t e s t s , t h e s p o r e s u s p e n s i o n s w e r ed i l u t e d i n M / 1 5 p h o s p h a t e b u f f e r , n u t r i e n t b r o t h , o r 1 0p e r c e n t g e l a t i n . T h e b u f f e r a n d g e l a t i n w e r e a d j u s t e dt o p H 7 . 0 , b u t t h e n u t r i e n t b r ot h w a s u s e d a t pH 6 . 7 .T h e s o l i d g e l a t i n k e p t t h e s p o r e s s u s p en de d d ur i n gi r r a d i a t i o n b u t t h e b u f f e r a n d t h e b r ot h a l l o w ed t h es p o r e s t o s e t t l e .Two s e r i e s o f t e s t s w e r e c a r r i e d o u t w i t h b o t h s t r a i n so f C . b o t u l i n u m i n e a c h o f t h e t h r e e m e d i a . T h e f i r s ts e r i e s d e t e r m i n e d w v h e t h e r p r e i r r a d i a t i o n s e n i s i t i z e d t h es p o r e s t o s u b s e q u e n t h e a t t r e a t m e n t . I n t h i s c a s e , t h es p o r e s u s p e n s i o n s w e r e p l a c e d i n 2 2 x 1 7 5 mm c u l t u r e

t u b e s t h a t w e r e p l u g g e d w i t h c o t t o n . T h e s e w e r e t h e ni r r a d i a t e d , f o l l o w i n g w h i c h t h e r m a l - d e a t h t i m e t e s t sw e r e c o n d u c t e d b y i m m e r s i n g t h e t u b e s t o a d e p t h o fa p p r o x i m a t e l y 1 0 0 mm i n w a t e r b o i l i n g a t 9 9 C . S a m -p l e s f o r c o u n t i n g w e r e p i p e t t e d f r o m t h e t u b e s a n dt r a n s f e r r e d t o d i l u t i o n w a t e r a t t h e p r o p e r i n t e r v a l s .T h e n u m b e r o f v i a b l e s p o r e s w a s t h e n d e t e r m i n e d b yd i l u t i o n c o u n t s a s p r e v i o u s l y d e s c r i b e d .T h e s e c o n d s e r i e s o f t e s t s d e t e r m i n e d w h e t h e r p r e -h e a t i n g s e n s i t i z e d t h e s p o r e s t o s u b s e q u e n t i r r a d i a t i o n .F o r t h i s p u r p o s e , a l i q u o t p o r t i o n s o f a s p o r e s u s p e n s i o nw e r e p l a c e d i n e a c h o f t h r e e c u l t u r e t u b e s l i k e t h o s ep r e v i o u s l y d e s c r i b e d . Two o f t h e t u b e s w e r e i m m e r s e dt o a d e p t h o f a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 mm i n b o i l i n g w a t e r ;t h e f i r s t w a s r e m o v e d a f t e r 8 m i n u t e s a n d t h e s e c o n da f t e r 2 5 m i n u t e s ; t h e t h i r d w a s a n u n h e a t e d c o n t r o l .A l l t h r e e t u b e s o f s p o r e s u s p e n s i o n s w e r e t h e n i r r a -d i a t e d w i t h gamma r a y s f r o m c o b a l t - 6 0 a t t h e r a t e o f1 7 0 , 0 0 0 r e p ' p e r h o u r . T h e t e m p e r a t u r e o f i r r a d i a t i o nw a s n o t c o n t r o l l e d a n d v r a r i e d f r o m 5 t o 1 7 C a s t h et e m p e r a t u r e o f t h e i r r a d i a t i o n r o o m c h a n g e d w i t h t h es e a s o n . A t t h e e n d o f e v e r y h o u r , i r r a d i a t i o n w a s i n t e r -r u p t e d f o r a b o u t 1 0 m i n u t e s w h i l e s a m p l e s w A e r ep i p e t t e d f r o m e a c h t u b e f o r s p o r e c o u n t i n g . Whent h e s p o r e s w e r e s u s p e n d e d i n " s o l i d " g e l a t i n , i t w a sn e c e s s a r y t o m e l t t h e g e l a t i n b y i m m e r s i n g t h e t u b e i n aw a t e r b a t h a t 5 0 C b e f o r e a s a m p l e c o u l d b e r e m o v e d .T h e g e l a t i n w a s r e s o l i d i f i e d b y p l u ng in g t h e t u b e i n t oi c e w a t e r .

B e c a u s e t h e t e m p e r a t u r e o f t h e s po r e s u s p e n s i o n sd i d n o t r i s e i n s t a n t l y t o 9 9 C w h e n t h e c u l t u r e t u b e sw e r e p l a c e d i n b o i l i n g w a t e r f o r a t h er m a l - d ea t h t i met e s t , i t w a s n e c e s s a r y t o c o m p u t e t h e e f f e c t i v e s p o r e -k i l l i n g t i m e a t s o m e c o n v e n i e n t t e m p e r a t u r e i n o r d e rt h a t t h e r e s u l t s c o u l d b e p r o p e r l y e v a l u a t e d . A m o d i -f i c a t i o n o f H a l v o r s o n ' s p r o c e d u r e ( P e r s o n a l c o m m u n i -c a t i o n , 1 9 4 6 ) w a s u s e d f o r t h i s p u r p o s e , a n d 9 9 C w a ss e l e c t e d a s t h e t e m p e r a t u r e f o r i n i t i a l e v a l u a t i o n o f t h ed a t a . S i n c e i t i s e x p e c t e d t h a t H a l v o r s o n w i l l s o o n p u b -l i s h a d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f h i s p r o c e d u r e , o n l y as a m p l e c a l c u l a t i o n i s p r e s e n t e d h e r e . T h e Z 2 v a l u e o f

1 One r e p i s a d o s e o f i o n i z i n g r a d i a t i o n c a p a b l e o f p r o d u c i n ge n e r g y a b s o r p t i o n o f 9 3 e r g s p e r gram o f t i s s u e . F e r r o u s - f e r r i cd o s i m e t r y wa s u s e d f o r c a l i b r a t i o n , t h e r e a d i n g s b e i n g b a s e don t h e o x i d a t i o n o f 1 5 . 4 m i c r o m o l s o f f e r r o u s i o n s p e r l i t e r p e r1 , 0 0 0 r e p .

2 Z= t h a t number o f d e g r e e s F a h r e n h e i t t e m p e r a t u r ec h a n g e r e q u i r e d t o c a u s e a t e n f o l d a l t e r a t i o n i n t h e k i l l i n g r a t e .3 4 6


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HEAT AND RADIATION IN F O O D STERILIZATION3

0

z0( nzw0 -( I )( I )0a :w

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 60 1 0 2 0 3 0 40 5 0 60 7 0 80T I M E I N WATER B A T H - M I N .

702- 6 0 0

_ 5 0 1 ! ~40 w2- 3 0 F -w-20 >0L L

1 8 ( A )90 ( B )F I G . 1 . C u r v e s s h o w i n g t h e t i m e - t e m p e r a t u r e r e l a t i o n s h i p a n d t h e e f f e c t i v e s p o r e k i l l i n g t i m e s a t 9 9 C f o r 2 5 m l o f a w a t e r s u s -

p e n s i o n o f C l o s t r i d i u m b o t u l i n u m s p o r e s i n a c o t t o n s t o p p e r e d , 2 2 x 1 7 5 mm P y r e x g l a s s c u l t u r e t u b e i m m e r s e d t o a d e p t h o f1 0 0 mm i n w a t e r b o i l i n g a t 9 9 C .

0.8 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _0 . 6 1 1 11 I 1 T

a :00L L Jw0z- jI Jwa :0a .( I )

0 4

0 . 2

0 . 1 _ _ _ _. 0 8 _. 0 6. 0 4

75 80 85 9 0TEMP-C 9 5 100F I G . 2 . R e l a t i v e s p o r e k i l l i n g e f f e c t i v e n e s s f o r 1 m i n u t e h e a t i n g a t any t e m p e r a t u r e t o 1 m i n u t e h e a t i n g a t 9 9 C b a s e d

upon a Z v a l u e o f 1 8 .

//

1 9 0 5 5 ] 3 4 7

a J l

I


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L L O Y D L . KEMPETABLE 1 . E f f e c t i v e h e a t i n g t i m e a t 9 9 C f o r 2 5 m l o f a s p o r es u s p e n s i o n c o n t a i n e d i n a c o t t o n - s t o p p e r e d , 2 2 - x 1 7 6 - m mt e s t t u b e i m m e r s e d t o a d e p t h o f 1 0 0 mm i n w a t e r b o i l i n ga t 9 9 CTime Interval

m i s n1.0-1.51.5-2.02.0-2.52.5-3.03.0-3.53.5-4.04-55-88-1111-1212-1414-1515-90

A v g TempD u r i n g t h eT i m e I n t e r v a l

8 2 . 09 0 . 09 4 . 19 6 . 29 7 . 39 7 . 89 8 . 19 8 . 29 8 . 39 8 . 49 8 . 59 8 . 69 8 . 7

L e n g t h o fT i m T em i n0 . 50 . 50 . 50 . 50 . 50 . 51 . 03 . 03 . 01 . 02 . 01 . 0

7 5 . 0

F a c t o r

G . 0 20 . 1 2 50 . 3 20 . 5 20 . 6 70 . 7 60 . 7 90 . 8 20 . 8 40 . 8 60 . 8 70 . 9 10 . 9 3

E f f e c t i v eT i m e a t 9 9 Cm i n0 . 0 1 00 . 0 6 30 . 1 6 00 . 2 6 00 . 3 3 50 . 3 8 00 . 7 9 02 . 4 6 02 . 5 2 00 . 8 6 01 . 7 4 00 . 9 1 0

6 9 . 7 5 0

T o t a lE f f e c t i v eT i m e a t 9 9 Cm i n0 . 0 1 00 . 0 7 30 . 2 3 30 . 4 9 30 . 8 2 81 . 2 0 81 . 9 9 84 . 5 4 86 . 9 7 87 . 8 3 89 . 5 7 8

1 0 . 4 8 88 0 . 2 3 8

c h a n g e s o c c u r r i n g i n t h e s p o r e s u s p e n s i o n s c o n t a i n e di n t h e c u l t u r e t u b e s v e r s u s t h e t i m e o f i m m e r s i o n o f t h et u b e s i n w a t e r b o i l i n g a t 9 9 C i s s h o w n i n C u r v e ( A )o f f i g u r e 1 . N e x t , t h e l i n e a r p l o t o f e f f e c t i v e s p o r e - k i l l i n gt i m e f a c t o r a t 9 9 C i s p l o t t e d i n f i g u r e 2 as a f u n c t i o no f t e m p e r a t u r e . U s i n g i n f o r m a t i o n o b t a i n e d f r o m t h e s ef i g u r e s , t h e d a t a i n t a b l e 1 was c o m p u t e d a n d C u r v e( B ) i n f i g u r e 1 was p l o t t e d . T h i s curve r e l a t e d t h e t o t a le f f e c t i v e s p o r e - k i l l i n g t i m e a t 9 9 C t o a n y a c t u a l t i m et h a t t h e c u l t u r e t u b e s were i m m e r s e d i n w a t e r b o i l i n ga t 9 9 C .

RESULTS AND D I s c U S S I O ND a t a p r e s e n t e d i n t a b l e 2 a n d f i g u r e 3 s h o w t h a tp r e i r r a d i a t i o n o f C l o s t r i d i u m b o t u l i n u m 6 2 A s p o r e s w i t hgamma r a y s f r o m c o b a l t - 6 0 s e n s i t i z e d t h e s e s p o r e s t os u b s e q u e n t h e a t i n a c t i v a t i o n . I n e v e r y c a s e , w h e t h e rt h e s p o r e s were s u s p e n d e d i n p h o s p h a t e b u f f e r , nu -t r i e n t b r o t h , o r g e l a t i n , t h e y were m o r e r a p i d l y k i l l e d

TABLE 2 . E f f e c t o f p r e l i m i n a r y i r r a d i a t i o n w i t h gamma r a y s f r o m c o b a l t - 6 0 o n t h e s u b s e q u e n th e a t r e s i s t a n c e o f C l o s t r i d i u m b o t u l i n u m s t r a i n 6 2 A s p o r e sC o n t r o l ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ I r r a d i a t e dH e a t i n g T i m e , m i n E q u i v a l e n t T i m e a t C o n t r o l9 9 C , m i n Soe mlLg e I c n srivrS p or e s p e r m l P e r c e n t s u r v i v o r s | L o g p e r c e n t s u r v i v o r s S p or e s p e r m l P e r c e n t s u r v i v o r s L o g p e r c e n t s u r v i v o r s

a ) S u s p e n d e d i n M / 1 5 p h o s p h a t e b u f f e r a t p H 7 . 0 . Ru n 5 ( 3 4 0 , 0 0 0 r e p )0 0 1 , 2 8 0 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 2 . 0 0 0 0 4 4 0 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 2 . 0 0 01 0 6 . 1 9 2 , 5 0 0 2 1 . 0 0 1 . 3 2 3

2 0 1 5 . 2 3 2 1 8 , 0 0 0 1 7 . 0 1 1 . 2 3 1 2 5 , 5 7 0 5 . 8 5 0 . 7 6 83 0 2 4 . 5 3 7 , 0 5 0 1 . 6 0 0 . 2 0 44 0 3 3 . 8 3 6 0 , 6 0 0 4 . 7 4 0 . 6 7 6 2 , 8 5 0 0 . 6 4 8 - 0 . 1 9 85 0 4 3 . 2 0 4 4 8 0 . 1 0 2 - 0 . 9 9 16 0 5 2 . 4 0 2 2 , 7 5 0 1 . 7 7 5 0 . 2 5 2 1 6 0 0 . 3 5 4 - 1 . 4 5 17 0 6 1 . 7 0 5 6 0 . 0 1 2 7 - 1 . 8 9 68 0 7 1 . 0 3 7 , 0 0 0 0 . 5 4 6 - 0 . 2 6 2 1 4 0 . 0 0 3 1 8 - 2 . 4 9 7

b ) S u s p e n d e d i n n u t r i e n t b r o t h a t p H 6 . 7 . Ru n 1 9 ( 5 0 0 , 0 0 0 r e p )0 0 9 1 0 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 2 . 0 0 0 0 4 1 0 , 0 0 0 1 0 0 . 0 2 . 0 0 0 01 5 1 0 . 8 2 2 0 , 0 0 0 2 4 . 2 0 1 . 3 8 3 8 7 8 , 0 0 0 1 9 . 0 1 . 2 7 8 8

3 0 2 4 . 6 1 1 2 , 0 0 0 1 2 . 3 1 1 . 0 9 0 3 6 , 0 0 0 1 . 4 6 2 0 . 1 6 5 04 5 3 7 . 5 5 4 , 5 0 0 6 . 0 0 0 . 7 7 8 2 7 7 5 0 . 1 8 9 - 0 . 7 2 3 56 0 5 2 . 4 1 9 , 0 0 0 2 . 0 9 0 . 3 2 0 2 2 9 0 0 . 0 7 0 5 - 1 . 1 5 1 87 5 6 6 . 3 1 2 , 6 0 0 1 . 3 8 5 0 . 1 4 1 5 3 0 0 . 0 0 7 3 2 - 2 . 1 3 5 5

c ) S u s p e n d e d i n 1 0 % g e l a t i n a t pH 7 . 0 . Ru n 3 1 ( 5 0 0 , 0 0 0 r e p )0 0 6 , 8 7 0 , 0 0 0 1 0 0 . 0 2 . 0 0 0 3 , 2 0 0 , 0 0 0 1 0 0 . 0 2 . 0 0 01 5 1 0 . 8 3 , 0 5 0 , 0 0 0 4 4 . 4 1 . 6 4 7 8 4 0 , 0 0 0 2 6 . 2 1 . 4 1 8

3 0 2 4 . 6 6 3 0 , 0 0 0 9 . 1 8 O . 9 6 3 3 7 , 0 0 0 1 . 1 1 5 5 0 . 0 4 84 5 3 8 . 5 1 0 4 , 0 0 0 1 . 5 1 5 0 . 1 8 1 1 , 6 5 0 0 . 0 5 1 5 - 1 . 2 8 86 0 5 2 . 4 1 4 , 0 0 0 0 . 2 0 4 - 0 . 6 9 0 1 5 5 0 . 0 0 4 8 5 - 2 . 3 1 47 5 6 6 . 3 2 , 2 5 0 0 . 0 3 2 7 5 - 1 . 4 8 5 2 0 0 . 0 0 0 6 2 5 - 3 . 2 0 49 0 8 0 . 3 7 0 0 0 . 0 1 0 2 0 - 1 . 9 9 1 5 0 . 0 0 0 1 5 6 - 3 . 8 0 7

C . b o t u l i n u m s p o r e s wa s t a k e n a s 1 8 a n d i t wa s a s s u m e dt h a t w i t h d r a w a l o f a s a m p l e b y p i p e t t i n g i n s t a n t l yc o o l e d t h e s p o r e s t o a t e m p e r a t u r e b e l o w t h a t s i g n i f i c a n tf o r t h e i r i n a c t i v a t i o n . H e n c e , o n l y t h e a c t u a l t i m e st h a t t h e s p o r e s w e r e h e a t e d i n t h e t e s t t u b e s w e r e c o n -s i d e r e d i n t h e c o m p u t a t i o n s . A p l o t o f t h e t e m p e r a t u r e

b y s u b s e q u e n t h e a t i n g t h a n w e r e t h e u n i r r a d i a t e ds p o r e s . T a b l e 3 a n d f i g u r e s 4 a n d 5 s h o w s i m i l a r d a t af o r t h e s p o r e s o f C . b o t u l i n u m 2 1 3 B .T a b l e 4 a n d f i g u r e 6 s h o w t h a t i n i t i a l h e a t s h o c k i n g o fC . b o t u l i n u m 2 1 3 B s p o r e s , s u s p e n d e d i n g e l a t i n , d i d n o ta f f e c t t h e l e t h a l a c t i o n o f s u b s e q u e n t i r r a d i a t i o n w i t h

[ V O L . 33 4 8


4/7

HEAT AND RADIATION IN F O O D STERILIZATION

CO0

C U )0 I ~0

2 0 40 6 0 8 0E F F E C T I V E TIME AT 9 9 C - MINUTESF I G . 3 . E f f e c t o f p r e l i m i n a r y i r r a d i a t i o n w i t h gamma rays f r o m c o b a l t - 6 0 on t h e h ea t r e s i s t a n c e o f C l o s t r i d i u m b o t u l i n u m 62A

spores s u s p e n d e d i n M / 1 5 p h o s p h a t e b u f f e r a t pH 7 . 0 .TABLE 3 . E f f e c t o f p r e l i m i n a r y i r r a d i a t i o n w i t h gamma r a y s f r o m c o b a l t - 6 0 o n t h e s u b s e q u e n t h e a t r e s i s t a n c e o f C l o s t r i d i u m b o t u l i n u ms t r a i n 2 1 S B s p o r e s

C o n t r o l I r r a d i a t e dH e at in g T i me , m i n E q u i v a l e n t T i m e a t99 C, min S p o r e s p e r m l P e r c e n t s u r v i v o r s I L o g p e r c e n t s u r v i v o r s S p o r e s p e r m l P e r c e n t s u r v i v o r s L o g p e r c e n t s u r v i v o r sa ) S u s p e n d e d i n M / 1 5 p h o s p h a t e b u f f e r a t pH 7 . 0 . Ru n 1 4 ( 5 0 0 , 0 0 0 r e p )

0 0 3 6 9 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 2 . 0 0 0 0 3 5 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 2 . 0 0 0 01 5 1 0 . 8 1 0 6 , 0 0 0 2 8 . 7 0 1 . 4 5 7 9 1 , 4 0 0 4 . 0 0 0 . 6 0 2 13 0 2 4 . 6 6 0 , 0 0 0 1 6 . 2 5 1 . 2 1 0 9 2 4 0 0 . 6 8 6 - 0 . 1 6 3 74 5 3 7 . 5 2 5 , 9 0 0 7 . 0 3 0 . 8 4 7 0 2 0 0 . 0 5 7 2 - 1 . 2 4 2 66 0 5 2 . 4 1 1 , 9 0 0 3 . 2 3 0 . 5 0 9 2 2 0 . 0 0 5 7 2 - 2 . 2 4 2 67 5 6 6 . 3 5 , 1 0 0 1 . 3 8 2 0 . 1 4 0 5 0 -_

b ) S u s p e n d e d i n n u t r i e n t b r o t h a t pH 6 . 7 . Ru n 1 5 ( 5 0 0 , 0 0 0 r e p )0 0 3 4 5 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 2 . 0 0 0 0 1 2 9 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 2 . 0 0 0 01 5 1 0 . 8 6 5 , 0 0 0 1 8 . 8 0 1 . 2 7 4 2 6 , 6 0 0 5 . 1 2 0 . 7 0 9 33 0 2 4 . 6 2 6 , 0 0 0 7 . 5 5 0 . 8 7 8 0 1 , 0 4 0 0 . 8 0 8 - 0 . 0 9 2 64 5 3 7 . 5 8 , 3 5 0 2 . 4 2 0 . 3 8 3 8 4 0 0 . 0 3 1 - 1 . 5 0 8 66 0 5 2 . 4 2 , 8 8 0 0 . 8 3 5 - 0 . 0 7 8 3 2 0 . 0 0 1 5 - 2 . 8 2 3 97 5 6 6 . 3 7 7 5 0 . 2 2 4 - 0 . 6 4 9 7 0 -

c ) S u s p e n d e d i n 1 0 % g e l a t i n a t pH 7 . 0 . Ru n 2 8 ( 9 0 0 , 0 0 0 r e p )0 0 1 , 1 4 0 , 0 0 0 1 0 0 . 0 2 . 0 0 0 1 2 4 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 2 . 0 0 01 5 1 0 . 8 4 5 0 , 0 0 0 3 9 . 9 1 . 6 0 1 4 , 2 0 0 3 . 3 9 0 . 5 3 03 0 2 4 . 6 1 6 8 , 0 0 0 1 4 . 7 5 1 . 1 6 9 3 6 0 0 . 2 9 1 - 0 . 5 3 64 5 3 8 . 5 7 4 , 5 0 0 6 . 5 4 0 . 8 1 5 7 0 . 0 0 5 6 5 - 2 . 2 4 86 0 5 2 . 4 2 2 , 1 0 0 1 . 9 4 0 . 2 8 8 0 . 5 0 . 0 0 0 4 0 - 3 . 3 9 87 5 6 6 . 3 9 , 5 5 0 0 . 8 3 8 - 0 . 0 7 6

9 0 8 0 . 3 2 , 4 5 0 0 . 2 1 5 - 0 . 6 6 7

1 9 5 5 ] 3 4 9


5/7

RUNI 11 31 5

KEYCONTROLI35AI R RX0

CONTROL1 %2x

2 1 %

N

5 0 0 , 0 0 0 REP

\ L X O J 2 O 0 0 0 REPX\II34OOOO REPx

1 0 02 0 40 60 8 0E F F E C T I V E TIME A T 9 9 0 C - MINUTESF I G . 4 . E f f e c t o f p r e l i m i n a r y i r r a d i a t i o n w i t h gamma rays f r o m c o b a l t - 6 0 on t h e s u b s e q u e n t h e a t r e s i s t a n c e o f C l o s t r i d i u m n

b o t u l i n u m 2 1 3 B spores s u s p e n d e d i n n u t r i e n t b r o t h a t p H 6 . 7 .

,cn

0

0( n0

- _

0 2 0 4 0 60E F F E C T I V E T I M E AT 9 9 0C

8 0F I G . 5 . E f f e c t o f p r e l i m i n a r y i r r a d i a t i o n w i t h gamma rays from c o b a l t - 6 0 on t h e s u b s e q u e n t h e a t r e s i s t a n c e o f C l o s t r i d i u mb o t u l i n u m 2 1 3 B spores s u s p e n d e d i n 1 0 per c e n t g e l a t i n a t p H 7 . 0 .

3 5 0

3 . 0 0

I . 0 0C l )c n -0c c

DI O R00

C

- I . 0 0

- z a o

- 3 . 0 0

- 4 0 00

I %


6/7

HEAT AND RADIATION IN FOOD STERILIZATION

(1) 10

C, )

0 2 0 0 . 0 0- zo-3.00 10 4 8 1 2 1 6REP x 1 0 5

F I G . 6 . E f f e c t o f p r e l i m i n a r y h e a t i n g a t 9 9 C on t h e s u b s e -q u e n t r a d i a ti o n r e s i s t a n c e o f C lo s tr id iu nm b o t u l i n u m 213Bspores s u s p e n d e d i n 1 0 per c e n t g e l a t i n a t p H 7 . 0 .gamma rays f r o m c o b a l t - 6 0 . S i m i l a r d a t a were o b -t a i n e d f o r b o t h C . b o t u l i n u m s t r a i n s 6 2 A a n d 2 1 3 Bspores i n a l l t h r e e s u s p e n d i n g m e d i a . The p l o t t e d d a t awere a b b r e v i a t e d t o i l l u s t r a t e o n l y a p o r t i o n o f t h er un s s h o w n i n t h e t a b l e s . F o r e x a m p l e , a l t h o u g h o n l yt h o s e c u r ve s f o r C . b o t u l i n u m s t r a i n 2 1 3 B s p o r e s sus-p e n d e d i n n u t r i e n t b r o t h a n d i r r a d i a t e d a t 5 0 0 , 0 0 0 repar e i n c l u d e d , c o m p l e t e d a t a were t a k e n f o r t h e s e sporesb o t h i n p h o s p h a t e b u f f e r a n d i n 1 0 per c e n t g e l a t i n .B e c a u s e a l l t h e spores u s e d i n t h i s w o r k h a d b e e np r e h e a t e d a t 8 5 C f o r 1 5 m i n u t e s t o k i l l t h e v e g e t a t i v ec e l l s , i t was c o n s i d e r e d d e s i r a b l e t o e v a l u a t e t h e e f f e c to f s u c h t r e a t m e n t on t h e r e s u l t s . F o r t h i s purpose,

b o t h u n h e a t e d C . b o t u l i n u m 2 1 3 B spores a n d somet h a t h a d b e e n h e a t e d a t 8 5 C f o r 1 5 m i n u t e s were sus-p e n d e d i n M / 1 5 p h o s p h a t e b u f f e r a t pH 7 . 0 . A p o r t i o no f e a c h was s e t a s i d e f o r a c o n t r o l , a n d t h e o t h e r por-t i o n was i r r a d i a t e d w i t h 2 5 0 , 0 0 0 r ep o f gamma r a d i a t i o nf r o m c o b a l t - 6 0 . T h e r m a l - d e a t h t i m e t e s t s were t h e np e r f o r m e d o n t h e f o u r s a m p l e s . B o t h t h e p r e h e a t e da n d t h e u n h e a t e d spores e x h i b i t e d t h e s e n s i t i z a t i o ne f f e c t s h o w n i n f i g u r e 3 f o r C . b o t u l i n u m 6 2 A sporesa n d t h e r e was no s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e b e t w e e n t h et h e r m al - d e a th t i m e curves o b t a i n e d f r o m t h e two s e r i e so f runs.F o r p u r p o s e s o f c o m p a r i s o n , t h e F o 3 v a l u e o f t h espores was a s s u m e d t o b e t h a t n u m b e r o f m i n u t e s a t2 5 0 F r e q u i r e d t o c a u se t h e t h e r m a l - d e a t h t i m e c u r v et o pass t h r o u g h e i g h t l o g a r i t h m i c c y c l e s . A l s o , t h e Zv a l u e was t a k e n as 1 8 . T h u s , w h e n C . b o t u l i n u m 2 1 3 Bspores were s u s p e n d e d i n g e l a t i n a n d were t h e n i r r a -d i a t e d w i t h 9 0 0 , 0 0 0 r ep o f gamma rays, a p p r o x i -m a t e l y 7 4 m i n u t e s were s u b s e q u e n t l y r e q u i r e d a t 9 9 Ct o c a u se t h e l o g p er c e n t s u r v i v o r c u r v e t o p a s s t h r o u g h8 l o g a r i t h m i c c y c l e s . T h i s t i m e i n t e r v a l was t h e n con-v e r t e d t o t h e F o v a l u e i n t h e f o l l o w i n g manner:

Q l o = ( Q ' t ) i o ab u t f o r Z = 1 8l o g Q, =l o g 1 0 = 1a n d f o r 2 5 0 F ( 1 2 1 . 1 C ) :A t = 1 2 1 . 1 - 9 9 = 2 2 . 1 Cso:

1 01 =2 2 . 1 l o g Q A ta n d :Q ' t = 1 6 2 . 1

T h u s t h e F o v a l u e e q u i v a l e n t t o 7 4 m i n u t e s a t 9 9 C i s :7 41 6 2 . 1 = 0 . 4 5 6 m i n u t e s .

3 F o = number o f m i n u t e s r e q u i r e d t o s t e r i l i z e t h e mediuma t 1 2 1 . 1 C .

T A B L E 4 . E f f e c t o f p r e l i n r i n a r y h e a t i n g a t 9 9 C o n t h e s u b s e q u e n t r a d i a t i o n r e s i s t a n c e o f C l o s t r i d i u m b o t u l i n u m 2 1 3 B s p o r e s s u s p e n d e di n 1 0 p e r c e n t g e l a t i n a t p H 7 . 0( D a t a o f Ru n 2 9 )C o n t r o l H e a t e d 8 M i n u t e s H e a t e d 2 5 M i n u t e sp-S p o r e s p e r m l P e r c e n t L o g p e r c e n t Spoe P e r c et L g p e r c e n t S p o r n o g p~ r c nM e g a r e pS p o r e s p e r m l s u r v i v o r s s ur vi vo r s poresperm s u r v i v o r s s u r v i v o r s S p o r e s s p e r u m ls u r v i v o r s s u r v i v o r s

0 . 0 0 1 , 1 0 0 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 0 2 . 0 0 0 4 8 0 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 0 2 . 0 0 0 1 8 4 , 0 0 0 1 0 0 . 0 0 0 2 . 0 0 00 . 3 4 6 3 5 , 0 0 0 5 7 . 7 0 0 1 . 7 6 2 2 5 5 , 0 0 0 5 3 . 1 0 0 1 . 7 2 6 2 0 0 , 0 0 0 1 0 8 . 8 0 0 2 . 0 3 70 . 6 8 2 1 0 , 0 0 0 1 9 . 1 0 0 1 . 2 8 1 1 8 6 , 0 0 0 3 8 . 7 0 0 1 . 5 8 8 7 7 , 0 0 0 4 1 . 8 0 0 1 . 6 1 20 . 8 5 8 1 , 0 0 0 7 . 3 6 0 0 . 8 6 8 5 4 , 5 0 0 1 1 . 3 0 0 1 . 0 5 5 3 3 , 5 0 0 1 8 . 2 0 0 1 . 2 6 01 . 0 2 1 4 , 7 0 0 1 . 3 3 6 0 . 1 1 3 1 6 , 7 0 0 3 . 4 8 0 0 . 5 4 2 1 0 , 3 0 0 5 . 5 9 0 0 . 7 4 71 . 1 9 3 , 6 0 0 0 . 3 2 8 - 0 . 4 8 5 3 , 0 0 0 0 . 6 2 5 - 0 . 2 0 4 2 , 0 6 0 1 . 1 1 8 0 . 0 4 81 . 3 6 4 5 0 0 . 0 4 1 - 1 . 3 8 8 5 5 0 0 . 1 1 4 - 0 . 9 4 1 1 5 5 0 . 0 8 4 - 1 . 0 8 5

] 5 5 ] 3 5 1


7/7

L L O Y D L . KEMPEOn t h i s b a s i s , w h e n C . b o t u l i n u m 2 1 3 B s p o r e s w e r e

s u s p e n d e d i n g e l a t i n a n d w e r e t h e n i r r a d i a t e d w i t h9 0 0 , 0 0 0 r e p o f gamma r a y s , t h e i r F o v a l u e was r e -d u c e d f r o m 1 . 4 8 t o 0 . 4 6 . I f t h e l e t h a l e f f e c t o f t h ep r e l i m i n a r y i r r a d i a t i o n w i t h 9 0 0 , 0 0 0 r e p i s i n c l u d e d i nt h e o v e r - a l l e f f e c t , t h e F o v a l u e c o u l d b e c o n s i d e r e d t oh a v e b e e n s t i l l f u r t h e r r e d u c e d t o 0 . 3 5 . T h i s r e p r e s e n t sa p p r o x i m a t e l y a f o u r f o l d r e d u c t i o n i n t h e F o v a l u e .

ACKNOWLEDGMENTST h e a u t h o r w i s h e s t o t h a n k D r . H . O r i n H a l v o r s o nf o r p e r m i s s i o n t o q u o t e h i s c a l c u l a t i o n f o r d e t e r m i n a -t i o n o f t h e e f f e c t i v e h e a t i n g t i m e a t a n y d e s i r e d t e m -p e r a t u r e . A c k n o w l e d g m e n t i s a l s o m a d e o f t h e t e c h n i -c a l a s s i s t a n c e o f P e t e r F . B o n v e n t r e , R o b e r t A . G i l l i e s ,

J o h n T . G r a i k o s k i , a n d N a n c y J . W i l l i a m s .T h is p a p er r e p o r t s r e s e a r c h s p o n s o r e d b y t h e Q u ar t er -

m a s t e r F o o d a n d C o n t a i n e r I n s t i t u t e f o r t h e A r m e dF o r c e s , a n d h a s b e e n a s s i g n e d n u m b e r 5 4 4 i n t h e s e r i e so f p a p e r s a p p r o v e d f o r p u b l i c a t i o n . T h e v i e w s o r c o n -c l u s i o n s c o n t a i n e d i n t h i s r e p o r t a r e t h o s e o f t h e a u -t h o r . T h e y a r e n o t t o b e c o n s t r u e d a s n e c e s s a r i l y r e -f l e c t i n g t h e v i e w o r e n d o r s e m e n t o f t h e D e p a r t m e n t o fD e f e n s e .

S U M M A R YP r e i r r a d i a t i o n w i t h gamma r a y s f r o m c o b a l t - 6 0 s e n -s i t i z e d t h e s p o r e s o f C l o s t r i d i u m b o t u l i n u m t o t h e

s u b s e q u e n t l e t h a l a c t i o n o f h e a t , b u t p r e l i m i n a r y h e a ts h o c k i n g a t 9 9 C d i d n o t a f f e c t t h e l e t h a l a c t i o n o fs u b s e q u e n t gamma i r r a d i a t i o n .I n c r e a s e d a m o u n t s o f gamma r a d i a t i o n c a u s e d i n -c r e a s e d d e g r e e s o f s e n s i t i z a t i o n t o t h e s u b s e q u e n t l e t h a la c t i o n o f h e a t . T h i s w a s e v i d e n c e d b y t h e i n c r e a s i n gs t e e p n e s s o f t h e t h e r m a l - d e a t h t i m e c u r v e s d e v e l o p e dw i t h t h o s e s p o r e s t h a t r e c e i v e d i n c r e a s i n g l y h i g h e rd o s a g e s o f gamma r a d i a t i o n .T h e F o v a l u e o f C l o s t r i d i u m b o t u l i n u m s p o r e s c o u l db e r e d u c e d a p p r o x i m a t e l y f o u r f o l d b y p r e i r r a d i a t i o n .T h e a m o u n t o f t h i s e f f e c t w a s f o u n d t o b e l e s s i n g e l a t i na n d n u t r i e n t b r o t h t h a n i n p h o s p h a t e b u f f e r .

REFERENCESKEMPE, L . L . , G R A I K O S K I , J . T . , AND G I L L I E S , R . A . 1 9 5 4G a m m a r ay s t e r i l i z a t i o n o f c a n n e d meat p r e v i o u s l y i n o c u -

l a t e d w i t h a n a e r o b i c b a c t e r i a l spores. A p p l . M i c r o b i o l . ,2 , 3 3 0 - 3 3 2 .MORGAN, B . H . , AND R E E D , J . M. 1 9 5 4 R e s i s t a n c e o f b a c -t e r i a l spores t o gamma r a d i a t i o n . Food R e s e a r c h , 1 9 :3 5 7 - 3 6 6 .R E E D , J . M . , B O H R E R , C . W . , AND CAMERON, E . J . 1 9 5 1S p o r e d e s t r u c t i o n r a t e s t u d i e s on o r g a n i s m s o f s i g n i f i -c a n c e i n t h e p r o c es s i ng o f c a n n e d f o o d s . Food R e s e a r c h ,1 6 , 3 8 3 - 4 0 8 .

3 5 2 [ V O L . 3

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