PROCESAMIENTO PROCESAMIENTO TÉRMICO EN LOS TÉRMICO EN LOS

ALIMENTOS ALIMENTOS ENLATADOS.ENLATADOS.

ALTAS TEMPERATURAS

Existen dos modalidades de tratamiento térmico:

- Pasteurización (que pretende fundamentalmente la higienización del producto)

- Esterilización (cuyo objetivo es la destrucción de los M.O. Presentes, esporulados o no)

En este último grupo se encuentran los denominados “conservas”.

Comportamiento de M.O. y enzimas frente a la temperatura

La Tº es lo que mas influye en el crecimiento microbiano, en la actividad de enzimas y en la velocidad de muchas reacciones químicas.

Se ajustan a una ecuación de Arrhenius:

ATR

Eav log

303.2log

1/K

Log

v

Ecuación de ArrheniusActividad enzimática y crecimiento de M.O.

Tratamientos térmicos aplicados en la industria de alimentos

Esterilización Autoclave:

El autoclave es el elemento básico en la industria de las conservas esterilizadas por calor.

Ventajas:

- Versatilidad de uso (Forma de envases, materiales y condiciones)- Facilidad de manejo y mantenimiento- Bajo costo- Posibilidades de mejoras a partir de equipos sencillos.

En un autoclave se pueden esterilizar alimentos envasados en materiales tan diversos como: Hojalata, aluminio, vidrio, laminados simples y complejos, sin limitación de formas y tamaños.

Solo se debe tener cuidado en las presiones aplicadas en los materiales.

El funcionamiento de las autoclaves puede ser como un baño abierto a 100ºC ó con presión a temperaturas sobre 100ºC.

Autoclave horizontal

Autoclave vertical

Termobacteriología

El fundamento de la conservación por el calor consiste en la destrucción térmica de los microorganismos y enzimas que se encuentran en los alimentos.

Para conseguir la destrucción termica el alimento debe someterse a un ciclo de calentamiento y enfriamiento adecuado.

Estas condiciones deben minimizar en lo posible los procesos de degradación de nutrientes y factores de calidad del producto.

Los procesos inferiores a 100ºC se denominan de Pasteurización y están destinados a higienizar el producto (liberar de gérmenes patógenos).

El efecto inhibidor de los ácidos comienza a manifestarse a pH 5.3 y el Clostridium botulinum y otros microorganismos patógenos, solo son inhibidos a pH inferiores a 4,5.

Bajo pH 3.7 solo pueden desarrollarse hongos, es decir el valor clave de pH es de 4,5.

En los procesos de baja acidez pH mayor que 4,5 el proceso térmico debe ser capaz de inactivar estos M.O. patógenos, exigiendo Tº superiores a 100ºC, las que se denomina “esterilización”.

Fundamentos del proceso térmico de Esterilización

Antecedentes microbiológicos, factores que afectan la termodestrucción de microorganismos:

La velocidad de destrucción de las bacterias es específico para cada especie y es tanto mas rápida cuanto mas alta es la temperatura.

Las esporas de ciertos especies bacterianas son extraordinariamente resistentes al calor.

La resistencia de las esporas al calor es alterada por una serie de factores como: contaminación inicial, edad del microorganismo, pH, presencia de aditivos, etc.

Los géneros mas importantes de MO que producen esporas son Bacillus que es aerobio, y Clostridium, anaerobio.

Curvas de supervivencia

La muerte de los MO sigue un orden logarítmico.

Si graficamos nº de células vivas de una suspensión bacteriana versus tiempo de exposición a Tºconstante, en papel semi-logaritmico, se obtiene una recta denominada CURVA DE SUPERVIVENCIA.

El inverso de la pendiente de esta recta determina el tiempo necesario para destruir el 90% de las células y se denomina “D” o tiempo de reducción decimal.

“D” numéricamente corresponde al número de minutos necesarios para atravesar un ciclo logarítmico, a temperatura constante.

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 2 3 4 5 6

Nº

de s

obre

vivi

ente

s

Tiempo (min)

Curva de Sobrevivientes

t

Nº MO

m = Pendiente = Nº MOt

D = 1 / m

HAY QUE ENCONTRAR UN ÓPTIMO ENTRE

CONSERVACIÓN – NUTRICIÓN – CARACTS. CONSERVACIÓN – NUTRICIÓN – CARACTS. SENSORIALESSENSORIALES

Entre más Entre más termorresistente termorresistente sea un sea un m.o. , m.o. , más elevadomás elevado será el valor será el valor DD y y se requiere se requiere > t> t para alcanzar para alcanzar una reducción del 90% de la una reducción del 90% de la población de m.o.’spoblación de m.o.’s

Entre más Entre más termorresistente termorresistente sea un sea un m.o. , m.o. , más elevadomás elevado será el valor será el valor DD y y se requiere se requiere > t> t para alcanzar para alcanzar una reducción del 90% de la una reducción del 90% de la población de m.o.’spoblación de m.o.’s

104

103

102

100

101

11 22 t (min)t (min)

D1

D2

D3

D1= 0.4 min

D2 = 0.7 min

D3 = 1.2 min

104

103

102

100

101

t (min)t (min)

D260D250

D230

Los m.os mueren a todas las Temps.

superiores a la letal mínima, lo harán

más rápidamente a T altas.

El valor de D sirve para comparar las velocidades de destrucción para un mismo m.o a s T’s.

TT11 > T > T2 2 > T> T33

DD1 1 < D< D2 2 < D< D33

A > T se destruyeA > T se destruye > > cantidad de m.o. en cantidad de m.o. en t’st’s

más cortosmás cortos

TT11 > T > T2 2 > T> T33

DD1 1 < D< D2 2 < D< D33

A > T se destruyeA > T se destruye > > cantidad de m.o. en cantidad de m.o. en t’st’s

más cortosmás cortos tD

CC1

loglog 0

La esterilidad no se alcanza jamas en un 100%, quedaran siempre sobrevivientes, sin embargo estos no causarán daño.

D250 : Corresponde al valor de D, a 250ºF (121.1 ºC)

La línea recta trazada en la curva de tiempo - temperatura se denomina espectro T.D.T. (Thermal Death Time), tiempo de muerte térmica.

El T.D.T. a 250ºF se designa por Fo, y es el tiempo necesario para destruir por calentamiento a una temperatura de 250ºF todos los MO de una suspensión bacteriana bajo condiciones específicas.

Curva T.D.T.

t(min)

T(ºF)

FFo

250ºFT

Tg = m z = 1 / m

Fi

Fi = Antilog (250 - T) z

Fi = Representa el valor letal de cualquier temperatura en relación a 250ºF

Tiempo proceso Tiempo proceso térmicotérmico

(min)(min)

m.o.m.o.

vivosvivos

m.o.m.o.

muertosmuertos

Total m.o.Total m.o.

muertosmuertos% muertes% muertes

0 D 1 000 000 0 0 0

1D 100 000 900 000 900 000 90

2D 10 000 90 000 990 000 99

3D 1 000 9 000 999 000 99.9

4D 100 900 999 900 99.99

5D 10 90 999 990 99.999

6D 1 9 999 999 99.9999

7D 0.1 0.9 999 999.9 99.99999

8D 0.01 0.09 999 999.99 99.999999

T= CTE. Y LETAL

Tie

mp

o d

e

Mu

ert

e

térm

ica

(min

)

Log

DT

0.1

1

10

z

220 240 260 280 T (ºF)

m =-1

z

T2 T1

El inverso de la pendiente de la curva TMT está representado por el valor z, que equivale al intervalo de temperatura necesario para que la curva atraviese un ciclo logarítmico.

El inverso de la pendiente de la curva TMT está representado por el valor z, que equivale al intervalo de temperatura necesario para que la curva atraviese un ciclo logarítmico.

En el caso de la destrucción microbiana, el TMT se En el caso de la destrucción microbiana, el TMT se representa por el valor representa por el valor FF, que es un múltiplo de , que es un múltiplo de DDTT. . FF = = valor esterilizante (min)valor esterilizante (min)

Es decir, mientras que Es decir, mientras que DD es el tiempo necesario para es el tiempo necesario para reducir un 90% la población microbiana, reducir un 90% la población microbiana, FF representa el representa el tiempo requerido para reducir la carga microbiana por tiempo requerido para reducir la carga microbiana por un múltiplo de un múltiplo de D.D.

El valor de F es específico para una temperatura y un El valor de F es específico para una temperatura y un microorganismo dados, por lo que debe indicarse la microorganismo dados, por lo que debe indicarse la temperatura a la cuál se calculó y el valor z del temperatura a la cuál se calculó y el valor z del microorganismo al cuál está dirigido:microorganismo al cuál está dirigido: FFzz

TrefTref

Las curvas de resistencia térmica y los valores Z y D son esenciales en la industria para establecer las condiciones de procesamiento de un alimento .

El valor F es el tiempo necesario en minutos a una temperatura especifica (Tref ) referido aun recipiente para propósitos de esterilización. Representa una medida de la capacidad de un proceso térmico para reducir el número de esporas o células vegetativas de un organismo por recipiente.

La destrucción de los microorganismos por el calor se encuentra afectada por una diversidad de factores, incluida la Aw, el pH, la presencia de materia orgánica .

Para esterilizar maíz (pH 6.45) se requieren 465 min. @ 95° o 30 min. @ 110°C ; las peras (pH 3.75) deben tratarse sólo por 75 min. @ 95°C o por 10 min. @ 110°.

También se ha observado que el incremento del contenido de grasa disminuye la concentración de agua, lo cual afecta la transferencia de calor.

Un calentamiento a 60°C por 2-3 min. destruye al menos 5 log10 la concentración de E. coli O157:H7 en carne de res, puerco, pavo y pollo.

Estudios de penetración del calor:

La medida de la variación de la temperatura en el punto de calentamiento mas lento de un envase recibe el nombre de ensayo o estudio de penetración de calor.

Se mide mediante un par termoeléctrico o termocuplas.Las que se insertan en distintos puntos del envase

sensores de temperatura observandose zonas de calentamiento mas lento, dicha zona se conoce como PUNTO FRIO del envase.

Tipos de transmisión de calor en una conserva:- Conducción- Convección - RadiaciónSiendo las dos primeras las mas importantes en los

procesos de esterilización comercial.

Los productos se calientan por convección tienen el Punto frío ubicado sobre el eje vertical del envase y cerca del fondo. Debido a los desplazamientos de líquidos de diferentes temperaturas.

Punto frío

Los productos se calientan por conducción tienen el Punto frío ubicado sobre el centro geométrico del envase.

Punto frío

En los estudios de transmisión de calor se utilizan 3 termocuplas ubicadas en distintas posiciones.

Las mediciones se registran en papel semilogaritmico, determinando el termopar de calentamiento mas lento.

Determinación de la curva de penetración de calor

Se utilizan 6 ó 7 envases perforados en el punto frío con una termocupla.

Para el calentamiento es necesario fijar previamente el tiempo de elevación de la temperatura o coming up time (CUT) generalmente es de 8 - 10 min.

La Tº se registra en intervalos iguales y dependiendo de la velocidad de calentamiento.

Se grafican los datos en 3 escalas semilogaritmicas invertidas, el tiempo en minutos se representa sobre la escala lineal y la Tº en ºF en la escala logaritmica.

Tipos de curvas a obtener:

1.Linea Recta: Es la mas común y se presenta en la mayoría de los casos.2.Curva quebrada: Se presenta en algunas sopas espesas, maíz envasado en salmuera y ciertos jugos de tomate. Las curvas de calentamiento quebradas exhiben un punto de quiebre o inflexión en la velocidad de calentamiento de algún punto del proceso térmico. Por lo tanto, dos o más líneas son formadas cuando las curva de penetración de calor es trazada sobre un papel semilogarítmico.

¿Por que se quiebra la curva?

TEORIA 1: Se debe al cambio de estado de la solución envasada, que pasa de estado SOL (transmisión por convección) a GEL (transmisión por conducción).TEORIA 2: Pequeñas cantidades de aire en el autoclave impedirían la condensación del vapor sobre el envase, con lo que el calor no desarrollaría su calor latente.

Determinaciones de los factores “fh” y “J”

El factor “fH” representa la pendiente de la curva de penetración y es igual al nº de minutos que demora la curva en atravesar un ciclo logarítmico (tiempo de calentamiento).

“RT” (Retort Temperature) corresponde a la temperatura de trabajo.

“Ta” Temperatura inicial teórica o pseudoinicial. Para su calculo se determina que el 42% del CUT tiene un valor letal, se obtiene multiplicando el CUT por 0,58.

Se levanta la vertical en el punto de la escala lineal de tiempo que representa ese 58%, hasta interceptar la curva de penetración de calor, se obtiene de esa forma la temperatura pseudoinicial.

Definición de variables:

JI = RT - TaIT = Temperatura al minuto cero en el punto frío.I = RT - IT ; Diferencia entre la temperatura del proceso y

la temperatura inicial.J = JI / I ; relación que establece la des-uniformidad del

calentamiento en la fase inicial.Z = Pendiente de la curva TDT (C. Botulinum)g = RT - Temperatura del producto al final del proceso.Fo = Tiempo en minutos, requeridos para destruir una determinada cantidad de gérmenes o esporas a 250ºF.

Para efectos de cálculo de proceso térmico, se requiere valores mas altos de J y fH, ya que estos indican una penetración de calor lento (peores condiciones de esterilización)

Determinación de la curva mas lenta

En los estudios de penetración de calor se utiliza como mínimo 6 termocuplas.

Se grafica en papel semilogarítmico, se determina la pendiente de la curva en un sistema lineal.

y = a + bx

Se grafica x (tiempo) versus y (log To - T), donde To es la temperatura del proceso (RT) y T es la temperatura en cada instante del proceso.

y = -0,0058x + 1,8863

R2 = 0,9973

1,0000

1,1000

1,2000

1,3000

1,4000

1,5000

1,6000

1,7000

1,8000

1,9000

2,0000

0 20 40 60 80 100 120 140

Tiempo (min)

log

(T

o -

T)

Gráfico de Tiempo versus Log(To-T)

Temperatura de proceso = RT = To =239ºF = 115ºC

Tiempo (min) TemperaturaX (ºF)0 166,6

18 177,336 188,854 20072 209,490 216,1108 221,2126 224,6144 227,5

Log(To-T)Y

1,85971,79031,70071,59111,47131,35981,25041,15841,0607

Grafica de T versus Log (To - T)

Ejemplo: A partir de los siguientes datos calcule el valor de fH en la curva mas lenta.

Tº Corregida(ºF)

162,2178,6191,5201,6209,6215,9220,8224,7227,8

Tiempo (min) TemperaturaX (ºF)0 166,6

18 177,336 188,854 20072 209,490 216,1108 221,2126 224,6144 227,5

Log(To-T)Y

1,85971,79031,70071,59111,47131,35981,25041,15841,0607

y = -0,0058x + 1,8863

Log (To-T) = -0,0058·t + 1,8863

Log (239-T) = -0,0058·0 + 1,8863(239 - T) = Antilog (1.8863)

T = 162.2 ºF

Para el tiempo 0, mediante la ecuación se obtiene la temperatura corregida:

Tº Corregida(ºF)

162,2178,6191,5201,6209,6215,9220,8224,7227,8

Tiempo (min)X0

1836547290108126144

y = -0,0058x + 1,8857

R2 = 1

1,0000

1,1000

1,2000

1,3000

1,4000

1,5000

1,6000

1,7000

1,8000

1,9000

2,0000

0 20 40 60 80 100 120 140

Tiempo (min)

log

(T

o -

T)

Se obtiene así la pendiente de la recta:m = -0.0058

El valor de fH se calcula como:fH = 1 = 1 = 172,41 |m| |-0.0058|

A mayor valor de fH, mas lento es el calentamiento.

100,0

1000,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150

Curva de penetración de calor

CUT · 0,58

Ta

 OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DE PENETRACIÓN DE CALOR 

Evaluación de la curva de penetración de calor (f h, j.fc, jc)

Para el cálculo de los valores de penetración de calor, se deben considerar la evolución de la temperatura del producto en función del tiempo de proceso para una temperatura de tratamiento determinada . Representando en gráfica semilogarítmica la penetración de calor, en alimentos típicamente convectivos, vendrá dada por una recta con mucha pendiente y en alimentos conductivos por una recta con un tramo curvo al principio y con menos pendiente.La inversa de la pendiente se denomina f h y se define como el número de minutos necesarios para que la curva atraviese un ciclo logarítmico. El grado de curvatura durante el período de ascenso de la temperatura se cuantifica por el factor de inercia jh.En este caso es importante considerar que se van evaluar varios termopares colocados a diferentes posiciones del envase, por que es importante la determinación del valor de fh para cada uno de las temperaturas de cada termopar.

El criterio de cual curva se va analizar va ser el que tenga el valor más alto de fh.Es muy importante mencionar si la curva no queda descrita por una línea o líneas rectas. únicamente el análisis para este caso será mediante el empleo del Método General o de Bigelow.

Cálculo de los valores fh, j y g en la zona de calentamiento para el caso de unacurva lineal.

Método matemático de Ball

Aplicable para productos de curva de penetración de calor representada por una o dos rectas.

A) Curva de penetración de calor es una recta.

Términos utilizados:

Z; fH; IT; I=RT-IT; JI=RT-Ta; J=JI/I; Fo(Tabla 1,2,3); Fi.

U = Fo · Fi (Letalidad en minutos, a la temperatura de calentamiento)

m+g = RT - Tw (Tº de calentamiento - Tº del agua de enfriamiento)

B = Tiempo en minutos del proceso

B = fH (logJI - log g)B = fH (logJI - log g)

B) Curva de penetración de calor es una curva quebrada

1

10

100

1000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Tiempo (min)

Tem

pera

tura

(ºF

)

fH

gbh

f2

La fórmula para determinar el tiempo de tratamiento térmico es:

B = X + f2 (log gbh - log g)B = X + f2 (log gbh - log g)

Donde:

X : Número de minutos desde el inicio del proceso hasta el punto de quiebre de la curva. Incluye el 42% del CUT.

gbh: RT - temperatura del producto en el punto de quiebre de la curva de penetración de calor.

f2 : La pendiente de la curva después del quiebre.