UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALÚRGIA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

PRÁCTICA 06

“TRATAMIENTO TÉRMICO DE ALIMENTOS MÉTODO DE LA FORMULA DE BALL”

ASIGNATURA : TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I “TA-441”.

PROFESOR :

GRUPO :

AYACUCHO – PERÚ

INTRODUCCIÓN

Entre los diversos medios de conservación de alimentos los que emplean calor son

usados ampliamente. Los actos sencillos de cocimiento, fritura calentamiento, son

formas de conservación de los mismos, además de hacerlos más blandos y apetitosos,

el cocimiento destruye una gran proporción de las enzimas naturales y de la flora

microbiana de manera que los alimentos cocidos pueden ser conservados durante

varios días a condición de que sean resguardados contra la contaminación. La cocción

generalmente no esteriliza los productos, por lo tanto, aún cuando estén protegidos

contra la recontaminación, los alimentos se descompondrán en un tiempo

relativamente breve.

Otra característica del cocimiento es que generalmente constituye el último

tratamiento al que se somete el alimento antes de consumirlo. La toxina que puede ser

formado por Clostridium botulinum es destruida por la exposición al calor húmedo a

100 °C durante los 10 min. Los alimentos que han sido procesados correctamente no

contendrán esta toxina. La cocción proporciona una última medida de protección en

estos casos lamentables en que ocurre una falla en el procesamiento. Sin embargo

cuando hablamos de la conservación de los alimentos por medio de calor queremos

decir generalmente aquellos procesos que son ejecutados bajo control. Tales como:

Escaldo, pasteurización y el enlatado.

I. OBJETIVOS

Evaluar la termorresistencia en un sistema alimenticio para un tratamiento

térmico dado mediante el método grafico mejorado y mediante el método

analítico.

Familiarizarse con un problema típico de procesado de alimentos consistente en la determinación del tiempo de tratamiento para un producto enlatado.

Evaluar el efecto letal total en un alimento debido a un tratamiento térmico

II. FUNDAMENTO TEORICO

II.1. Tratamiento Térmico:

El tratamiento térmico de alimentos a temperaturas altas es uno de los procesos más efectivos para la conservación de alimentos y es el más ampliamente utilizado para atender la creciente demanda de alimentos a nivel mundial.El tratamiento térmico en la industria involucra el uso de altas temperaturas por períodos de tiempo cortos, para asegurar la inocuidad del alimento; sin embargo, las indicadas condiciones de proceso representan gastos excesivos de energía y además pueden afectar negativamente la calidad nutricional y sensorial de los productos procesadosUno de los problemas fundamentales para analizar el fenómeno de transferencia de calor en alimentos líquidos, semilíquidos o mezclas de sólidos y líquidos, es el entendimiento de los fenómenos convectivo, de masa y calor, que se presentan dentro del producto y que afectan de manera importante la efectividad del proceso.El tratamiento térmico de un alimento depende de: La termo-resistencia de los microrganismos y enzimas presentes en el alimento La carga microbiana inicial que contenga el alimento antes de su procesado El pH del alimento El estado físico del alimento.

(Mafart, 1994)

II.2. Velocidad de Transporte:

En convección el calor es transportado directamente por su soporte, lo que

evidentemente se traduce en un movimiento de fluido. El fluido es un movimiento

que almacena el calor (aire caliente, vapor, agua, etc).En la medida en que el calor no

es conducido, sino que simplemente es vehículo por un fluido, la convección es un

sistema de transferencia rápido. La transferencia de calor por conducción se aplica

necesariamente aun medio inmóvil, y por lo tanto en la práctica a un sólido. En este

caso el calor no es vehículo por su soporte sino que se desplaza lentamente por

propagación progresiva de la agitación molecular. (Mafart, 1994)

II.3. Conservación por el calor:

Somete los alimentos a la acción del calor a temperatura y tiempos suficientes para

reducir o eliminar la acción de los microorganismos y enzimas mediante los

siguientes procedimientos:

a) Ebullición

b) Esterilización

c) Pasterización

a) Ebullición: Los alimentos se someten a ebullición (95/105ºC) por períodos de

tiempo variables, con lo que se asegura la destrucción de la mayor parte de la

flora microbiana. Su conservación oscila entre 4 y 10 días.

b) Esterilización: Proceso que destruye en los alimentos todas las formas de vida de

microorganismos patógenos o no patógenos, a temperaturas adecuadas, aplicadas

de una sola vez o por tindalización. (115 -130ºC durante 15 - 30 minutos). Si se

mantiene envasado el producto la conservación es duradera. El calor destruye las

bacterias y crea un vacío parcial que facilita un cierre hermético, impidiendo la

recontaminación.

En un principio consistía en el calentamiento a baño maría o en autoclave de

alimentos después de haberlos puesto en recipientes de cristal, como frascos o

botellas.

En el ámbito industrial alimentario se considera también como esterilización el

proceso por el que se destruyen o inactivan la casi totalidad de la flora banal,

sometiendo a los alimentos a temperaturas variables, en función del tiempo de

tratamiento, de forma que no sufran modificaciones esenciales en su composición y

se asegure su conservación a temperatura adecuada durante un período de tiempo no

inferior a 48 horas.

La acidez es un factor importantísimo, cuanta más acidez, mejor conservación (frutas,

tomate, col, preparados tipo ketchup, y algunas hortalizas ácidas), en algunos casos,

ni siquiera necesita llegar a temperaturas de ebullición.

Para asegurar la acidez (incluso tratándose de los alimentos anteriores, cuando son

muy maduros) conviene añadir aproximadamente 2 cucharadas de zumo de limón,

por cada 500 g de género.

En cambio, carnes, aves, pescados y el resto de las hortalizas, al ser muy poco ácidas,

necesitan mayor temperatura, por lo que sólo es posible su esterilización en

autoclave. De no alcanzar la temperatura precisa podrían contaminarse y producir

botulismo, si se consumen.

En general siempre se desechará cualquier conserva que presente olor, aspecto o

sabor extraños.

c) Pasterización: Es una operación consistente en la destrucción térmica de los

microorganismos presentes en determinados alimentos, con el fin de permitir su

conservación durante un tiempo limitado.

La pasterización se realiza por lo general a temperaturas inferiores a los 100ºC.

Cabe distinguir la pasterización en frío, a una temperatura entre 63 y 65ºC durante

30 minutos, y la pasterización en caliente, a una temperatura de 72 - 75ºC durante

15 minutos. Cuanto más corto es el proceso, más garantías existen de que se

mantengan las propiedades organolépticas de los alimentos así tratados.

Después del tratamiento térmico, el producto se enfría con rapidez hasta alcanzar 4

-6ºC y, a continuación, se procede a su envasado. Los productos que habitualmente

se someten a pasterización son la leche, la nata, la cerveza y los zumos de frutas.

El pasteurizador consiste en un sistema continuo que comunica inicialmente vapor

de agua o de radiaciones infrarrojas, mediante un intercambio de calor, a

continuación el producto pasa a una sección en la que se mantiene la temperatura

durante un tiempo dado, en la sección final del aparato se verifica el enfriamiento

mediante otro sistema intercambiador de calor que, en este caso, se abastece

primero de agua fría y finalmente de agua helada. La pasterización conserva los

alimentos durante 2 a 4 días.

(http//www. Geocities.com/hurtadopons/conservación.htm)

II.4. Propagación del Calor:

Hay 3 maneras de propagar la energía calorífica: Convección, conducción y

radiación. El calentamiento por convección significa transferencia a través de un

cuerpo de sustancias calentadas, por ejemplo moléculas. El calentamiento por

conducción significa que el calor es transferido por actividad molecular a través de

una sustancia a otra. La transferencia de calor por convección debe ser acompañada

por algún calentamiento por conducción. El calentamiento por conducción es muy

lento, comparado con los casos usuales de calentamiento por convección.

La segunda ley de la termodinámica establece que la energía calorífica fluye

solamente en una dirección, de los cuerpos calientes a los fríos. La diferencia entre un

cuerpo caliente y uno frío es un asunto de energía.

Es necesario conocer el tiempo y la temperatura requeridos para esterilizar

adecuadamente los alimentos enlatados. Este procedimiento involucra no solamente

la destrucción de las esporas por calor húmedo, sino también la velocidad de

penetración del calor y la conductividad térmica de los recipientes y su contenido. La

resistencia al calor de un organismo se designa por el valor F, o el número de minutos

requeridos para destruir el organismo a 250°F y el valor Z o número de grados (°F)

requeridos para que la curva del tiempo de muerte térmica recorra un ciclo

logarítmico. Estos dos valores establecen y describen la curva de tiempo de muerte

térmica y son una medida cuantitativa de la resistencia al calor de las esporas sobre

un rango de temperatura.

Durante el procesado de un recipiente de alimentos, la temperatura del interior del

recipiente aumenta hasta un máximo y después disminuye durante el enfriamiento.

(Desrosier, 1993)

II.5. Esterilidad:

Es importante reconocer que un producto que ha sido sometido a esterilización

térmica puede no ser estéril. Si se asume que la destrucción microbiana por el calor

sigue un curso logarítmico, la esterilidad absoluta es inalcanzable.

El tratamiento término consiste simplemente en reducir la probabilidad de

supervivencia; en términos prácticos, sin embargo es posible reducir la probabilidad

de supervivencia hasta un grado en que el producto pueda ser considerado como

estéril.

II.6. Esterilidad Comercial:

Un alimento estéril comercialmente puede definirse como un producto que ha sido

sometido a un tratamiento térmico, no se altera en condiciones normales de

almacenamiento, ni supondría un peligro para la salud del consumidor. Por ejemplo,

un producto ácido como una fruta puede haber sido sometido a un proceso de

pasteurización suficiente para acabar con levaduras, mohos y bacterias no esporuladas

aunque insuficiente para destruir las esporas bacterianas. Con la excepción de

algunas especies acidúricas, la presencia de esporas bacterianas en productos muy

ácidos se considera como un hecho sin importancia ya que la acidez evita su

desarrollo. Los industriales deberán proceder con cuidado cuando utilizan alimentos

ácidos comercialmente estéril (pH 4, 5), tales como frutas, como ingredientes para

elaborar productos nuevos, ya que el pH alto puede permitir la proliferación de

esporas de microorganismos causantes de intoxicaciones alimentarías que han

sobrevivido al proceso de pasteurización aplicado a la fruta. (Rees, 1994).

II.7. Factores que influyen sobre la determinación de la termorresistencia:

Las influencias evidentes del medio de suspensión, pH, actividad del agua,

concentración de sal, etc, el factor más importante a tener presente en cualquier

experimento de termorresistencia es la velocidad y los mecanismos de transferencia

de calor y su determinación. Las limitaciones de los distintos métodos se aprecian

cuando se aumentan las temperaturas de experimentación y se acortan los tiempos de

exposición. El aumento de la fase de calentamiento provocará una tasa de

supervivencia superior a la esperada y determinará que la línea de termodestrucción

(valor z) se incurre hacia arriba a temperaturas altas.

II.8. Tratamiento de los datos de supervivencia:

Existen 2 métodos principales para el recuento del número de supervivientes:

- El primero consiste en el cultivo de supervivientes sobre agar que ha sido

suplementado para proporcionar unas condiciones idóneas para la recuperación.

En una serie típica de experimentos, se calientan varias muestras idénticas durante

distintos periodos de tiempo a una determinada temperatura. Después se diluyen

las muestras y se siembran en placas en cantidades idénticas. Tras una incubación

adecuada se cuenta el número de colonias que se hayan desarrollado.

- El segundo método, llamado el método de fracción negativa, se utiliza para

recopilar datos en el caso de bajos niveles de supervivencia, se calienta varias

muestras idénticas mediante periodos diferentes de tiempo a la misma

temperatura y la supervivencia se determina mediante un procedimiento de

presencia/ ausencia (crecimiento/ falta de crecimiento)

II.9. Valoración del Tratamiento térmico:

Existen varios artículos detallados que estudian el tratamiento matemático de los

datos de supervivencia y su relación con los cálculos del tratamiento térmico.

II.9.1. Tiempo de reducción decimal o valor D.- Es el tiempo de tratamiento a una

temperatura (t) que es preciso aplicar a una población microbiana para

destruir el 90% de las esporas o células negativas. Es igual al número de

minutos precisos para que la línea de supervivencia atraviese un ciclo

logarítmico y puede calcularse a partir del inverso de la pendiente de la línea

de supervivencia.

II.9.2. Valor Z.- El cambio que experimenta el valor D con la temperatura puede

determinarse representado el Log D en función de la temperatura. El valor z

corresponde al número de grados que es preciso aumentar la temperatura

para que la línea de termodestrucción atraviese un ciclo logarítmico y es igual

al inverso de la pendiente de la misma.

II.9.3. Eficacia letal.- Usando el valor z puede calcularse la eficacia letal (L) a partir

de:

L = Log –1 (T-Tref)/Z

La eficacia letal expresa la letalidad de 1 minuto de tratamiento a cualquier

temperatura de referencia en función a la temperatura T.

II.9.4. Valor F.- El símbolo F para designar el equivalente en minutos a 121,1

ºC(250 ºF) de las letalidades combinadas de todas las integraciones tiempo

temperatura en el punto de calentamiento más tardío para un producto

durante su tratamiento térmico. Así el valor F es una medida del efecto letal

total sobre los microorganismos que tiene un tratamiento térmico. En término

Fo indica el valor F en el centro de un envase. (Rees, 1994)

II.10.Curvas de tiempo de muerte térmica:

El calor mata las bacterias a una velocidad que es casi proporcional al número

presente en el cuerpo que está recibiendo el calor. A esto se le llama un orden

logarítmico de muerte, lo cual significa que, bajo condiciones térmicas constantes, el

mismo porcentaje de la población bacteriana será destruida en un periodo dado, no

importa cuál sea el número de población sobreviviente. Dicho de otra manera, si

una temperatura dada mata el 90% de la población restante durante el segundo

minuto, el 90% de la que queda en el tercer minuto, etc.

II.11.Punto Frío en las masas de alimento:

En los casos en que el calor se suministra desde afuera, como en un autoclave,

cualquiera que sea el producto, el alimento que se encuentra más cerca de las paredes

de la lata alcanzará la temperatura de esterilización antes que el alimento al que la

temperatura final del tratamiento térmico llega al último se llama el “punto frío”

dentro de la lata o masa.

Se supondrá que, en una lata de alimento sólido calentado por conducción, el punto

frío se encontraría justamente en el centro de la lata y así es en efecto. En los

alimentos expuestos al calentamiento por convección, a menos que las latas se agiten,

el punto frío se encuentra un poco más abajo del centro exacto de la lata. Si

queremos asegurarnos de que se dé que se logre la esterilización comercial, tenemos

que dejar que el punto frío de las latas alcance la temperatura de esterilización y que

la conserve el tiempo necesario a fin de destruir las esporas bacterianas más

resistentes.

II.12. Determinación del tiempo del proceso:

A fin de determinar el tiempo necesario para que nuestra autoclave produzca un

calor, empleamos un termopar sensible al calor. En la figura la colocación correcta

muestra del termopar a fin de medir la temperatura en los puntos fríos de los

alimentos enlatados que se calientan por conducción y convección natural. Las latas

con termopares son llenados con el alimento bajo estudio, cerrado y colocadas en el

autoclave. (Potter, 1995)

III. MATERIALES Y MÉTODOS

III.1. MATERIALES

Productos enlatados Termómetro Papel milimetrado Recipientes Cronómetro

3.2. EQUIPOS

Termocupla y accesorios Registrador de temperaturas Marmita o autoclave3.3. PROCEDIMIENTO

Al inicio de la sesión de práctica, el profesor dará las instrucciones con respecto al procedimiento a seguir para la preparación del producto enlatado a fin de obtener las temperaturas en el punto más frío del producto.

Durante el tratamiento térmico, los estudiantes registrarán los datos de temperatura y tiempo, tanto de calentamiento como de enfriamiento para graficar la curva experimental.

IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES

IV.1. Con los datos obtenidos experimentalmente en el cuadro 01, graficar en papel semilog invertido Tp vs q, indicando todas las temperaturas durante el periodo de calentamiento. Determinar el fh, Psit, tiempo cero corregido.

Cuadro 01: Datos de penetración de calor en un producto

Tiempo de exposición (min)

Temperatura en el pmf (°F)

Calentamiento0123456789101112131415161718

Enfriamiento1920212223

78,8101,84131,0165,2188,6204,8215,6222,41226,8230,0232,2234,0235,6236,7237,2237,2237,2238,3238,6

238,6206,6168,8137,3131,9

Datos para los cálculos y el gráfico:Fo = 1 min; TR = 241°F; Twenf = 86°F; CUT = 1,5 minNota: Número de esporas por recipiente = 10001. Graficar para calentamiento y enfriamiento2. Datos del cuadro.

T 1 h=78,8 ° FT 1C=238,6 ° F

3. Calculando del procesamiento térmico.Por formula: B=fh ( log ( Jh∗Ih )−log ( g ))

Jh=TR−PSITTR−T 1

= 241−76241−78,8

=1,02

Ih=TR−T 1=241−78,8=162,2° F

Calculo de g

Como n° de esporas/recipiente =100=103

Para zanahoria (hortaliza) D 250=0,21 min

101212D

Por formula: F=D(logN o−logN )

F=0,21( log (1015−log (1 ) ))F=3,15 min

Como: U=F*F1

F1=10250−241

18 =3,162

U=F∗F 1=9,96

Como: fhU

=6,409,96

=0,64

Jc= 86−27686−238,6

=1,245

Con los datos: fh/U=0,64; Jc=1,245; Z=18°F

En la tabla N° 02: e interpolando encontramos el valor de g.

g=0,1525

Reemplazando

B=19,426

Pero el tiempo de proceso para el operador.

θTT=B−(CUT∗0,42 )=18,8 min

Cuadro 02: Algunos valores fh/U y g para z = 10 y jc = 0,4 – 2,0

fh/U Valores de g para los siguientes valores de jc

0,40 0,80 1,00 1,40 1,80 2,00

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

100,0

500,0

0,0411 0,0474 0,0506 0,0570 0,0602 0,0665

0,0870 0,102 0,109 0,123 0,138 0,145

0,150 0,176 0,189 0,215 0,241 0,255

0,226 0,267 0,287 0,328 0,369 0,390

0,313 0,371 0,400 0,458 0,516 0,545

0,408 0,485 0,523 0,600 0,676 0,715

1,53 1,80 1,93 2,21 2,48 2,61

2,63 3,05 3,26 3,68 4,10 4,31

3,61 4,14 4,41 4,94 5,48 5,75

4,44 5,08 5,40 6,03 6,67 6,99

7,17 8,24 8,78 9,86 10,93 11,47

9,83 11,55 12,40 14,11 14,97 16,68

11,5 13,6 14,6 16,8 18,9 19,9

12,8 15,1 16,3 18,7 21,1 22,3

13,8 16,4 17,7 20,3 22,8 24,1

17,6 20,8 22,3 25,4 28,5 30,1

26,0 30,6 32,9 37,5 42,1 44,4

IV.2. DICUSIONES

Según Mafart (1994), el tratamiento térmico en la industria involucra el uso de altas temperaturas por períodos de tiempo cortos, para asegurar la inocuidad del alimento; sin embargo, las indicadas condiciones de proceso representan gastos excesivos de energía y además pueden afectar negativamente la calidad nutricional y sensorial de los productos procesados, por lo que en la practica el tiempo de tratamiento térmico fue de 18,8 minutos un tiempo suficiente para alcanzar la letalidad.

Según Rees (1994), Un alimento estéril comercialmente puede definirse como

un producto que ha sido sometido a un tratamiento térmico, no se altera en

condiciones normales de almacenamiento, ni supondría un peligro para la salud

del consumidor

V. CUNCLUSIÓN

Con un problema dado se determino el tiempo de tratamiento térmico para un

producto enlatado.

Se determino el tiempo que se necesita para alcanzar la letalidad en un proceso.VI. CUESTIONARIO

1. Con los datos (cuadro 03) de penetración de calor de conservas de sardina entera en aceite en envases de 1 lb, hallar el tiempo de tratamiento térmico mediante el método matemático de Ball. El proceso es en continuo. Nota: Twenf = 75°F.

Cuadro 03: Datos de penetración de calor en conservas de sardina

Tiempo de exposición

(min)

Temperatura en el pmf (°F)

012345

85,80131,90135,50137,84139,10142,52

Amb.117145158165176

678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243

144,50145,90147,20150,44150,88152,78154,40160,88161,24163,58166,10168,62171,14172,24176,36180,50181,94184,46186,62187,34189,14198,70200,20208,59214,80215,90219,70224,80229,80230,55230,10230,20230,25230,30230,40230,50230,55230,65

190200212218222226228232235237240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240

4445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081

230,75230,85231,00231,10231,30231,35231,50231,60231,80231,90232,20232,25232,40232,60232,90233,10233,30233,80233,90234,20234,40234,85235,00235,40235,90236,59237,00237,75238,00238,50239,00239,00239,00238,00236,00230,00220,00208,00

240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240140240240240240240240240240235232219190170

828384

200,00190,00170,00

160145128

1. Graficar para calentamiento y enfriamiento2. Datos del cuadro.

T 1 h=85,80 ° FT 1C=239,00 ° F

3. Calculando del procesamiento térmico.Por formula: B=fh ( log ( Jh∗Ih )−log ( g ))

fh=41,5

Jh=TR−PSITTR−T 1

= 240−125240−85,80

=0,746

Ih=TR−T 1=240−85,80=154,2 ° F

Calculo de g

Para alimentos (enlatados) D 250=0,21 min y Z=18

Por formula: F=D(logN o−logN )

F=0,21( log (1012−log (1 ) ))F=2.52

Como: U=F*F1

F1=10250−240

18 =3,594

U=F∗F 1=2,52∗3,594=9.10

Como: fhU

=41,59.10

=4,460

Jc=75−27575−239

=1,220

Con los datos: fh/U=3,343; Jc=1,220 ;Z=18° F

En la tabla N° 02: e interpolando encontramos el valor de g.

g=5,1822

Reemplazando

B=55,872

Pero el tiempo de proceso para el operador.

θTT=B−(16∗0,42 )=49,152 min

2. Una compañía alimentaria está procesando térmicamente latas de 307x306. El tiempo de procesamiento a 240 ºF es 70 minutos, con un tiempo de levante (CUT) de 10 minutos para la autoclave. El resultado de la prueba de penetración de calor se da en el cuadro 04. Calcular el valor total de esterilización del proceso utilizando el método de Ball.

Cuadro 04: Datos de penetración de calor en un producto

Tiempo (min) Temperatura (°F)

0

5

166,0

170,0

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

195,0

221,5

232,5

233,4

234,4

235,2

236,0

236,6

237,1

237,5

237,9

238,4

238,5

VII. BIBLIOGRAFIA

Desrosier N. 1993. Elementos de tecnología de alimentos. México, Continental S.A.

Mafart, P. 1994. Ingeniería industrial alimentaria, volumen I: Procesos físicos de conservación, Zaragoza, España: Editorial Acribia.

Potter, N. 1995. La ciencia de los alimentos. México, Edutex S.A

Rees J.A.G; y Bettison J. 1994 “Proceso Térmico y Envasado de los Alimentos.

Edit. Acribia S.A. Zaragoza.