Validación Procesos termicos docente

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Validación de ProcesoTérmico de

Esterilización

Cochabamba, septiembre de 2013

Mgr. Rosaluz Valda

CUESTIONARIO BASICO

Pregunta : De dónde salen los raros valores como:

Reducción de 106

Temperaturas de 121 ºC, 132 ºC y 134 ºC ?????

Respuesta: De la Industria Alimentaria Post 2º Guerra Mundial

(especialmente « conserveria»)

FDA : FOOD and Drug Administration


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Monitoreos en la industria de

conservería Las eporas (Bacillus y Clostridium) son las más

termoresistentes. Las esporas deben destruirse con mediante tratamientos

confiables y de buena probabilidad.Por lo tanto:

Se utilizan esporas de microorganismos NOPATÓGENOS para monitorear la seguridad de las

conservas de productos como espárragos y sardinas.

El agua ebulle a:

100 °C : Agua del grifo en una olla con tapa 97 °C : Agua del grifo en una olla sin tapa

104 °C : Agua de mar (dependiendo de la concentración de sal)

La ebullición NUNCA GARANTIZA que la temperatura fue losuficientemente elevada para “coagular las proteínas bacterianas” –

mecanismo de destrucción del m.o. El bajísimo contenido de agua de las esporas y otras sustancias

(« proteínas de choque térmico» también llamadas “stress proteínas) lasprotege de la desnaturalización

Los patógenos esporulados (como Clostridium sp.) resisten hasta 8H30 a100°C.


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Temperaturas de ebullición ligadas a la Presión

100 oC a 1 ATM 121 oC a 2 ATM (1 barr) 132 oC a 3 ATM (2 barr)

80 oC a 0.5 ATM (Mont Blanc) 70 oC a 0.35 ATM (Mont Everest)

40o

C a 0.02 ATM (Vacío mecánico)

El origen de los Indicadores Biológicos –BI-

Aunque la mayoría NO SE COMPORTA de esa manera,algunas especies de bacterias mueren de formaprevisible, especialmente algunos bacilos esporuladostermófilos.

Por lo tanto, se busca entre ellos y se usa a los m.o. másresistentes y de crecimiento “predecible” que se sabe

crecerán en las conservas, de forma que se pueda diseñarun proceso seguro.


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PROBABILIDAD DE SOBREVIVENCIA

Valor D: principio y lógica

Mayor es el calor, más rápido mueren los microorganismos

Mientras más rápido mueren los microorganismos, más rápido el

proceso.

La velocidad del proceso es expresada por el valor D

Valor D= Tiempo de exposición requerido (en minutos) para

matar 1 log (90%) de los microorganismos

El Valor D de 6 significa que toma 6 minutos en reducir por unfactor of 10 (90%) o 1 log el número de microorganisms.

Más rápido no significa más eficiente, porque un microorganismo

destruido más lentamente no es menos mortal.


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Efecto de laprobabilidad para un BIexpuesto al calor

Para un BI de: 2.0 X 106 y Dvalue* de 1 minuto Sobrevivencia

Después de 1.0 minuto = 200,000 Después de 2.0 minutos = 20,000 Después de 3.0 minutos = 2000 Después de 4.0 minutos = 200 Después de 5.0 minutos = 20 Después de 6.0 minutos = 2

Después de 7.0 minutos = 0.2 Tiempo total para reducir a cero = 6.5 minutos

*En aquel tiempo el bacilo más termoresistente conocido era el

stearothermophilus con un Dvalue de 1 a 1.5

Efecto de la probabilidad para muchaslatas (envases)

Ciclo de 6.5 minutos 1 lata/1 BI (2.0 X 106) = 0-0.2 sobreviviente

10 latas/10 BI (2.0 X 107) = 2 sobrevivientes (o á 7.5 min)

100 latas/100 BI (2.0 X 108) = 20 sob. (o á 8.5 min)




Más latas tenemos, más latas contaminadas tenemos!


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Entonces, cómo se logra la seguridad

alimentaria? Los lotes de latas son generalmente menores a 1

millón a la vez. Entonces: Hay que duplicar el tiempo para retomar la

probabilidad de sobrevivencia, nuevamente alrededor de 0 – 0.2(Aquí nace el enfoque de “sobre tratamiento /overkill approach”)

Valor Z: principio y lógica

Si la temperatura disminuye, los m.o. son destruidos más lentamente y elvalor D aumenta (porque lleva más tiempo la destrucción).

Contrariamente, si la temperatura es mayor, los microorganismos mueren másrápidamente y por lo tanto disminuye el valor D.

Valor Z = El número de grados de temperatura

requeridos para obtener una variación de 1 log en elvalor D.

Dado un cierto microorganismo, el valor Z es una medida de suresistencia al calor ya que a mayor valor de Z, más calor es necesariopara aumentar el valor de D por un factor de 1.


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Valor F: principio y lógica

Si el valor D es medido a diferentes temperaturas y presiones se puede

constatar que el valor D varía con la presión. Mientras más desciende

el valor D con un incremento específico de la presión, más poderoso es

considerado el proceso.

Valor F = Es una medida de la capacidad de inactivar bacterias en

función de la temperatura.

Matemáticamente el valor F es expresado por el radio de mortalidad porminuto en función de la temperatura a una presión dada.

Este concepto aplica de facto a la esterilización con vapor únicamente y esuna medida de la potencia del esterilizador. (Autoclaves y tuberías grandesson más rápidos que una olla)

Parámetros críticos para laesterilización:

Temperatura (121 oC) Tiempo (duración) Humedad

Presión (incluye vacío) Fases del ciclo (Para Europa y dependiendo del

comprador)


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En el enlatado se realiza un proceso de esterilizaciónLa esterilización es un proceso más severo que lapasteurizaciónEl enlatado de alimentos es el procedimiento: Para conservar alimentos Destruir:

m.o. patógenos (viables y esporas) Inactivar enzimas

Enlatado/esterilización

Generalmente se toma como referencia al C.b.(mesófilo) para los cálculos del tratamiento térmico

Datos del C.b.: La temperatura de referencia para el C.b. es 121.1 ºC (250 ºF) F0= 2.52 min Z = 10 ºC (18 ºF) Hay m. o. más resistentes pero se toma como base al C.b.

por ser el m.o. más peligroso para la salud pública

Clostridium botulinum (C.b)

pH por debajo de 4.6

Aw≤0.93

Oxígeno

Esterilización

Nitritos

Condiciones quecontrolan(C.b)


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La rapidez del calentamiento de los

alimentos depende de:

la superficie de contacto con la fuentecaliente

el medio de calentamiento (calor seco ocalor húmedo)

El coeficiente de conducción(conductividad térmica)

La conductividad térmica será diferentepara un “caldo” y para un atún(constituido por proteínas/lípidos)

Rapidez del calentamiento: factores

Manipulación de Factores Internos yExternos importantes en los enlatados


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pH y Aw determinan si se pasteuriza o se

esteriliza el alimento

Son causas de la descomposición de alimentosenlatados:a. Las fugas yb. TT insuficientes

c. Enfriamiento inadecuadod. Mal almacenamientoe. Alteraciones antes del TT

Descomposición por TT inadecuado


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Las fugas son consecuencia de:

Defectos en las latas Mal sellado

Orificios y

Mal manipuleo

Las agua contaminadas pueden ingresar a la lata y contaminar el producto

a. Fugas

b. Tratamiento Térmico (t.t.) Fallas en las operaciones de retorta (autoclave)

Uso de termómetros defectuosos Válvulas no calibradas

Contaminación excesiva por lo que el t.t. resulta insuficiente

Sub-tratamientos y sobre-tratamientos


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c. Enfriamiento inadecuado

Lugares de temperatura elevada:

Las temperaturas elevadas actúan como“estufas”

Le dan a los m.o. remanentes el ambienteapropiado para su reproducción

Generalmente se incrementa el Fo en

aquellos productos destinados a lugarescálidos

Lugares de altitud elevada

Las latas al encontrar presionesexternas menores ejercen tensiones enlos cierres

d. Mal Almacenamiento

e. Alteraciones previas al TT

En ocasiones se observa que lasconservas se abomban en ausencia de

m.o. vivos. Ello se debe a la producción de gas de

origen microbiano en las latas yacerradas que, en vez de esterilizarseinmediatamente, permanecieron ciertotiempo en espacios calientessusceptibles de alteración por floratermófila.


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Las conservas bien elaboradas tienen ausencia deoxígeno en el exhauster el oxígeno es desplazadopor el vapor y este es posteriormente condensadoa causa del enfriamiento

El condensamiento causa vacío

Al no haber oxígeno:

no hay presencia de m.o. aerobios como los mohosy las levaduras

se favorece la presencia de m.o. anaerobios comoel Clostridiumbotulinun

el C. botulinum es eliminado por las elevadastemperaturas

Microorganismos y Oxígeno

Zona de riesgo y conservación porfrío y calor


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Rango de Destrucción Térmica del Cl.botulinum

Resistencia térmica de m.o. formadores deesporas de interés en el tratamiento térmico


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Curva de Resistencia Térmica y Valor “Z”

De la ecuación de muerte térmica: F = F0x 10 (1/Z)(T0-T) ó F0= F x 10 (1/Z) (T –T0)

Las letalidades F y F0se hacen equivalentes mediante unfactor de conversión llamado Velocidad Letal “L”, donde:

L = 10 (1/Z) (T –T0)

A F0 se conoce como Letalidad del proceso: Letalidad = F0= F x L

F0= F x 10 (1/Z) (T –T0)Ecuación de Muerte Térmica:


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Comportamiento de la Temperatura de la Retorta(Tr) y del Producto (Ti) en los Enlatados. Valor F0

Para hallar el área bajo la curva existen variosmétodos, entre los que mencionaremos:a. El método del rectángulob. El método de Patashnikc. El método de Simpsond. Planímetroe. Por pesadaf. Cuenta de cuadrados

(sólo discutiremos los dos primeros)

Métodos para encontrar el Area bajo la Curva:Letalidad del Proceso


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a. Método del Rectángulo

b. Método de Patashnik (método deltrapecio)


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•Los procesos térmicos de los enlatados no son instantáneos.

•El producto se va calentando más lentamente que la fuentetérmica porque la transferencia de calor no es instantánea.

•Los gráficos de monitoreo de la temperatura del medio decalentamiento (temperatura de la retorta) y del producto no sesobreponen.

•Para resolver la integral anterior, seríanecesario que “L” esté en función del tiempo,lo que no se da.

•Por tal motivo se han creado métodos comoel:

•General •Ball•Stumbo•Hayakawa.

Enlatados

Letalidad (F0)en los

Enlatados

Tipos decálculos en losProcesosTérmicos

TIPO II: CÁLCULO DEL TIEMPO DE PROCESAMIENTO TÉRMICO

•Asumamos que estamos procesando espárragos y los compradores en el extranjero nospiden que le apliquemos un F0= 5’ •Le hacemos un tratamiento térmico a nuestro producto y como no tenemos un equipoque monitoree el F0en tiempo real, determinamos el F0posteriormente al tratamientoaplicado.


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…TIPO II: CÁLCULO DEL TIEMPO DE PROCESAMIENTO TÉRMICO

•Encontramos que hemos aplicado un subtratamiento (F0= 0.5’) que le corresponde a un tiempo deprocesamiento de 40’

•Aplicamos un segundo tratamiento térmico y determinamos que se ha realizado unsobretratamiento (F0=8’), que le corresponde a un tiempo de procesamiento de 72’

TIPO II: Cálculo del Tiempo deProcesamiento Térmico (TO)


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•Un proceso térmico consta de un calentamientoinstantáneo a 138 ºC seguido de un periodo isotérmicode 4 segundos a dicha temperatura y un enfriamientoinstantáneo.•Determinar el tiempo de muerte térmica a 121 ºC si laResistencia Térmica (Z) del microorganismo es de 8,5

Problema 1


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Determinación de la Letalidad (F0)del Proceso


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Tiempo de Muerte Térmica en función dela Temperatura

Letalidad “L” en función del tiempo


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Problema 2


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Si procesamos nuestro alimento a 140 ºC la letalidad será de6.506 s pero si procesamos a 121 ºC a qué letalidadequivaldrá?

Para resolver esto podemos utilizar dos fórmulas que sonequivalentes:

a. Utilizar la fórmula: F0= F x 10 m ( t-to)

b. Utilizar la fórmula: m = (LgF0-LgF) / (t -t0)

Hallando un Termotratamiento Equivalente:

F0= F x 10 m ( t-to)

F12111 = F 14011x 10 (140 -121) / 11

= 6,505 x 53,4 = 347,37 S

= 5,8 min.•Por lo que nuestro proceso es equivalente alrecomendado (referencia).

a. Utilizando la fórmula:


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b. Utilizando la fórmula:m = (LgF0-LgF)/(t-t0)


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Al estudiar la destrucción térmica de esporas de Clostridium Botulinum , se obtiene una reducción decimal de 1012 por uno de los dos métodos siguientes :

n T = 105 ºC ; t = 103 minutos n T = 117 ºC , t = 6,5 minutos

Calcular el tiempo de tratamiento para obtener el mismo resultado a las temperaturas de 100 ºC y 120ºC.

T* = 117 ºC t* = 6,5 min. T = 105 ºC t = 103 min.

1º) Cálculo de Z :

T – 121,1

10

aplicando la ecuación (8) t = t* . 10 Z = 10 ºC

t100ºC = 326 min.2º) Cálculo de reducción decimal D121,1ºC :

El tiempo necesario para obtener una reducción de 1012 (m = 12) a 121,1ºC es :

t121,1ºC = 2,53 min. = m. D121,1ºC D121,1ºC = 0,21 min.

3º) Partiendo de una población de 1012 esporas ¿ cuantas sobrevivirán ?

Aplicando 120 ºC durante 20 min .

Aplicando 100 ºC durante 1 hora

N100 ºC

= 1012 . 10-60/27

= 6.109

INEFICAZAplicando (3-4) N = N0 10-t/D

N120ºC =10

12. 10-20/0,27 = 8,4.10-63 ESTERILIDAD

4º) ¿ Que T debe aplicarse para lograr una reducción decimal de m = 10 en 50 min. ?

T - T*

Z

D*121,1ºC . 10 T = 107 ºC

t120ºC = 3,26 min

D100 ºC

= 27 min.

D120 ºC = 0,27 min.

DT = 50/10 = 5 =

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