Material docente (Tratamiento térmico)

ANGEL QUISPE TALLA

Microbiología

Grupos Bacterianos

según su forma

Cocos y Bacilos

Agrupaciones de cocos

Ingeniería

Bacteria Encapsulada

En numerosas bacterias se forma en la parte externa de la pared una cápsula viscosa compuesta por sustancias glucídicas. Esta envoltura, que se presenta en casi todas las bacterias patógenas, las protege de la desecación y de la fagocitosis por los leucocitos del hospedador, así como del ataque de los anticuerpos, lo que aumenta la virulencia de las bacterias encapsuladas. La presencia de la cápsula no es, sin embargo, un carácter diferenciador, pues determinadas bacterias pueden o no formarla en función de los medios de cultivo.

Pared Bacteriana

Péptidoglucanos en la pared bacteriana

Pared Bacteriana

Cromosoma Bacteriano

El ADN de la bacteria está constituido por una sola molécula en doble hélice (esta molécula es muy grande en comparación con el tamaño de la bacteria), circular, súper enrollada y asociada a proteínas no histonas. Suele estar unida a los mesosomas.

Plásmidos

En las células bacterianas puede haber también una o varias moléculas de ADN extracromosómico de menor masa molecular que el cromosoma denominadas plásmidos. Estos plásmidos en algunas bacterias pueden tener genes que las protegen de los antibióticos o también genes que intervienen en los procesos de

(plásmido

Flagelos

la

Fimbrias o pili entre bacterias

cuya

no esté relacionada con la

sino con la

el intercambio

AUTÓTROFAS:

Emplean compuestos inorgánicos para sintetizar compuestos orgánicos

Funciones de Nutrición Bacteriana

Las autótrofas fotosintéticas, como las bacterias sulfurosas verdes y purpúreas, no utilizan agua como dador de electrones en la fotosíntesis, sino otros compuestos, como el sulfuro de hidrógeno, y no producen oxígeno. Al poseer pigmentos que absorben luz casi infrarroja, pueden realizar la fotosíntesis prácticamente sin luz visible.

Las autótrofas quimiosintéticas, a diferencia de las fotosintéticas, utilizan la energía que desprenden ciertos compuestos inorgánicos al oxidarse. Transforman el CO2 en compuestos hidrogenados (anabolismo). Sus fuentes son oxidadación del hierro, bacterias nitrificantes que oxidan sustancias amoniacales, bacterias sulfooxidantes que oxidan el azufre.

HETERÓTROFAS:

Emplean compuestos orgánicos para sintetizar sus propios compuestos orgánicos

Las bacterias

Muchas

vida

suelen

saprófitas, viven sobre materia

otras

la mayoría

• Independientemente del tipo de nutrición, las bacterias pueden necesitar el oxígeno atmosférico (bacterias aerobias) o no (bacterias anaerobias). Para algunas bacterias anaerobias el oxígeno es un gas venenoso (anaerobias estrictas), otras lo utilizan cuando esté presente, aunque pueden vivir sin él (anaerobias facultativas).

Funciones de relación de las bacterias

• Las bacterias responden a un número elevado de estímulos ambientales diversos mediante modificaciones de su actividad metabólica o de su comportamiento. Ciertas clases, ante los estímulos adversos del ambiente, provocan la formación de esporas de resistencia, que, al ser intracelulares, se denominan endosporas.

• Las endosporas bacterianas son estructuras destinadas a proteger el ADN y el resto del contenido protoplasmático, cuya actividad metabólica se reduce al estado de vida latente; pueden resistir temperaturas de hasta 80°C y soportan la acción de diversos agentes físicos y químicos. En condiciones favorables germinan y dan lugar a una nueva bacteria (forma vegetativa).

• Pero la respuesta más generalizada consiste en movimientos de acercamiento o distanciamiento respecto a la fuente de los estímulos (taxias) que pueden ser de varios tipos: flagelar, de reptación o flexuosos (parecido al de las serpientes, pero en espiral).

Conjugación

Mecanismos parasexuales de intercambio genético entre bacterias

Una de las fuentes usuales de biodiversidad son las denominadas “mutaciones”. Estas consisten en cambios en al secuencia de nucléotidos del ADN. En las bacterias también puede ocurrir.

Mutaciones

Si la mutación se produce en un sector no codificante o regulador del genoma, esta no tendrá trascendencia. Si afecta en cambio un codón de una secuencia codificante, puede significar un cambio estructural o funcional de la misma y afectar en forma negativa o positiva, la funcionalidad y competencia de la misma.

Las mutaciones pueden ser causadas por agentes físicos, químicos y biológicos.

Crecimiento Bacteriano

Rezago o letargo: las bacterias se están adaptando a las condiciones ambientales para iniciar su crecimiento, lo que requiere de la síntesis de nuevas enzimas y proteínas específicas.

Exponencial: las bacterias se dividen ilimitadamente, porque las condiciones ambientales son óptimas y no existe ningún tipo de limitación para su desarrollo.

Estacionaria: el crecimiento experimenta una reducción por el agotamiento de los nutrientes y por la acumulación de desechos metabólicos producidos por las propias bacterias, que les resultan letales. Finalmente el aumento del número de individuos se detiene por completo, alcanzando la fase estacionaria máxima, y luego comienza a disminuir.

Declinación o muerte: la mortalidad de la población aumenta sostenidamente, lo que determina su extinción.

del

Relación Bacterias y Antibióticos

que vive.

y por

ser

a la

Técnica del antibiograma

ASIGNATURA INGENIERIA DE ALIMENTOS I CUARTA UNIDAD

TALLA

Ingeniería de alimentos I

Angel Quispe Talla

TERMICO EN ALIMENTOS ENLATADOS

El objetivo del tratamiento térmico de las conservas es eliminar todos los microorganismos patógenos y prevenir el deterioro por contaminantes no patógenos bajo condiciones normales de almacenamiento.

La solución de las condiciones de procesamiento necesario para cumplir con este criterio sobre estudios experimentales, en la cual la velocidad de penetración de calor en el punto de más lento calentamiento del envase es medido durante ciclo simulados de esterilización. Los datos de estos paneles son utilizados para determinar las temperaturas y tiempos de procesos necesarios para dar al producto enlatado una estabilidad comercial.

1.1. Resistencia de los microorganismos al calor.

La destrucción de los microorganismos por el calor no significa una destrucción en el sentido físico, sino más bien una pérdida de viabilidad, es decir, una pérdida de la capacidad para reproducirse. En muchos estudios realizados, generalmente se ha encontrado que los microorganismos viables al ser sometidos a calor húmedo, se inactivan o destruyen exponencialmente con el tiempo de exposición a una temperatura tal, consecuentemente, la destrucción térmica de los microorganismo, a temperatura constante, en general se desarrolla bajo un modelo logarítmico.

Ingeniería

de los más

en un

un

de

de

que

y

que asegure

en

Para lograr productos en conservas de buena calidad sin riesgos para la salud de los consumidores, se tiene que tomar en consideración los puntos críticos de control en el procesamiento, tales como la higiene y

en planta, calidad de la materia prima a

la

del doble cierre de los

del proceso térmico a que son sometidos los alimentos, entre otros, de ellos en esta

las

se presta atención a este último, por ser uno de los aspectos de fundamental

y para tratar de conservar al máximo las

del

Ingeniería de alimentos I

Angel Quispe Talla

FIIA -

En tal sentido, se deben expresar los principios básicos del procesamiento térmico de los alimentos enlatados :

Valores: D, Z y F.

También se desarrolla el procedimiento para determinar la penetración de calor en el alimento enlatado, así como los métodos más usuales para el cálculo del valor de esterilización en el producto, corno son el Método General y el Método de la Fórmula (Ball).

Ingeniería de alimentos

Angel Quispe Talla

FIIA

TRATAMIENTO TERMICO EN ALIMENTOS ENLATADOS

El objetivo del tratamiento térmico de las conservas es eliminar todos los microorganismos patógenos y prevenir el deterioro por contaminantes no patógenos bajo condiciones normales de almacenamiento.

La solución de las condiciones de procesamiento necesario para cumplir con este criterio sobre estudios experimentales, en la cual la velocidad de penetración de calor en el punto de más lento calentamiento del envase es medido durante ciclos simulados de esterilización. Los datos de estos paneles son utilizados para determinar las temperaturas y tiempos de procesos necesarios para dar al producto enlatado una estabilidad comercial.

Ingeniería

Curva de Bacteria sobreviviente

Ingeniería

alimentos

Quispe

Curva de Bacteria sobreviviente

Tiempo

Po semejanza

despejando

El valor D :

el tiempo (min.) necesario para reducir la población de bacterias a la décima parte del número inicial, al calentarlas a una determinada temperatura.

En la Tabla siguiente se dividen valores D para algunos microorganismos de importancia en el enlatado.

Curva General de Bacterias Sobrevivientes

Graficando y ordenando

GRAFICA DE LA DESTRUCCIÓN TERMICA CON EL TIEMPO Y LA TEMPERATURA

donde

AREAS DE PROCESAMIENTO

Ingeniería de alimentos I

Angel Quispe Talla

El Ozono y su Aplicación en la Conservación de Alimentos

El ozono es un gas que posee relevante importancia en virtud de su presencia en la estratosfera, actuando como un filtro invisible, que bloquea el paso de la dañina radiación ultravioleta hacia la tierra. Fue descubierto en 1840 por el químico alemán Christian Schönbein, de la Universidad de Basilea. Lo nombró así para referirse a la raíz griega Ozein (exhalar un olor, sentir). La molécula de ozono O3, como se aprecia en la Figura , se forma a partir de la unión de una molécula de oxígeno con otro átomo libre de oxígeno.Consecuentemente el ozono y los átomos libres, son el resultado de la disociación de las moléculas de oxígeno cuando estas se ven sometidas a una fuerte descarga eléctrica. Por ejemplo, en los tiempos lluviosos después de una tormenta eléctrica se percibe, en el aire ambiental, un aroma más fresco que es característico y que evidencia la presencia de este compuesto.

Ingeniería de alimentos

Quispe

Dado que la energía libre estándar de formación del ozono es una cantidad grande positiva, no es sorprendente que el ozono sea menos estable que el oxígeno molecular.

De acuerdo con su potencial de oxidación, esta molécula, según se aprecia en la figura; constituye uno de los oxidantes más poderosos que se conocen después del fluoruro, con una velocidad de reacción tres mil veces superior a la del cloro. Debido a esto, el ozono oxida hierro, manganeso y otros metales pesados.

Ingeniería

Ingeniería de alimentos

Angel Quispe Talla

El Ozono en la industria alimentaría

Dos son los objetivos esenciales de la ozonización en la conservación de alimentos:

1. La asepsia de los locales de manipulación, de conservación y de distribución de alimentos.

2. La desodorización de los locales y supresión de la trasmisión de olores. En lo que se refiere al primer objetivo, el ozono asegura la destrucción de los numerosos microorganismos que pululan en la superficie de los productos alimenticios, antes de introducirlos en las cámaras frigoríficas. Situación que se inicia con las operaciones de manipulación y transporte.

Ingeniería

Ingeniería de alimentos

Angel Quispe Talla

FIIA

UNASAM

Ingeniería de alimentos

Angel Quispe Talla

LIMPIEZA

Equipos

Ingeniería de alimentos

Angel Quispe Talla

FIIA

UNASAM

Ingeniería de alimentos

Quispe

Peladora y rebanadora de naranja

Ingeniería

Cilindro

Desprendimiento

Sistema cáustico

RESUMIENDO PARA LA

de

Alimentos

Ingeniería

Escaldado

Dentro de estos procesos, el escaldado "es un tratamiento térmico a

que se aplica a los

ser la

de

se

un tratamiento de

o deshidratación. “El

es inactivar los enzimas que

durante su almacenamiento".

trata de una de

de

del

que demandan un mayor

un mayor volumen de

de

Procesamiento térmico de alimentos

Tratamiento térmico

que utilizan el calor para modificar las características físico químicas de los alimentos, además de las microbiológicas.

culinaria debe ser el mayor apoyo de la nutrición, puesto que los alimentos mal presentados y

tienen pocas

Escaldado

Ingeniería de alimentos

Angel Quispe Talla

FIIA

Esterilización comercial

Ingeniería de alimentos

Angel Quispe Talla

FIIA

UNASAM

MANIPULACION DE ENVASES

Brote

Brote de botulismo de 1982

Cuerpo

Debe

calidad para

aire de

los

DESTRUCCIÓN TÉRMICA DE LOS MICROORGANISMOS

El tratamiento térmico constituye una parte de la conservación de los alimentos, que se completa con procesos tales como la reducción de la actividad de agua, la disminución del pH, la adición de sal o de conservantes, el envasado en determinadas condiciones o el almacenamiento a bajas temperaturas.

TIPOS DE MICROORGANISMOS

La inactivación de los microorganismos presentes en un alimento se puede llevar a cabo por inhibición de su reproducción o por letalidad de los mismos. La primera vía es una acción microstática, mientras que la segunda es de carácter microcida. La diferencia entre ambas modalidades se centra en el tiempo de operación preciso para alcanzar un determinado nivel de esterilidad. Obviamente, dicho tiempo es menor para la acción microcida. En realidad, la inhibición de la reproducción de los microorganismos es también una acción germicida, aunque más lenta. Si se analiza el ciclo vital de un microorganismo, representado en la figura siguiente se desprende que la carencia de una fase reproductora supone alcanzar con mayor prontitud la fase de declive, donde predomina la mortandad de las bacterias sobre su desarrollo.

FIGURA: Curva de crecimiento de un cultivo microbiano.

se puede potenciar mediante la adición de un

En cualquier caso, la inactivación

efecto se traduce en la reducción del tiempo de

dicha reducción será mucho más acusada.

aditivo es un

una forma general, se puede establecer que el tiempo de esterilización viene dado por la siguiente expresión:

Donde:

0 : es el número de microorganismos al comienzo del tratamiento,

:el número de microorganismos transcurrido el tiempo t :y

la Constante cinética de destrucción de microorganismos,

depende básicamente de la temperatura, dosis y tipo de conservante

y actividad de agua del alimento.

a) 1: Coccus, 2: Bacterium, 3: Clostridium, 4: Meningococcus, 5: Vibrion, 6: Spirulo, 7: Corynebacterium, 8: Streptomyces; b) 1: Diplococcus, 2: Stapliylococcus, 3: Diplobacterium, 4: Sarcine, 5:Tetracoccus, 6: Streptobacterium, 7: Streptococcus; c) 1:Bacillus subtilis, 2: Proteus vulgaris, 3: Propionibacterivm, 4: Bacilus mycoides, 5: Pseudonomos aeruginosa.

CINÉTICA

La

TÉRMICA

Se establece así una relación logarítmica entre la tasa de reducción de microorganismos y el tiempo de tratamiento. La representación

t

lugar,

función lineal de pendiente

ordenada

origen

muestra

tanto,

figura:

Donde:

FIGURA

Un aumento del número de

efecto

anterior “a”).

calor

Una disminución del número de

por muerte térmica

por el crecimiento y desarrollo de los mismos durante

etapa inicial de la operación (figura anterior “b”).

Una constancia en el número de

en la que se

los dos efectos

anterior “c”).

:. Relación entre la

tiempo de

análisis de la cinética de la

centrado

ahora

valor

pendiente

relaciona

Como se puede apreciar, el valor de k aumenta con la temperatura. En la figura siguiente se representa la evolución de un proceso térmico de

de

T

a tres temperaturas

cuanto mayor sea la temperatura antes se completa el tratamiento para un número final dado de microorganismos viables.

FIGURA: Efecto de la temperatura sobre el tiempo

tratamiento.

El efecto de la temperatura sobre la velocidad de las reacciones bioquímicas se cuantifica mediante el parámetro Q10, que se define como el cociente entre las velocidades a una temperatura T2 y a otra T1, diez grados por debajo de la anterior (T2 = T1 + 10 °C).

bioquímicas tienen un Q10 en torno a 2, esto es: su velocidad se reduce a la mitad cuando se disminuye la temperatura ambiente en 10 °C.

Esta relación justifica el almacenamiento de productos a bajas temperaturas, que se fijan atendiendo, entre otros factores, al valor de Q10

TIEMPO DE REDUCCIÓN DECIMAL

El empleo de este parámetro se centra, sobre todo, en el almacenamiento de alimentos, los cuales se pueden alterar por la presencia de microorganismos, por su actividad bioquímica o por fenómenos puramente físicos. Por lo general, se ha verificado que las reacciones

El tiempo de reducción decimal (D) se define como el tiempo necesario para reducir la concentración microbiana a la décima parte (N0 = 10 N) a una temperatura dada. Si se despeja t de la ecuación:

DE PROCESO

Como quiera que la destrucción de microorganismos está relacionada con el tiempo a través de una función logarítmica, la concentración microbiana final tiende a cero cuando el tiempo de tratamiento tiende a infinito. Una sencilla

de la ecuación: pone de manifiesto dicha

decir, en la práctica no se puede alcanzar una esterilidad absoluta. Se trata, por tanto, de reducir

número de microorganismos hasta un valor preestablecido. Se asegura así una esterilidad efectiva o comercial. La tasa de

que varía según la termorresistencia del

se fija a través

llamado orden de proceso o exponente de reducción (n), que se define mediante la siguiente expresión:

anterioridad ya se han puesto de manifiesto determinadas relaciones entre distintos

cinéticos. En esta ocasión se van a establecer las relaciones existentes entre Q10 y Z, Ea y Z y Q1O y Ea.

realidad, estos dos parámetros cumplen una misma función: miden el efecto de la

sobre la cinética de las reacciones que tienen lugar en el alimento, ya sean debido a la actividad enzimática (Q10) o a la destrucción térmica de microorganismos (Z). La combinación de las ecuaciones :

Z

a la siguiente expresión:

relación entre

.

Es decir , una disminución de 10

la velocidad de la reacción en

C

RELACIÓN

Ingeniería

S i se pretende dominar el procesado térmico, es necesario disponer de un criterio para evaluar la eficacia de cualquier tratamiento. El sistema que se emplea es establecer una comparación con otro tratamiento de eficacia conocida.

primer lugar se debe elegir un microorganismo de referencia. En los casos de esterilización el microorganismo elegido es el Clostridium botulinum, cuyo parámetro z se admite que tiene un valor de 10°C. El segundo paso es elegir una temperatura de referencia, que para la esterilización suele ser de 121,1°C (que es la expresión en °C de la temperatura de referencia elegida por los primeros autores americanos: 250°F).

vez

y la temperatura, podremos convertir

de referencia con lo cual se podrá conocer cual es su intensidad.

Esta sería la relación de letalidad entre dos tratamientos de 1 minuto, uno realizado a la temperatura de referencia (T*) y otro a cualquier temperatura (T), para un microorganismo cuyo parámetro de termorresistencia vale z (°C). Si el tratamiento es de t minutos tendremos:

A la relación de letalidad se denomina valor FT* cuando el tratamiento es de más de 1 minuto, y es conveniente indicar cual ha sido la temperatura de referencia (T*) considerada. Cuando la temperatura de referencia es 121,1°C y el microorganismo de referencia tiene un valor z = 10°C (Clostridium botulinum), la relación de letalidad se denomina Fo:

Todo lo referido en los párrafos anteriores es válido si se considera un tratamiento a temperatura constante, y por lo tanto de calentamiento y enfriamiento instantáneos. Esto en la práctica no es posible, ya que en cualquier tratamiento tendremos periodos de tiempo a temperaturas distintas, cada una de las cuales presentará una relación de letalidad LT diferente.

Es ese caso,

cada

valor

una

los productos de las

el tiempo que se haya aplicado cada una de ellas:

de la temperatura se convertirá en:

En el caso de que se esté considerando un tratamiento de esterilización, la expresión anterior quedaría:

lo que se estudia es el efecto de cocción que ha tenido el tratamiento, se puede establecer un valor C, como anteriormente establecimos el valor F, que indique la relación de intensidad entre un proceso en condiciones de referencia y otro proceso cualquiera. Para ello se deberá también decidir que temperatura se toma como referencia y para que proceso de los que pueden ocurrir se elige el valor z. Generalmente se toma como temperatura de referencia 100°C, pero en la elección del valor z no existe tanta unanimidad, ya que cada autor se inclina por emplear el valor correspondiente al componente o propiedad que está estudiando. Por lo tanto la ecuación quedaría de esta forma:

Una vez establecida la herramienta de comparación, será necesario decidir si el valor obtenido para cada uno de los procesos es o no adecuado. Esto será importante sobre todo en el caso de la esterilización, donde lo que está en juego es la salud pública. Desde este punto de vista vamos a ver cual sería el valor Fo mínimo en el caso más desfavorable: alimentos poco ácidos (pH > 4,5), en los que el microorganismo esporulado patógeno más termorresistente que se puede encontrar es el Clostridium botulinum, que produce una toxina que capaz de causar incluso la muerte a los humanos. Como ya se ha dicho con anteriormente, se considera la salud pública a salvo cuando se haya aplicado un tratamiento térmico que consiga 12 reducciones decimales. Como para Cl. Botulinum el valor más alto para D121.1 es de 0,3 minutos, el tratamiento térmico a esta temperatura deberá prolongarse durante:

lo tanto, cualquier tratamiento con un Fo mayor de 3,6 presentará una probabilidad de supervivencia para Ci. Botuiinum menor de 10-12 . En la práctica esto significa que suponiendo que antes del tratamiento térmico, cada uno de los envases producidos por una determinada empresa está contaminado por una espora de Ci. Botuiinum, después de un procesado de Fo=3,6 se mantendrá una espora superviviente (un envase contaminado) por cada billón de envases tratados.

Hasta ahora, al hablar del tiempo de proceso se ha supuesto que durante ese tiempo el producto se mantenía a la temperatura requerida. Esto significa que el producto alcanza la temperatura de régimen de forma instantánea y se enfría de la misma forma, lo que en la práctica solo es casi cierto cuando se tratan líquidos a granel en capa muy fina. En el resto de los casos tendremos una determinada masa de producto que se calentará y enfriará dentro de un envase, y estos intercambios térmicos se verán afectados tanto por la naturaleza de producto y envase como por la geometría de éste último La norma general será que el producto, antes de alcanzar la temperatura de régimen, haya tenido una historia tiempoTemperatura más o menos larga que dependerá de los factores antes comentados y de la eficacia del sistema de calentamiento empleado, y que en el enfriamiento ocurra algo semejante aunque en sentido inverso. Para conocer la letalidad (o la modificación de las características del producto) producida por un tratamiento en estas condiciones, se tendrá que tener en cuenta el efecto conseguido tanto durante el calentamiento como durante el enfriamiento.

Tabla

El factor más importante de los que condicionan la penetración del calor en los productos es su naturaleza, que es la que va a determinar por qué mecanismo de transmisión de calor va a producirse el intercambio térmico.

la práctica industrial se pueden encontrar los siguientes tipos de productos:

• Líquidos de baja viscosidad que permiten la formación de corrientes de convección, en los que el calentamiento es muy rápido (p.ej.: zumos, leche, etc.)

• Sólidos, o líquidos de alta viscosidad, en los que el calor se transmite por conducción, y por lo tanto el calentamiento es más lento. Durante el calentamiento y el enfriamiento la temperatura tomará un valor distinto en cada punto de la masa del producto, y durante esos periodos, para una localización determinada la temperatura variará con el tiempo.

• Líquidos que contienen en su seno sólidos de pequeño tamaño, de forma que la penetración de calor viene determinada en gran medida por la movilidad del líquido (proporcional a la relación líquido/sólido existente). La temperatura de los sólidos puede considerarse la misma que la del líquido que los rodea.

• Sólidos con un líquido de cobertura, en este caso el líquido se calentará por convección (con mayor o menor facilidad dependiendo de la posibilidad de formar corrientes de convección por los espacios libres entre los sólidos), y servirá de vector del calor al sólido que a su vez se calentará por conducción.

• Productos que comienzan a calentarse por conducción y en un determinado momento (por cambios en su estructura y propiedades reológicas) pasan a terminar el proceso calentándose por convección.

Es evidente que para poder estudiar el proceso de calentamiento de cualquier producto en su envase es necesario conocer como evoluciona la temperatura en su interior, y tener en cuenta que la selección del punto de medida de esta temperatura es de crucial importancia. La temperatura deberá medirse en el punto en el que el calentamiento sea más lento, al que llamaremos punto crítico, ya que de esta forma se tendrá la seguridad de que todos los demás puntos del producto habrán recibido un tratamiento térmico de mayor intensidad que el determinado con la medida realizada, y se podrá pensar que si el procesado del producto ha sido suficiente en el punto crítico, también lo habrá sido para el resto de la masa del alimento. El problema se reduce a localizar el punto crítico y colocar en él el sensor de temperatura.

Generalmente se admite que:

• Para productos que se calientan por convección, en envases cilíndricos, el punto crítico se sitúa en el eje longitudinal a 1/5 de la altura, medido desde la base.

• Para productos que se calientan por conducción, en envases cilíndricos o de otras formas, el punto crítico se localiza en el centro geométrico de su masa.

• Para productos en los que intervienen los dos mecanismos de transmisión de calor (sólidos en líquido de gobierno), será necesario asegurarse de que el centro del sólido de mayor tamaño recibe el tratamiento adecuado, y será allí donde se deba posicionar l sensor. Una vez colocado en posición el sistema de medida de temperatura se podrán obtener las gráficas correspondientes a la evolución de la temperatura en función del tiempo, para el producto que se está tratando y para el recinto donde se produce el tratamiento. En la gráfica 6 se muestra un ejemplo de esterilización en autoclave de un producto líquido, que se calienta por convección, envasado en un tarro de vidrio, en ella se distinguen perfectamente las tres fases del proceso:

• Calentamiento: en la que la temperatura del recinto se incrementa con una determinada pendiente hasta alcanzar la temperatura de régimen. En esta fase la temperatura del producto sigue a la del recinto con un retraso que será función de la naturaleza del producto y de las características del envase: espesor de la pared y conductividad térmica del material.

• Mantenimiento: en esta fase la temperatura de régimen permanece todo lo constante que puedan mantenerla los instrumentos de control instalado en el autoclave

La temperatura del producto tiende a igualarse a la de recinto y lo consigue en un tiempo más o menos largo que depende de los mismos factores que el retraso de la fase anterior.

Enfriamiento: en esta fase el recinto se enfría hasta una temperatura próxima a la temperatura ambiente. El producto sigue al recinto en su enfriamiento con el retraso correspondiente, por lo tanto durante toda esta fase del proceso se encontrará a mayor temperatura que el recinto.

Figura: Grafica de esterilización de un líquido de baja viscosidad en autoclave.

mínimas

que

el tratamiento

se

la que se

la esterilización de un

que no se produzcan

del recinto.

de

son muy importantes.

entre

que se

se han calentado antes,

y se han mantenido a

crítico, que es

las temperaturas.

ha ocurrido durante el

se ha enfriado más

crítico.

durante

CÁLCULO

ESTERILIZADOR DE UN TRATAMIENTO

Para conocer la letalidad de un tratamiento es suficiente resolver la ecuación:

La resolución de esta ecuación exige el conocimiento de la evolución de la temperatura, en función del tiempo, del punto crítico del producto durante el tratamiento térmico. Conocidos estos valores, lo más sencillo es emplear el llamado “método general”, desarrollado por Bigelow y col. en 1920, y que consiste en la integración gráfica o numérica de la ecuación anterior.

Se parte de una curva tiempo - Temperatura que se puede haber experimentalmente (midiendo las temperaturas del punto crítico del producto en un ensayo de procesado), o bien a partir de una simulación matemática del comportamiento térmico del producto. Para cada pareja tiempo -

calcula el correspondiente valor de LT

SIMULACIÓN

Para esta simulación se puede partir del balance del calor tomado por el producto en el procesado:

Teniendo

cuenta

y haciendo las oportunas

la integral de la ecuación anterior para cada fase del proceso quedará como

El

de inercia térmica, o retraso, E, para cada producto y envase

obtiene midiendo la separación (en unidades de tiempo) entre las ramas paralelas de las curvas de calentamiento de recinto y producto. En la gráfica puede verse la precisión que se alcanza con este tipo de simulación.

Gráfica

Simulación de la curva de penetración de calor en un producto que se calienta por convección.

cada

masa

calor,

para el cálculo del factor de pendiente de la curva de penetración de calor

Conociendo el valor de la difusividad térmica, se puede resolver la ecuación diferencial de transmisión de calor por conducción por distintos métodos, por ejemplo escribiéndola en forma de diferencias finitas, para aprovechar que así se puede sistematizar su resolución con un sencillo programa informático.

:Gráfica de simulación de la curva de penetración de calor en un producto que se calienta por conducción.

calor:

caso

los

para el

para el calentamiento

la simulación deberá hacerse de

como se ha visto por

(para lo cual se deberá

de inercia térmica) y a

se

el

se

objetivos de la aplicación de tratamientos térmicos a los alimentos pueden resumirse en:

de los microorganismos patógenos.

las

el grado de cocción

por los microorganismos no patógenos.

al tipo de alimento en cuestión.

primer lugar el tratamiento térmico debe estar enfocado a destruir las esporas de la bacteria anaerobia patógena más termorresistente, que para los productos poco ácidos es Clostridium borulinum, cuyas células vegetativas producen la toxina más potente conocida.

segundo objetivo que se pretende es la obtención de lo que se llama “estabilidad” de la conserva, y para ello es suficiente que el número de esporas supervivientes, de especies no patógenas, sea aceptablemente pequeño.

en cuenta que las esporas de las bacterias no patógenas capaces de desarrollarse en las conservas son mucho más termorresistentes que las de Clostridiuni botulinum y se encuentran en mayor número, los tratamientos que conducen a la destrucción parcial de su población serán generalmente suficientes para minimizar el riesgo asociado al Clostridium botulinum La obtención de la estabilidad conlleva, la mayoría de las veces, la seguridad para el consumidor.

Además debemos cumplir un tercer objetivo: cocer el alimento suficientemente para que solo requiera su calentamiento antes del consumo. En el pasado fue práctica común emplear un proceso en dos partes para algunos alimentos listos para el consumo (p.ej.: judías con tomate): el producto se cocía en primer lugar a baja temperatura y durante un tiempo largo (en esta parte del proceso no se producía una destrucción significativa de microorganismos) y a continuación se esterilizaba a alta temperatura (en esta parte del proceso se aplicaba un tratamiento de cocción muy limitado). Esto era posible debido a que la diferencia fundamental entre el proceso de destrucción térmica de microorganismos y el efecto de cocción y destrucción de nutrientes es que sus parámetros cinéticos z y D son muy distintos . El valor del parámetro z es mucho mayor para los efectos de cocido (8-55°C) que para los de inactivación microbiana (4-12°C). En términos generales, por cada 10°C de elevación de temperatura, la cocción se dobla mientras que el efecto esterilizador se incrementa 10 veces. Esta es la base de que los tratamientos a alta temperatura y corto tiempo tengan muy poco efecto de cocción. En la actualidad no es razonable plantea procesos en dos partes. El procesado comercial debe alcanzar el equilibrio entre las necesidades de destrucción microbiana y la cocción. Hay que ser capaz de encontrar un proceso que conjugue los dos fines. Como se ha visto en todo este Capítulo, es posible plantear un gran número de procesos con un mismo Fo, conseguido a distintas parejas de tiempo-Temperatura. Se puede decir lo mismo del efecto de cocción, luegose tendrá que elegir precisamente una pareja que satisfaga a la vez, de la mejor forma posible, los dos requerimientos.

tanto,

ya se ha

si se

los

D, a la temperatura a la que se vaya a realizar el tratamiento, se podrá conocer el tiempo a mantener dicha temperatura, si se decide cuantos supervivientes se pueden admitir comercialmente. Generalmente se admite que e! riesgo comercial es asumible si S<!0, o dicho de otra forma, e! riesgo comercial comienza a ser asumible cuando el número de envases defectuosos es menor que ! de cada 10.000. Una vez determinado este tiempo se deberá comprobar si e! Fo conseguido con el tratamiento es mayor de 3,6 para verificar que !a salud del consumidor está asegurada.

Ejemplo:

Si se parte de unos envases de conserva de 400 ml que contienen, antes del tratamiento térmico, 10 esporas/envase de Desuifotomaculum nigrificans, una bacteria no patógena cuyo D121.1 = 24,9 , y se pretende que después del tratamiento térmico el riesgo asumido sea de que aparezca 1 envase defectuoso por cada 10.000. E! tiempo de tratamiento a 121,1°C se calculará de la siguiente forma: Será necesario un tratamiento de Fo = 124,5 (124.5 minutos a 121,1°C) para alcanzar la estabilidad requerida a la conserva, y desde luego, este tratamiento será más que suficiente para garantizar la salud pública.

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Problema

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