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Page 1: Autoclaves Tratamiento Termico

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I.- INTRODUCCIÓN

La aplicación de algún tipo de tratamiento térmico a un alimento tiene como

finalidad la destrucción de la carga microbiana que ocasione el deterioro en su

calidad física, química o biológica, o que origine algún tipo de perjuicio en la

salud del consumidor.

Cada microrganismo tiene su propia resistencia al calor, y en función de dicha

potencial carga y a las características del alimento se aplica un determinado

tratamiento térmico; sin embargo, éste tiene que ser específico para así evitar

efectos negativos que puede ocasionarle alteraciones físico, químicas o

biológicas debido a un sobre tratamiento o permitir la sobrevivencia de alguna

forma de vida que ocasione problemas en la salud del consumidor, debido a un

sub tratamiento de calor.

Toda aplicación de un determinado tratamiento térmico es consecuencia del

conocimiento de un conjunto de factores, entre los que podemos citar a:

La termo resistencia de la carga microbiana nativa presente en el

alimento,

La naturaleza, estado, presentación y tipo de alimento,

El conocimiento de las propiedades asociadas a la conductividad del

calor, las alteraciones por calor, la velocidad de transmisión de calor,

etc.

El tratamiento térmico, ocasiona no solo la destrucción de los microrganismos o

la desnaturalización de sus enzimas, sino también la de sus componentes

nutricionales; sin embargo, tiene muchas ventajas entre las que citamos:

a) Permite controlar de forma muy exacta, la duración y la temperatura

aplicada al producto.

b) Permite la destrucción de componentes anti nutricionales, presentes en

el alimento; es decir, componentes del propio alimento que disminuyen

la disponibilidad de algunos de sus nutrientes.

El tratamiento térmico a alta temperatura, aplicado a los alimentos, se clasifica

en: escaldado, pasteurización y esterilización. El escaldado, se realiza con

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vapor de agua o con agua caliente a una temperatura de 85 a 95 ºC por 3 o 5

minutos. Se aplica a frutas y verduras (termolábiles), y tiene como objetivo

facilitar procesos posteriores como los originados por la eliminación de gases

presentes en la estructura porosa del tejido vegetal que permite realizar un

adecuado vacío en una conserva, evitar la oxidación del producto, fijar la

pigmentación natural del alimento o eliminar las enzimas.

La pasteurización se aplica, especialmente, a alimentos termolábiles con

temperaturas que no sobrepasan los 100 ºC y con tiempos más prolongados

que en el escaldado. El objetivo principal de este proceso es la reducción de la

en fase vegetativa, productores de enfermedades o la destrucción o reducción

del número de organismos productores de alteraciones en ciertos alimentos,

como son los de acidez alta (con un pH menor de 4,6). En estos alimentos sólo

se desarrollan microrganismos que alteran el alimento pero no son patógenos

para el hombre.

La esterilización, es un proceso en donde se aplican temperaturas superiores a

100 °C, en el orden de los 115 a 121 ºC por tiempos variados y su objetivo es

la destrucción de todos los organismos viables que puedan ser contados por

una técnica de recuento o cultivo adecuados y sus esporas, así como los que

pueden deteriorar al alimento, proporcionando una vida útil superior a los 6

meses. Existen técnicas de esterilización denominada HTST (High

Temperature Short Time), entre las cuales podemos indicar a la UHT

(Temperatura Ultra Alta).

La velocidad de penetración del calor en un alimento, influye en el tiempo de

tratamiento y se define como la cantidad de calor transferida por unidad de

tiempo. Las operaciones de proceso como el escaldado, la pasteurización y la

esterilización se basan en la transferencia de calor sensible.1

Los tratados de libre comercio con los Estados Unidos, Canadá, Comunidad

Económica Europea, China, que tiene el Perú o ad portas de ser firmados,

1 Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria alimentaria, vol. 1, 1999.

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ocasiona que las empresas que exporten sus productos a los indicados países

tienen que necesariamente mejorar e implementar, en sus productos y

procesos, las herramientas que le garanticen su aceptabilidad.

Uno de los principales problemas a solucionar es la determinación de las

curvas de penetración de calor, para cada tipo de alimento que se exporte. Es

decir se tendrá que determinar y presentar la curva TDT (Thermal Death Time)

y su correspondiente Fo para cada producto.

Uno de los problemas comúnmente observados en las empresas dedicadas al

procesamiento de alimentos es la aplicación de temperatura y tiempos de

proceso iguales para diferentes alimentos que tienen como única similitud el

tamaño de sus envases. Sin embargo, ello no garantiza que el tratamiento

térmico al que fue procesado el alimento sea el apropiado considerando que

cada producto es diferente uno del otro debido a las características químicas

de ellos o a la utilización de diferentes líquidos de cobertura.

El problema planteado en la presente investigación es: ¿En que medida la

determinación de la curva de penetración de calor para alimentos, de baja

acidez y acidificados, sometidos a tratamientos térmicos de pasteurización y

esterilización, en base a su Fo determinado permitirá obtener un producto que

no tenga un sub ni sobre tratamiento térmico?

1.1.- OBJETIVO GENERAL

Determinar las curvas de penetración de calor en alimentos, de baja acidez y

acidificados, sometidos a tratamientos térmicos de pasteurización y

esterilización, de manera que con su valor Fo determinado permita obtener un

producto que no tenga un sub ni sobre tratamiento térmico.

1.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

a) Determinar la curva de penetración de calor en un alimento de baja

acidez, sometido a pasteurización, cuyo valor de Fo sea igual al

requerido por la normatividad vigente.

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b) Establecer la curva de penetración de calor en un alimento de baja

acidez, sometido a esterilización, cuyo valor de Fo sea igual al requerido

por la normatividad vigente.

c) Precisar la curva de penetración de calor en un alimento acidificado,

sometido a esterilización, cuyo valor de Fo sea igual al requerido por la

normatividad vigente.

1.3.- IMPORTANCIAEl estudio sobre la determinación de la curva de penetración en alimentos es

importante:

a) Porque, permitió obtener las curvas de penetración de calor

diferenciadas para alimentos de baja acidez y acidificados, sometidos a

tratamientos térmicos de pasteurización y esterilización.

b) Porque, permitió obtener los valores de Fo para los alimentos de baja

acidez y acidificados, sometidos a tratamientos térmicos de

pasteurización y esterilización.

c) Porque, las curvas de penetración de calor beneficiaran a:

a. El consumidor de alimentos procesados que tendrá la garantía

que los productos que compra e insume tienen la garantía de la

inocuidad y calidad nutricional de los mismos.

b. El empresario agroindustrial que tendrá el respaldo profesional y

técnico para la comercialización de sus productos.

c. Los profesionales en el procesamiento de alimentos que podrán

utilizar los valores de temperatura y tiempos para cada producto

de manera específica.

d) Porque, permitió diferenciar los tratamientos de conservación de

alimentos a temperaturas altas que se dan para cada tipo de alimento,

eliminando la generalización que ahora es tan utilizada.

1.4.- JUSTIFICACIÓNLas razones que motivaron la realización del presente estudio son:

a) Porque, los tratamientos térmicos empleados, por las pequeñas y

medianas empresas agroindustriales, para la conservación de los

Page 5: Autoclaves Tratamiento Termico

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alimentos de baja acidez y acidificados, no garantizan que la

temperatura o tiempos de proceso sean los apropiados para garantizar

la calidad nutricional e inocuidad del producto.

b) Porque, existe contradicción entre los tiempos de tratamiento térmico y

las velocidades de penetración de calor, en alimentos de diferente

naturaleza o tipo.

c) Porque, se utilizan los mismos tratamientos térmicos en el proceso de

alimentos de baja acidez y acidificados, que tiene diferente presentación,

en su líquido de gobierno.

d) Porque los resultados que se obtengan del presente estudio permitirán

reorientar las políticas existentes, en el sector industrial, respecto al

procesamiento térmico de los alimentos de baja acidez y acidificados.

1.5.- ANTECEDENTESEl estudio de las curvas de penetración de calor se inicio en los primeros años

del siglo XX por investigadores que evaluaron a los microrganismos que

ocasionaban el deterioro y descomposición de los alimentos; entre ellos

podemos citar los trabajos de Bigelow (1920), que sirvieron de base para

desarrollar un método gráfico de calculo. Ball (1923), propuso un método

analítico que no requiere de procesos de experimentación. Posteriormente, los

trabajos de Stumbo, Olson y Steven permitieron el desarrollo de los procesos

de esterilización y de la cinética.

En la industria de los alimentos tratados térmicamente a temperaturas altas,

sea por pasteurización o esterilización, los estudios de penetración de calor se

realizan mediante tres (03) métodos:

a) El método de integración gráfica de Bigellow,

b) El método analítico de Ball, yc) El método de Patashnik. 2

2 Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria Alimentaria. Vol 1, 1999.

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II.- MARCO TEORICO

2.1.- El tratamiento térmico de los alimentos

El tratamiento térmico de alimentos a temperaturas altas es uno de los

procesos más efectivos para la conservación de alimentos y es el mas

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 procesados. Por ello, y con el objeto de reducir los

costos energéticos del proceso térmico y mejorar la calidad de los productos,

durante las dos últimas décadas del siglo XX y los primeros años del presente,

se han incrementado los estudios sobre el análisis de los fenómenos de

transporte que se presentan durante el tratamiento térmico de los alimentos,

así como el desarrollo de sistemas de simulación de procesos que faciliten el

entendimiento del efecto de los variables sobre dichos fenómenos y la

efectividad del tratamiento.

Uno 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 convectivos, de masa y calor,

que se presentan dentro del producto y que afectan de manera importante la

efectividad del proceso.

El calor puede ser clasificado en “calor húmedo” o “calor seco”, dependiendo

del medio utilizado para su transmisión, en el caso de que sea un gas como el

aire, se denomina “calor seco” y cuando el medio de transformación es el agua,

en forma de vapor, se dice que el calor es “húmedo”. La importancia de esta

clasificación radica, en que los efectos de cada tipo de calor en los

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microorganismos son diferentes. En el caso de calor seco la destrucción del

microorganismo es debida a una oxidación de sus proteínas y en el calor

húmedo es debido a su coagulación. A un mismo nivel temperatura el daño

causado por el calor húmedo sobre los microorganismos, es mucho mayor que

el calor seco.

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.

El tratamiento térmico debe ser realizado de manera que permita la

comercialización del producto, sin peligro de que ocurra un deterioro por

microorganismos. Por otro lado, un tratamiento térmico no debe ser excesivo,

pues puede causar alteraciones físicas y pérdida importante del valor nutritivo

en el alimento.

Los principales objetivos de la aplicación de un tratamiento térmico a un

alimento son:

Destruir los microrganismos que puedan afectar a la salud del

consumidor

Destruir los microrganismos que puedan alterar el alimento

Inactivar alas enzimas presentes en el alimento, y

Optimizar la retención de factores de calidad a un costo mínimo

2.2.- Los mecanismos de transferencia de calor

Los principales tipos o mecanismos distintos de transferencia del calor son:

conducción, convección y radiación, de los cuales sólo el primero y el último son

Page 8: Autoclaves Tratamiento Termico

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realmente mecanismos puros. El segundo es consecuencia de la combinación de

los otros dos en el seno de fluidos en movimiento, implicando por esta razón el

transporte de materia además del de energía3.

La velocidad de transmisión de calor mediante el mecanismo de conducción

obedece a la Ley de Fourier, que establece que el caudal de calor por unidad de

área es directamente proporcional al gradiente de temperatura a través de una

pared plana de un sólido cuyas caras se encuentran a distinta temperatura, por la

conductividad térmica del material.

La convección se presenta en alimentos fluidos, no pastosos, que no presentan

cambios importantes en viscosidad durante el tratamiento, y en general está

ligada a velocidades de calentamiento rápido y tiempos reducidos para elevar

la temperatura del producto4.

El mecanismo de transmisión del calor por radiación, se basa en la propiedad que

tienen los cuerpos de emitir ondas electromagnéticas desde su superficie en un

amplio intervalo de longitudes de onda.

Al incidir un determinado flujo de radiación (II) sobre un cuerpo, parte puede ser

reflejado (IR), parte puede ser transmitido a través de él (IT) y el resto puede ser

absorbido por el cuerpo (IA) y convertido en energía interna aumentando su

temperatura (TA)5.

Es necesario indicar, que para objetivizar mejor el estudio de la transmisión de calor

se separan los mecanismos de conducción, convección y de radiación; sin embargo,

en la industria los procesos de transmisión de calor se realizan en etapas

secuenciales o en paralelo, y frecuentemente se visualizan dos o tres mecanismos

de transmisión de manera simultánea o en paralelo. Así podemos observar en el

caso de un horno, la transmisión de calor se realiza:

a) Por convección: en la atmósfera gaseosa en el interior del horno,

b) Por radiación: entre la masa gaseosa del horno, el producto que se

3 Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria Alimentaria. Vol 1, 1999.4 Rao y Anantheswaran Convective heat transfer to fluid in cans, Advances in Food Research, 1988, vol.32, pp. 39-84.5 Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria Alimentaria. Vol 1, 1999.

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esta horneando y las paredes del propio horno,

c) Por conducción y convección: en el interior del producto que se

hornea,

d) Por conducción: entre la pared interna, los aislantes y la capa externa

del horno,

e) Por radiación: entre la pared exterior del horno y el medio ambiente, y

f) Por convección: en el aire exterior del horno.

La transferencia de calor se define como la transmisión de energía desde una

región a otra debido al gradiente térmico que existe entre ellas. Esta

transferencia es considerada una parte importante en la mayoría de los

procesos en la industria química y de alimentos. Como es bien sabido el calor

se transfiere por conducción, convección y radiación. Los dos primeros

mecanismos son los que participan fundamentalmente en la esterilización de

alimentos envasados6.

La transmisión por conducción se manifiesta como intercambio de energía

cinética entre moléculas, sin desplazamiento de las mismas, es decir existe

una movilidad de la energía calorífica de las moléculas, que tienen mayor nivel

energético, a otras con un nivel menor. Para el tratamiento térmico de

alimentos envasados, las moléculas con niveles energéticos elevados se

encuentran en contacto directo con las paredes del recipiente que contienen al

alimento; por ende, la energía se transmite desde el exterior hacia al centro del

envase.

En la transferencia por convección la energía se transmite por la combinación

de dos procesos: La transferencia de la energía acumulada, y por el

movimiento del alimento líquido que es promovido por la diferencia de

densidad existente entre dos masas con diferente gradiente térmico.

De acuerdo a lo anterior, y de manera general se puede afirmar que en los

6 Geankoplis, C. Procesos de transporte y operaciones unitarias, México: Editorial CECSA, 3era. edic.,

1998.

Page 10: Autoclaves Tratamiento Termico

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alimentos procesados térmicamente el calor se transfiere por una combinación

de conducción-convección, siendo el estado físico del alimento el que

determina el mecanismo de transferencia predominante durante el tratamiento

térmico. En alimentos sólidos, viscosos o semisólidos predomina la conducción;

pero en los alimentos líquidos o semilíquidos la transferencia es por

convección.

Existen alimentos que presentan una transmisión inicial por convección y

posteriormente, debido al incremento en la viscosidad del alimento, la

transmisión es por conducción, ello provoca la denominada curva de

penetración calor quebrada7.

Los microorganismos tienen una temperatura mínima, óptima y máxima de

crecimiento. Las temperaturas por debajo de la mínima usualmente tiene una

acción de “STASIS” o sea detienen el crecimiento microbiano, pero no

provocan la muerte celular. Las temperaturas por encima de la máxima

usualmente tienen una acción “CIDA” o sea provocan la muerte del

microorganismo por desnaturalización de enzimas y otras proteínas.

El uso de altas y bajas temperaturas está muy difundido y resulta muy efectivo

para controlar el crecimiento microbiano. La sensibilidad de los

microorganismos a las altas temperaturas varía con la especie y con el estado

en que se encuentren. Las esporas bacterianas son las estructuras vivas mas

termorresistentes. Resisten tratamientos térmicos más drásticos que las formas

vegetativas.

La destrucción de microrganismos por el calor puede representarse a una

cinética de primer orden, por la ecuación siguiente8:

N = No 10 – kt

De donde: ln No/N = kt

o, t = 1/k ln No/N

7 Lopez, A. A complete course in canning, vol I y II, Baltimore, M.D. USA: The canning trade, 1981.8 Cheftel, J.C., y Cheftel, H.. Introducción a la bioquímica y tecnología de alimentos vol I y II, Zaragoza,España: Editorial Acribia S.A., 1980.

Page 11: Autoclaves Tratamiento Termico

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o tambiént = 2,303/k * log No/N

Donde: No= Número inicial de microorganismos

N = Número de microorganismos después del tratamiento en “t”

minutos.

Si se analiza el ciclo vital de un microorganismo, que se representa en la figura

Nº 2.1 se deduce que la fase de latencia es aquella donde el microorganismo

se adapta a las condiciones del medio, luego se adaptarse a ella inicia su fase

de crecimiento logarítmico, hasta su saturación y alcanzar la fase estacionaria

en la que la población microbiana no se incrementa y después de un

determinado tiempo comienza a decrecer, en la fase de declive.

Figura Nº 2.1 Curva de crecimiento de microorganismos

Fuente: Rodriguez Solominos, F., Ingeniería de la industria alimentaria, 2002

Durante el tratamiento térmico de alimentos, la población microbiana presente

en el alimento disminuye en función de la temperatura del producto, tal como

se indica en la figura Nº 2.2; si dichos valores se representan en coordenadas

semilogarítmicas se obtiene una línea recta, tal como se observa en la figura Nº

2.3. La pendiente de la línea recta está directamente relacionada con el tiempo

de reducción decimal D.

Log N(Número de

microorganismos) Fase estacionaria Fase dedeclive

Fase delatencia

Fase de crecimiento

Tiempo

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Figura Nº 2.2 Evolución típica de una población microbiana con el tiempo

Fuente: Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998

El tiempo de reducción decimal, D, es el tiempo necesario para reducir en un

90% la población microbiana. Cuando se representa la población microbiana en

coordenadas semilogarítmicas, el valor de D es el tiempo necesario para la

reducción de un orden logarítmico el número de microrganismos9.

En la práctica el valor D se expresa en minutos, segundos etc. Cada vez que

transcurra un tiempo “t” igual al de reducción decimal, la población se reducirá

a una décima parte. El valor D de las diferentes especies microbianas es

distinto, un valor D elevado es indicativo de una gran resistencia al calor (termo

resistencia)10.La constante de resistencia térmica, o valor z, es un factor que describe la

resistencia térmica de las esporas bacterianas. Se define como la temperatura

necesaria para causar una disminución del 90% en el tiempo de reducción

décima D11.

9 Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 199810 Larrañaga Coll, I., et al. Control e higiene de los alimentos, España: Mc Graw-Hill/ Interamericana deEspaña S.A., 1era. ed. en español, 1999.11 Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998

Pob

laci

ón m

icro

bian

a

20000

40000

60000

80000

100000

120000

00

2 4 6 8 10 12 14

Tiempo (minutos)

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Representando los valores D obtenidos a diferentes temperaturas en

coordenadas semilogarítmicas, el valor de z representa el aumento de

temperatura necesario para cambiar un orden logarítmico el valor de D, tal

como se muestra en la Figura Nº 2.4.

El valor Z es el número de grados centígrados o Fahrenheit correspondiente al

paso de un ciclo logarítmico; es decir, los grados requeridos para reducir diez

veces el tiempo de destrucción térmica12.

Figura Nº 2.3 Representación del valor D

Fuente: Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998

En base a lo indicado, el valor Z puede expresarse mediante la siguiente

formula:

T2 – T1Z =

LogDT1 – logDT2

12 Larrañaga Coll, I., et al. Control e higiene de los alimentos, España: Mc Graw-Hill/ Interamericana deEspaña S.A., 1era. ed. en español, 1999.

Pob

laci

ón m

icro

bian

a

1000

1000

100000

0 2 4 6 8 10 12 14

Tiempo (minutos)

D

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El tiempo de muerte térmica, o valor F, es el tiempo necesario para causar

una determinada reducción en la población de microorganismos o esporas.

Este tiempo puede expresarse como un múltiplo del valor de D13.

El valor F, es el tiempo necesario para reducir la población microbiana hasta

un valor pre establecido, que se fija mediante el orden de proceso a una

temperatura dada14.El valor F es conceptualmente análogo al valor D, la diferencia esta dada por el

orden de proceso en cada caso, de allí que:

Así tenemos, que para el caso del Clostridium botulinum, que tiene un Do =

0,21 minutos y un n = 12, el valor F será 0,21 x 12 = 2,52 minutos.

Una reducción del 99.99% en una población microbiana equivale a cuatro

reducciones de orden logarítmico, es decir F = 4D. En el procesado térmico de

alimentos perdurables, el valor típico de muerte térmica utilizados es F = 12D,

con el valor de D característico de Clostridium botulinum15.

Figura Nº 2.4 Representación gráfica del valor Z

Fuente: Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998

13 Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998.14 Rodriguez Solominos, F., Ingeniería de la industria alimentaria, 2002.15 Idem, 13.

F = nD

Pob

laci

ón m

icro

bian

a

100

1000

11810

120 122 124 126 128 130 132

Tiempo (minutos)

z

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En las ciencias de los alimentos es corriente expresar F con un subíndice que

denota la temperatura y un superíndice con el valor de z del microorganismo

considerado. Así tenemos:

zF t es el tiempo de muerte térmica para una temperatura t, y una constante de

resistencia térmica z. Un término comúnmente utilizado como referencia es el

tiempo de muerte térmica F18250 en la escala Fahrenheit de temperaturas o

F10121 en la escala Celsius. Este tiempo de muerte térmica de referencia,

generalmente denominado F0, representa el tiempo necesario para lograr una

determinada reducción en la población de una espora microbiana con un valor

z de 10 ºC (ó 18 ºF) a 121.1 ºC (ó 250 ºF).

2.3.- Las curvas de penetración de calorEn la industria de los alimentos enlatados, esterilizados o pasteurizados, los

estudios de penetración de calor se realizan mediante tres métodos principales

que se indican:

El método de integración gráfica de Bigellow,

El método analítico de Ball, y

El método de Patashnik,16.

En el presente trabajo utilizaremos el Método General para determinaciones

de tiempo de proceso determinado por Bigelow; sin embargo no existe

información sobre la aplicación de este método para estudiar las curvas de

penetración de calor en una masa de panificación que tiene diferentes

contenidos de grasa, bajo la premisa que la grasa actúa como un retenedor o

bloqueador de la velocidad de penetración de calor en un alimento.

Las curvas de penetración del calor se denominan también como curvas TDT

(Termal Death Time), o “curvas tiempo – temperatura” o “curvas de

destrucción térmica” (Cheftel, 1980), y para medir ciertas características en

el calentamiento de los alimentos pueden usarse termómetros; sin embargo, el

16 Hersom, A.C. y Hulland, E.D. Conservas alimenticias, Zaragoza, España: Editorial Acribia S.A., 1989.

Page 16: Autoclaves Tratamiento Termico

16

método más satisfactorio involucra el uso de termopares, que son equipos

formados por dos alambres de metales disimilares soldados, juntos, en uno de

sus extremos. Si los extremos de esos alambres son puestos a diferentes

temperaturas, se desarrolla un voltaje capaz de ser medido, el cual está

relacionado con la diferencia de temperatura entre los dos extremos o

empalmes del termopar. El otro extremo se conecta a un dispositivo de

medición adecuado denominado potenciómetro17.

Actualmente se están utilizando monitoreadores inalámbricos de temperatura

denominados “tracers” que permiten evaluar la distribución térmica en un

alimento. Los termopares pueden ser introducidos en el alimento, al interior de

los envases de vidrio o de las latas metálicas la conexión se realiza a la altura

deseada al lado del cuerpo de la lata por medio de un acople en la posición y

altura deseada. El punto de ubicación, dentro de la lata, se denomina “punto

térmico” o “punto frío”, es decir en punto en el interior del alimento donde con

mayor dificultad se alcanzará la temperatura de tratamiento.

Las temperaturas son registradas cada minuto manualmente, o si se usa un

potenciómetro registrador, los valores tiempo - temperatura serán graficados en

papel semilogarítmico, lo que da una línea recta con desviaciones menores

para la relación entre el tiempo y la temperatura.

Cada intervalo tiempo – temperatura durante el calentamiento y el enfriamiento

de los recipientes, tiene un efecto letal sobre los microorganismos, siempre que

las temperaturas están sobre el máximo para el crecimiento microbiano.

Correlacionando los efectos mortales de estas altas temperaturas con la

velocidad de calentamiento del alimento, el tiempo teóricamente requerido para

la destrucción de cualquier espora bacteriana presente, en el alimento, puede

ser calculado para cualquier temperatura dada.

17 Cheftel, J.C., y Cheftel, H.. Introducción a la bioquímica y tecnología de alimentos vol I y II, Zaragoza,España: Editorial Acribia S.A., 1980.

Page 17: Autoclaves Tratamiento Termico

17

Las proteínas de un alimento pueden verse alteradas durante el tratamiento

térmico al coagularse; las pérdidas de aminoácidos se deben a la reacción de

Maillard, Los aminoácidos mas susceptibles de degradarse son los que

contienen azufre en su estructura y la lisina. Los carbohidratos son los

constituyentes mas estables ante el calor, la gelatinización del almidón durante

el tratamiento favorece su digestibilidad.

Los lípidos, especialmente los insaturados son proclives a la oxidación, esto

se ve favorecido con las altas temperaturas; la oxidación de las grasas se

asocia a la pérdida de calidad que experimentan las proteínas y a la inhibición

de la actividad de las vitaminas liposolubles. Las vitaminas, mas sensibles al

calor son el ácido ascórbico y la tiamina; las vitaminas liposolubles son mas

estables al calor que las hidrosolubles, Los minerales, muestran una

apreciable estabilidad frente al calor18.

18 Rodriguez Solominos, F., Ingeniería de la industria alimentaria, 2002.

Page 18: Autoclaves Tratamiento Termico

18

III.- MATERIALES Y MÉTODOS

3.1.- Equipos e instrumentosLos equipos que el autor utilizó en las pruebas experimentales, son los

existentes en la planta piloto de procesamiento de alimentos del Centro

Experimental Tecnológico (CET), de la Universidad Nacional del Callao, y

fueron:

a) Autoclave vertical de acero inoxidable. tal como se muestra en el

apéndice Nº 1.

b) Mesa y accesorios de acero inoxidable.

c) Equipo de penetración de calor DATATRACE de Mesa

Laboratorios, Inc. U.S.A. de conexión inalámbrica con dos (02)

sensores rígidos de 2” y dos (02) de 1”, interfase a PC y DTW

Software DTWIN V4.02, tal como se muestra en el apéndice Nº 2.

3.2.- Materia primaPara la preparación de las conservas de mango, piña y espárragos se

utilizó:

a) Mango, piña y espárragos,

b) Sal

c) Ácido cítrico,

d) Azúcar blanca granulada y

e) Agua potable.

f) Frascos de vidrio

3.3.- Metodología3.3.1.- Para la preparación de las conservasEl mango y la piña fueron lavadas, con agua fría y corriente, se les eliminó la

cáscara y se cortaron en cubos de 2 cm de arista aproximadamente, el mango

se envaso totalmente crudo y la piña fue sometida a proceso de escaldado

durante dos minutos a temperatura de 85°C.

Page 19: Autoclaves Tratamiento Termico

19

Los espárragos, que estuvieron en refrigeración, fueron lavados con agua fría y

se cortaron en trozos de 9,50 cm de largo y luego fueron escaldados por dos

minutos a temperatura de 90 °C.

Paralelamente se preparo una solución azucarada al 25% y se ajusto a

pH=3,50, sometida a proceso de ebullición y se adicionó a los frascos que

contenían la fruta, a una temperatura de 95 °C.

Para las conservas de espárragos se preparó una solución salina al 3% y se

ajustó a pH=3,50, la solución fue sometida a proceso de ebullición y se

adicionó en caliente a temperatura de 90 °C.

3.3.2.- Para las mediciones del procesoPara el desarrollo de las pruebas experimentales se procedió de la siguiente

manera:

a) Los sensores del DATATRACE fueron programados, uno a uno,

dándoles un código; para ello se utiliza el software instalado en la

PC y a través de la interfase del equipo.

b) Se introdujo, la terminal de cada uno de los sensores, en el

interior de los trozos de fruta y de los turiones, tal como se

observa en apéndice N° 03. Para las mediciones de las

temperaturas y tiempos de proceso, los frascos con los sensores,

se colocaron en diferentes niveles del autoclave, con la finalidad

de realizar lecturas y tener un valor promedio.

c) Las temperaturas de tratamiento térmico de esterilización, para

las conservas de piña y mango, fueron controladas por lectura en

el termómetro del autoclave a 121 ° C y las temperaturas de

pasteurización para los espárragos fueron de 100°C.

d) Concluido el proceso de tratamiento térmico, se retiraron los

sensores y se sometieron a limpieza eliminando los restos de

material orgánico adherido a cada uno de los sensores y evitar las

interferencias durante la lectura.

e) Se instaló, cada uno de los sensores, en la interfase conectada a

la PC y se procedió a realizar la lectura con la data y su posterior

grabación. La información colectada fue procesada por el

Page 20: Autoclaves Tratamiento Termico

20

software y la data, coma la que presenta en el apéndice N° 6 fue

graficada, obteniéndose las curvas de penetración de calor como

las que se observan en los apéndices N° 4 y 5.

f) Se analizó la data obtenida mediante el análisis de varianza con

el 5% de significancia.

Page 21: Autoclaves Tratamiento Termico

21

IV.- RESULTADOS

4.1.- De las curvas de tratamiento térmico promedio

4.1.1.- Para la conserva de mangoEn la gráfica Nº 01 se muestran las curvas de penetración de calor en las

conservas de mango, de cinco de las pruebas realizadas, en donde se puede

observar que la temperatura máxima promedio en el interior de la fruta, de los

sensores utilizados, fue de 122,50 º C. con un Fo de 26,30 y un tiempo

promedio de 45,00 minutos.

Gráfica Nº 01: Curvas de penetración de calor en conservas de mango en envases devidrio sometidas a esterilización

Fuente: Elaboración propia

4.1.2.- Para la conserva de piñaEn la gráfica Nº 02 se muestran las curvas de penetración de calor en las

conservas de piña, de cinco de las pruebas realizadas en donde se puede

observar que la temperatura máxima promedio en el interior de la fruta, de los

seis sensores utilizados, fue de 122,50º C, un Fo de 25,80 y el tiempo de 40,50

minutos.

Tiempo20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

°C

01/ 26/ 05 11: 56: 35 01/ 26/ 05 12: 13: 15 01/ 26/ 05 12: 29: 55 01/ 26/ 05 12: 46: 35 01/ 26/ 05 13: 03: 15 01/ 26/ 05 13: 19: 55

Curvas de penetración en conservas de mango esterilizadas

M3T13816-°C M3T13942-°C M3T14101-°C M3T14103-°CM3T14420-°C

Prueba 1 Prueba 2

Prueba 3

Prueba 4

Prueba 5

Page 22: Autoclaves Tratamiento Termico

22

Gráfica Nº 02: Curvas de penetración de calor en conservas de piña en envases de vidriosometidas a esterilización

Fuente: Elaboración propia

4.1.3.- Para la conserva de espárragosEn la gráfica Nº 03 se muestran las curvas de penetración de calor en las

conservas de espárragos de seis de las pruebas realizadas, en donde se

puede observar que la temperatura máxima promedio en el interior del

producto, de los seis sensores utilizados, fue de 100,20 ºC un Fo de 0,40 y el

tiempo de 71.7 minutos.

Gráfica Nº 03: Curvas de penetración de calor en conservas de espárrago en envases devidrio sometidas a pasteurización

Fuente:

Elaboración propia

Tiempo20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

°C

0 0 : 1 6 : 3 5 0 0 : 3 3 : 1 5 0 0 : 4 9 : 5 5 0 1 : 0 6 : 3 5 0 1 : 2 3 : 1 5

Curvas de penetraciòn conservas de espárragos pasteurizados

M3T14786- °C M3T14786- °C M3T14790- °C M3T14790- °C M3T16461- °CM3T16480- °C

Prueba 1Prueba 2

Prueba 3

Prueba 4

Prueba 5

Prueba 6

Reading

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130°C

01/ 26/ 05 11: 56: 35 01/ 26/ 05 12: 13: 15 01/ 26/ 05 12: 29: 55 01/ 26/ 05 12: 46: 35 01/ 26/ 05 13: 03: 15 01/ 26/ 05 13: 19: 55

Curvas de penetración en conservas de piña esterilizadas

M3P15119-°C M3T13762-°C M3T13801-°C M3T13892-°C M3T13941-°CM3T14102-°C

Prueba 1

Prueba 2

Prueba 3

Prueba 4 Prueba 5

Prueba 6

Page 23: Autoclaves Tratamiento Termico

23

4.1.4.- Para la conserva de mango y de piñaEn la gráfica Nº 04 se muestran las curvas de penetración de calor en las

conservas de mango y de piña, en donde se puede observar,

comparativamente, que la temperatura máxima promedio en el interior de la

fruta, fue de 122,50 para el mango y la piña, con tiempos de 45,00 minutos.

Gráfica Nº 04: Curvas de penetración de calor en conservas de mango y de piña enenvases de vidrio sometidas a esterilización

Fuente: Elaboración propia

4.1.5.- Para la conserva de piña y espárragoEn la gráfica Nº 05 se muestran las curvas de penetración de calor en las

conservas de piña y de espárrago, en donde se puede observar,

comparativamente, que la temperatura máxima promedio en el interior de los

frutos, fue 122,50 °C y el tiempo de 43,00 minutos, para la conserva de piña y

de 100.30°C y tiempo de 100,20 °C para la conserva de espárrago.

Tiempo20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

°C

01 / 26/ 05 11 : 56 : 35 01 / 26/ 05 12 : 13 : 15 01 / 26/ 05 12 : 29 : 55 01 / 26/ 05 12 : 46 : 35 01 / 26/ 05 13 : 03 : 15 01 / 26/ 05 13 : 19 : 55

Curvas de penetración comparativa conservas de mango y de piña esterilizadas

M3T14101-°CM3T14102-°C

Conserva de piña esterilizada

Conserva de mango esterilizada

Page 24: Autoclaves Tratamiento Termico

24

Gráfica Nº 05: Curvas de penetración de calor en conservas de piña en envase de vidriosometida a esterilización y conservas de espárrago en envases de vidrio sometidas a

pasteurización

Fuente: Elaboración propia

4.1.6.- Para la conserva de mango y espárragoEn la gráfica Nº 06 se muestran las curvas de penetración de calor en las

conservas de mango y de espárrago, en donde se puede observar,

comparativamente, que la temperatura máxima promedio en el interior de los

frutos fue de 122,50 °C para el mango y 100,20 °C para el espárrago.

Tiempo20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

°C

00: 16: 35 00: 33: 15 00: 49: 55 01: 06: 35 01: 23: 15 01: 39: 55

Curva de penetración comparativa conservas de piña esterilizada y de espárrago pasteurizada

M3T14102-°CM3T16480-°C

Conserva de piña esterilizada

Conserva de espárrago pasteurizada

Page 25: Autoclaves Tratamiento Termico

25

Gráfica Nº 06: Curvas de penetración de calor en conservas de mango en envase devidrio sometida a esterilización y conservas de espárrago en envases de vidrio

sometidas a pasteurización

Fuente: Elaboración propia

4.1.7.- Para la conserva de piña, mango, y espárragoEn la gráfica Nº 07 se muestran las curvas de penetración de calor en las

conservas de piña, de mango y de espárrago, comparativamente en donde se

puede observar que la temperatura máxima promedio en el interior del producto

fue de 122,50 para las conservas de piña y de mango, y de 100,20 °C y de

100,20 °C para los espárragos.

Tiempo20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

°C

00: 16: 35 00: 33: 15 00: 49: 55 01: 06: 35 01: 23: 15 01: 39: 55

Curva de penetraciòn comparativa conservas de mango esterilizado y espárrago pasteurizado

M3T14101-°CM3T14786-°C

Conserva de espárrago pasterurizado

Conserva de mango esterilizado

Page 26: Autoclaves Tratamiento Termico

26

Gráfica Nº 07: Curvas de penetración de calor en conservas de piña y de mango enenvase de vidrio sometida a esterilización y conservas de espárrago en envases de

vidrio sometidas a pasteurización

Fuente: Elaboración propia

Fuente: Elaboración propia

Tiempo20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

°C

00 : 16: 35 00 : 33: 15 00 : 49: 55 01 : 06: 35 01 : 23: 15 01 : 39: 55

Curvas de penetración de calor conservas de piña y mango esterilizadas y conservas de espárrago pasteurizada

M3T14101-°C M3T14102-°CM3T16480-°C

Conserva de mango esterilizado

Conserva de piña esterilizada

Conserva de espárrago pasteruizado

Page 27: Autoclaves Tratamiento Termico

27

V.- DISCUSIÓN

En la gráfica N° 01 se observa que los perfiles de las curvas de penetración de calor

en las cinco pruebas de conserva de mango muestran un perfil similar determinándose

que no existe diferencia entre ellas al 5,00% de significancia. Las variaciones

observables se visualizan en la primera etapa de la fase de calentamiento y de la fase

de enfriamiento.

El mismo comportamiento se observa en las seis curvas de penetración de calor para

las conservas de piña, donde no existe diferencia significativa al 5,00% de

significancia, principalmente en la fase estacionaria del tratamiento térmico. Los datos

obtenidos en la gráfica N° 02 muestran pequeñas diferencias en la fase de

calentamiento y con mayor variación en la primera etapa de la fase de enfriamiento.

Este comportamiento en la diferencia de los perfiles de enfriamiento, en las curvas de

penetración de calor para las conservas de mango y de piña, aparentemente coinciden

con la ubicación que dichos envase tuvieron en el interior del autoclave, pues las que

se encontraban cerca de los puntos de alimentación del agua de enfriamiento,

muestran un descenso en la temperatura mas pronunciado que las que encontraban

ubicadas mas alejadas de dichos puntos.

Las curvas de penetración del calor en las conservas de espárragos, presentan dos

grupos de perfiles: las pruebas 3, 4, 5, y 6 muestran perfiles similares cuya data no

evidencia diferencia significativa al 1,00 y 5,00% de significancia. Este comportamiento

es relativamente diferente a los perfiles de las pruebas 1 y 2, entre las cuales tampoco

existen diferencias al 1,00 y 5,00% de significancia. Las variaciones observadas, entre

ambos grupos de pruebas, se dan en el rápido proceso de calentamiento y en

alargamiento de los tiempos de inicio de enfriamiento, aunque las pendientes son

similares.

Las diferencias observadas, entre dichos grupos de pruebas, posiblemente se deba a

que los frascos de conserva de las pruebas que muestran un pronunciado

calentamiento y un relativo retardado enfriamiento (pruebas 1 y 2), se encontraban

cerca del punto de alimentación del vapor y alga mas alejadas del punto de ingreso de

agua de enfriamiento.

Un hecho destacable de los perfiles en las seis pruebas es que muestran pendientes

similares en las tres fases del tratamiento: calentamiento, estacionaria y enfriamiento,

lo que ratificaría lo indicado por diversos autores referente a que la velocidad de

transmisión del calor en un alimento es la similar en productos que tienen similar

Page 28: Autoclaves Tratamiento Termico

28

composición química, naturaleza y presentación, tanto en la materia prima como en el

líquido de gobierno utilizado.

Si se comparan las gráficas de proceso, a la misma temperatura, entre las conservas

de mango y de piña que se presentan en la gráfica N° 4, se observa que las

diferencias entre ellas se dan en la fase de calentamiento y de enfriamiento. Las

conservas de piña se calientan mas rápidamente que las de mango, lo cual podría

explicarse en la composición mas acuosa de la piña lo que facilitaría la transmisión del

calor en el interior de ella; sin embargo, en la fase de enfriamiento sucede todo lo

contrario, pues siguiendo el mismo fundamento anterior debería ser la piña la que se

enfríe con mayor rapidez, pero la conserva que se enfría mas rápido es la conserva de

mango. Sería conveniente, realizar algunas pruebas adicionales y estudio especifico

de este caso.

Comparando las curvas de penetración entre las conservas de piña y de mango

tratadas a una temperatura de 121 °C y las conservas de espárrago tratadas a la

temperatura de 100 °C, que se visualizan en las gráficas N° 5, 6 y 7, observamos que

la velocidad de penetración de calor, objetivizada en las pendientes de calentamiento

de las conservas indicadas, es mas pronunciada en las dos primeras, obviamente

debido a la mayor temperatura de procesamiento; sin embargo, los tiempos en los

que alcanzan la temperatura de tratamiento (fase estacionaria) son similares e iguales

a 23 minutos.

Los tiempos de tratamiento a la, temperatura de procesamiento, 121 °C para las

conservas de mango y de piña fueron de 20 minutos y 15 segundos; en tanto que para

las conservas de espárrago fue de 30 minutos con 10 segundos.

El valor de Fo para las conservas de piña esterilizadas fue de 26,3; para las conservas

esterilizadas de mango fue de 25,8 y de 0,60 para los espárragos pasteurizados.

En conclusión podemos mencionar que:

Las conservas de piña y de mango envasadas en frascos de vidrio en solución

azucarada al 25,00% y tratadas a 121 °C presentan curvas de penetración de

calor con perfiles similares y datos de temperatura y tiempo que no tiene

diferencia al 5,00% de significancia.

Page 29: Autoclaves Tratamiento Termico

29

Las conservas de espárrago envasadas en frascos de vidrio en solución salina

al 3,00% y tratadas a 100 °C presentan curvas de penetración de calor con

perfiles similares y datos de temperatura y tiempo que no tiene diferencia al

1,00 y 5,00% de significancia.

Las curvas de calentamiento y de enfriamiento, para las conservas de mango y

piña, muestran pequeñas diferencias en sus valores de temperatura pero

mantienen la misma tendencia y similares pendientes.

Los tiempos de tratamiento a temperatura constante de 121 °C en las

conservas de mango y de piña son de 20 minutos con 15 segundos, y para las

conservas de espárrago a temperatura de 100 °C es de 30 minutos con 10

segundos.

Los valores de Fo para las conservas de mango y de piña esterilizadas fueron

de 25,8 y 26,3 respectivamente y de 0,60 para los espárragos pasteurizados.

Page 30: Autoclaves Tratamiento Termico

30

VI.- REFERENCIALES

1. Aguado Alonso, J., et al. Ingeniería de la Industria alimentaria, volumen I

Conceptos básicos, Madrid, España: Editorial Síntesis S.A., 1999.

2. Aguado Alonso, J., et al. Ingeniería de la Industria alimentaria, volumen III

Conservación de alimentos, Madrid, España: Editorial Síntesis, 1999.

3. Bourgeois, C.M.; Mescle, J.F. y Zucca, J. Microbiología alimentaria, volumen I:

Aspectos microbiológicos de la seguridad y calidad alimentaria, Zaragoza,

España: Editorial Acribia, 1era. Edición en español, 1994.

4. Casp, A. y Abril, J. Proceso de concentración de alimentos, Madrid, España:

Editorial Mundi-Prensa, 1999.

5. Charley, H. Tecnología de alimentos. Procesos químicos y físicos en la

preparación de alimentos, México: Ed. Limusa S.A de C.V., 11ava reimpresión,

2004.

6. Cheftel, J.C., y Cheftel, H.. Introducción a la bioquímica y tecnología de

alimentos vol I y II, Zaragoza, España: Editorial Acribia S.A., 1980.

7. Desrosier, N., Elementos de tecnología de alimentos, México: Editorial CECSA,

Avi Publishing Company, 1984.

8. Desrosier, N.W. Conservación de alimentos, México: Editorial CECSA,

Trigésima reimpresión, 2004.

9. Geankoplis, C. Procesos de transporte y operaciones unitarias, México:

Editorial CECSA, 3era. edic., 1998.

10. Gutiérrez Pulido, H. y De la Vara Salazar, R. Control estadístico de calidad y

seis sigma, México: Edit. McGraw-Hill, Interamericana, 2004.

11. Hersom, A.C. y Hulland, E.D. Conservas alimenticias, Zaragoza, España:

Editorial Acribia S.A., 1989.

12. Larrañaga Coll, I., et al. Control e higiene de los alimentos, España: Mc Graw-

Hill/ Interamericana de España S.A., 1era. ed. en español, 1999.

13. Lopez, A. A complete course in canning, vol I y II, Baltimore, M.D. USA: The

canning trade, 1981.

14. Mafart, P. Ingeniería industrial alimentaria, volumen I: Procesos físicos de

conservación, Zaragoza, España: Editorial Acribia, 1994.

15. Prat Bartés, A. et al. Métodos estadísticos, control y mejora de la calidad,

México: Alfaomega grupo editor S.A. de C.V., 2000.

16. Rao, M.A. y Anantheswaran, R.C. Convective heat transfer to fluid in cans,

Advances in Food Research, 1988, vol. 32, pp. 39-84.

Page 31: Autoclaves Tratamiento Termico

31

17. Rodríguez Somolinos. Ingeniería de la industria alimentaria vol. III Operaciones

de conservación de alimentos, Madrid, España: Editorial Síntesis S.A., 2002.

18. Singh, R.P. and Heldman, D.R., Introducción a la ingeniería de los alimentos,

Zaragoza, España: Editorial Acribia, 1998.

Page 32: Autoclaves Tratamiento Termico

32

VII.- APÉNDICES

Apéndice Nº 1 : Autoclave vertical

Apéndice Nº 2 : Equipo DATATRACE para medir la penetración del calor.

Apéndice Nº 3 : Sensores e instalación en frascos de conservas.

Apéndice Nº 4 : Curva de penetración en conserva de piña esterilizada.

Apéndice Nº 5 : Curva de penetración en conserva de mango esterilizada

Apéndice Nº 6 : Datos de valores de tiempo, temperatura y Fo de las curvas de

penetración en conservas de mango esterilizado


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