4. DEFINA Y PROPONGA UN EJEMPLO

VALOR D

CINÉTICA DE MUERTE: VALORES D Y Z

La muerte de microorganismos como consecuencia de un tratamiento a altas temperaturas sigue una cinética exponencial. Si representamos la variación del logaritmo del número de células supervivientes a un tratamiento térmico realizado a una temperatura dada en función del tiempo de tratamiento, se obtiene una gráfica del descenso del logaritmo de supervivientes es lineal con el tiempo.

dNdT

=k . N

La recta tiene una pendiente que permite calcular la velocidad de termo destrucción.

Se define el valor D como el tiempo necesario para que el número de supervivientes caiga al 10% del valor inicial (o, lo que es lo mismo, para que el logaritmo del número de supervivientes se reduzca en una unidad). Si consideramos N0 como el nú- mero de células al inicio del tratamiento y Nx el número de células supervivientes después de un tratamiento de t minutos a una temperatura T, el tiempo de termo destrucción se calcula de la siguiente manera:

Dt=x

lo g( N0

N x)

La magnitud de D es tiempo (en muchos casos se usan los min; pero ciertos tratamientos son tan efectivos que resulta más práctico usar los s, que, por

otra parte, son unidades del SI). El tiempo de termodestrucción (D) varía para cada temperatura (de ahí el subíndice t) de forma que a mayores temperaturas el valor de D es menor, es diferente para distintos microorganismos, distintos entornos y diferentes condiciones fisiológicas. Si aumentamos la temperatura de tratamiento, el valor de D disminuye de forma logarítmica. De manera análoga a como el valor D indicaba el tiempo necesario para lograr que el número de supervivientes se redujera al 10% de la población inicial,

DONDE:

N0= Número de células al inicio del tratamiento,

NX= Número de células supervivientes después

de un tratamiento,

x= minutos a una determinada temperatura t.

EJEMPLO:

Determinar el valor del tiempo de reducción decimal a 116 º C (D116) de un microorganismo a partir de los siguientes datos de supervivencia al tratamiento

VALOR Z

El valor z indica el incremento en la temperatura (medida en número de grados) necesario para que el valor D se reduzca a la décima parte del inicial. z = ∆T / [log (Dt1 / Dt2)] (Ecuación19) donde ∆T es el incremento de temperatura, y DT1 y DT2 los valores de D a las dos temperaturas estudiadas.

Z: Cambio de temperatura que se requiere para modificar el valor D por un factor de 10

DURACIÓN DEL TRATAMIENTO

NÚMERO DE VIABLES

5 340.0

10 65.0

15 19.0

20 4.5

25 1.3

DONDE:

Los valores D y z varían para cada microorganismo y para cada condición. Las esporas, por ejemplo, tienen valores D mucho más altos que las células vegetativas de los mismos microorganismos. Los microorganismos presentes en los alimentos, por otra parte, suelen tener valores D más altos que cuando se cultivan en condiciones de laboratorio. Para poder determinar las condiciones en las que hacer un tratamiento térmico para destruir microorganismos es necesario dominar los conceptos de los valores D y z.

EJEMPLO

Para un microorganismo determinado el valor D104.4 es 113.0 min. y D121.1 es 2.3 min. Calcular el valor z.

SOLUCIÓN

VALOR F

Incremento de la temperatura

Valores de respectivos de D

Δ ( t2−t1 )=

Dt 1 , Dt 2=

z=Δ templog(Dt 1/Dt 2 )

z=(121. 1−104 .4 )log(113. 0/2.3 )

z=9 . 9 ºC

El valor F es definido como el “tiempo equivalente” durante el cual un producto ha sido sometido a una temperatura de esterilización determinada. En el cálculo de F se toman en consideración distintos factores: la temperatura instantánea en cualquier momento, la temperatura base, el valor Z y el intervalo de tiempo. El concepto de tiempo equivalente necesariamente implica que este tiempo es diferente al tiempo real.

El valor F será el número total de unidades de esterilización en un tiempo de un minuto, en un proceso a la temperatura de 121,1ºC. Los tratamientos térmicos de esterilización son normalmente empleados de modo a reducir para niveles seguros el número del microorganismos Clostridium botulinum, que de otro modo podrían reproducirse y producir una neurotoxina responsable por el Botulismo, una enfermedad que puede llevar a la muerte al que la ingiere. Los valores más comunes de D varían entre 1,0 y 3,0 minutos a 121 °C, mientras que el valor Z oscila entre 8 y 13 °C, aunque recientemente el autor ha empleado en estudios de validación indicadores biológicos con un valor Z = 30 °C.

Una vez conocidos estos parámetros es posible desarrollar un modelo matemático que permita calcular la capacidad de un proceso de esterilización, para eliminar los microorganismos, en términos de letalidad, según la siguiente expresión:

Dónde:

L: letalidad

T: temperatura instantánea

Tb: temperatura base

Z: valor Z

La letalidad puede ser determinada en un instante dado, pero si se calcula la sumatoria de todas las letalidades acumuladas, es decir se integra como una función de la temperatura en el tiempo (L = f (T,t)),entonces es posible calcular el tiempo equivalente F. La expresión anterior sería:

Como los microorganismos presentan resistencias relativamente diferentes entre sí, la letalidad total (Valor F) de procesamiento y, las diferentes temperaturas también, es decir, depende por lo tanto del valor de la constante z. Entonces se puede definir:

 

La constante z en este caso, asume el valor Z=10ºC, pues en el caso particular de la esterilización por vapor saturado, la temperatura base (Tb) es igual a 121 °C y el valor Z es igual a 10 °C, en ese caso el término F se denomina Fo.

La solución de la ecuación anterior se expresa de la siguiente forma:

 Dónde:

F: tiempo equivalente (min)

T: temperatura instantánea (°C)

Tb: temperatura base (°C)

Z: valor Z (10 °C)

Dt: intervalo de tiempo (min)

Para la evaluación del impacto de un tratamiento térmico, débase llevar en consideración los factores en los alimentos de sabor y aroma de una forma que los mismos sean preservados el máximo posible. Para tanto es utilizado normalmente una temperatura de referencia de 100ºC y valores de z entre 20 - 40ºC, para preservar tales características en el alimento.

La ecuación anterior puede ser utilizada cuando el alimento es agitado y promoviendo así su calentamiento de modo que el mismo reciba la misma temperatura en todo el punto. En la mayor parte de las situaciones prácticas, este no es el caso, los diferentes puntos de los alimentos procesado están a lo largo del tratamiento térmico, sujeto la variaciones de tiempo-temperatura. Para esta situación debemos promover la sumatoria del proceso total aplicado al alimento, de modo a calcular el impacto del proceso en la totalidad del alimento; este impacto puede ser calculado conforme la ecuación a continuación:

F (V)=Valor de la esterilización en el volumen (en minutos).

F=El valor de la esterilización para el volumen total del alimento (en minutos)

EJEMPLO

VALOR F0

Al valor de la integral del calor recibido se la denomina F0. Cuando consideramos que el calentamiento es un proceso instantáneo, se puede calcular usando la siguiente fórmula:

Es muy importante saber trabajar correctamente con los conceptos anteriores. Para ejercitarse hay una colección de problemas en este enlace.

Otros tratamientos tecnológicos para destruir microorganismos (radiación, por ejemplo) son susceptibles de tratamientos matemáticos similares a los descritos en esta sección.

VELOCIDAD LETAL

El calor se usa ampliamente para controlar las poblaciones microbianas, por lo que es esencial tener medidas precisas para determinar su eficiencia. El tiempo térmico letal se refiere al periodo de tiempo más corto en que muere al totalidad de bacterias (Rodríguez et al, 2006).

La fase de muerte sigue una Cinética Exponencial y puede ser sometida a un tratamiento matemático similar al usado para el tratamiento matemático del crecimiento.Por lo tanto una grafica del logaritmo del número de células supervivientes a un tratamiento térmico realizado a una temperatura dada en función del tiempo de tratamiento, producirá una línea recta.

Para una reducción en la población microbiana de

  El valor F ser igual a

90 % D

99 % 2D

99.9 % 3D

99.99 % 4D

Entonces por ser una curva exponencial de primer orden, se puede aplicar la clásica ecuación de ARRHENIUS.

−dNdt

=−kN

∫ dNN

=−k∫ dt

lnN0

N=−kt

k=Ae− ERT ó lnk= lnA-

ERT

N=N 0e−kt

DONDE:No = número inicial de microorganismos viables.N = número de microorganismos viables al tiempo t.K = coeficiente que depende de la exposición y de la sensibilidad del microorganismo.

HTST

La pasteurización relámpago o pasteurización flash, también conocida por la sigla HTST (del inglés High Temperatura/Short Time, "alta temperatura/corto lapso") es un proceso térmico aplicado a ciertos alimentos con el objeto de reducir las poblaciones de bacterias.1 Se trata de uno de los métodos de pasteurización más habituales en el que se aplica una alta temperatura durante un corto período. Este método de pasteurización contrasta con el el método UHT (UHT - igualmente de Ultra-High Temperature) que emplea temperaturas mayores en su procesado térmico.

Proceso HTST

Se ha procurado en la industria de la alimentación desde los comienzos de empleo del método HTST hacer que grandes cantidades del alimento queden expuestas a temperaturas "altas" durante un corto período sin que el propio proceso rompa "en demasía" la cadena de procesamiento del

alimento. Es por esta razón por la que se emplean técnicas de "flujo continuo", en los que el alimento (generalmente líquido o con un aspecto de viscosidad apropiado) pasa a través de unos intercambiadores de calor, lo que permite una mayor automatización del proceso. Se suele emplear un calentador a base de resistencias ohmicas, aunque en la actualidad se está investigando la posibilidad de emplear microondas,3 debido a que el problema tecnológico de este método es la necesidad de calentar lo más rápido posible la muestra y luego enfriarlo igualmente rápido, para realziar estas operaciones es necesario tener en cuenta ciertas propiedades térmicas de los alimentos, tales como la conductividad, la capacidad calorífica, etc.

En el proceso HTST es muy importante vigilar los aspectos posteriores inmediatos a la aplicación del proceso de pasteurización, ya que cabe una posibilidad de "recontaminación". En Estados Unidos hubo un caso en 1990 donde una recontaminación de salmonela en el postprocesado de la leche afectó a 10.000 personas dejando 10 bajas.

 Este problema se evita haciendo que exista poco contacto con una atmósfera no-controlada tras la pasteurización, a veces esto se resume en un rápido embotellamiento, enlatado, o envase del producto. a veces incluso manteniendo una higiene estricta en las zona de pasteurización.

EJEMPLO

El periodo de exposición del alimento a temperaturas dependerá de ciertos factores, pero en alimentos como la leche se tienen temperaturas de 72 °C aplicadas en un intervalo de 15 segundos,2 aunque los valores dependen de las autoridades sanitarias de cada país.

UHT

La ultrapasteurización o uperización, es un proceso térmico que se utiliza para

reducir en gran medida el número de microorganismos presentes

en alimentos como la leche o los zumos, cambiando su sabor y sus

propiedades nutricionales en mayor o menor medida, dependiendo del

alimento.

A diferencia de la pasteurización tradicional, en la ultrapasteurización se aplica

más calor aunque durante un tiempo menor al alimento.

Con el método UHT no se consigue una completa esterilización (que es la

ausencia total de microorganismos y de sus formas de resistencia), se consigue

la denominada esterilización comercial, en la que se somete al alimento al calor

suficiente para destruir las formas de resistencia de Clostridium botulinum, pero

sí existirán algunos microorganismos como los termófilos, que no crecen a

temperatura ambiente. A los alimentos se aplica esterilidad comercial, ya que la

esterilidad absoluta podría degradar de manera innecesaria la calidad del

alimento.

EJEMPLO

Para la elaboración de alimentos se requieren de alta temperatura ya que reduce el tiempo

del proceso, y de esta manera se reduce también la pérdida de nutrientes. El producto

UHT más común es la leche, pero el proceso también puede ser aplicado

a zumos de frutas, cremas, yogures, vino, sopas y guisos.

La leche UHT tiene una vida típica de seis a nueve meses, antes de que se abra. En

contraste, en la pasteurización HTST ("High Temperature/Short Time"), la leche es

calentada a 72 °C durante 15 segundos.

UPERIZACIÓN

En la uperización o procedimiento UHT, la temperatura sube hasta 150º C por inyección de

vapor saturado o seco durante 1 ó 2 segundos produciendo la destrucción total de

bacterias y sus esporas. Después pasa por un proceso de fuerte enfriamiento a 4º C, el

líquido esterilizado se puede conservar, teóricamente durante un largo periodo de tiempo.

La fecha límite de uso es de meses, ya que se pueden producir alteraciones en el interior

del embalaje. Este método se utiliza sobre todo con la leche natural. Las pérdidas

vitamínicas son mínimas: menos del 10% para las vitaminas C y B1 y menos del 20% para

la vitamina B2. El valor biológico de las proteínas no disminuye.

La uperización en un proceso de esterilización térmico, que consiste en inyectar vapor

culinario al producto. Este producto sufre 2 fenómenos físicos: primero aumenta su

porcentaje de agua, debido a la inyección directa de vapor; segundo aumenta su

temperatura, debido a que el vapor cede su calor latente y calor sensible hasta llegar a la

temperatura buscada para la esterilización.

Este tipo de sistemas se pueden realizar de forma 100% automática, tal como se muestra

en las imagenes, donde se consigue mantener las temperaturas bajo el control automático

de válvulas de control y bombas bien dimensionadas.

EJEMPLO

Para la elaboración de productos liquidos como la leche ya que mediante este proceso las

pérdidas vitamínicas son mínimas: menos del 10% para las vitaminas C y B1 y menos del

20% para la vitamina B2. El valor biológico de las proteínas no disminuye.

METODOS QUE EXISTEN PARA EL CALCULO DEL VALOR F0 y del tp

Método matemático de Ball

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

Método General:

Para hallar la intensidad letal (L) en cada minuto tiempo-temperatura del proceso se calcula el inverso del equivalente a un tratamiento Fo

QUE ES EXHAUSTING

Dentro de los tratamientos industriales que se aplican en la obtención y

conservación de alimentos enlatados tenemos la pre esterilización. La pre

esterilización o precalentamiento es conocido también como exhausting. En

la industria alimentaria se aplica para evitar que surjan defectos en el producto

final.

Este tratamiento térmico es aplicado en aquellas sustancias alimenticias que se

encuentran envasadas en recipientes apropiados, que posteriormente serán

sometidos a un proceso de esterilización. Esta operación se realiza luego del

envasado y llenado de los recipientes

En el interior del envase donde se encuentra el alimento existe la presencia

de oxígeno por lo que es necesario eliminarlo para evitar una serie de

reacciones de deterioro.

El oxígeno provoca la degradación de los compuestos naturales (carotenoides,

antocionicos) que confieren el color al alimento, las reacciones que se producen

son deoxidación. También se ve favorecida por la acción del oxígeno

la corrosión de los envases que están realizados a base

de hierro y estaño (hojalata).

En cuanto a la vitamina C, que es sensible a la acción del calor, los efectos de

degradación se ven potenciados en presencia del oxígeno, con respecto a

los microorganismos, en particular, los aerobios la ausencia de oxigeno genera

condiciones inhóspitas para su desarrollo.

La eliminación del oxígeno a través de este método evita la deformación de los

envases, como así también, reduce el tiempo de esterilización y aumenta su

eficacia.

Una vez finalizado este tratamiento se realiza el cierre de los envases de

manera inmediata, para proceder consecutivamente a la esterilización, enfriado

y etiquetado.

Este tipo de tratamiento térmico no es aplicado a alimentos que se encuentran

envasados en recipientes de vidrio, el método aplicado en este caso consiste en

expulsar el aire de forma mecánica, que consiste en la emisión de un chorro

de vapor en la superficie del frasco en donde se coloca la tapa, y luego, cuando

el producto se enfría se genera el vacío.

En la actualidad la industria alimentaría cuenta con dos tipos de pre

esterilizadores, uno es el pre esterilizador a discos y otro es del tipo rotatorio o

circular.

Este tratamiento térmico se realiza a temperaturas que rondan los 80 °C y el

tiempo varia dependiendo de las características del producto, citando como

ejemplo a una de las características que puede poseer el alimento, en el caso

de alimentos de acidez baja (legumbres y carnes) el tratamiento se realiza a

100 °C en un tiempo de tres a cinco minutos, mientras que los que poseen

acidez elevada el tratamiento térmico se realiza a 80 °C aproximadamente por

un período de quince minutos.

HAGA EL ESQUEMA DE UN AUTOCLAVE. Tipos de autoclaves

El autoclave es un instrumento habitual en los laboratorios de cultivo in vitro. En esencia, un autoclave (figura 1) es un recipiente en el que se consigue exponer el material a esterilizar a temperaturas superiores a la de ebullición del agua, gracias a aumentar la presión.

El funcionamiento de la autoclave

El proceso completo de esterilización en un autoclave se compone de diferentes fases:

Fase de purgado: A medida que la resistencia calienta el agua del fondo del calderín, se va produciendo vapor que desplaza el aire, haciéndolo salir por la válvula de purgado que está abierta. Esta fase termina cuando se alcanza la temperatura de esterilización.

Fase de esterilización: Una vez cerrada la válvula de purgado y alcanzada la temperatura de esterilización previamente seleccionada se inicia el proceso de esterilización.

Fase de descarga: Terminado el proceso de esterilización, deja de funcionar la resistencia calefactora, con lo que deja de producirse vapor y la presión y temperatura del calderín empieza a bajar poco a poco.

Tipos de autoclaves

Negativo autoclave de desplazamiento de presión

La presión de autoclave de desplazamiento negativo es uno de los dispositivos

de esterilización más fiables, pero también es uno de los más caros. Este tipo

de autoclave funciona mediante la eliminación de todo el aire de la cámara

principal con una bomba de vacío. El vapor se creó en una segunda cámara,

oculto dentro del dispositivo y se libera en la habitación en la práctica perfecta

que funciona para esterilizar las bacterias restantes. Negativos autoclaves de

desplazamiento de presión son dispositivos "tipo S", pero antes de crear un

vacío en la cámara principal para eliminar los contaminantes del aire.

Presión positiva Desplazamiento Autoclaves 

Autoclaves de presión de desplazamiento positivo funcionan de manera similar

a sus hermanos de desplazamiento negativo, pero no eliminan el aire a través

de una bomba de vacío antes. Estos autoclaves autoclaves también se puede

llamar "la gravedad". Ellos simplemente se acumulan suficiente vapor en un

recinto para mover todo el aire en la cámara principal y luego disparar al aire a

través de una corta ráfaga. El vapor "mueve" el aire, que es empujado hacia

fuera a través de un orificio de ventilación unidireccional. Este es un ejemplo de

un autoclave "tipo N", que no crea un vacío antes.

Autoclaves Múltiples vacío

Función multi-vacío Autoclave como autoclaves de desplazamiento de presión

negativa. Lo hacen esencialmente lo mismo: Crean un vacío y luego aplicar el

vapor a alta presión. Sin embargo, para asegurar la máxima esterilización, el

autoclave de múltiples vacío repetir el proceso varias veces. Se chupan en el

vapor para crear un vacío y luego aplicar más vapor. Esto asegura que

cualquier bacteria que pueda haber sobrevivido a una explosión, se trata con

explosiones sucesivas. Estos tipos de autoclaves autoclaves son también

conocidos como "Tipo B".

Autoclave de desplazamiento hacia abajo

Autoclaves desplazamiento hacia abajo se encuentran entre los menos caros y

se utilizan a menudo en los laboratorios de la escuela secundaria o la

universidad de ciencias. Use agua y un elemento de calentamiento en la parte

inferior de la cámara para llenar lentamente el espacio con vapor de agua. El

vapor empuja progresivamente el aire en la cámara a través de un agujero en

la parte inferior. El respiradero está cerrado cuando la temperatura en la

cámara de esterilización alcanza un punto adecuado y la mayoría, si no todos,

de los que el aire se ha eliminado.