1._octubre__trat.termico,_z_y_fo

8/6/2019 1._octubre__trat.termico,_z_y_fo

1/15

1

OPERACIONES UNITARIAS IIOPERACIONES UNITARIAS II03: Tratamiento t03: Tratamiento trmico de alimentosrmico de alimentos

IngenierIngeniera en Alimentosa en Alimentos

Operac iones Uni ta r i as I I

IntroducciIntroduccinn

La conserverLa conservera de alimentos por calora de alimentos por calor1809 con1809 con NicholasNicholas AppertAppert(botellas de vidrio)(botellas de vidrio)

En 1851 se comenz a utilizar el autoclave a presin sobre 100C

En 1940 se desarrollo el sistema Martin Dole envasado asptico(envases metlicos)

Ambos tratamientos envase (apertizacin) y asptico, se utilizanen la actualidad


2/15

2


IntroducciIntroduccin (continuacin (continuacin)n)

Los tratamientos tLos tratamientos trmicos se pueden clasificar en tres categorrmicos se pueden clasificar en tres categoras:as:

(a) Temperaturas inferiores a 100(a) Temperaturas inferiores a 100CC PasteurizaciPasteurizacinn(b) Temperaturas de 100(b) Temperaturas de 100CC productos menosproductos menos cidoscidos(c) Temperaturas superiores a 100(c) Temperaturas superiores a 100CC esterilizaciesterilizacin (n (pHpH>4.5)>4.5)

EsterilizaciEsterilizacin comercialn comercial tratamiento ttratamiento trmico disermico diseado paraado para

destruir la totalidad de los microorganismos capaces de crecerdestruir la totalidad de los microorganismos capaces de creceren condiciones de almacenaje.en condiciones de almacenaje.


IntroducciIntroduccin (continuacin (continuacin)n)

Se busca la destrucciSe busca la destruccin de tn de trmica de los microorganismos yrmica de los microorganismos y

enzimas.enzimas.

Para la destrucciPara la destruccin tn trmica se requiere en el alimento de unrmica se requiere en el alimento de un

calentamiento y un enfriamiento adecuado posteriorcalentamiento y un enfriamiento adecuado posterior

El proceso induce cambios fEl proceso induce cambios fsicos, qusicos, qumicos y biolmicos y biolgicos los quegicos los que

influyen en la calidad final del productoinfluyen en la calidad final del producto

El tratamiento tEl tratamiento trmico es una parte de la operacirmico es una parte de la operacinn

(precalentamiento, sellado, enfriado, etiquetado, etc.)(precalentamiento, sellado, enfriado, etiquetado, etc.)


3/15

3


3.1 Calculo de D, Z, y Fo3.1 Calculo de D, Z, y Fo

Destruccin trmica de los microorganismos (m.o.)

1921 Bigellow 1923 Ball, realizan los primeros estudios de destruccin de

los microorganismos por calor, desarrollando la teora de evaluacin del

procesado trmico con respecto a la muerte o inactivacin de los m.o.

(1946) Gillespy (1954) Jakoben (1973) Stumbo, determinaron que la

destruccin trmica de los microorganismos se pueden explicar segn un

proceso estadstico.

El concepto de esta teora es que los m.o. y sus esporas mueren a cualquier

temperatura, pero que cuando mayor sea esta, mayor ser la probabilidad deque tenga lugar la muerte.

La probabilidad de cada espora de escapar a la destruccin no cambia con

el tiempo y define la resistencia trmica de un determinado m.o. a una

temperatura concreta.


Calculo de DCalculo de D

DestrucciDestruccin tn trmica de los microorganismos (rmica de los microorganismos (m.om.o.).)

P: La probabilidad de escapar a la muerte por unidad de tiempo,P: La probabilidad de escapar a la muerte por unidad de tiempo, dede

un microorganismo expuesto a una temperatura determinada.un microorganismo expuesto a una temperatura determinada.

t: tiempot: tiempo

ParaPara tt unidades de tiempo, la probabilidad serunidades de tiempo, la probabilidad ser de Pde Ptt

1 < P < 01 < P < 0


4/15

4

Operac iones Uni ta r i as I I Calculo de DCalculo de D

DestrucciDestruccin tn trmica de los microorganismos (rmica de los microorganismos (m.om.o.).)

N esporas iniciales de idntica resistencia trmica.

S nmero de supervivientes despus de idntica resistencia

trmica.

S = N x Pt

log S = log N + t log P

En la ecuacin logartmica, expresando en la ordenada log S, y

en la absisa t, la pendiente es: log P (negativa)


Calculo de D (continuaciCalculo de D (continuacin)n)

CURVA DE DESTRUCCION TERMICA a 100C

y = -0,04x + 4,99

4,75

4,80

4,85

4,90

4,95

5,00

5,05

0 1 2 3 4 5 6

tiempo de proceso (m in)

LogS(nmerod

e

supervivientes)


5/15

5



Ejemplo: Si con un procesamiento trmico a100C se obtienen los siguientes datos:

4,8063095,735

4,8367608,294

4,8672443,5934,9079432,822

4,9589125,091

5,001000000

Log SUFCtiempo

(min)


3.201584.895

3.603981.074

4.00100003

4.3019952.622

4.6544668.351

5,001000000

Log SUFCtiempo

(min)


110110CC 115115CC

005

0.301.99524

1.5031.6223

2.70501.1872

3.806309.571

5,001000000

Log SUFCtiempo

(min)


6/15

6


CURVA DE SUPERVIVENCIA MICROBIANA

y = -0,3557x + 5,0143

y = -1,1693x + 4,9998

y = -0,04x + 4,99

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0 2 4 6Tiempo de proceso (min)

LogS(nmerodesupervivientes)

115C 110C 100C


Operac iones Uni ta r i as I I Calculo de D (continuaciCalculo de D (continuacin)n)

VALOR D

Tiempo necesario para que la recta recorra un ciclo logartmico, es

decir, tiempo en minutos para reducirN en un 90%.

Se expresa generalmente en minutos y se conoce como tiempo de

reduccin decimal.

Si la pendiente de la recta log P = - (1/D)

log S = log N (t/D)

S = N . 10 t/D


7/15

7

Calculo de D (continuaciCalculo de D (continuaci

n)n)

A mayor temperatura de proceso, menor es el valor de reduccin

decimal (D).

Se necesita menos tiempo para lograr la destruccin del 90% de los

microorganismos iniciales.

1.39725.05- 0.04100 C

0.4482.81- 0.355110 C

-0.0700.85- 1.17115 C

Log DD (min)Pendiente (log P)Temperatura



Curva de supervivenciaCurva de supervivencia

La muerte de los m.o. sometidos al efecto del calor hmedo sigue un

orden logartmico.

El inverso de la pendiente de la curva determina el tiempo necesario

para destruir el 90% de las clulas. Tiempo designado por la letra D

(tiempo reduccin decimal).

D es numricamente igual al numero de minutos que demora la curva en

atravesar un ciclo logartmico a temperatura constante.

D se escribe con subndice que indica la temperatura de referencia.

Ej.: D250 = valor D a 250F (121.1C)


8/15

8


Curva T.D.T (Thermal Death Time)

Tiempo necesario para destruir por calentamiento a una temperatura

definida y bajo condiciones especficas todos los m.o. de una

suspensin bacteriana.

El T.D.T. a 250F se designa por F que es el tiempo necesario para

destruir por calentamiento a una temperatura de 250F bajo la

condiciones dadas.

120oC , 15 minutosEsporas de Clostridiumy Bacillussaprofitos

100oC , 5,5 horasEsporas del Clostridium botulinum

100oC , pocos minLa mayora de esporas de bacterias patgenas

60oC , 60 minStaphylococcus aureus, Enterococcus faecalis

65oC , 2 minBacilo tuberculoso

59oC , 20 minBacilo tuberculoso58

o

C , 30 minBacilo tuberculoso

80oC , 5-10 minLa mayora de clulas vegetativas, de bacterias, levaduras

y hongos

condicionesMicroorganismo


Ejemplos de condiciones de inactivacin total por calor hmedo


9/15

9

Operac iones Uni ta r i as I I 3.2 Calculo de Z y F3.2 Calculo de Z y F

Al graficar en papel semilogartmico los tiempos de destruccin versus

temperatura en F y se traza una lnea recta que se ajuste entre los puntos

supervivencia y bajo los destruccin, se tiene la curva T.D.T

250

Tiempo (min)

Temperatura (F)

Fo

x

o

x

o

o

xx: supervivencia

o: destruccin

Operac iones Uni ta r i as I I Calculo de Z y F (continuaciCalculo de Z y F (continuacinn))

La pendiente de la curva T.D.T. determina el valorZ, que es el nmero de minutos

que demora la Curva T.D.T., en atravesar un ciclo logartmico.

Z representa el cambio de temperatura para aumentar 10 veces el T.D.T.

Fo representa T.D.T. a 250F, al elegir un C va a representar el T.D.T. a una

temperatura T.

Temperatura (F)

250

tiempo (min)

Fo

C

F

Z

Log C

Log F

T


10/15

10

T

FCm

=

250

loglog

Calculo de Z y F (continuacin)Pendiente de la recta es igual a la tangente, pero en un grafico

semilogartmico, la pendiente es el inverso de la tangente. Entonces:

tangente = m Z

m1

=


T

FC

Z

=

250

loglog1

T

F

C

Z

=

250

log1

Z

T

F

C =

250log

Z

Tanti

F

C =

250log

Z

TantiF

i

=

250log

250

tiempo (min)

Temperatura (F)

Fo

C

F

Z

Log C

Log F

T


Estudio de Penetracin de Calor

La medida de variacin de temperatura en el punto de calentamiento

ms lento de un envase recibe el nombre de ensayo o estudio depenetracin

No todos los puntos se encuentran a la misma temperatura, existen

zonas calentamiento mas lentas. La zona recibe el nombre de PuntoFrodel envase.

Los productos que se calientan porconveccintienen el Punto Froubicado sobre el eje vertical y cerca del fondo.

En el calentamiento por conduccin el Punto Fro estar ubicado

aproximadamente en el centro geomtricodel recipiente.


11/15

11


Determinacin de la curva de Penetracin de Calor

Se perforan 5 o 6 envases a diferentes alturas y se introducen las

termocuplas.

Para el calentamiento es necesario fijar previamente el tiempo de

elevacin de la temperatura Coming up time (CUT), de 6 10 min.

La temperatura se debe controlar a intervalos iguales

Alcanzada la temperatura del proceso, el calentamiento continua

hasta que las termocuplas alcancen la temperatura de calentamiento

o adquieran un valor constante.

En el enfriamiento la temperatura se controla hasta un valor

aproximado de 50C.


Forma de Graficar las curvas

Los datos de penetracin de calor se grafican en un papel

semilogartmico de tres ciclos con la escala invertida.

El tiempo en minutos se representa sobre la escala lineal y la

temperatura sobre la escala logaritmica.

La primera lnea horizontal, se numera desde la parte superior enun valor 1 F bajo la temperatura de calentamiento hasta completar

el primer ciclo.

En el segundo ciclo la numeracin disminuye de 10 en 10, mientras

en el tercero de 100 en 100.

A continuacin se dibuja la lnea que mejor se ajuste sobre los

puntos obtenidos, sin considerar el perodo inicial ni final de atraso

en el calentamiento.


12/15

12

10 20 30 40 50 60 tiempo (min)0

238

237

236

235

234233232231230229

219

209

199

189179169159149139

39

Temperatura

(F)

0

39


Tipos de curvas

1. Lnea recta: es la mas comn y se presenta en la mayora de los

casos.

2. Curva quebrada: este efecto se presenta en productos como: sopas

espesas, maz en salmuera, etc.

Existen dos teoras:

Cambio del estado del producto en la solucin envasada, la que

pasara de estado slido (transmisin de calor por conveccin) a

estado gel (transmisin por conduccin).

La presencia de pequeas cantidades de aire en el autoclave, que

impediran la condensacin de vapor sobre el envase, el vapor no

desarrollara su calor latente.


13/15

13


Determinacin de Factores fh y J

fh: pendiente de la curva de penetracin de calor y es numricamente igual al nmero de

minutos que demora la curva en atravesar un ciclo logartmico.

RT: (Retort temperature) temperatura del autoclave.

Ta: temperatura inicial terica. Se obtiene multiplicando el CUT por 0.58 y se proyecta hasta

intersectar la curva de penetracin de calor, obtenindose el cero corregido del proceso enla escala de temperatura.

JI : RT-Ta diferencia temperatura del proceso y la temperatura inicial terica.

IT : temperatura al minuto cero, en el punto fro.

I : RT-IT diferencia temperatura del proceso y la temperatura inicial.

J : JI/I relacin que establece la desuniformidad del calentamiento en la fase inicial.

Z : pendiente de la curva T.D.T. (Clostridium botulinium = 18).

g : RT- temperatura del producto final del proceso

Fo: tiempo en minutos requeridos para destruir una determinada cantidad de grmenes o

esporas a 250F (121.1C)

10 20 30 40 50 60 tiempo (min)0

238

237

236

235

234233232231230229

219

209

199

189179169159149139

39

T

emperatura

(F)

0

39

Lnea recta

fh = 25

6 (Cut) x 0.58 = 3,5 min3,5

TaTa


14/15

14

10 20 30 40 50 60 tiempo (min)0

238

237

236

235

234233232231230229

219

209

199

189179169159149139

39

Temperatura

(F)

0

39

Curva quebrada

fh = 20

f2 = 55

gbh


Determinacin de la curva mas lenta

Se debe hacer un anlisis estadstico de cada curva (4 a 6), determinando la pendiente de cadacurva en un sistema lineal.

Y = m * X + b

Donde: X corresponde al tiempo (minutos)

Y = log (To T), To temperatura de proceso (RT) y T temperatura en cada instante.

Ejemplo:

To= 239F

Tiempo (min)(Variable X)

TemperaturaF

log (RTT)(Variable Y)

TemperaturaCorregida F

0 166.9

18 177.3

36 188.8

54 200.0

72 209.4

90 216.1

108 221.2

126 224.6

144 227.5


15/15

15



Tiempo (min)(Variable X

TemperaturaF



0 166.9 1.8579 *

18 177.3 1.7903

36 188.8 1.7007

54 200.0 1.5911

72 209.4 1.4713 *

90 216.1 1.3598

108 221.2 1.2504

126 224.6 1.1584

144 227.5 1.0607 *

m = - 0.0058 b = 1.8856

log (RT-T) = m *t + b

log (239-T) = -0.0058 * 0 + 1.8856

T = 239 - antilog 1.8856 T = 162.2F



Si m = - 0.0058

fh = 1/ [m]

Tiempo (min)(Variable X

TemperaturaF



0 166.9 1.8579 162.2

18 177.3 1.7903

36 188.8 1.7007

54 200.0 1.5911

72 209.4 1.4713 209.6

90 216.1 1.3598

108 221.2 1.2504126 224.6 1.1584

144 227.5 1.0607 227.8

fh = 172.41

Se determina la mas lenta

1._octubre__trat.termico,_z_y_fo

Documents

Transcript of 1._octubre__trat.termico,_z_y_fo