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Tecnologa de los alimentos

Cintica de destruccin trmicaDra. Fabiola Olivares

Escuela Acadmico Profesional de Farmacia y BioqumicaAbril 2015

2F. Olivares

En 1809 Nicols Appert, un cocinero francs, creador de la preservacin hermtica de alimentos.

Consiguiun premio ofrecido por Napolen quien requera para su ejrcito algn mtodo que permitiera conservar los alimentos por ms tiempo.

El mtodo original consista en sellar los alimentos en frascos con tapones de corcho, alambres y sellados con cera y se calentaban durante largos tiempos.

Se le conoce con el nombre de apertizacin en honor a su creador.Nicols AppertF. Olivares3Recibi una patente del Rey George III de Inglaterra para una lata frrica estao-chapada como un recipiente de comida.

Las latas se fabricaron de hierro y se cubrieron con una capa delgada de estao. Pero incluso los artesanos mas buenos slo podran producir no ms de 60 latas por da.Peter Durand

Chevalier Appert

En 1852 un sobrino nieto de Appert, el fsico Raymond Chevalier-Appert, utiliz por primera vez el autoclave.Louis Pasteur

Fue en 1860 cuando Louis Pasteur explic cientficamente el proceso de appertizacin. 4En 1809 Nicols Appert, un repostero francs introdujo en botellas de vino alimentos cocidos, tapadas con corcho y alambre, las someta a un tratamiento trmico en bao mara a 100C. Observo que los alimentos as tratados se conservaban durante largos periodos de tiempo.

Hacia 1815 en Inglaterra se extiende el uso de envases metlicos con cierre estaado.

Hasta mediados del siglo XIX los envases metlicos se esterilizaban con agua hirviendo (100C), por lo que eran frecuentes las intoxicaciones producidas por el consumo de alimentos enlatados.

En 1860 se agrega Cl2Ca al agua de esterilizacin consiguiendo un punto de ebullicin de 105C. Se reducen los casos de intoxicacin.

En 1874 se inventa el autoclave utilizando vapor a presin para procesar alimentos.

Desde entonces la tcnica de enlatado de alimentos ha avanzado rpidamente, basada en fundamentos cientficos.Cul es la historia de el enlatado?

F. OlivaresF. Olivares5El objetivo primordial del tratamiento trmico es destruir los microorganismos capaces de causar trastornos de la salud pblica, as como aquellos grmenes posibles responsables de la alteracin de los productos envasados.

La esterilizacin por el calor se basa en reducir las probabilidades de supervivencia de las formas vegetativas de los gneros Bacillus Desulfotomaculum y Clostridium.

La principal amenaza pblica es el Clostridium botulinum, ya que la ingestin de su toxina puede ser causal de muerte.

Fundamento de la conservacin por tratamiento trmico

F. Olivares

6Es una bacteria anaerbica con forma de bastn

Gram positiva

Formadora de esporas y adems productora de una potente neurotoxina

Sus esporas son resistentes al calor y pueden sobrevivir en aquellos alimentos mnima o inadecuadamente procesadosClostridium botulinumLa enfermedad del botulismo transmitida por los alimentos (diferente al botulismo causado a travs de las heridas y al botulismo infantil) es un tipo severo de envenenamiento causado por la ingestin de alimentos conteniendo la potente neurotoxina formada durante el crecimiento del microorganismo

Botulismo7F. OlivaresF. Olivares8Temperatura y tiempo son las variables relacionadas a procedimientos de procesos adecuados para productos enlatados.

La hermeticidad del envase es una condicin indispensable.

La conservacin est asegurada por el empleo combinado de las dos tcnicas siguientes:Acondicionamiento del alimento en un recipiente impermeable a los lquidos, gases y microorganismos.Tratamiento trmico que debe conseguir destruir o inhibir totalmente las enzimas, as como los microrganismos y sus toxinas.

Fundamento de la conservacin por tratamiento trmico

8F. Olivares9Se piensa que aumentando la intensidad del tratamiento trmico, se puede conseguir mayor esterilidad del producto. Sin embargo, ello se ve limitado por:

Consideraciones econmicas (consumo energtico del proceso)

Consideraciones de calidad comercial (destruccin e nutrientes, cambios organolpticos, fenmenos de tostamiento, etc)

Consideraciones sanitarias (efecto letal sobre microorganismos presentes en el producto)

Estos factores condicionan la intensidad del tratamiento trmico a escala industrial,determinando la imposibilidad de obtener esterilidad terica, ilustrando el concepto denominado esterilidad comercial.Cules son las consideraciones a tener en cuenta en el tratamiento trmico de alimentos?

F. Olivares10 La resistencia al calor de estos microorganismos depende de varios factores:

pH (cuando mas acido sea el medio, menor ser la termo resistencia)

Concentracin de sal (altos niveles de sal disminuye la termoresistencia)

Concentracin de azcar (altos niveles de azcar disminuye la termoresistencia)

Contenido de agua (la disminucin del Aw dismuye la carga bacteriana)

Contenido de grasa y protena (actan protegiendo los microorganismos)

El tiempo y temperatura del tratamiento trmico deben ser de tal manera, que aseguren la destruccin total de las esporas mas resistentes al calor y que pudieran hallarse en el alimento.Qu factores influyen en la resistencia trmica de los microorganismos?

F. Olivares11Los m.o. al ser sometidos al calor hmedo a una temperatura letal, se inactivan o destruyen en una forma exponencial con el tiempo siguiendo el comportamiento cintico de una reaccin de primer orden.Cintica de la destruccin trmica

F. Olivares12Cintica de la destruccin trmicaPara determinar la resistencia trmica de las bacterias a la destruccin por el calor, se suspende un numero conocido de bacterias en el alimento, luego se calienta a la temperatura deseada. A intervalos regulares de tiempo se mide sus resistencia trmica.Donde: Temperatura referencial 121CN = nmero de m.o. a una temperatura dadaN0 = nmero de m.o inicialesk = constante de reaccint = tiempo

Se obtiene una lnea recta que indica que los microorganismos sometidos a calentamiento, presentan un orden logartmico de muerte: Curva de Tiempo de Destruccin Trmica (TDT).12A partir de la grafica, se puede calcular un concepto bsico en bacteriologa como es el Tiempo de Reduccin Decimal (D). Este es el tiempo a una temperatura constante, requerido para destruir un 90% de los microorganismos presentes.

Si se realizan pruebas similares a varias temperaturas, se puede trazar una curva que representa la relacin tiempo y temperatura requerida para destruir esa bacteria en particular.

Cintica de la destruccin trmica: Valor D13F. OlivaresEJEMPLODeterminar el valor del tiempo de reduccin decimal a 116C (D116) de un microorganismo a partir de los siguientes datos de supervivencia al tratamiento Duracin del tratamientoNmero de viables5340.01065.01519.0204.5251.3

Donde: N0= Nmero de clulas al inicio del tratamiento,NX= Nmero de clulas supervivientes despus de un tratamientox= minutos a una determinada temperatura t

Interpretacin grfica15F. OlivaresF. Olivares16Si representamos grficamente el logaritmo de los valores D para un microorganismo dado frente a la temperatura, obtendramos una recta semejante a la curva TDT.Cintica de la destruccin trmica: Valor ZA partir de esta curva, se puede obtener otro parmetro importante en termobacteriologia denominado valor z, que hace referencia al numero de grados de elevacin de la temperatura necesarios para que el valor D (tiempo de reduccin decimal de un microorganismo) se reduzca en 90%.

En general, se acepta un valor aproximado de z=18F o 10C en alimentos.

Mientras que el valor D refleja la resistencia de un microorganismo a una determinada temperatura; el valor z proporciona informacin acerca de la resistencia relativa del microorganismo a diferentes temperaturas.F. Olivares17EJEMPLOPara un microorganismo determinado el valor D104,4 es 113 min y D121,1 es 2,3 min. Calcular el valor z.F. Olivares18Una vez establecido el concepto de D y z, se define otro parmetro importante, como es el valor F o Valor Letal o Valor Esterilizante, para establecer una medida de letalidad de un tratamiento trmico, representando la medida de la capacidad de un tratamiento trmico para reducir el numero de esporas y clulas vegetativas de un determinado microorganismoCintica de la destruccin trmica: Valor FSe define como el tiempo en minutos requerido para lograr un grado de reduccin de una poblacin bacteriana hasta el nivel deseado.

Es el tiempo necesario para producir una reduccin de 12 ciclos logartmicos a cualquier temperatura letal.

Es el tiempo necesario para producir una esterilizacin comercial.Donde: Temperatura referencial 121CNf = nmero de m.o. a una temperatura dadaN0 = nmero de m.o inicialesEl valor F a una determinada temperatura se denomina F0, y por convenio es la unidad a 121C. Por lo tanto, si alcanzamos un F0 = 2,52 min, estaremos aplicando un tratamiento mnimo standardF. Olivares19Una vez establecido el concepto de D y z, se define otro parmetro importante, como es el valor F o Valor Letal o Valor Esterilizante, para establecer una medida de letalidad de un tratamiento trmico, representando la medida de la capacidad de un tratamiento trmico para reducir el numero de esporas y clulas vegetativas de un determinado microorganismoCintica de la destruccin trmica: Valor FSe define como el tiempo en minutos requerido para lograr un grado de reduccin de una poblacin bacteriana hasta el nivel deseado.

Es el tiempo necesario para producir una reduccin de 12 ciclos logartmicos a cualquier temperatura letal.

Es el tiempo necesario para producir una esterilizacin comercial.Donde: Temperatura referencial 121CNf = nmero de m.o. a una temperatura dadaN0 = nmero de m.o inicialesEl valor F a una determinada temperatura se denomina F0, y por convenio es la unidad a 121C. Por lo tanto, si alcanzamos un F0 = 2,52 min, estaremos aplicando un tratamiento mnimo standardF. Olivares20EjemploAl realizarse la esterilizacin de 100 litros de lquido de maceracin de maz, el nivel de contaminacin es de 103 esporas viables/ml, la contaminacin biolgica total ser de 1017 esporas.

Si la temperatura de procesamiento es de 121C y el valor D de las esporas del Bacillus contaminante a esta temperatura es de 3 min. Calcular el valor FDatos:No= 1017 esporas viables/ mlNf= 103 esporas viables/ mlT= 121CD= 3 minEl tiempo de procesamiento requerido para tener una probabilidad de fallo de 0,001 es de un total de 14 x D = 42 minutos.F. Olivares21Calculo del tratamiento trmico para un alimentoEl valor F resulta fcilmente calculable al asumir el tratamiento trmico, a temperatura constante, con calentamiento y enfriamiento instantneo del producto Situacin totalmente terica.

En los tratamientos trmicos de esterilizacin en un autoclave, en los que los periodos de calentamiento y enfriamiento son prolongados para alcanzar el punto critico, el valor F se calcula a partir de curvas de penetracin de calor, que se obtiene experimentalmente utilizando termopares, que se colocan en el interior del producto (en el punto mas fro o critico del envase), que viene a ser su centro geomtrico; y en posiciones determinadas dentro del autoclave, generando una grafica continua que refleja la evolucin de la temperatura en el producto.

F. Olivares22Fecha Producto Tamao recipiente Posicin termopar Posicin del recipiente en el autoclaveHora en que se abri el vapor Hora en que el autoclave lleg a temperatura Hora en que se cort el vapor (inicio del enfriamiento) Temperatura agua enfriamiento Espacio libre, vaco Masa neta y drenada, # piezas Concentracin jarabe o salmuera pH del producto antes y despus del proceso Cul es la informacin requerida para la medicin de penetracin de calor en un alimento?

F. Olivares23Tamao y forma del recipiente Ingredientes y pH del producto Viscosidad del producto: determina el mecanismo de transferencia de calor Conveccin Conduccin Radiacin Qu factores afectan la transferencia de calor en proceso de enlatado de alimentos?

F. Olivares24Qu factores influyen en la eficiencia de un tratamiento trmico? Tamao de la poblacin

Tiempo de exposicin

Clases de microorganismos presentes

Intensidad del tratamiento

Temperatura

F. Olivares25Efecto del tratamiento trmico sobre los nutrientesNormalmente, los valores de z para la destruccin microbiana son menores que los correspondientes para enzimas y vitaminas.

En tratamientos HTST (High Temperature Short Time; 7285C durante 15 a 20 min) y UHT (Ultra High Temperature; 135-150C durante 2 a 5 s) el cual se utiliza para alimentos sin envasar, con posterior envasado asptico

ptima destruccin microbiana con un limitado efecto sobre otros constituyentes del alimentoSin embargo, esto no es posible en el caso de la elaboracin de conservas de productos pesqueros y otros productos alimenticios semejantesA bajas temperaturas y tiempos prolongados, la vitamina se destruye antes que el patgenoA temperaturas altas y tiempos bajos, es posible destruir el patgeno sin daar la vitaminaEfecto del tratamiento trmico sobre los nutrientes

EjemploLa siguiente grfica muestra curvas de destruccin trmica para un microorganismo patgeno (Salmonella, z=7C) y para una vitamina (cido ascrbico, z=32,2C)26F. Olivares

F. Olivares27Cmo es el proceso?F. Olivares28

Cmo es el proceso?Pre alistamientoSeleccin de materia primaLimpieza y lavado.Preparacin.Pelado.Precoccin o escaldado.

F. Olivares29Limpieza de latas.

Llenado.

Evacuacin de aire.

Cerrado de latas.

Tratamiento trmico: proceso destruir m.o. hasta llegar a conseguir la esterilidad comercial. El proceso trmico se efecta por medio de calor a un tiempo y a una temperatura determinados.

F. Olivares30Enfriamiento: reducir temperatura interna del producto para evitar que se presenten modificaciones en las caractersticas del producto.

Etiquetado y embalaje.

Cuarentena: muestras aleatorias que se almacenan por un periodo de 10 das, a temperatura de 37 a 55C, para analizar las caractersticas sensoriales y fisicoqumicas del alimento y el aspecto interno y externo del envase.F. Olivares31Porqu se utiliza vapor como medio para la transferencia de calor? El uso del vapor o calor hmedo tiene las siguientes ventajas:

Medio excelente para la transferencia de calor.

Fcil de regular su temperatura.

La presin de vapor que se requiere dentro del autoclave, contrarresta la presin dentro del envase: Evita la hinchazn del envase durante el proceso trmico.

Es fcil de producir vapor y mantenerlo en reserva para su uso inmediato.

F. Olivares32Cul es el objetivo del tratamiento trmico de alimentos?Suprimir toda posibilidad de crecimiento o desarrollo de esporas de Clostridium botulinum, considerada la bacteria patgena ms resistente, capaz de crecer dentro de un envase y producir una toxina letal, si las condiciones de esterilizacin no fueran adecuadas.

La destruccin de esta bacteria se refiere tericamente a reducir la probabilidad de su crecimiento a 10-12, lo que implican 12 reducciones logartmicas (12D).

Normalmente se emplea en la industria conservera procesos basados en estudios previos, mediante los cuales se han establecido parmetros de resistencia y destruccin trmica de las bacterias; considerando que la muerte trmica se produce en un orden logartmico respecto al tiempo de exposicin a una determinada temperatura y en un medio definido.Produccin de toxina:pH del medio es mayor a 4,5Aw encima de 0,85 (alimentos de baja acidez)