UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE

MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES

CUAUTITLÁN

Ingeniería en alimentos

PROYECTO PROCESOS TÉRMICOS

Altas temperaturas

“Esterilización de la leche evaporada”

Profesora: María Guadalupe López Franco

Alumno:

Melo Cruz Stephanie

Fecha de entrega: 2016

INDICE

Pág.

PROCESO TECNOLOGICO

1. Introducción…………………………………………………………………………………………………………………………………..…… 2

2. Leche evaporada, descripción, composición química y propiedades termo físicas………………………..…… 3-4

3. Proceso de elaboración de la leche evaporada…………………………………………………………………………………… 4

4. Diagrama de bloques………………………………………………………………………………………………………………………….. 5

5. Descripción de las operaciones del diagrama de bloques…………………………………………………………………... 6-7

6. Variables a considerar……………………………………………………………………………………………………………..…….….. 7

7. Evaporización………………………………………………………………………………………………………………………..……….…. 8

ESTERILIZACIÓN

8. Esterilización, definición……………………………………………………………………………………………………..………..…… 8

9. Operaciones preliminares a la esterilización…………………………………………………………………………………..….. 9

10. Sistema de envasado de los alimentos……………………………………………………………………………...…………..….. 9-10

11. Métodos de esterilización de envases…………………………………………………………………………………………..…... 10

12. Factores que determinan el tiempo necesario para que el centro de alimento contenido en el recipiente alcance la temperatura de esterilización…………………………………………………………………. 10-11

13. Métodos de esterilización………………………………………………………………………………………………..……….…….. 11-12

14. Principios teóricos de la esterilización………………………………………………………………………………..……….….. 12-13

15. Importancia de la determinación de parámetros en la esterilización………….……………………………………. 14-15

16. Indicadores de comprobación de la esterilidad………………………………………………………………………………… 16

17. Cinética de muerte de muerte de los microorganismos…………………………………………………………………… 17

18. Tiempo de reducción decimal…………………………………………………………………………………………………………... 17

19. Tiempo de muerte térmica………………………………………………………………………………………………..……….…... 18-19

20. Curva de calentamiento……………………………………………………………………………………………………………….….. 20

21. Criterios de selección de equipos de esterilización…………………………………………………………………….….... 20-24

22. Punto frio de la lata…………………………………………………………………………………………………………………………. 25

23. Determinación del punto frio…………………………………………………………………………………..………………….….. 25

24. Estrategia de acomodo de termopares…………………………………………………………………………………….....…. 26

25. Curvas de penetración de calor………………………………………………………………………………………………....…… 26

26. Métodos numéricos aplicados a la esterilización………………………………………………………………..………..…… 27-30

27. Bibliografía………………………………………………………………………………………………………………………………..….….. 30

INTRODUCCIÓN

Los métodos de conservación de alimentos basados en tratamientos térmicos (escaldado, pasteurización

o esterilización) conllevan a una disminución de la calidad nutricional y organoléptica del alimento.

Este aspecto, es un reto para la industria ya que el consumidor demanda alimentos cada vez más frescos

y naturales, menos procesados pero de rápida preparación y que, además de tener una vida útil

prolongada mantengan sus cualidades nutricionales y sensoriales, ha llevado a los investigadores y a las

empresas de alimentos a perfeccionar los tratamientos térmicos y a desarrollar otros alternativos.

La esterilización es uno de los tratamientos más agresivos ya que sus elevadas temperaturas, de más de

100 ºC mantenidas en algunos casos hasta 20 minutos, afectan al valor nutricional y organoléptico del

alimento. Su finalidad es inactivar toda forma de vida en el producto. Actualmente este tipo de

tratamiento apenas se utiliza y ha sido reemplazado por el UHT. En este proceso se alcanzan

temperaturas elevadas de hasta 150ºC, aunque durante espacios muy cortos de tiempo, menos de 5

segundos, seguido de un rápido enfriamiento. Además de alargar la vida útil del producto y garantizar

su seguridad al consumo, este tratamiento afecta menos a la calidad sensorial y nutricional.

El método de procesado térmico llamado pasteurización (en honor a Louis Pasteur) es un tratamiento

calórico relativamente ligero, con temperaturas menores de 100ºC, que contribuye a conservar el

alimento sobre el que se aplica, siempre que se mantenga posteriormente refrigerado como por ejemplo

la leche, o se complemente con otro método de conservación. Cuanto mayor sea la temperatura, menor

será el tiempo de aplicación y viceversa. Este tratamiento térmico está destinado a destruir los

microorganismos patógenos destruyendo una gran población (99%) de células bacterianas. Produce

pocos cambios nutricionales y sensoriales. El escaldado es uno de los tratamientos por calor más

suaves. Se aplica a frutas y verduras para, además de fijar su color, inactivar sus enzimas alterantes y

destruir algunos microorganismos a modo de paso previo de otros procesos de conservación como la

congelación.

LECHE EVAPORADA

Se entiende por leches evaporadas a los productos obtenidos mediante eliminación parcial del agua de

la leche por el calor o por cualquier otro procedimiento que permita obtener un producto con la misma

composición y características. El contenido de grasa y/o proteínas podrá ajustarse únicamente para

cumplir con los requisitos de composición estipulados en las Normas, mediante adición y/o extracción

de los constituyentes de la leche, de manera que no se modifique la proporción entre la caseína y la

proteína del suero de la leche sometida a tal procedimiento. En resumen es una leche homogenizada,

concentrada y esterilizada.

La concentración y la desecación son procedimientos que permiten una conservación prolongada de

todos los componentes de la leche en volumen reducido. Algunos de estos productos tienen

utilizaciones especiales, pero su mayor interés reside en poder guardar producciones excedentes de

leche de una estación a otra, o de un país a otro.

Se distinguen dos tipos diferentes: Leche concentrada no azucarada, y leche concentrada azucarada. La

leche concentrada ordinaria (leche evaporada), obtenida a partir de la leche completa o desnatada;

sustituye a la leche completa en el consumo doméstico y se encuentra a diferentes concentraciones,

sobre todo a 1/3 y a ½ de su volumen. Este producto es estéril. Tras la concentración y

homogenización, se envasa en botes metálicos que se esterilizan en autoclave.

La leche concentrada con azúcar (leche condensada) utilizada principalmente en la alimentación

infantil, se obtiene a partir de la leche completa. La fabricación de leche concentrada descremada con

azúcar para pastelería, es escasa. El producto no es estéril. Es un producto ligeramente amarillento y se

parece a la mayonesa. La alta concentración de azúcar en esta leche aumenta la presión osmótica hasta

el punto que la mayoría de los microorganismos son destruidos. La concentración de azúcar en la fase

acuosa no debe ser inferior a 62,5% ni superior a 64, 5%. En este último caso la solución azucarada

alcanza su punto de saturación y comienza la cristalización, formándose un sedimento.

Tabla 1 Contenido de grasa de los diferentes tipos de Leche Evaporada.

Tipo de Leche Evaporada Grasa (%) ESM Lácteo mínimo (%)

Aromatizada 15 11.5

Desnatada 7.5 17.5

Semidesnatada 1-7.5 20

Entera 1 20

Rica en grasa 7.5 11.5

COMPOSICIÓN QUÍMICA

Tabla 2 Composición química de la Leche evaporada

AGUA 74.1%

LÍPIDOS 9.1%

PROTEÍNAS 8.2%

CARBOHIDRATOS 8.6%

PROPIEDADES TERMOFÍSICAS:

Estas propiedades definen físicamente a una sustancia y varían con respecto a la temperatura estas son:

Calor específico (Cp), Densidad (ρ), Conductividad térmica (KT) y Difusividad térmica ( ).

Tabla 3 Propiedades termofísicas de la Leche Evaporada

Calor específico 3.583 KJ/kg°C

Densidad 1041.08 kg/m3

Conductividad Térmica 0.512 W/m°C

Difusividad térmica 1.312X10-7 m/s2

PROCESO DE ELABORACIÓN DE LECHE EVAPORADA

La leche evaporada se obtiene por una deshidratación parcial de la leche entera, semidescremada o

descremada, cuya conservación se asegura mediante la esterilización, un tratamiento térmico que

combina altas temperaturas con un tiempo determinado. Este tratamiento de conservación asegura la

destrucción total de los microorganismos patógenos presentes en la leche y de sus esporas (formas de

resistencia de los microorganismos), dando lugar a un producto estable y con un largo período de

conservación.

Figura 1. Proceso de elaboración de Leche evaporada

En primer lugar, la leche, que ha debido ser higienizada, pasteurizada y estandarizada en su contenido

graso, pasa al evaporador (1) de varios efectos, donde se elimina la cantidad deseada de agua. El

producto concentrado pasa a un homogeneizados (2), que divide finamente los corpúsculos de grasa,

así como cualquier precipitado producido en los tubos del evaporador. Después se procede a su

enfriamiento (3) hasta unos 14º C y se envía al depósito (4), donde se le añaden estabilizantes para que

pueda aguantar el posterior tratamiento de esterilización. Pasa después a la llenadora de latas (5) y de

ahí a un precalentador (6). Por último, las latas cerradas con el producto se esterilizan (7) a 110-120º C

durante unos quince a veinte minutos.

Diagrama de bloques.

Línea de producción de leche evaporada:

La deshidratación parcial de la leche consiste en eliminar parte del agua de constitución de la misma

para aumentar de este modo su vida útil. Debido al descenso del contenido en agua que se produce en

el alimento, se inhibe el crecimiento microbiano y la actividad enzimática. Además, disminuye el peso

y el volumen del producto nuevo aspecto al original, de modo que se reducen los gastos de transporte y

almacenamiento. Por ello, para su comercialización es necesario aplicarle a la leche concentrada un

tratamiento de conservación adicional, que es la esterilización, y puede ser la clásica o UHT. De esta

manera, se obtiene la leche evaporada.

Las etapas necesarias para la fabricación de leche evaporada son:

1. Evaporación: Después del tratamiento previo de la leche esta se bombea al evaporador, que suele

ser del tipo de capa descendente y varios efectos. La leche pasa a través de tubos calentados por

vapor y sometidos a vacío. Se produce una ebullición a temperaturas comprendidas entre 50 y 60°C.

El contenido en sólidos de la leche aumenta al eliminarse el agua y se le denomina leche

concentrada. Se efectúa una comprobación constante de la densidad. La concentración en sólidos se

considera correcta cuando la densidad a alcanzado un valor de aproximadamente 1,07. En ese

momento, un kilo de leche evaporada con 8% de grasa y 18% de sólidos no grasos habrá sido

producida a partir de 2,1 Kg. de leche cruda. El contenido graso será de 3,08% y el contenido en

sólidos no grasos, del 8,55%.

2. Homogenización: La leche concentrada se bombea desde el evaporador a un homogenizador que

trabaja a una presión de 12,5-25 MPa (125-250 bar). De esta forma se consigue la dispersión de la

grasa y se evita que los glóbulos de dicha sustancia formen grumos durante el proceso posterior de

esterilización, normalmente se recomienda una homogenización de dos etapas. La homogenización

no debe ser muy intensa, ya que puede perjudicar a la estabilidad de las proteínas, con el

consiguiente riesgo de coagulación de la leche durante la esterilización, se trata por lo tanto de

encontrar la presión de homogenización exacta que nos dará la requerida dispersión de la grasa, pero

lo suficientemente baja como para evitar el riesgo de coagulación.

3. Enfriamiento: Después de su homogenización, la leche se enfría a unos 14°C si se va a llenar

directamente o a unos 5-8°C si se va a mantener almacenada mientras se realiza una prueba de

esterilización. A esta altura del proceso se realiza una comprobación final del contenido en grasa y

en sólidos no grasos.

4. Depósito: En el depósito es donde se le añaden estabilizantes para que pueda aguantar el posterior

tratamiento de esterilización. Los estabilizantes que pueden ser añadidos a la leche evaporada son,

entre otros, el bicarbonato de sodio, citratos sódico y potásico, ortofosfatos de sodio y de potasio,

polifosfatos de sodio y potasio (bifosfatos, trifosfatos y polifosfatos), en una cantidad total que no

superará el 0,2% para leches evaporadas cuyo extracto seco total sea inferior al 28% y de 0,3% si es

superior.

5. Envasadora: Mediante maquinas llenadoras se dispone el producto en latas que se cierran antes de

proceder a la esterilización, se selecciona la temperatura de llenado con objeto de que la formación

de espuma sea la menor posible.

6. Precalentamiento: Es necesario pasar por una etapa de precalentamiento antes de la esterilización,

para aumentar gradualmente la temperatura, 93-100 °C a 25 min o 115-128°C por 1 a 6 minutos.

7. Esterilización y enfriamiento: Durante esta sección de esterilización y enfriamiento las latas con el

producto en su interior y cerradas pasan a los autoclaves, que pueden operar de forma continua o por

gas. En este último caso, las latas se apilan en jaulas especiales, que se meten en autoclave. En los

de funcionamiento continuo las latas pasan a través de la autoclave por una cinta transportadora a

una velocidad controlada de forma precisa.

En ambos tipos, las latas se mantienen en movimiento durante la esterilización. De esta forma, el

calor se distribuye de forma más rápida y uniforme a través de las latas. Cualquier precipitación

proteínica durante este tratamiento térmico se distribuye uniforme por toda la leche. Después de un

cierto periodo de calentamiento, la leche alcanza la temperatura de esterilización clásica (110-

120°C). Esta temperatura se mantiene guante 15-20 minutos, procediéndose después al enfriamiento

de la leche hasta alcanzar la temperatura de almacenamiento. El tratamiento térmico descrito es

intenso (Tiene el inconveniente de que disminuye notablemente el contenido vitamínico respecto a la

leche de origen). Ello da lugar a una ligera coloración marrón o parda debido a las reacciones

químicas que tienen lugar entre las proteínas y la lactosa (reacciones de Maillard). Vida útil de 1

año.

También se puede proceder al tratamiento térmico de la leche evaporada por el sistema UHT seguido

de envasado aséptico. Con la esterilización U.H.T. (Ultra Hight Temperature), la leche alcanza

temperaturas de 140-150ºC, durante 2 a 16 segundos, con la ventaja de que mantiene prácticamente

todo el valor nutricional respecto a la leche de origen. En ambos casos, el resultado es un producto

líquido y homogéneo, de suave aroma, color amarillento y cuyo volumen es aproximadamente la mitad

del de la leche de partida. Una vez reconstituida mediante la adicción de agua, se obtiene un producto

con las mismas características que la leche líquida con el porcentaje graso correspondiente

La leche evaporada es una leche concentrada, por lo que es un producto con una densidad nutritiva

elevada, ya que los sólidos de la leche de partida se encuentran disueltos en una cantidad menor de

agua (por tanto, a igual volumen mayor concentración de nutrientes).

A pesar de que, una vez reconstituida, debería resultar similar en cuanto a composición nutritiva a la

leche de partida, durante el proceso de obtención se pueden producir pérdidas nutritivas, según el

método de esterilización aplicado. Con la esterilización clásica se produce una pérdida de vitaminas

hidrosolubles como B1, B2 y B3, así como de algunos aminoácidos (componentes básicos de las

proteínas). Sin embargo, si se emplea la esterilización U.H.T., prácticamente no se pierden nutrientes,

ya que la leche está muy poco tiempo en contacto con las altas temperaturas. No obstante, se produce

una pérdida nutritiva como consecuencia del proceso de evaporación propiamente dicho, aunque se

puede considerar mínima. Además, en diversos países es frecuente la adicción de algunas vitaminas a

la leche evaporada, principalmente A y D.

8. Almacenamiento: Las latas de leche evaporada son etiquetadas y esterilizadas en algún autoclave

antes de ser sometidas en cajas de cartón. La leche evaporada de 0-15°C. Si la temperatura de

almacenamiento es muy alta, la leche adquiere un color ligeramente marrón, y se producen

precipitaciones proteicas si dicha temperatura de almacenamiento es demasiado baja. En el

mercado, la leche evaporada se comercializa en envases Tetrarex, similares al brick pero de

formato más alargado y estrecho, aunque en ocasiones también se presenta en latas o tubos. Una

vez abierto el envase, la leche evaporada presenta un aroma suave, un color amarillento y una

consistencia homogénea y totalmente líquida. La leche evaporada no es un producto perecedero

por lo que se mantiene en buenas condiciones durante varios meses. Cuando aún no se ha abierto el

envase resulta suficiente con guardarla en un lugar fresco y protegido de la luz. Sin embargo, una

vez abierta se puede contaminar fácilmente, por lo que se debe guardar en la heladera y consumir

en un plazo de aproximadamente 3-4 días.

Variables a considerar durante el proceso.

Las variables a considerar durante el proceso de esterilización de las latas son:

La temperatura de esterilización (110-120°C).

El tiempo a considerar es de entre 15-20 minutos.

Propiedades fisicoquímicas de la leche: Punto de ebullición, densidad, viscosidad y la tensión superficial,

pH, aw, acidez, índice de refracción, punto crioscópico, conductividad, etc.

Características reológicas. Comportamiento newtoniano o no newtoniano, velocidad de flujo, disminución

de turbulencia, textura, viscosidad aparente de acuerdo a los modelos reológicos, etc.

Propiedades térmicas.

La temperatura de operación del evaporador.

EVAPORIZACIÓN.

La evaporización es una operación unitaria de las más antiguas y ampliamente usadas en la industria

alimentaria para la conservación de jugos, productos lácteos, sopas, jarabes, entre otros; se ha usado

para prolongar la vida de anaquel del producto, reducir el volumen o peso de un producto líquido y así

facilitar el transporte, inducir la consistencia y cambio de sabor, incrementar la estabilidad de estos

productos o bien como un paso previo al procesos de secado. La evaporación es un proceso que se basa

en el calentamiento de un líquido hasta su punto de ebullición para remover el agua como vapor. Los

evaporadores utilizados en la industria láctea siempre operan al vacio, esto porque la leche es sensible

al calor y una evaporación a 100 °C da lugar a la desnaturalización de las proteínas de la leche, lo que

haría al producto no apto para consumo humano, así que para disminuir el daño ocasionado por este, se

puede realizar la evaporación al vacio y lograr así la disminución o reducción del punto de ebullición.

ESTERILIZACIÓN EN LA LECHE EVAPORADA.

La Esterilización Es un proceso más drástico, en la que se somete al producto a temperaturas de entre

115º y 127º C durante tiempos en torno a los 20 minutos. Para llevarlo acabo se utilizan autoclaves o

esterilizadores. La temperatura puede afectar el valor nutricional (se pueden perder algunas vitaminas) y

organoléptico de ciertos productos. Existen dos procesos de esterilización:

a) Introduciendo el género en autoclave (especie de olla a presión). Las temperaturas alcanzadas

son altas para garantizar la esterilización del producto.

b) UHT, esta técnica es utilizada principalmente para leche, consiste en pasar la leche a través de

finas láminas donde se produce temperaturas en torno a los 80°C por 15”, posteriormente es

enfriado a 0°C.

Definición. La esterilización es la eliminación de todo tipo de vida de un objeto o material. Esta

definición excluye cualquier técnica que solo provoque daño a los microorganismos o algún tipo de

atenuación que evite su reproducción, pero que los deje vivos.

Esterilización parcial. Este termino esta mal empleado ya que contradice el concepto de

esterilización y, por tanto, NO debe emplearse.

Esterilización comercial. Cabe señalar que no es posible tener una esterilización absoluta en los

alimentos. Es la inactivación o inhibición de microorganismos (o sus esporas), evitando que

crezcan, para eliminar las posibilidades de daño al alimento o problemas de salud en las

condiciones normales de almacenamiento.

TRANSFERENCIA DE CALOR. En los alimentos líquidos, como es el caso de la leche evaporada,

el calentamiento se lleva a cabo por convección; esa forma de transferencia de calor es la más rápida ya

que se forman corrientes convectivas dentro en las zonas más calientes.

En productos envasados en los que el calor se transmite por convección, el punto frío usualmente se

localiza sobre el eje vertical entre el centro geométrico y el fondo del envase, se considera el centro

geométrico del envase sobre el eje vertical.

Cabe señalar que lo que debe buscarse al aplicar un tratamiento térmico a un producto es su

calentamiento y enfriamiento rápidos, pues esto permite:

Evitar o reducir el oscurecimiento.

Evitar o reducir la pérdida del valor nutritivo.

Evitar el sabor a quemado o sobrecosido.

OPERACIONES PRELIMINARES A LA ESTERILIZACIÓN.

Para lograr una esterilización correcta se realizan algunas operaciones o estudios preliminares como el

estudio de penetración del calor, con los cuales se determina la cinética de calentamiento y

enfriamiento de un producto específico; dichos estudios deben diseñarse de forma que sean realmente

representativos y consideren todos los factores críticos para dar el proceso térmico adecuado, conseguir

esto requiere de cientos de experimentos, materialmente imposibles de llevar a cabo, así que

generalmente se opta por omitir variables que podrían ser determinantes. Esta simplificación excesiva

de los principios en que se basa el proceso, es una razón importante por la cual los productos

esterilizados generalmente están sobre-procesados, lo que conlleva un uso irracional de energía, altos

costos de operación y mantenimiento de la tecnología usada y la disminución de la eficiencia térmica

del sistema (Ciro-Velásquez y col., 2009; Hendrickx y col., 2000).

El diseñar un proceso térmico, requiere la selección del microorganismo a inactivar relacionado con el

producto alimenticio. Para alimentos de baja acidez (pH > 4.6), se da una atención especial a

Clostridium botulinum, microorganismo formador de esporas altamente resistentes al calor y productor

de una toxina letal para el hombre.

El diseñar eficientemente un proceso térmico, requiere del conocimiento de cinéticas de destrucción de

microorganismos, enzimas y nutrientes asociados a la calidad del alimento, además del historial de

temperatura de la zona de calentamiento más lento (ZCL) del envase, cuya ubicación ha sido

tradicionalmente medida usando termopares fijados en diversos puntos dentro del envase, lo que

favorece los errores de medición asociados a la perturbación de los patrones de flujo y el incremento

del área de transferencia de calor, además de que la ZCL no se mantiene fija [5] y su trayectoria

depende de la forma y orientación del envase, las propiedades termodinámicas del alimento y de la

dinámica de calentamiento.

SISTEMA DE ENVASADO DE LOS ALIMENTOS.

Actualmente existen dos tipos de envasados, los cuales son los más utilizados por la industria

alimentaria: el proceso aséptico y el enlatado:

En el procesamiento aséptico, el alimento líquido se esteriliza fuera de la lata, seguido de un

envasado y sellado en condiciones asépticas. Este proceso ofrece un producto de alta calidad,

pero es más costoso.

Las temperaturas pueden ser tan altas como 150 °C, alcanzándose la esterilización comercial en un

tiempo de 1 o 2 segundos.

En el caso del enlatado, el alimento es esterilizado una vez que ha sido envasado (llenado,

eliminación de aire con vapor y engargolado). El enlatado es un proceso lento e ineficiente

comparado con el proceso aséptico. Sin embargo, los problemas de costo y de la manipulación

y llenado de algunos tipos de alimentos tales como espárragos o encurtidos, y la incapacidad de

bombear otro tipo de productos alimenticios, debido a su consistencia física, son algunas

razones de que la gran mayoría de productos.

Características del envasado:

• El envasado del alimento se hace en envases metálicos, fabricados con acero cubierto con una

capa de estaño

• Dependiendo del tipo de alimento, el acero con su capa de estaño a su vez se recubre con el

barniz adecuado al tipo de alimento que se envase

• Una vez llena la lata con el producto, se procede a cerrarla herméticamente.

• Para ello se le somete a un proceso de calentamiento apropiado para el tipo de producto que se

ha envasado

• Los grados de temperatura y los tiempos de proceso, dependen del alimento y en función de las

variables de alta ó baja acidez propias del producto.

• Después del calentamiento el producto se somete a un enfriamiento. Este tratamiento térmico

garantiza la destrucción de los organismos que pudieran causar trastornos a la salud de los seres

humanos.

MÉTODO DE ESTERILIZACIÓN DE ENVASES.

1. Cargar los envases en la autoclave. Generalmente se colocan las latas canastas del autoclave,

separadas por mallas plásticas para facilitar la transferencia de calor.

2. Introducir el medio de calentamiento y eliminar el aire contenido en el equipo, de modo que se

consiga una atmósfera interna homogénea (Purga).

3. Incrementar la temperatura del alimento (Calentamiento). El tiempo que va desde la entrada del

vapor hasta que se llega a la temperatura de proceso se llama

“tiempo de subida” (retort come-up time).

4. Una vez que se logra la temperatura de proceso, ésta se sostiene por un tiempo determinado, que será

la duración efectiva del proceso (Mantenimiento).

5. Se cierra el suministro del medio de calentamiento y se introduce agua fría, reduciendo gradualmente

la temperatura del alimento (Enfriamiento). Los envases se enfrían inmediatamente después del

tratamiento térmico con agua a temperatura ambiente hasta alcanzar una temperatura aproximada de

35-40°C, con el fin de rebajar rápidamente la temperatura para evitar la sobrecocción del producto y el

crecimiento de microorganismos termófilos.

FACTORES QUE DETERMINAN EL TIEMPO NECESARIO PARA QUE EL CENTRO DE

ALIMENTO CONTENIDO EN EL RECIPIENTE ALCANCE LA TEMPERATURA DE

ESTERILIZACIÓN

Material de que está hecho el recipiente. Un recipiente de vidrio se calienta a una velocidad más

lenta que una lata de metal.

Tamaño y forma del recipiente. Cuanto de mayor tamaño es una lata, tanto más tiempo tardará en

alcanzar una determinada temperatura en el centro, ya que en la lata de mayor tamaño la distancia hasta

el centro es mayor, y su superficie en relación con su volumen, o con su peso, es menor. Por

consiguiente, las latas de mayor tamaño tardan proporcionalmente más tiempo en calentarse, aunque en

el centro no alcanzan una temperatura tan alta como en el resto del contenido.

La forma de la lata, es la que determina la longitud del radio; una lata de forma cilíndrica alargada se

calentará más rápidamente que un volumen igual del mismo alimento con tenido en una lata de forma

cilíndrica de radio mayor.

Temperatura inicial del alimento. De hecho, la temperatura del alimento que contiene la lata cuando

se introduce en la caldera (esterilizador de vapor), prácticamente no hace variar el tiempo necesario

para que el centro de la lata alcance la temperatura de la caldera, ya que un alimento cuya temperatura

inicial es baja se calienta con mayor rapidez que el mismo alimento con una temperatura inicial más

elevada.

– No obstante, el alimento cuya temperatura inicial es más elevada permanece durante

más tiempo dentro del intervalo de temperaturas letales para los microorganismos, y, por

lo tanto, su temperatura media durante el calentamiento es más elevada que la del

alimento enlatado cuya temperatura inicial es menor.

– A la hora de someter a tratamiento térmico alimentos enlatados que se calientan

lentamente, como por ejemplo el maíz con nata, la calabaza y la carne, es importante

que la temperatura inicial del alimento sea elevada.

Consistencia del contenido de la lata y tamaño y forma de las piezas. Todos estos parámetros

influyen de forma importante en la penetración del calor. Tanto el tamaño como el comportamiento de

las piezas de alimento y cuanto les ocurre durante su cocción.

Piezas que conservan su identidad, es decir, que no se cuecen aparte. Son ejemplos de este tipo de

alimentos:

– los guisantes, las ciruelas, las remolachas, los espárragos, y el maíz de grano entero.

– Si las piezas son pequeñas y se encuentran en salmuera, como ocurre en los guisantes,

su calentamiento tiene lugar como si se encontrasen en agua.

– Si los trozos son grandes, su calentamiento es más lento debido a que el calor tiene que

penetrar hasta el centro de los trozos antes de que el líquido pueda alcanzar la

temperatura de la caldera.

– Las raíces de remolacha de gran tamaño y los tallos gruesos de espárragos se calientan

de modo más lento que estas mismas hortalizas cuando las piezas son de menor tamaño.

MÉTODOS DE ESTERILIZACIÓN.

Físicos: Los métodos físicos son aquellos que no involucran el empleo de sustancias letales para los

microorganismos, sino procedimientos físicos como la radiación ionizante, el calor o la filtración de

soluciones con membranas que impiden el paso de microorganismos, incluyendo virus.

Calor húmedo (vapor) y/o calor seco.

Flama directa

Incineración

Aire caliente

Pasteurización

Ebullición

Vapor

Radiación

Químicos: Los métodos químicos de esterilización son aquellos que involucran el empleo de

sustancias letales para los microorganismos, tales como el óxido de etileno y hipocloroso, el peróxido

de hidrógeno.

› Etanol

› Alcohol isopropílico. ETC.

Hay que recordar que después de la concentración durante el proceso de elaboración de la leche

evaporada, sigue la esterilización, y esta varía dependiendo del producto, y pueden ser dos:

Esterilización en lata o esterilización por medio de ultra pasteurización.

PRINCIPIOS TEÓRICOS DE LA ESTERILIZACIÓN.

Tiempo de reducción decimal (D) El tiempo de reducción decimal (D) se define como el

tiempo de procesamiento aplicado a una población microbiana a temperatura constante,

requerido para inactivar el 90% de la población con cinética de muerte de primer orden. Para C.

botulinum D = 0,21 min a 121,1 °C.

Valor zT. El valor zT se expresa como la diferencia de temperatura requerida para un cambio

decimal en el valor D. Por lo tanto, el tiempo de reducción decimal y el factor zT se requieren

en la descripción de la cinética de inactivación térmica de esporas bacterianas, teniendo el

mismo papel que la constante de velocidad y la energía de activación Ea en la ecuación de

Arrhenius.

Letalidad de un proceso de tratamiento térmico. La letalidad L* se define como el tiempo de

calentamiento equivalente a una temperatura de referencia Tref, con respecto a un minuto de

calentamiento a una temperatura T, en donde Tref toma usualmente el valor de 121,1 ºC (250

°F) para procesos de esterilización y el valor de zT está en función de la especie de

microorganismo (Para C. botulinum zT es igual a 10 ° C). Para un proceso en el cual el

producto alimenticio está sujeto a un perfil de temperatura-tiempo, la velocidad letal se integra

sobre el tiempo de procesamiento para obtener la letalidad del proceso completo, como se

muestra en la ecuación (1):

La letalidad equivalente F permite decidir si un tratamiento térmico en particular es seguro para

garantizar esterilidad comercial. Existen tablas de valores F recomendados para una gran diversidad de

alimentos.

Fundamentos de la transferencia de calor en alimentos envasados

Conducción. La conducción de calor en alimentos enlatados, se debe al intercambio de energía

cinética de las moléculas con mayor energía, que se encuentran más cerca de las paredes del

envase, a las moléculas adyacentes de menor energía. La energía se transmite hacia al centro

geométrico del envase donde se localiza la ZCL. Alimentos como atún enlatado, patés, algunas

cremas y pastas normalmente se consideran calentados por conducción.

Por lo tanto, el tiempo requerido de procesamiento se determina a partir de la solución analítica o

numérica de la ecuación de Laplace en 2-D (coordenadas radial y axial) ó midiendo experimentalmente

la temperatura en el centro de las latas.

Convección natural. La convección natural en alimentos enlatados, se produce por los

gradientes de temperatura generados entre la superficie del envase y el líquido que contiene. Se

presenta principalmente en alimentos líquidos diluidos o con sólidos suspendidos, como: leche

condensada, puré de tomate, sopas, cremas, caldos y jugos, entre muchos otros. Las ecuaciones

de transporte de momentum y energía, deben resolverse de manera simultánea, lo que dificulta

su análisis y en consecuencia, la mayoría de los problemas que implican el fenómeno

convectivo se estudian de manera experimental y los resultados se presentan de forma empírica,

con grupos adimensionales como: Reynolds (Re), Prandtl (Pr), Nusselt (Nu), Grashof (Gr) y

Rayleigh (Ra) los cuales aparecen de manera natural en el desarrollo y adimensionalización de

las ecuaciones de transporte de momentum y de calor.

Welti-Chanes presenta una revisión de las diferentes correlaciones del tipo Nu = f (Re, Pr, Gr) con sus

aplicaciones en el tratamiento térmico de alimentos. Kannan reporta diversas correlaciones para estimar

el número de Nusselt (Nu) en función del número de Fourier (Fo), del aspecto geométrico de la lata y la

conductividad térmica del alimento.

IMPORTANCIA DE LA DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS EN LA ESTERILIZACIÓN.

Los factores o parámetros más importantes que determinan las condiciones del proceso térmico son: el

tipo de microorganismo, pH del alimento, composición del alimento, condiciones de calentamiento,

medio de calentamiento, tipo de contenedor, forma y tamaño.

Estandarización previa del contenido graso y de sólidos de la leche entera.

Se realiza un precalentamiento, el cual sirve para mejorar la estabilidad térmica, inactivar

enzimas y microorganismos.

En el precalentamiento se deben determinar las temperaturas de trabajo así como los

tiempos, generalmente son tiempos largos (20 min), a temperaturas menores de 100°C. Y

estos parámetros están definidos por la estabilidad térmica de la leche.

Durante la concentración en el evaporador. Para estandarizar la concentración, a la cual se

quiere llegar, es necesario conocer la densidad de la leche, ya que si se concentra demasiado

puede causar un bajo rendimiento y una pobre estabilidad térmica. Es importante medir la

densidad de la leche periódicamente durante la producción.

Para el proceso de esterilización en la lata, una vez evaporada la leche se procede a la

homogenización (65°C a 22 y 5 Mpa), determinar correctamente estos parámetros de trabajo

sirve para prevenir la formación de nata y la coalescencia, sin embargo, esta homogenización no

debe ser brusca, por la baja estabilidad de este producto.

Una vez homogenizada se enfría a 10°C para proceder a la estabilización, en la que se realizan

pruebas pueden ser bioquímicas para asegurase que la leche no coagule durante la esterilización

y para saber si es necesario que se le agregue algún estabilizante (fosfato disódico o trisódico).

La esterilización se realiza una vez que el producto esta en las latas, esta puede ser aplicada por

lotes, en un autoclave, las temperaturas de trabajo y los tiempos deben ser determinados y

vigilados para eliminar a los microorganismos patógenos, generalmente se trabaja con

temperaturas entre los 115°C y 121°C por 15 o 20 minutos, seguidos de un enfriamiento de

algunos minutos a 25°C-30°C.

Hay que recordar que durante la evaporización de este producto se presentan una serie de

cambios, como son la disminución del aw, el incremento de la higroscopidad, cambios en el

equilibrio de las sales de la leche, generalmente se realizan con un aumento en la actividad de

los iones calcio provocando que el fosfato de calcio no se disuelva, y también hay cambios

conformacionales en las proteínas junto con un incremento en la asociación y compactación de

éstas.

Por ese motivo generalmente durante la producción se mide la aw del producto en

ciertos periodos de tiempo, se considera la aw un importante parámetro de calidad. La

actividad de agua de la leche cuando se encuentra concentrada se puede medir porque

es igual a la humedad relativa del aire en equilibrio con concentrada. Se puede

determinar estableciendo la humedad relativa a la el producto no absorbe o libera agua.

La actividad de agua de la leche evaporada es de 0.987 mientras que la de la leche condensada

azucarada es de 0.830. En conclusión la actividad de agua no depende del contenido de grasa.

Cuidar y medir el pH durante todo el proceso de la leche evaporada es de suma importancia, ya

que el pH tiene una influencia significativa en las propiedades reológicas por la perdida de

repulsión electrostática cerca de los puntos isoeléctricos de la caseína y la suero proteína.

Cuando el contenido de sólidos en la leche es de 45%, el pH disminuye y la fuerza iónica

aumenta conforme se va eliminando el contenido de grasa. Para medir el pH: se realiza con un

pHmetro.

La acidez es un parámetro importante para que la leche resista fuertes tratamientos térmicos,

por eso la acidez de la leche debe ser baja, porque un cambio pequeño en la acidez (0.05%)

tiene un efecto muy significativo en la estabilidad térmica y en la tendencia al espesamiento por

almacenamiento prolongado.

Si estos parámetros no son determinados adecuadamente y/o constamente son vigilados, se

pueden presentar defectos en el producto, los más importantes son cambios de sabor,

coagulación, gelación o engrosamiento, separación de grasa, falta de esterilización,

endurecimiento y separación de los minerales.

El cuidar la concentración de los sólidos en producto nos ayuda a tener mejores características

organolépticas, ya que a concentraciones elevadas de sólidos totales, por encima del 40%

pequeños cambios en la concentración crean un incremento muy grande en la viscosidad del

producto, pasando así de tener comportamiento newtoniano a uno no newtoniano conforme los

sólidos totales se incrementan. Esto ocasiona cambios significativos, como una reducción en la

velocidad de flujo, disminución de turbulencia, entre otros factores.

INDICADORES DE COMPROBACIÓN DE LA ESTERILIDAD

Para evaluar si el proceso de esterilización se ha realizado correctamente disponemos de diferentes

indicadores, que nos permiten verificar la efectividad del sistema y en consecuencia confiar en su esterilidad.

Éstos son:

Tabla 4. Comparación de los tipos de indicadores en esterilización.

TIPOS DE

INDICADORES INDICADORES CARACTERÍSTICAS

Físicos

Termómetro

Se encuentran en los equipos y permiten controlar que se han

alcanzado las condiciones de presión y temperatura en el

debido tiempo.

Reloj

Manómetro

Sondas termométricas

Se colocan en el interior del equipo y registran continuamente

la temperatura en ese punto y transmiten la información a un

ordenador, que dibuja la gráfica del ciclo completo, asegurando

que se mantuvo la temperatura adecuada.

Químicos (Sustancias que se

impregnan en una tira

de papel y cambian de

color al calentarse a

100°C a la presión

adecuada)

Interno

Se coloca en el centro del paquete y permite comprobar que el

vapor ha llegado a todo el paquete y durante un tiempo

determinado.

Externo Sirve para saber que el paquete ha sido introducido en el

autoclave.

Tercero

Se utiliza en el primer ciclo de esterilización en un lugar

recóndito de la cámara. Si al acabar el ciclo el indicador se

produce con el cambio de color uniforme, significando que el

vapor o el gas llegan a los lugares más difíciles.

Biológicos

Bacillus

stearothermophilus

(autoclave)

Se introducen los envases con esporas en la cámara. Después

del ciclo se incuban a las condiciones de tiempo y temperatura

marcadas en el protocolo y si no crece nada, significa que la

esterilización los ha destruido y por lo tanto el proceso fue

correcto.

Bacillus

subtilis(cámara de

óxido de etileno)

Cinética de muerte de un microorganismo por esterilización:

Cinética de muerte de un microorganismo por esterilización por ultra-pasteurización:

Valores de D y Z para algunos microorganismos

La esterilización es un procedimiento térmico que se aplica dentro del envase o por lotes aplicando

condiciones mínimas de temperatura-tiempo a un valor de F0 de 3 minutos.

El tiempo de reducción decimal, así como el valor z para los microorganismos patógenos y/o alterantes

que pueden estar presentes en leche se presentan en la siguiente tabla:

Tabla 5. Valores de D y Z para microorganismos.

Microorganismo Temperatura de

referencia (°C) D (s) Z (°C)

Clostridium botulinum

121.1

12 10

Clostridium sporogenes 6 – 9 10

Mesófilos en leche entera 11 10.5

Termófilos en leche entera 25 10.5

Mesófilos en nata 31 10.5

Termófilos en nata 46 10.5

TIEMPO DE REDUCCIÓN DEL CLOSTRIDIUM BOTULINUM PARA LECHE EVAPORADA:

La práctica histórica ha definido ciertas “unidades” aceptadas internacionalmente como referencia para

comparar distintos tratamientos térmicos. Para la esterilización de alimentos enlatados la unidad

adoptada es:

Temperatura: 250°F

Tiempo, medido a ésta temperatura en minutos: Fo

Donde el valor de Fo, corresponde al tiempo de reducción del microorganismo patógeno que se vaya a

eliminar a las temperaturas de 250°F, para determinar este tiempo es necesario conocer el valor de la

temperatura (z) y este término es dependiente del tipo de microorganismo.

Tabla 6. Tiempos de reducción térmica de algunos microorganismos.

Suponer que: Las latas de la leche evaporada se calentaron en el esterilizador, se midió la temperatura

en el centro de una de las latas y se obtuvieron los siguientes resultados:

Para determinar si este proceso de esterilización se llevó a cabo adecuadamente se usa la siguiente

formula:

Donde:

F0 = Es el tiempo preciso para la destrucción de un microorganismo especifico. (min)

t = tiempo (min) requerido para la destrucción de los MOOS después de aplicado el proceso térmico.

T= temperatura (°C)

Z= Incremento de 10 veces la tasa de muerte térmica. (°C)

Este resultado indica que se logró destruir y evitar cualquier tipo de contaminación por Clostridium

botullinum, en la producción de leche evaporada ya que:

Valor de Fo para la leche evaporada.

Los valores de Fo para un determinado producto recomendables se deben aproximar a los TMT del

microorganismo indicador patógeno de cada alimento. Los valores prácticos dependerán además del

tamaño de la lata en la que se van a empacar y de los resultados de comercialización que señalen un

tratamiento conveniente para la conservación del alimento. En la Tabla 7 se relacionan algunos de estos

valores.

CURVA DE CALENTAMIENTO. La transmisión de calor, ya sea a un alimento dentro de un envase o al

alimento en sí mediante un intercambiador de calor, generalmente ocurre por los mecanismos de

conducción, de convección o por una combinación de estos, dependiendo del tipo de alimento. Se ha

demostrado que el punto frio se aproxima en forma exponencial a la temperatura del medio de

calentamiento (Tc). Al relacionar la diferencia de temperatura del medio de calentamiento menos la

temperatura del punto frío a un tiempo cualquiera (Tc-T) contra el tiempo y graficando en papel

similogarítmico, se obtiene una línea recta.

Maquinaria para la esterilización de leche evaporada: Para la elaboración de este tipo de

producto se deben conocer las diferentes especificaciones de los algunos equipos. El esterilizador UHT tipo

placa, es una clase de equipo, que es ampliamente utilizado en líneas de producción de leche evaporada:

ESTERILIZADOR UHT TIPO PLACA

El esterilizador UHT tipo placa, es una clase de equipo de esterilización de

alimentos, es ampliamente utilizado en líneas de producción de leche, líneas de

producción de jugo, líneas de producción de bebidas y líneas de producción de

leche de soya, para la esterilización de la leche, jugos, bebidas y leche de soya,

etc. Se trata de la bomba de material, el barril equilibrio, sistema de agua

caliente, regulador de temperatura, dispositivo de grabación y el sistema de

control eléctrico, etc.

Especificaciones del Esterilizador UHT de Tipo Placa

1. Capacidad: 0.5~20 t/h 2. Temperatura de Esterilización: 137℃

3. Modo de control: semi-automático, automático (Controlador PLC,

visualización de pantalla táctil).

4. Técnicos: 5→65℃ (homogenizar) →137℃ (3-5S) →20℃→25℃

Este esterilizador UHT tiene las siguientes características: calor de

alta eficiencia de reutilización, diseño bien compacto de buena

apariencia y control de temperatura y etc. La temperatura de descarga de este equipo de esterilización puede

ser controlada por sí misma para que esté disponible para el procedimiento de llenado en caliente y,

mientras tanto para el llenado aséptico en frío.

Esterilizador de placas. Esta pasteurizadora de placas se puede conectar con separador, homogeneizador,

evaporador flash y desgasificador etc. Es ampliamente utilizado para la esterilización de la leche fresca,

bebidas de leche, jugo, té, alcohol, etc. helados y también pre-esteriliza materiales mientras producen leche

pasteurizada (leche de larga vida).

Tipo de Control del Pasteurizador de Placas

Control totalmente automático (PLC con pantalla táctil) y control semi-automático PID están disponibles

para nuestros pasteurizador de placas.

Máquina de Esterilizacion UHT tipo Bobina. Los esterilizadores UHT tipo bobina

incluyen materiales de la bomba, el barril equilibrio, calentador, cambiador de calor de la

bobina, regulador de temperatura, dispositivo de grabación, y el sistema de control

eléctrico, y mucho más. Cuentan con una estructura compacta, el ahorro de energía y un

funcionamiento sencillo. Por lo tanto, son ampliamente utilizados para la esterilización de

la leche, bebidas, vinos y otros materiales líquidos similares. Hay dos modos de control del

equipo: la operación manual y automático.

Capacidad:1-4T/H

Temperatura de esterilización: 115-145 grados

Tiempo de espera: 4-6 Segundos

ESTERILIZADORES CILÍNDRICOS

Esterilizador cilíndrico automático (tipo pulso de pulverización

lateral)

Características

1. La temperatura al interior del esterilizador cilíndrico automático es

estable y la distribución del calor es uniforme. Para garantizar la

distribución uniforme del calor se instalan 3 boquillas en forma de ventilador en los dos lados del

esterilizador, estas boquillas de atomización, dispersan el agua caliente en forma uniforme, haciendo que el

material de cada bandeja sea calentado uniformemente y permite mantener constante la temperatura interna,

durante el proceso de esterilización. Por lo tanto, se puede tener seguridad sobre la estabilidad del valor de

los grados F y reducir al mínimo las posibilidades de quemas los materiales dentro del esterilizador.

2. Calentamiento rápido. Al interior del esterilizador hay una mínima cantidad de agua en circulación, por

lo tanto el esterilizador con atomizador cilíndrico automático, es muy eficiente para intercambiar los niveles

de calor. Lo cual permite aumentar en forma rápida la temperatura de los productos alimenticios.

Generalmente, la temperatura del agua aumentara de 20℃ hasta 121℃, en un periodo de 10-15 minutos, lo

cual ayuda a preservar el sabor y color de los productos alimenticios y además reduce el consumo de

energía.

3. El calentamiento y refrigeración indirecta ayuda a prevenir la polución secundaria. El agua en

circulación se calentara o se enfriara a través del intercambio de calor tipo placa. Al mismo tiempo que el

agua continuara siendo enfriada o refrigerada por el intercambiador de calor tipo placa, hasta el momento en

que el proceso de esterilización haya concluido, Lo cual previene efectivamente la polución secundaria.

Esterilizador cilíndrico horizontal (doble tanque).

Características

1. Distribución uniforme del calor, no ángulos ciegos. La circulación

del agua, dentro del esterilizador cilíndrico horizontal de doble tanque

fluye continuamente en todas las direcciones, arriba, abajo, derecha e

izquierda, con el fin de asegurar que cada punto del esterilizador obtenga

la misma temperatura, durante todo el proceso de esterilización, desde el

calentamiento hasta el enfriamiento. Por lo tanto, los productos envasados en diferentes posiciones, serán

calentados uniformemente, previniendo de manera efectiva los ángulos ciegos durante el proceso de

esterilización. Al asegurar la uniformidad tanto en la temperatura con en el intercambio de calor, disminuye

las posibilidades de sobre cocción o quema del producto y garantiza la precisión del valor en grados F.

2 .Alta temperatura y corto tiempo de esterilización. Este esterilizador cilíndrico horizontal cuenta con

dos tanques cilíndricos de agua caliente para realizar la esterilización. Primero, caliente el agua a la

temperatura determinada con antelación (excepto la esterilización de múltiples periodos), por lo tanto al

disminuir el tiempo de la esterilización se logra obtener una mayor eficiencia.

3. Alta temperatura para la esterilización. Diseñado de acuerdo con los últimos avances tecnológicos,

este esterilizador cilíndrico horizontal de doble tanque, utiliza el reciclaje de agua caliente para esterilizar.

Durante el proceso de esterilización, todos los datos de temperatura, presión, tiempo de esterilización, agua

y aire, etc., son controlados automáticamente. La variabilidad de temperatura es controlada dentro de un

rango de 0.5 °C (aumento o disminución).

4. Ahorro de energía. El agua que se utiliza durante la esterilización puede ser utilizada en varias

ocasiones, lo cual ahorra energía, tiempo, mano de obra y materiales, reduciendo el costo de producción.

Esterilizador cilíndrico tipo rotatorio (doble tanque).

1. Distribución uniforme del calor, no ángulos

ciegos. La circulación del agua, dentro del esterilizador

cilíndrico fluye continuamente en todas las

direcciones, arriba, abajo, derecha e izquierda, con el

fin de asegurar que cada punto del esterilizador

obtenga la misma temperatura, durante todo el proceso

de esterilización, desde el calentamiento hasta el

enfriamiento. Por lo tanto, los productos envasados en

diferentes posiciones, serán calentados uniformemente,

previniendo de manera efectiva los ángulos ciegos

durante el proceso de esterilización. Al asegurar la

uniformidad tanto en la temperatura como en el

intercambio de calor, disminuye las posibilidades de sobre cocción o quema del producto y garantiza

la precisión del valor en grados F.

2. Alta temperatura y corto tiempo de esterilización. Este esterilizador cilíndrico tipo rotatorio cuenta

con dos tanques cilíndricos de agua caliente para realizar la esterilización. Primero, caliente el agua a la

temperatura determinada con antelación (excepto la esterilización de múltiples periodos), lo cual ayuda a

disminuir el tiempo de la esterilización y mejora la eficiencia. 3. Alta temperatura para la esterilización. Diseñado de acuerdo con los últimos avances tecnológicos,

este esterilizador cilíndrico tipo rotatorio de doble tanque, utiliza el reciclaje de agua caliente para

esterilizar. Durante el proceso de esterilización, todos los datos de temperatura, presión, tiempo de

esterilización, agua y aire, etc., son controlados automáticamente. El control de temperatura se hace de

manera precisa dentro de un rango de ±0.5℃

4. Ahorro de energía. El agua que se utiliza durante la esterilización puede ser utilizada en varias

ocasiones, lo cual ahorra energía, tiempo, mano de obra y materiales, reduciendo el costo de producción.

TÚNEL DE ENFRIAMIENTO PARA ESTERILIZACIÓN POR PULVERIZACIÓN

Túnel de enfriamiento para esterilización por pulverización

El túnel de enfriamiento para esterilización por pulverización es una

especie de equipo de esterilización, que puede ser usado como

esterilizador secundario para bebidas, leche, cerveza, etc. Nuestro equipo

es de precio económico con alta calidad. También ofrecemos equipos a

medida según las necesidades especiales de los clientes.

Especificaciones de túnel de enfriamiento para

esterilización por pulverización. 1. Temperatura de esterilización: bajo 100 grados Celsius. 2. Forma de esterilización: pasteurización.

3. Áreas de esterilización: tres (esterilización, pre-enfriamiento, refrigeración) o cinco.

4. Material de envasado de bebidas: botella PET, botella de cristal, cartón.

MÉTODO EN AUTOCLAVE:

Autoclave:

Se realiza la esterilización por el vapor de agua a presión. El

modelo más usado es el de Chamberland. Esteriliza a 120º a una

atmósfera de presión (estas condiciones pueden variar) y se deja el

material durante 20 a 30 minutos.

El equipo, consta de una caldera de cobre, sostenida por una camisa

externa metálica, que en la parte inferior recibe calor por

combustión de gas o por una resistencia eléctrica, esta se cierra en

la parte superior por una tapa de bronce. Esta tapa posee tres

orificios, uno para el manómetro, otro para el escape de vapor en forma de robinete y el tercero, para una

válvula de seguridad que funciona por contrapeso o a resorte.

Figura 5. Esquema de funcionamiento de una autoclave.

Funcionamiento:

1.- Fase de Purgado: Se coloca agua en la caldera, procurando que su nivel no alcance a los objetos que se

disponen sobre una rejilla de metal, se cierra asegurando la tapa, sin ajustar los bulones, a medida que la

resistencia calienta el agua de fondo, se va produciendo vapor que desplaza el aire, haciéndolo salir por la

válvula de purgado que está abierta, hasta que todo el aire se desaloje y comience la salida de vapor en

forma de chorro continuo y abundante. Esta fase termina cuando se alcanza la temperatura de esterilización.

2.- Fase de Esterilización: Una vez cerrada la válvula de purgado y alcanzada la temperatura de

esterilización previamente seleccionada se inicia el proceso de esterilización.

3.- Fase de descarga: Terminando el proceso de esterilización, deja de funcionar la resistencia calefactora

con lo que deja de producirse vapor y la presión y temperatura empiezan a bajar poco a poco.

Tyndalización: Esterilización por acción discontinua del vapor de agua, se basa en el principio de Tyndal.

Las bacterias que resisten una sesión de calefacción, hecha en determinadas condiciones, pueden ser

destruidas cuando la misma operación se repite con intervalos separados y en varias sesiones.

Se efectúa por medio del autoclave de Chamberland, dejando abierta la válvula de escape, o sea

funcionando a la presión normal. Puede también realizarse a temperaturas más bajas, 56º u 80º ocupara

evitar la descomposición de las sustancias a esterilizar, por las temperaturas elevadas.

PUNTO FRÍO. Para destruir los microorganismos en un producto con o sin envase, el calor suministrado

debe penetrar en todos los puntos del producto o recipiente. Aproximadamente en el centro geométrico del

envase o de la masa de producto, se localiza la región que casi siempre es crítica ya que es donde hay más

probabilidades de que los microorganismos presentes en el alimento sobrevivan. El correcto diseño de un

tratamiento térmico que permita alcanzar la temperatura adecuada en el punto frío asegurara que los demás

puntos del producto o recipiente alcancen dicha temperatura.

DETERMINACIÓN DEL PUNTO FRÍO. La velocidad a la cual se calienta un alimento puede medirse

con aparatos que registran el cambio de temperatura con respecto al tiempo conforme se va calentando el

producto. Las determinaciones se llevan acabo mediante la colocación de termopares en varios puntos

laterales de un intercambiador de calor o de un envase, o en varios envases (cada un con un termopar, pero

un punto diferente), o bien en la tapa en el caso de envases de vidrio; los termopares están conectados a un

registrador. De esta manera, los datos tiempo-temperatura se capturan y se obtienen gráficas como la

siguiente:

Al comparar las gráficas obtenidas de diferentes ubicaciones de los termopares en un mismo envase o

producto, aquella en la que se observe un calentamiento más lento será la que represente el punto frío.

ESTRATEGIA DE ACOMODO DE TERMOPARES.

Antes se dio a conocer lo que es el punto frio de una lata. El acomodo de los termopares está relacionado

con esto; La dinámica del punto frio de la lata, usualmente se determina de manera experimental, colocando

termopares en varios sitios cuidadosamente seleccionados del recipiente, posteriormente la lata se somete al

tratamiento térmico en autoclave y durante todo el proceso se registra la temperatura contra el tiempo, lo

que permite inferir la ubicación del punto frio que es el que va a determinar el tiempo de tratamiento para

asegurar la esterilidad comercial (Zechman y Pflug, 1989): En la literatura ya ha sido reportado que la

medición con termopares origina distorsión en los perfiles de temperatura, ya que esta técnica implica hacer

orificios en las latas para colocar los termopares y estos restringen el libre movimiento del líquido, lo que

origina una variación en las lecturas de temperaturas, ya que en el proceso real de esterilización las latas se

encuentran totalmente cerradas.

Tambien Mongkhonsi y col., (1992) sugieren que la distorsión se origina por la pérdida de calor en la

superficie del recipiente debido a la presencia de los termopares, los cuales proporcionan un área de

transferencia de calor adicional, ya que tienen el mismo efecto que una aleta de enfriamiento en un

intercambiador de calor. La inserción de termopares en la lata para ubicar la “zona de calentamiento más

lento” origina distorsión en los patrones de flujo en alimentos líquidos que presentan mecanismos

convectivos, resultando en mayores coeficientes de transferencia de calor, afectando los gradientes de

temperatura en las direcciones radial y axial de la lata que, en condiciones normales no existirían.

Zhang en un estudio experimental con termopares Eklund MR, reporta que su inserción en la lata, tiende a

aumentar la tasa de penetración de calor y, por lo tanto a subestimar los tiempos de tratamiento térmico

alrededor de un 5 %. La situación anterior causa incertidumbre sobre la ubicación del punto frío, con el

riesgo de que el alimento no sea procesado adecuadamente, lo cual es más crítico sí se manifiestan

mecanismos de convección-conducción, que van variando conforme el alimento se va calentando. Por otra

parte, se han desarrollado dispositivos inalámbricos para la detección de temperaturas dentro de la lata, pero

no necesariamente seguirían la trayectoria de la “zona de calentamiento más lento”, sino la de las corrientes

de convección.

CURVAS DE PENETRACIÓN DE

CALOR.

Las curvas de penetración de calor

demuestran las temperaturas en el punto de

medida (centro geométrico del envase) y nos

presenta las variaciones debidas a la mezcla

enérgica de productos a temperaturas

distintas. Y es precisamente esta acción de

mezcla la que consigue incrementar de forma

significativa la velocidad de penetración de

calor en algún producto.

Si el producto lleva una agitación con estas

curvas podemos observar si el producto sufre

alguna clase de efecto “práctico” sobre la

velocidad de penetración de calor

Ecuaciones y modelos matemáticos.

Métodos numéricos.

Los principios de muchas operaciones unitarias en la Ingeniería en Alimentos se encuentran en los procesos de

transporte que ocurren entre dos sistemas. En el proceso de esterilización, el calor debe ser transferido desde

una fuente hasta el interior del alimento a través de las paredes del contenedor. La transferencia externa de calor

puede ocurrir por cualquier mecanismo (conducción, convección, radiación o cambio de fase). La transferencia

interna se lleva a cabo ya sea por convección, conducción o una combinación de ambos mecanismos.

La temperatura del producto responderá de acuerdo a las leyes de transferencia de calor y se levantará

gradualmente en un esfuerzo por alcanzar la temperatura de la pared del envase, para después caer, en respuesta

al enfriamiento de ésta. Esta temperatura es una cantidad estocástica, debido a la variabilidad biológica o a

condiciones que cambian de forma impredecible (como la temperatura ambiente, a la que se encuentra el

alimento.

Uno de los métodos que puede utilizarse en el proceso de esterilización es la aplicación del método finito para

obtener modelos matemáticos que describan un proceso sometido a condiciones aleatorias. Para implementar

dicha técnica, es necesario establecer modelos que describan al proceso y la forma usual de hacerlo es aplicando

métodos numéricos de discretización.

Curva de calentamiento:

Anteriormente se describió la curva de calentamiento, a continuación se dará a conocer su uso en los modelos

matemáticos planteados para esterilización. Se ha demostrado que el punto frio se aproxima de forma

exponencial, a la temperatura del medio de calentamiento (Tc), y al relacionar la diferencia del medio de

calentamiento menos la temperatura del punto frio a un tiempo cualquiera (Tc-T) contra el tiempo.

La pendiente (m) se puede definir como:

Y a la pendiente se le caracteriza con el término fh el cual se define como el tiempo (min) necesario para que la

curva de calentamiento atraviese un ciclo logarítmico. En otras palabras, t2 – t1 = fh cuando la diferencia Tc-Ts

se ha reducido a un décimo de su valor original, esto es:

Calculo para el procesamiento térmico.

Estos métodos se pueden clasificar de dos grupos.

Método matemático: formula de Ball.

Métodos gráficos: general, mejorado, nomograma.

Método de la fórmula de Ball y nomograma:

Este método permite calcular el tiempo de proceso, aplicando datos de tiempo de destrucción térmica del

microorganismo y la penetración de calor para productos dentro del envase de cualquier material y tamaño,

siempre que los tiempos de destrucción térmica y las velocidades de penetración de calor.

Métodos numéricos

Dada la ecuación f(x) = 0, el método de las aproximaciones sucesivas reemplaza esta ecuación por una

equivalente, x=g(x), definida en la forma g(x)=f(x)+x. Para encontrar la solución, partimos de un valor

inicial x0 y calculamos una nueva aproximación x1=g(x0). Reemplazamos el nuevo valor obtenido y repetimos el

proceso. Esto da lugar a una sucesión de valores , que si converge, tendrá como límite la

solución del problema.

Método de Newton

Este método parte de una aproximación inicial x0 y obtiene una aproximación mejor, x1, dada por la fórmula:

La expresión anterior puede derivarse a partir de un desarrollo en serie de Taylor. Efectivamente, sea r un cero

de f y sea x una aproximación a r tal que r=x+h. Si f'' existe y es continua, por el teorema de Taylor tenemos:

en donde h=r-x. Si x está próximo a r (es decir h es pequeña), es razonable ignorar el término O(h2):

por lo que obtenemos la siguiente expresión para h:

El método de Newton tiene una interpretación geométrica sencilla. De hecho, el método de Newton consiste en

una linealización de la función, es decir, f se reemplaza por una recta tal que contiene al punto (x0,f(x0)) y cuya

pendiente coincide con la derivada de la función en el punto, f'(x0). La nueva aproximación a la raíz, x1, se

obtiene de la intersección de la función linear con el eje X de ordenadas.

El método de Newton es muy rápido y eficiente ya que la convergencia es de tipo cuadrático (el número de

cifras significativas se duplica en cada iteración). Sin embargo, la convergencia depende en gran medida de la

forma que adopta la función en las proximidades del punto de iteración, se muestran dos situaciones en las que

este método no es capaz de alcanzar la convergencional bien converge hacia un punto que no es un cero de la

ecuación.

BIBLIOGRAFÍA:

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Elsa Bosquez Molina, María Luisa Colina Irezabal. Procesamiento térmico de frutas y hortalizas.

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M. Marcelín Rodríguez, J.F. Vélez Ruiz. Proceso de elaboración y propiedades fisicoquímicas de las

leches condensada azucarada y evaporada. Temas selectos de ingeniería de alimentos 6-1 (2012): 13-28.

Departamento de Ingeniería química, Alimentos y ambiental, Fundación Universidad de las Américas Puebla.

México.

M.E. Pérez Ryes y M.E. Sosa Morales. Mecanismos de transferencia de calor que ocurren en tratamientos

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