Tarea1 Lopez Matias

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TAREA 1 PROCESOS DE ALIMENTOS I 2015-2 DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y AMBIENTAL UTFSM, CASA CENTRAL, VALPARAISO Alumno: Matías López. Profesor: Sergio Almonacid. Fecha: 26/10/2015

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Tarea Alimentos USM.

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TAREA  1        

PROCESOS DE ALIMENTOS I 2015-2 DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y AMBIENTAL

UTFSM, CASA CENTRAL, VALPARAISO            

                             

Alumno:  Matías  López.  Profesor:  Sergio  Almonacid.  Fecha:  26/10/2015    

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1.  The  following  data  were  obtained  from  a  thermal  resistance  experiment  conducted  on  a  spore  suspension  at  112°C:    

 Time[min]   Number  of  survivors  

0   1E+6  4   1,1E+5  8   1,2E+4  12   1,2E+3  

 Determine  the  D  value  of  the  microorganism.  [4.1  min]    

La  pendiente  de  la  gráfica  LOG(N)  en  el  tiempo  es  igual  a:    

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = −1𝐷  

Entonces  se  gráfica  la  siguiente  tabla:    

Time[min]   LOGN  0   6  4   5,041392685  8   4,079181246  12   3,079181246  

 

   La  pendiente  es  de:    

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = −0,2431    

y  =  -­‐0,2431x  +  6,0086  

0  

1  

2  

3  

4  

5  

6  

7  

0   2   4   6   8   10   12   14  

LOG(N)  

Tiempo[min]  

LOG(N)  v/s  tiempo  

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𝐷 = −1

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = −1

−0,2431 = 4,11[𝑚𝑖𝑛]  

 2.  The  following  data  were  obtained  from  a  thermal  resistance  experiment  conducted  on  a  spore  suspension  at  112°C:    

 Time[min]   Number  of  survivors  

0   1E+6  15   2,9E+5  30   8,4E+4  45   2,4E+4  60   6,9E+3  

 

Determine  the  D  value  of  the  microorganism.  [27.8  min]    

Se  sigue  el  mismo  procedimiento  que  el  ejercicio  anterior.    

Time[min]   LOGN  0   6  15   5,46  30   4,92  45   4,38  60   3,83  

     

 La  pendiente  es  de:    

y  =  -­‐0,036x  +  6,0031  

0  

1  

2  

3  

4  

5  

6  

7  

0   10   20   30   40   50   60   70  

LOG(N)  

Tiempo[min]  

LOG(N)  v/s  tiempo  

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𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = −0,036  

𝐷 = −1

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = −1

−0,036 = 27,77[𝑚𝑖𝑛]  

 3.   Calculate   the   D   value   of   an   organism   which   shows   30   survivors   from   an   initial  

inoculum  of  5·106  spores  after  10  min  at  121°C.  [1.9  min]    

Según  el  problema  se  tiene  que:    

Time[min]   Nº  Survivor  

LOGN  

0   5000000   6,69  10   30   1,47  

 Se  determina  la  pendiente  de  la  recta.    

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 =𝑌2− 𝑌1𝑋2− 𝑋1 =

6,69− 1,4710− 0 = −0,52  

 

𝐷 = −1

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = −1

−0,52 = 1,91[𝑚𝑖𝑛]  

 4.   The  decimal   reduction   times  D   for   a   spore   suspension  were  measured   at   several  temperatures,  as  follows:    

T[ºC]   D[min]  104   27,5  107   14,5  110   7,5  113   4  116   2,2  

 Determine  the  thermal  resistance  constant  z  for  the  spores.  [11.1°C]    

Se  grafican  los  linealizan  los  datos,  es  decir,  aplicar  logaritmo  en  base  diez.      

T[ºC]   LOG(D)  104   1,43  107   1,16  110   0,87  113   0,60  116   0,34  

 

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   Se  tiene  que:    

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = −1𝑧  

𝑧 = −1

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 −1

−0,0918 = 10,9[º𝐶]  

 5.   If   the   z   value   of   a  microorganism   is   16.5°C   and  D121  =   0.35  min,  what   is  D110?  [1.62  min]    

Igual  que  en  el  ejercicio  anterior,  se  calcula  a  través  de  la  ecuación  de  la  recta  (con  los  datos  linealizados).    

T[ºC]   D   LOG(D)  121   0,35   -­‐0,455  110   -­‐   -­‐  

 Se  tiene  que,    

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 =𝐿𝑂𝐺(𝐷2)− 𝐿𝑂𝐺(𝐷1)

𝑇2− 𝑇1  

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = −1𝑧  

−1𝑧 =

𝐿𝑂𝐺(𝐷2)− 𝐿𝑂𝐺(𝐷1)𝑇2− 𝑇1  

−1𝑧 ∗ (𝑇2− 𝑇1) = 𝐿𝑂𝐺(

𝐷2𝐷1)  

𝐷2 = 𝐷1 ∗ 10!!!∗(!!!!!)  

y  =  -­‐0,0918x  +  10,979  

0  0,2  0,4  0,6  0,8  1  

1,2  1,4  1,6  

102   104   106   108   110   112   114   116   118  

LOG(D)  

Temperatura  [ºC]  

Log(D)  v/s  Temperatura  

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𝐷2 = 0,35 ∗ 10!!

!",!∗(!!"!!"!)  𝐷2 = 1,62[𝑚𝑖𝑛]  

 

6.  Estimate  the  spoilage  probability  of  a  50  min  process  at  113°C  when  D113  =  4  min  

and  the  initial  microbial  population  is  104  per  container.  [3.16·10-­‐8]    

Se  tiene  que,  

𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = −1𝐷 =

𝐿𝑜𝑔(𝑁/𝑁𝑜)𝑡 − 𝑡𝑜  

−1𝐷 ∗ (𝑡 − 𝑡𝑜) = 𝐿𝑜𝑔(𝑁/𝑁𝑜)  

𝑁 = 𝑁𝑜 ∗ 10!!!∗(!!!")  

𝑁 = 10! ∗ 10!!!∗(!") = 3,16 ∗ 10!!  

   7.  An  F0  value  of  7  min  provides  an  acceptable  economic  spoilage  for  a  given  product.  Determine  the  process  time  at  115°C.  [27.9  min]    

Se  pueden  relacionar  el  F  y  F  de  referencia  de  la  siguiente  forma:    

𝐹𝐹!"#

=𝐷𝐷!"#

 

 𝐷𝐷!"#

= 10!!"#!!

!  

Se  puede  reescribir  como:    

𝐹𝐹!"#

= 10!!"#!!

!  

𝐹 = 𝐹!"# ∗ 10!!"#!!

! = 7 ∗ 10!"!!!!"

!"  𝐹 = 27,86[𝑚𝑖𝑛]  

 

8.   The   F   value   at   121.1°C   for   a   99.999%   inactivation   of   a   strain   of   Clostridium  Botulinum  is  1.2  min.  What  is  the  D  value  of  this  organism  at  121.1°C?  [0.24  min].  

El  número  de  reducciones,  

𝑥 = 𝐿𝑜𝑔𝑁𝑜𝑁𝑓  

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y  

𝑥 ∗ 𝐷 = 𝐹  

según  el  enunciado  el  número  final  de  sobrevivientes  es  igual  a:  

 

𝑁𝑓 =0,001100 ∗ 𝑁𝑜  

reemplaza:  

𝑥 = 𝐿𝑜𝑔𝑁𝑜

0,001100 ∗ 𝑁𝑜

= 5  

 

5 ∗ 𝐷 = 1,2  

𝐷 = 0,24[𝑚𝑖𝑛]    9.   Considering   that   12   is   the   minimum   sterilizing   value   for   the   inactivation   of  Clostridium   Botulinum   spores,   calculate   F0   based   on   inactivation   of   Clostridium  Botulinum.  [2.88  min]    

Se   debe   trabajar   con   el   D   calculado   en   el   ejercicio   anterior   para   obtener   una  esterilización  adecuada  (mínimo  requerido):    

𝐹! = 12 ∗ 𝐷    

𝐹! = 12 ∗ 0,24 = 2,88  [𝑚𝑖𝑛]        10.   A   process   is   based   on   an   F0   =   2.88   min.   If   a   can   contained   10   spores   of   an  organism   having   D0   =   1.5  min,   calculate   the   probability   of   spoilage   from   the   latter  organism.  [12%]    

 

𝑥 = 𝐿𝑜𝑔𝑁𝑜𝑁𝑓  

𝑥 ∗ 𝐷 = 𝐹  

 

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𝐿𝑜𝑔𝑁𝑜𝑁𝑓 =

𝐹𝐷  

𝑁𝑜𝑁𝑓 = 10

!!  

𝑁𝑓 =𝑁𝑜

10!!=

10

10!,!!!,!

= 0,12  

 11.  A  canned  food  prior  to  processing  contains  1000  spores  per  can.  The  spores  have  a  D  value  of  1.5  min  at  121.1°C.   If   the  process   is   carried  out   to  an  equivalent  process  time  of  10  min  at  121.1°C,  what  would  be  the  probability  of  spoilage?  [2/10000]    

Del  ejercicio  anterior  se  sabe  que:    

𝑁𝑓 =𝑁𝑜

10!!=1000

10!"!,!

= 0,0002 =2

10000  

 12.  If  the  most  probable  spore  load  in  a  product  is  100  spores  per  can  and  the  D0  =  1.5  min,   calculate   the   time   of   heating   at   121.1°C   necessary   to   achieve   a   probability   of  

spoilage   from   this   organism   of   one   in   105   cans.   Under   these   conditions,   the   D0   of  Clostridium  Botulinum  Type  B  is  0.2  min.  Is  the  calculated  process  time  F0  equivalent  to  or  more  than  what  is  required  for  a  12D  reduction  of  Clostridium  Botulinum?    

[F0  =  10.5  min]    

𝑥 = 𝐿𝑜𝑔𝑁𝑜𝑁𝑓 = 𝐿𝑜𝑔

110!100 = 7  

𝐹 = 7 ∗ 1,5 = 10,5  [𝑚𝑖𝑛]  

El  valor  calculado  de  F  es  mucho  mayor  que  el  F0  (2,54[min]).  

13.   What   level   of   inoculation   of   PA   3679   (D0   =   1.2   min)   is   required   such   that   a  probability  of  spoilage  of  one  in  100  is  attributed  to  PA  3679  would  be  equivalent  to  12  D   inactivation  of   Clostridium  Botulinum?  Assume   the   same   temperature  process  and   the   same   z   values   for   both   organisms.   The   D0   value   of   Cl.   Botulinum   is   0.22  min.  [N0=1.6]    

Se  sabe  que:  

𝐹 = 12 ∗ 𝐷 = 12 ∗ 0,22 = 2,64[𝑚𝑖𝑛]  

y  Do  es  igual  a  1,2  [min].  

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𝐿𝑜𝑔𝑁𝑜𝑁𝑓 =

𝐹𝐷  

 

𝑁𝑜 = 𝑁𝑓 ∗ 10!! = 0,01 ∗ 10

!,!"!,! = 1,6  

 14.  For  an  initial   inoculum  of  10  spores/g  of  product  (D121°C  =  1.2  min),  a  spoilage  

rate  of  one  can  in  105  is  desired.  Calculate  an  F  value  for  the  process  that  would  give  the  desired   level  of   inactivation.  Calculate  F138°C   for  a  z  value  of  10°C.  [F0=7.2  min  F138,10=0.14  min]    

𝐿𝑜𝑔𝑁𝑜𝑁𝑓 =

𝐹𝐷  

𝐹! = 𝐷 ∗ 𝐿𝑜𝑔𝑁𝑜𝑁𝑓 = 1,2 ∗ 𝐿𝑜𝑔

10110!

= 7,2[𝑚𝑖𝑛]  

 𝐹𝐹!"#

= 10!!"#!!

!  

𝐹 = 𝐹!"# ∗ 10!!"#!!

! = 7,2 ∗ 10!"!!!"#

!"    15.  For  an  initial  inoculum  of  100  spores/can  of  product  (D121°C  =  1.5  min,  z  =  8°C),  a  

spoilage  rate  of  one  can  in  104  is  desired.  Calculate  F115°C  value  for  the  process  that  would  give  the  desired  level  of  inactivation.  [50.6  min]    

 𝐷(115)𝐷(121) = 10

!!"#!!!  

𝐷(115) = 𝐷(121) ∗ 10!!"#!!

! = 1,5 ∗ 10!"!!!!"

!  𝐷(115) = 8,4[𝑚𝑖𝑛]  

 

𝐿𝑜𝑔𝑁𝑜𝑁𝑓 =

𝐹𝐷  

 

𝐹 = 8,4 ∗ 𝐿𝑜𝑔100110!

= 50,64[𝑚𝑖𝑛]  

16.   Realice   el   mismo   cálculo   hecho   en   problema   15,   pero   utilice   k   y   Ea.   Son   los  resultados  iguales.  Explique.    

Por  Arrhenius:    

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𝐸𝑎 =𝑇! ∗ (𝑇! − 𝑧) ∗ 2.303 ∗ 𝑅

𝑧 =394 ∗ (121− 8) ∗ 2.303 ∗ 𝑅

281 = 364,85 ∗ 𝑅    

𝑘 = 𝑘𝑟 ∗ 𝑒!!"! ∗ !!!

!!"  

     

𝐷 =𝐿𝑛(10)𝑘