Universidad Nacional de Catamarca Cátedra Tecnología Alimentos Facultad de Cs. Exactas y Naturales Departamento de Química

CINÉTICA DE LA MUERTE DE MICROORGANISMOS El orden de la termodestrucción microbiana es logarítmica, lo que permite desarrollar combinaciones de tiempo y temperatura que aseguren un efecto destructivo. La figura muestra la destrucción térmica de microorganismos en función del tiempo para una determinada temperatura.

Si se grafica el logaritmo de supervivientes en función del tiempo se obtiene una recta:

A partir de este gráfico se puede determinar el tiempo de reducción decimal (D) que es el número de minutos precisos para destruir el 90% de una población, es decir el tiempo necesario para reducir el número de microorganismos vivos a la décima parte del número inicial: 10 microorganismos vivos � 1 microorganismos vivos La muerte de los microbios por calor, u otro agente letal, se expresan mediante la ecuación cinética de primer orden N = No.e

-kt donde N es el número de células (UFC/g), No el número inicial de células, t el tiempo, k constante de muerte térmica (característica de cada microorganismo y es función de la temperatura), se tiene:

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Sonde se observa que 2,3 log (N/No) = - k DT; y como hay una reducción de los microorganismos a la décima parte, la relación N/No = 0,1 por lo tanto el log 0,1 = -1; entonces DT = 2,3 / k. El tiempo de reducción decimal es la constante cinética usada con más frecuencia en la industria de conservas vegetales e igual a D = 2,3 / k estando D y k definidos para una temperatura dada. Las unidades del D son minutos. El tiempo de termodestrucción (D) varía para cada temperatura (de ahí el subíndice t) de forma que a mayores temperaturas el valor de D es menor, es diferente para distintos microorganismos, distintos entornos y diferentes condiciones fisiológicas. Se puede calcular el tiempo de de tratamiento térmico, mediante la siguiente ecuación: t = - DT . log ( N ) N0 Si aumentamos la temperatura de tratamiento, el valor de D disminuye. Si graficamos la reducción en la población microbiana de un microogranismo a diferentes temperaturas, obtendremos líneas rectas de pendientes diferentes, tal como se ilustra en la figura a continuación. Observe que a mayor temperatura, la pendiente de la línea es más inclinada (se acerca más a ser una linea vertical), indicando que el proceso es más rápido. Por lo tanto, a mayor temperatura, menores serán los tiempos de reducción termal (valores D).

Si aumentamos la temperatura de tratamiento, el valor de D disminuye de forma logarítmica tal y como se indica en la siguiente gráfica:

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La interrelación entre D y T está dada por el valor z, conocido como constante de resistencia térmica . De manera análoga a como el valor D indicaba el tiempo necesario para lograr que el número de supervivientes se redujera al 10% de la población inicial, el valor z indica el incremento en la temperatura necesario para que el valor D se reduzca a la décima parte del inicial. La fórmula incluida en la gráfica permite calcular el valor z cuando conocemos el incremento de temperatura (T2 - T1) y los respectivos valores D. El valor z indica el incremento en la temperatura necesaria para que D se reduzca a la décima parte de la inicial. Z = T2 – T1 = T2 – T1 . log D T1 – log D T2 log D T1/DT2 Los valores D y Z varían para cada microorganismo y para cada condición. Las esporas, por ejemplo, tienen valores D mucho más altos que las células vegetativas de los mismos microorganismos. Los microorganismos presentes en los alimentos, por otra parte, suelen tener valores D más altos que cuando se cultivan en condiciones de laboratorio. Para poder determinar las condiciones en las que hacer un tratamiento térmico para destruir microorganismos es necesario dominar los conceptos de los valores D y Z Otro valor que tiene gran importancia aplicada en el estudio de la microbiología de la termodestrucción es el parámetro F , tiempo de muerte térmica , que corresponde al tiempo que se requiere (medido en minutos de tratamiento) para reducir la población microbiana presente en un alimento hasta un nivel deseado. Cada microorganismo existente en el alimento tiene su propio valor de F. Cuando consideramos que el calentamiento es un proceso instantáneo, se puede calcular usando la siguiente fórmula: Ft = Dt (log N 0 - log N t ) Cuando el valor F se refiere a la temperatura de 121 ºC se designa como F0. F0 = D121.1 (log N 0 - log N t ) Donde F0 es el tiempo en minutos requerido para lograr el grado de reducción de la población microbiana hasta un nivel deseado, N0 es el número inicial de microorganismos y Nt es el número final de microorganismos que se pretende llegar. Cuando se esteriliza un alimento de pH > 4.5 se supone que podría estar contaminado por Clostridium botulinum. Por su peligrosidad, se suelen aplicar entonces 12 reducciones

Universidad Nacional de Catamarca Cátedra Tecnología Alimentos Facultad de Cs. Exactas y Naturales Departamento de Química decimales (12D). Esto significa que si existiese una espora viable por envase, después del tratamiento térmico habría una espora viable por cada billón de envases (1012).

Ejemplo: para las cepas más termorresistentes de Cl. botulinum D121 = 0,21 min, entonces, una reducción 12D sería: F0 = 0.21 x 12 = 2.52 min

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TRABAJO PRÁCTICO CINÉTICA DE TERMODESTRUCCIÓN DE MICROORGANISMOS

1- ¿Qué tipo de gráfica representa generalmente la cinética de muerte de una población microbiana? ¿Qué tipo de ecuación representa este comportamiento? ¿Qué conclusiones puede obtener de la gráfica? 2- Defina tiempo de reducción decimal.¿Qué parámetro representa la variación de D con la temperatura? 3- Determinar el valor del tiempo decimal de termodestrucción a 116 ºC (D116) de un microorganismo a partir de los siguientes datos de supervivencia al tratamiento:

4- El valor D120 para un microorganismo es de 3.0 minutos. Si tenemos una contaminación inicial de 8 x 1012 células por gramo. ¿Qué valor de contaminación tendrá la muestra después de un tratamiento térmico a 120ºC de 18 minutos? 5- Una empresa láctea ha recibido una partida de leche y los ensayos microbiológicos realizados revelaron una carga inicial de bacterias totales de 105 UFC/ml. Se desea determinar si un tratamiento de esterilización de la leche fluída, podría disminuir los microorganismos detectados sin alterar la calidad nutricional, fisicoquímica y organoléptica de la misma. Sabiendo que luego de 540 segundos a 100°C se reduc e la carga microbiana a 10-2 UFC/ml, determine el valor de tiempo de reducción decimal (D) a esa temperatura. 6- Cierto alimento presenta una contaminación de 1012 ufc/g de Clostridium botulinum, con D121 = 0,21 min. y Z = 10 ºC ¿Durante cuánto tiempo deberá prolongarse su tratamiento térmico a 121 ºC para que la contaminación se reduzca a 1 ufc/g? ¿A qué temperatura bastaría un tratamiento térmico de 1,00 min? 7- Un alimento enlatado tiene microorganismos que tienen D121.1 = 1,5 min y Z = 23,4ºC. Calcular el tiempo de tratamiento térmico a 126,7ºC para reducir la centésima parte de la carga de microorganismos. 8- Se pretende elaborar una conserva de pH = 6 en envases de 100 g. Los análisis microbiológicos revelan que hay 1 espora viable de B. Stearothermophilus/100 g y 100 esporas de Clostridium Sporogenes / 100 g. Los valores D121 son respectivamente, 4 min y 1,5 min y la esterilidad que se pretende es de 10-4. Calcular F0 de la conserva. 9- Los tiempos de reducción decimal D, para un microorganismo a varias temperaturas se

muestran en la siguiente tabla: Realice la grafica log D en función de la temperatura. Determine la constancia de resistencia térmica (Z), para el microorganismo

10- Para un microorganismo D70 es de 2 min ¿Cuánto tiempo hay que tener el alimento para pasar de 106 a 102 ufc/g en el alimento?

Temperatura ºC D (min) 104 27,5 107 14,5 110 7,5 113 4 116 2