DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA ELABORACIÓNDE PRODUCTOS AGROINDUSTRIALES

1

CAPITULO 5: CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS POR CALOR

ANTECEDENTES: El principio de la conservación de los alimentos mediante

acción del calor y aislamiento del medio ambiente fue ideado por el Francés NICOLAS APPERT, en 1804.

Alimentos envasados: Carnes, Huevos, Leche, Verduras, Sopas, frutas, jugos, etc. (En frascos y botellas)

Cerrado de los envases con corcho y reforzado con alambre

Calentado en agua hirviendo 2

“...///. CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS POR CALOR”

Las ventajas del nuevo método

Frente a los sistemas tradicionales de conservación de alimento: Ahumado, Curado y Secado, fueron evidentes y en seguida fueron conocidos

De allí que la conservación térmica se ha transformado en un importante PROCESO INDUSTRIAL 3

En recompensa APPERT, recibió un premio de 12,000 Francos del Ministerio del Interior después de pasar 10 años probando su descubrimiento.

La base científica de la conservación térmica fue investigada por LOUIS PASTEUR, quién en 1908, envió a la Academia de Francia un informe sobre las investigaciones y proposiciones para la conservación de vinos por medio del tratamiento térmico.

…/// CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS POR CALOR

FUNDAMENTO: Exterminio de agentes biológicos (Bacterias, virus y parásitos),

al aplicarse altas temperaturas. Convertir a los alimentos en digestibles mejorando su

biodisponibilidad Hacerlos apetitosos y aceptables (Nutritivo y Salubridad) Disminuir la actividad de factores que afecten la calidad Garantizar su estabilidad durante su almacenamiento y

expendio.

La termodestrucción de los microorganismos, se ve atribuido a la desnaturalización proteica de ciertas moléculas vitales, para su reproducción.

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Relación entre el tiempo de escaldado, actividad enzimática residual y retención de la calidad de guisante

o arveja congelada

Escaldado (98º)

Actividad enzimática residual (%)

Evaluación de la calidad

(A 1 año de almacenaje)

Lipoxigenasa

Catalasa

Peroxidasa

Color Sabor y aroma

0 (Seg.)2.5 “5.0 “10 “15 “30 “

100806261--

10036282

0.3--

100655234230.3

Decolora““

BuenoBuenoBueno

Fuerte saborSabor

S.extrañoBueno

““

5

El colágeno, ovoalbúmina y glicidinas de la soya

INCREMENTO DE LA DIGESTIBILIDAD PROTEÍCA POR TRATAMIENTO TÉRMICO

020406080

100Proteína (% )

soya cruda soyaprocesada

Digestibilidad Proteica (% )

Diferencias Nutricionales entre grano crudo y grano procesado

Pro.total Dig.protei.

6

PERDIDA DE VITAMINAS SEGÚN TRATAMIENTO TÉRMICO

0

10

20

30

40

50

Pérdida Vitaminas (% )

Vit.C Vit. B1 Vit. B2 Vit. A

En agua Sin agua Esterilizada

7

INCREMENTO DE LA DIGESTIBILIDAD DE AMÍNOACIDOS POR TRATAMIENTO TÉRMICO

0

20

40

60

80

100

soya cruda soya cocida

Digestibilidad en aa (% )

Digestibilidad en aa. en el grano de soya crudo y procesado

Lisina Triptofano Metionina Cisteina Treonina

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“Métodos más usuales de conservación de alimentos”

M ETODOS

Salazón

Curado

Ahumado

Confitado

Refrigeración

Congelación

Encurtido

Escabechado

Deshidratación

Liofilización

Pasteurización

Esterilización

Extrusión

Envasado al vacío9

DETERMINACIÓN DE LA INTENSIDAD DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

Parámetros

FACTORES

Tiempo*Tipo de alimento*Carga microbiana*Naturaleza de cada producto*Grado de contaminación *Contenido de biofactores*Composición química de los alimentos*Acidez dada por el pH*Está en función del microorganismos más resistente al calor.

Temperatura

El factor selectivo más importante que va determinar la flora microbiana en el alimento y consecuentemente la intensidad del tratamiento térmico es la acidez dada por el pH. 10

TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS ALIMENTOS

TT. Con vapor o H2O caliente

TT. Con aire caliente

TT.con aceite

caliente

TT. Con irradiación

*Escaldado*Pasteurizado (96%)(Baja: 62.8ºC/30’ Alta: 71.7ºC/15’’*Esterilizado:(115-127ºC)HTST:72-75ºC/15”-1’UHT: 135-150ºC/1-3’’

*Vaporizado *Extruído:(180-190ºC/30-40’’)

*Deshidratado*Horneado y asadoTemperaturas:-Suave: 160ºC-Moderado: 180ºC-Fuerte: 210ºC-Muy Fuerte: 250ºC

*Atomizado*Secado continuo a través de cintas

*Secado por rodillos

*Fritura:180-250ºC

Radurización(99%)~Pasteuriz.Radicidación(B. patógenas n.e)Radapertización*IrradiaciónInfrarroja:800 nm yU.V: (10-400 nm.) Microondas.(140°C se alcanzan en menos de 1 segundo)

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Tabla 2: Comparación entre la irradiación y la pasteurización

PASTEURIZACION IRRADIACION

Disminuye el contenido de Tiamina (B1) yácido ascórbico (C)

Disminuye el contenido de vitaminaA , E, C, y B1

Se conserva el producto durante 2-4 días

Se duplica o triplica la vida útil.

Procedimiento por calor Procedimiento en frío

Se aplica a productos líquidos Se aplica a productos sólidos

Leche, jugos de fruta, cerveza. Pollo, carne, pescado, cereales,especies, frutas y verduras.

Reduce los microorganismos patógenos enun 96 %

Reduce más del 99% los microorganismospatógenos

A) CONDUCCIÓN:

Transferencia de calor por contacto directo con la fuente de calor

Método relativamente lento de transferencia de calor

B) CONVECCIÓN

A través de corriente en un líquido o gas caliente, formando turbulencias o remolinos del fluido.

Este calentamiento es más rápido que el anterior método.

C) RADIACIÓN

La transferencia de calor se da desde una fuente de calor radiante hacia el alimento.

La energía se transfiere en forma de ondas electromagnéticas

Es el método más rápido de transferencia de calor.

METODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

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A) CALOR HÚMEDO:

La destrucción de los microorganismos es debido a una desnaturalización de las proteínas

La temperatura y tiempo de trabajo es < 115ºC/Tiempo variable>

B) CALOR SECO

Siendo la temperatura y tiempo de trabajo <150ºC/tiempo variable>

La destrucción de los microorganismos es debido a una oxidación

TIPOS DE CALOR

(Los efectos de cada uno de ellos son diferentes)

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BUENAS PRACTICAS DE TRABAJO

(Evacuación del aire de las autoclaves)

Posición de Retortas

CONTROLES

Horizontal(O2 presente: 80%)

CANTIDAD/ AIRE ELIMINADOSólo c/ vapor puro2/3 aire eliminado½ aire eliminadoSin eliminación de aire

ºT/ Autoclave121ºC (250ºF)115ºC (239ºF)112ºC (234ºF)100ºC (212ºF)

Vertical(O2 presente +

60%)

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VISION GLOBAL DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS SUAVES E INTENSOS

Tratamiento térmico suave Tratamiento térmico intenso

Objetivos:Destruir patógenosReducir recuentos bacterianosEl alimento no es estérilInactivar enzimasVentajasModificación mínima del flavor, textura y calidad nutricionalDesventajas:Corta vida útilSe debe usar otro método de conservación, como refrigeración y congelaciónEjemplos:Pasteurización, escaldado

Objetivos:Destruir todas las bacteriasEl alimento será comercialmente estéril.

VentajasLarga vida útilNo se necesita otro método de conservaciónDesventajas:El alimento está cocinado en excesoMayores cambios en textura, flavor y calidad.Ejemplo:Enlatado

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INTOXICACIÓN

Estado de malestar de un hombre o de un animal por el consumo de sustancias indeseables, que incluso puede causar la muerte.Toxina (Sustancia sintetizada por mos, animales y plantas)Micotoxinas (Compuestos químicos naturales: Aflotoxinas, patulina, ocratoxinas, citrinina, etc.)Exotoxina (Sustancias venenosa producida dentro de la célula y excretada al medio, ej. Botulismo, dosis mortal: ≤ 1g/toxina “A”)

OCRATOXINAS:Mohos productoresAspergillus ochraceusAspergillus viridicatumEspecies comunes en el arroz y forrages secos

a) Intoxicaciones agudas. Manifestaciones

hemorrágicas y diarreicasb) Intoxicaciones crónicas: Lesiones renales Nefropatía endémica

humana. 17

La destrucción de los microorganismos por el calor, no significa una destrucción en el sentido físico.

Sino una pérdida de viabilidad, por lo que se denomina una pérdida en la capacidad para reproducirse.

Los m.o al tratarse con calor húmedo, a ºT Letal, se inactivan o destruyen en forma exponencial con el tiempo.

Siguiendo el comportamiento cinético de una Rx. Monomolecular a una Rx. Bimolecular de 1er. Orden

Esto hace pensar que la inactivación de los mos. Implica la desnaturalización de una sola molécula y que probablemente sea: DNA o RNA.(moléculas vitales/ mos.)

La célula muere debido al paso de una molécula vital A al estado B

Cinética de inactivación de microorganismos

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A------------------- B; dN = -KN

d

La desnaturalización de éstos ácidos, importantes va permitir la inactivación del microorganismo.

Ln N – ln N0 = - K ---------- ln N = ln N0 - K Y = a – bX

Log N/N0 = -K / 2.303; K = 2.303/D --- Log N/N0 = -/D

MODELO MATEMÁTICO DE INACTIVACIÓN DE MOS

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REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA DESTRUCCIÓN TÉRMICAMICROBIANA A TEMPERATURA CONSTANTE.

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

(minutos)

De la Grafica, se deduce que “D” es el tiempo requerido para producir una reducción de la población microbiana en un décimo o un ciclo logarítmico así tenemos: N/No = 1/10

Que al introducirse en la Ecuación, se tiene:

Log N/No = -K/2.303 Log 1/10 = -KD/2.303 ; = D D = 2.303/K

K/ 2.303

D

NN° de

Microorganismos

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EFECTO DEL CALOR SOBRE LOS MICROORGANISMOS

(Velocidad de destrucción logarítmica)

Tiempo (min)

Nº de supervivient

es 123456789

100000001000001000010001001010.10.1

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tiempo (min)Nº

Sup

erviv

ient

es Tiempo(min)NºSupervivientes

21

Variación numérica de una población microbiana Dependientes deltiempo de permanencia a diferentes temperaturas

5 10 15 20 25 30

Tiempo (horas)

Log N

(Unidades formadoras de colonia)

22

Tasa de mortalidad de un gérmen vegetativo (Staphylococcus aureus) a diversas temperaturas y correspondientes valores “D”

Duración del calentamiento (Seg.)

65ºC

68ºC71ºC

23

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL VALOR DE “K”

El valor de la constante de velocidad de destrucción (K), es principalmente f (°T) y esta dependencia es representada según ARRHENIUS por la fórmula:

K = Ko е-Ea/RT

La velocidad de Rx. deterioro aumenta exponencialmente con la temperatura, es decir por c/∆10°C, la velocidad se duplica y triplica.

24

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL VALOR DE “K”

Esto significa que las células microbianas al igual que las moléculas químicas, requieren absorber una cierta cantidad de energía de activación, para que se produzca su inactivación.

Por lo tanto, la velocidad de Rx. No es proporcional al número total de mos., sino al número de mos., que poseen la Ea necesaria.

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Distribución Normal de Energía en Microorganismos

La distribución de energía de las MOLÉCULAS o de las CÉLULAS microbianas, sigue una distribución dada por la Ec. De Maxwell.

Ne/N = 2/√ (Ea/RT)1/2 (e-Ea/RT)

Donde:

Ne= Número de microorganismos inactivados

N= Número total de microorganismos

R= Constante Universal de los gases

T= Temperatura Absoluta

Ea= Energía de activación

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Distribución Normal de Energía en Microorganismos

La Ec. De Maxwell.

Ne/N = 2/√ (Ea/RT)1/2 (e-Ea/RT)

Energía Eo

NN° de

Microorganismos

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EFECTO DE LA VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA Y ENERGÍA DEACTIVACIÓN EN LA DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA DE MOS.

(I): Aumento de células con el nivel de Ea

Figura 1: Efecto de la variación de la temperatura y energía de activación en la distribución de energía de microorganismos.

N N

Ea Eo Ea

Fig. A Fig. B

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LETALIDAD DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

Bacterias

Proceso de Oxidación Proceso de Coagulación de las

Proteínas de la célulaORDEN DE MUERTE /CALOR

HÚMEDO(ES DE NATURALEZA LOGARÍTMICA)

*Calor seco*Calor húmedo

Bacterias

(Inactivación Enzimática)

No pueden ser ciertas porque:

Que la muerte bacteriana puede ocurrir únicamente por la destrucción de una sola molécula VITAL.

Contenía el 80%(Catalasa activa)

Los tecnólogos

de alimentos

Adoptaron TMT o TDT, para el procesado de alimentos enlatados

Considerando:*ºT Constante*/Calentamiento

Suspensión con99% células muertas

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Variables Relacionados con el efecto letal

Valores Concepto

DTiempo de reducción térmica decimal, para destruir el 90% de microorganismos de una población dada.

F

Es el tiempo requerido para producir una reducción microbiana de 12 CICLOS LOGARÍTMOS (12 D), a cualquier temperatura letal.F (250ºF) = 12 D; D = 0.21 (C. botulinum) = 2.52´

Z

Número de grados de temperatura requeridos, para variar el valor “F” en 10 veces.Ej.: Z = 18ºF; (C. botulinum)

Suspensión C. botulinum

N0 = 6x1010 esporas viables.----------- Nf = 1x10-1 (250ºF)30

VARIACIÓN DE “F” CON LA TEMPERATURA

F Log F

F

F0

ºT T T0

Fig. A Fig. B

m(

En la Fig. A, se puede comprobar que el Valor “F”, dependede la Temperatura, mostrando una correspondencia

inversamente proporcional. 31

Figuras de Reducción de Carga Microbiana

103

102

101

100

Log F

F

F0

Log F

245

24.5

2.45

] ºT cste. T T0 121 139 157ºF

D

Fig. 1: Supervivencia Fig. 2: TMT

m( m(Z

Fig. 3: Variación TMT

Log a - Log b = 1

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MÉTODOS DESARROLLADOS PARA EL CÁLCULODEL TIEMPO DE TRATAMIENTO TÉRMICO

El referido tiempo, conocido también por LETALIDAD DEL PROCESO, es una f (2 fuentes de información), establecidas empíricamente.:

1) Curva de penetración de Calor

2) Curva de destrucción térmica del microorganismo contaminante a ser destruido.

Los métodos más importantes usados para tal propósito son:

1. Métodos gráficos:

*Método General Original, desarrollado por BIGELOW-1920

*Método General Mejorado, investigado por BALL y STUMBO (1953)

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MÉTODOS DESARROLLADOS PARA EL CÁLCULODEL TIEMPO DE TRATAMIENTO TÉRMICO

2. Métodos Matemáticos:

Basado en la letalidad del (p.m.f), investigaciones realizadas por: *BALL-Original 1953

*BALL y OLSON, Mejorado 1957

*STUMBO, 1953

*NAYAKAWA, 1969

*LENT y LUND, 1978

Basado en el desarrollo de un método Integral

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MÉTODOS DESARROLLADOS PARA EL CÁLCULODEL TIEMPO DE TRATAMIENTO TÉRMICO

3. MÉTODOS NUMÉRICOS COMPUTARIZADOS

*TEIXEIRA, 1969

*MANSON, 1971

*NAYAKAWA, 1977

*GIANNONI SUCCAR, 1977

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CÁLCULO DEL TIEMPO DE PROCESAMIENTO TÉRMICO(MÉTODO GRÁGICO: Método General Original de BIGELOW)

INTEGRACIÓN GRÁFICA

Distintos efectos letales, Proveniente de las diferentes combinaciones: Tiempo y Temperatura(Proceso térmico)

Tiempo (min)

T(p.m.f) TR (ºF) F (min) L = (1/F) x

12.. n

T1

T2

.

.Tn

T0i

.

.

.T0f

F1

F2

. F0x101/Z (T-T0)

.Fn

1/F12 x ()

.

.

.1/Fn(n+1) x ()

pt = 1/F (promedio) X Intervalo de tiempo:

5 a 25’ - 10 a 40’ (20 a 30’)

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CURVAS DE PENETRACIÓN DE CALOR(Retortas y p.m.f de conservas de salchichas enlatada)

CPC ( R )

CPC ( E )Valor F

Duración del calentamiento (min.)

Temp.( ºC)

CVL

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CURVAS DE PENETRACIÓN DE CALOR(Retortas y p.m.f de conservas de salchichas enlatada)

Temp. R ( ºF) Temp.(p.m.f)

Letalidad (1/F)

TiempoTiempo

Tiempo38