UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL) / ASIGNATURA : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234) PROFESOR : Elton F. Morales Blancas

VELOCIDAD DE DESTRUCCIÓN MICROBIANA EN PROCESOS TERMICOS Generalidades La inactivación de los microorganismos mediante calor es una operación fundamental en la preservación de alimentos. Los conceptos y procedimientos desarrollados en la Teoría del Cálculo de los Procesos Térmicos son aplicables para cualquier proceso donde el calor es utilizado para desactivar microorganismos e inducir cambios químicos que afectan la calidad. El término Esterilización, se refiere a la consecución de la Esterilidad Comercial, definido como la condición de la cual se eliminan los microorganismos que causan enfermedades peligrosas para la salud y que son capaces de crecer en el alimento bajo almacenamiento y distribución no refrigerado normal. Principios de los Cálculos del Proceso Térmico

Considerando una suspensión de esporas sometidas a una temperatura constante letal T. La velocidad de destrucción de las esporas de los microorganismos es dada por:

NKdtdN

T=− (1)

Esto es equivalente en términos de logaritmos comunes a:

( )TD

1dt

logNd= (2)

donde:

TK2.303D = (2a)

Así, una grafica que muestre el logaritmo de la concentración (N) de esporas sobrevivientes versus el tiempo es una

línea recta denominada curva de sobrevivencia. El coeficiente DT es una característica del tipo de esporas en el medio bajo consideración y se ha determinado experimentalmente que varía con la temperatura de acuerdo a:

z10DD /)TTref(TrefT

−= (3) donde: DT = valor D (tiempo de reducción decimal para reducir la población microbiana en un 90% a la

temperatura T Tref = Temperatura de referencia arbitraria DTref = valor D a la Tref. Z =ASconstante de resistencia térmica, característico de cada microorganismo, el cual puede ser

considerado constante sobre las condiciones normales de procesamiento.ANDO,

Considerando un solo tipo de espora suspendida en un alimento enlatado el cual es calentado y enfriado durante un proceso térmico, la temperatura en un punto dado en el interior del tarro es función del tiempo, T(t). El cambio en la

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL) / ASIGNATURA : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234) PROFESOR : Elton F. Morales Blancas concentración de esporas en aquel punto puede encontrarse sustituyendo la Ec. (3) en la Ec. (2). Integrando entre los tiempos to y t donde la concentración de las esporas es No y N, respectivamente, tenemos:

( ) ∫∫ −=−

t

toT(t))/(Tref

N

No Tref z10

dtD

1logNd (4)

Evaluando el lado izquierdo de la Ec. (4) se tiene,

−= − = ∫Tref

tz

Tref (Tref T(t))/to

dtF D (logNo logN) z10 (5)

donde donde: No = Concentración inicial de las esporas en el alimento, y su valor es establecido experimentalmente.

N = Concentración final segura establecido por la Entidad de Salud Pública o por consideraciones de velocidad de esporulamiento.

El lado izquierdo de la ecuación entrega una relación entre F y el cambio de la concentración de esporas. Así, se

puede hablar de un valor de “F requerido”:

= −Trez

f requerido Tref(F ) D (logNo logN) (6)

El lado derecho de la Ec. (5) relaciona F con la historia tiempo-temperatura del proceso, T(t), que las esporas han experimentado entre los tiempos t y to. Así, podemos hablar del valor “F del proceso”:

∫ −=

t

toT(t))/(Trefproceso

zz10

dt)F( Tref (7)

El subíndice Tref de F indica que el efecto integrado tiempo-temperatura sobre las esporas es equivalente al tiempo

F en minutos a una temperatura constante Tref.

Las temperaturas de referencia común son 250ºF para alimentos no-ácidos y 212ºF ó 200ºF para productos ácidos. El sobreíndice z enfatiza que se considera sólo un tipo de espora.

Entonces, la “LETALIDAD” de un proceso se define de la siguiente manera:

requeridoz

f

procesoz

)(F

)(FLetalidad

Tre

Tref= (8)

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∫ −=

t

toT(t))/(Tref

requeridoz z10

dt)(F

1 LetalidadTref

(8a)

En la literatura especializada el término es denominado el “Tiempo de

Destrucción Térmica” (TDT) el cual es el tiempo requerido para destruir todos los microorganismos capaces de esporular el alimento. Así, se tiene:

z10)(F T(t))/(Trefrequerido

zTref

−

∫=t

toTDTdtLetalidad (8b)

“La LETALIDAD debe ser al menos la UNIDAD para que la ESTERILIDAD COMERCIAL sea alcanzado”. Valor esterilizante aceptable para los procesos

En la actualidad un alimento enlatado es procesado hasta alcanzar una Esterilidad Comercial.

La Esterilidad comercial implica la desactivación o destrucción de todos los microorganismos que ponen en peligro la salud pública hasta muy baja probabilidad de sobrevivencia.

Para los alimentos enlatados, el microorganismo crítico es el Clostridium botulinum. El concepto 12 decimal (12D) como el tiempo de proceso mínimo para la destrucción del C. Botulinum en alimentos enlatados es aceptado en principio por las Agencias reguladoras y la Industria Conservera. Sin embargo, su interpretación ha cambiado desde un literal 12 reducciones decimales (12D) a aquella que ahora es generalmente aceptado como la probabilidad de sobrevivencia de 10-12 (N = 10-12 esporas/g).

La última interpretación significa una dependencia del proceso mínimo de acuerdo al concepto 12D sobre la carga de esporas iniciales (No). Así, los materiales empacados que tienen cargas de esporas muy bajas no requerirán procesos tan severos como ciertos productos tales como los hongos, que pueden tener niveles de esporas muy altas.

Por otro lado, el esporulamiento de microorganismos que no dañan la salud pública se denomina “Esporulamiento Económico”. Los microorganismos esporulados frecuentemente tienen una mayor resistencia al calor que el C. botulinum y su desactivación o destrucción es la base para el diseño del proceso térmico en algunas plantas conserveras. Métodos de cálculo y evaluación de procesos térmicos • El Cálculo se refiere a encontrar un tiempo de proceso (t) que nos va a producir una letalidad preestablecida. Es decir, se

busca determinar el tiempo t para un ciclo de calentamiento y enfriamiento, el cual produzca que

requeridoz

procesoz )(F)(F TrefTref ≈

• La Evaluación se refiere a la determinación de la letalidad o valor F para un proceso de una duración dada. Por ejemplo

conociendo los valores de z, Tref y T(t) entre los tiempos to y t, evaluar la integral de la Ec. (7).

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Para ambos casos se requieren los parámetros de destrucción térmica propios del microorganismos (D y Z). Así como los parámetros de penetración de calor obtenido a partir de las curvas de enfriamiento y calentamiento para el punto más frío (pmf) del tarro.

a) Método “Gráfico” original

Utilizando el “Método General Original” propuesto por Bigelow (1920) se grafica:

vs.tTDT

1

El fundamento de éste método es evaluar el área bajo la curva, resultando éste en unidades de Letalidad.

b) Método “Gráfico” mejorado Si se utiliza el “Método General Mejorado” propuesto por Ball (1928), se grafica:

vs.tz101

T(t))/Tref−

resultando el área bajo la curva en unidades de F (minutos).

Para evaluar en ambos casos el área bajo la curva es ajustada mediante ensayos y errores hasta que la letalidad sea

igual a la unidad, para el primer caso, o hasta que , para el segundo caso. requeridoz

procesoz )(F)(F TrefTref ≈

Para calcular el área bajo la curva se puede utilizar cualquier método numérico de integración como la Regla de Simpson, el método Trapezoidal, etc. “Siempre que sea posible, será preferible evaluar el proceso de letalidad directamente de los datos experimentales tiempo-temperatura”