CINETICA DE LA DESTRUCCION DE LOS

MICROORGANISMOS

Destrucción de los MO por el calor

A. Teoría de la evaluación del PROCESADO TERMICO con respecto a la muerte o inactivación de los MO pH. Bigelow (1921) y Ball (1923).

B. Determinación de la destrucción térmica de los MO explicado de acuerdo con un PROCESO ESTADISTICO. Gillespy (1946), Jakobsen (1954) y Stumbo (1973).

1. EFECTO DEL TIEMPO DE PROCESO

A. Cuando las bacterias o las esporas se exponen al calor, mueren a una velocidad exponencial que es posible determinar a partir de una gráfica semilogarítmica

Datos de supervivencia de esporas bacterianas a distintos intervalos de tiempo

Tiempo (min) Esporas/mL

0 8000 10 1900 20 270 30 60 40 10 50 2

0 10 20 30 40 50 60 70

Un cultivo que contiene 8000 esporas/ml se divide en varios recipientes y se somete a una temperatura de 245º¨F

A. Cuando las bacterias o las esporas se exponen al calor, mueren a una velocidad exponencial que es posible determinar a partir de una gráfica semilogarítmica

0 10 20 30 40 50 60 70

• Los datos se localizan en una grafica semilogarítmica de cuatro ciclo y se ajusta como una línea recta.

• A la linea ajustada le toma 14 min cruzar cada ciclo logarítmico, lo que indica que el numero de esporas disminuye 10 veces cada 14 min.

• Se requiere 14 min para pasar de 100 a 10 supervivientes, otros 14 min para ir de 10 a 1

• D = 14 min y la pendiente de la línea es

Pendiente = 1/ 14 = 0.0714

La ecuación de la línea es

Log (S) = log (8000) – 0.0714t

O, en la forma exponente de 10:

S= 8000(10) – 0.0714t

1 ci

clo

log

D = 14

B. TEORIA - PROCESO ESTADISTICO

• los MO y sus esporas mueren a cualquier temperatura (T).

• cuanto > sea T, > será la probabilidad (P) de que tenga lugar la muerte.

• la P de cada espora de escapar a la destrucción no cambia con el tiempo (t).

• define la resistencia térmica de un determinado MO a una T concreta.

continua..

S : Numero de supervivientes después de un tratamiento térmico que se prolonga durante un tiempo.

S = N . P t

Donde:

P : Probabilidad de escapar a la muerte por unidad de tiempo.

N : Numero inicial de esporas de idéntica resistencia térmica.

Tomando logaritmos decimales:

log S = log N +t log P

Ecuaciones que expresan la destrucción de los MO

continua..

Curva de supervivencia teórica para un determinado MO

a una temperatura concreta

El tiempo de exposición54.84.64.44.243.83.63.43.232.82.62.4

log

S (

nu

mero

de s

up

erv

ivie

nte

s)

tiempo de proceso (min)0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

log S = log N - 0.3704 t

continua..

Pendiente de la curva:

d (log S) = log ( P) d t

ordenadas

absicas

Como la probabilidad (P), de sobrevivir al tratamiento toma valores comprendido entre 0 y 1, su log será negativo (-).

☺ la pendiente de la curva de supervivencia (recta) tendrá la pendiente negativa

log S = log N - 0.3704 tSi se hace:

log P = - 1 D continua..

log S = log N - 1 t D

continua..

En la forma exponencial:

S = N .10 – t/D ¿Qué es D?

• se denomina D al tiempo necesario para que la recta recorra un ciclo log (una unidad de ordenadas).

• se conoce como el tiempo de reducción decimal y se expresa usualmente en minutos.

• es un parámetro y se puede expresar en función de (D) la duración del tratamiento térmico (t)

t = n . D

Si log P = - 1 D

se hace: P = 10 – 1/D PD = 10-1

Si n = 1 para una reducción decimal:

t = (1) . Dentonces: t = D

S = N . P t S = N .10 – t/D S = N .10 – D/D S = N .10 – 1 P t = P D = 10 – 1 = 0.1

Después de este tratamiento se puede esperar que sobrevivan un 10% de los MO iniciales

Caso teórico de destrucción térmica

Numero de reducciones

n

% de supervivientes

% de destrucción

tiempo mínimo de proceso t = n . D

1

2

3

4

5

6

1D

2 D

3 D

4 D

5 D

6 D

10

1

0.1

0.01

0.001

0.0001

90

99

99.9

99.99

99.999

99.9999

La curva representada en coordenadas decimales es asintótica con el eje del tiempo, por lo que será necesario que transcurra un tiempo infinito para que el numero de supervivientes sea cero

So

bre

vivi

ente

s

100%

Lo

gar

itm

o d

e lo

s so

bre

vivi

ente

s

Tiempo (horas)

Como existe una relación logarítmica entre los supervivientes y el tiempo de tratamiento nunca podremos garantizar la destrucción total de los MO presentes en un alimento.

Si se pretende producir alimentos sin comprometer la salud publica, será necesario que la probabilidad de supervivencia aceptada para los MO patógenos sea muy baja.

Para alimentos de baja acidez se recomienda que esta probabilidad sea de 10 -12 o mayor, lo que corresponde a un tiempo mínimo de proceso t = 12 D con lo que se consigue un 99.999999999% de destruccion de los MO iniciales.

Origenes del Concepto del Proceso 12-D

Proceso 12D = Proceso térmico (tiempo/temperatura) que reducirá la población de esporas del Clostridim botulinum en 12 ciclos logarítmicos

• Requerido para alimentos de baja acidez (pH > 4.6) alimentos enlatados esporas del C. botulinum 100 esporas/lata

proceso 12 D esporas del C. botulinum 10 -10 esporas/lata

posibilidad (1 en 1010)

Complete destruction of 60 billion spores of B. Botulinus (Esty and Meyer, 1922)

Esty and Meyer

Initial and Final

Survivors

Logarithm Cycle Number Number of zeros

60 Billion------ 11 100 Billion 11

10 10 Billion 10

9 Billion 9

8 100 Million 8

7 10 Million 7

6 Million 6

5 100 Thousand 5

4 10 Thousand 4

3 Thousand 3

2 Hundred 2

1 Ten 1

0 One 0

No Growth------ -1 One in Ten (1/10) -1

-2 One in Hundred (1/100) -2

a billion is 109 = 1 000 000 000 in the American system

Clostridim botulinum:

• Familia: Grupo II de Bacillaceae Bacillus botulinus (Emile Pierre van Ermengem 1895)

2. EFECTO DE LA TEMPERATURA DE PROCESOUn cultivo que contiene 8000 esporas/ml se divide en varios recipientes y se somete a temperaturas de T1 (230), T2 ( 245) y T3 (260)º¨F

• Los datos resultantes se ajustan a las curvas de la figura y a partir de esta se obtiene los siguientes valores D

Figura: Curva de supervivencia para determinar los valores D

D230 = 40 min, D245 = 14 min, D260 = 5 min

Tiempo de reduccion decimal (D) es el tiempo necesario para reducir la densidad de una población al 10% del original a una T determinada

260º

230º

245º• Los valores D están en función de la Temp

• Cuando aumenta la Temp, la velocidad de destrucción de esporas aumenta y D disminuye

• El valor D es una función exponencial de la Temp continua..

100

10

1

220 240 260

Log

D

Temperatura ºF

Figura: Curva de resistencia térmica para determinar el valor Z

Z = 32 ºF

• Cuando los valores D se ploetean en una grafica semilogarítmica, la curva resultante, se conoce como curva de resistencia térmica.

• Los puntos ajustados corresponde a una línea recta.

• La línea atraviesa un ciclo log cada 32ºF, lo que es lo mismo una disminución de D cada 32ºF este es el valor de Z del MO en particular.

• Z es el parámetro cuyo valor es la inversa de la pendiente de la recta

Pendiente = 1/ 32 = 0.03125

La ecuación de la línea es

Log (D) = log (104.32)– 0.03125T

Si selecciona una Temp de referencia (Tref) y se mide D a esta temp (Dref), entonces la la ecuación tiene la forma:

Log (D) = log (Dref) – (T- Tref) Z

continua..

1000

• Por lo general la Temp de referencia que se selecciona es 250ºF (121.1ºC) para la espora del C. botulinum, el cual tiene un valor Z de 18ºF (10ºC) y un D 250 = 0.21 min

Thermal Resistance of Spore Formersused as a Basis for Thermal Processing

Microorganism D250-value, min. Z-value, C

B. stearothermophilus 4.0 7.0

B. subtilis 0.48-0.76 7.4-13.0

B. cereus 0.0065 9.7

B. megaterium 0.04 8.8

C. sporogenes 0.15 13.0

C. sorogenes (PA 3679) 0.48-1.4 10.6

C. botulinum 0.21 9.9

C. thermosaccharolyticum 3.0-4.0 8.9-12.2

o

3. CURVA DE MUERTE TERMICA

t = n . DFigura: Curvas de resistencia termica

(D) y curva de muerte térmica TDT

100

10

1

220 240 260

Log

D

Temperatura ºF

Z = 32 ºF

t = 1 . D

t = 4 . D

t = 8 . D

t = 1 2. D

F = n . D

F = (LogN – log S) . D

• Tratamiento térmico de productos envasados.

• Reducir el numero de esporas en varios factores de 10.

• Reducir el numero de esporas desde una cuenta inicial de 103 a una cuenta final de 10-9, o una espora por 109 latas.

• PNSU, probabilidad de una unidad no estéril

3. CURVA DE MUERTE TERMICA

Figura: Curvas de resistencia térmica (D), curva de muerte térmica TDT

100

10

1

220 240 260

Log

D

Temperatura ºF

Z = 32 ºF

t = 1 . D

t = 4 . D

t = 8 . D

t = 1 2. D

F = ((LogN – log S) . D)

Log (D) = log (Dref) – (T- Tref) Z

(t = n . D)

Log (FT) = log (Fref) – (T- Tref) Z

F

• La línea F resultante es la curva de muerte térmica.

• La línea F tiene la misma pendiente y temperatura de referencia , pero esta desplazada hacia arriba.

• La letalidad de todos los puntos que componen cada recta es la misma

• Cada tratamiento se dispone de infinitas parejas de tiempo - Temperatura

3. CURVA DE MUERTE TERMICA

Figura: Curvas de resistencia térmica (D), curva de muerte termica TDT

100

10

1

220 240 260

Log

D

Temperatura ºF

Z = 32 ºF

t = 1 . D

t = 4 . D

t = 8 . D

t = 1 2. D

Log (FT) = log (Fref) – (T- Tref) Z

F

• Por lo tanto, la letalidad de un tratamiento vendrá definido por las coordenadas del punto (t – T) y la pendiente Z que indica el MO que se emplea como patrón,

Log (Fref) = log(FT) + (T- Tref) Z

En la forma exponencial:

Fref = FT.10 (T- Tref)

Z

Figura: