conservacion por calor de los alimentos
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CURSO DE CURSO DE CAPACITACIÓNCAPACITACIÓN
Ing. William M. Ramos AroEspecialista en procesos térmicos de alimentos
Requiere la transmisión de calor desde un foco caliente a
un alimento más frío. La transmisión de calor se aplica,
por ejemplo, en la cocción, el horneado, el secado, la
pasteurización, la esterilización... Es la operación
unitaria más aplicada en la industria alimentaria.
Tratamiento térmico = transmisión de calor
Entre las operaciones de conservación, el tratamiento
térmico es un procedimiento físico empleado
para aumentar la vida útil de los alimentos debido a la
acción letal del calor sobre los microorganismos (desnaturalización térmica de sus proteínas, que inhibe la actividad
metabólica general, dependiente de reacciones enzimáticas).
Alimentos poco ácidos (pH > 4.5) (los de mayor riesgo) >
Alimentos ácidos (pH 4.0 - 4.5) (no germina Cl. botulinum) >Alimentos muy ácidos (pH < 4.0) (no crecen los esporulados)
- Factores intrínsecos, relativos a la población microbiana
- Factores extrínsecos, relativos al medio (actividad de agua, pH,
composición química)
Factores de letalidad térmica
Termorresistencia:
termófilos > mesófilos > psicrófilos
bacterias esporuladas > formas vegetativas
levaduras y mohos > bacterias
Cinética de letalidad térmica
Para caracterizar la resistencia de un microorganismo (o de cualquier
sustancia sensible) frente al calor se emplean dos valores: D y Z. Para
caracterizar la intensidad de un tratamiento térmico se usa el valor F.
La destrucción de microorganismos por el calor sigue un curso
logarítmico, lo que indica que, a una temperatura dada, en tiempos
iguales se destruyen porcentajes idénticos de microorganismos.
0,00E+00
2,00E+05
4,00E+05
6,00E+05
8,00E+05
1,00E+06
1,20E+06
0 20 40 60 80
t
N
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
0 20 40 60 80
tlo
g N
Cinética de letalidad térmica. Valor D
Tiempo de reducción decimal (D). Tiempo necesario a una
temperatura determinada para destruir el 90% de los
microorganismos presentes. (Depende de o, T y medio.)
Gráfica de supervivencia
D = t/(log N0 - log Nt)
Para N0 = 10Nt, t = D
t = tiempo de calentamiento
(minutos)
Nt = número de microorganismos
tras el tratamiento térmico
N0 = número de microorganismos
originalmente presentes
1
Por semejanza triángulos:
D/1 = t/(logN0-logNt)
Cinética de letalidad térmica. Valor Z
Constante de resistencia térmica (Z). Número de grados
centígrados que es necesario aumentar la temperatura para que
el valor D disminuya a la décima parte de su valor. (Depende de
o. y medio.)
Gráfica de termodestrucción
o de letalidad térmica
Z = (T2 - T1) / (log D1 - log D2)
Para D1 = 10D2, Z = T2-T1
Z = número de grados (ºC)
T1 y T2 = temperaturas de tratamiento
(ºC)
D1 y D2 = valores D a las
temperaturas anteriores
pte. = (log D2 – log D1) / (T2 – T1) = - 1/Z
b
a
1
Z/1 = (T2-T1)/(logD1-logD2)
D1
D2
Tiempo de muerte térmica (F). Se define como el tiempo
necesario, a una temperatura definida, para reducir la
población microbiana presente en un alimento hasta un nivel
deseado. (Depende de o, T, medio y reducción deseada.)
Cada microorganismo presente en el alimento tiene su propio
valor F y el valor F que habrá que aplicar será el más elevado
de ellos (o diana).
Cinética de letalidad térmica. Valor F
F = D (log N0 - log Nt)
Cuando el valor F se refiere a 121 ºC se designa como F0.
N0 = 10 Nt F = D
N0 = 100 Nt F = 2D ...
N0 = 106 Nt F = 6D ...
F = n D
Concepto 12D :
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 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).
F0 = D (log N0 - log Nt) = 12D N0/Nt = 1012
F0 = 12 x 0.21 = 2.52 min
Ejemplo: para las cepas más termorresistentes de Cl. botulinum
D121 = 0.21 min, entonces, una reducción 12D sería:
Cinética de letalidad térmica. 12D
En los tratamientos térmicos se intenta conjugar la consecución de
la esterilidad comercial con el mínimo deterioro posible de las
propiedades nutritivas y sensoriales del alimento.
Influencia del calentamiento en la calidad del producto
Este deterioro depende
de:
- tiempo del proceso
- temperatura del proceso
-composición y
propiedades del alimento
Cl. botulinum: Z = 10 ºC
Vit. B1 (espinacas): Z = 25 ºC
Z = 25 ºC
Z = 10 ºC
log F
T
Esterilidad
Deterioro
E, DeNo E, De
No E, No De
E, No De
pte. = (log D2 – log D1) / (T2 – T1) = - 1/Z
Influencia del calentamiento en la calidad del producto
Cambios producidos en la calidad sensorial:
Textura
Lesión de membranas celulares Pérdida de consistencia
Desnaturalización de proteínas Solidez, gelificación
Gelatinización del almidón Gelificación
Color
Degradación de pigmentos y vitaminas Decoloración
Reacciones de Maillard Oscurecimiento
Aroma
Pérdida de compuestos volátiles Pérdida de aroma
Formación de aromas desagradables
Maillard, pirazinas Olor a quemado (o tostado)
Oxidación Olor a rancio
El calor se transmite desde una materia caliente a otra
más fría en un proceso dinámico. Su velocidad de
transmisión depende de la diferencia de temperaturas
existentes entre ellas y es mayor cuanto más grande
sea ésta.
El calor pasa de una sustancia a otra atravesando un
medio, que ofrece cierta resistencia al flujo de calor.
Fundamentos de la transmisión de calor
Velocidad de
transmisión =
de calor
Diferencia de temperaturas
Resistencia del medio al flujo de calor
El calor se puede transmitir de tres maneras distintas, por
conducción, por convección y por radiación.
En la conducción las moléculas vecinas intercambian
directamente energía molecular desde la sustancia más
caliente a la más fría.
En la convección el calor se transmite debido a movimientos
de moléculas en un fluido, debido a cambios en la
densidad (convección natural) o a un movimiento forzado.
En la radiación la energía térmica se transmite por medio de
ondas electromagnéticas.
Fundamentos de la transmisión de calor
Intercambiadores de calor: equipos industriales
Los sistemas de tratamiento continuo de productos sin
envasar precisan de intercambiadores de calor, elegidos
según el tipo de producto.
El intercambiador de calor se diseña para que un producto
sea calentado o enfriado utilizando otro medio auxiliar
(fluido témico) como fuente o receptor del calor. El vapor
es el medio más usado en los procesos de
calentamiento, y el agua en los de refrigeración.
Intercambiadores de calor: equipos industriales
La transferencia de calor se describe por:
Q = U x A x T1 = M x Cp x T2
donde
Q= cantidad de calor transferido
U = coeficiente de transferencia
A = superficie disponible para la transferencia de calor
T1 = dif. de temperatura entre fluido térmico y alimento
M = masa a calentar
Cp = calor específico
T2 = cambio de temperatura del alimento
Intercambiadores de calor: equipos industriales
Existen diseños de intercambiadores de calor con distintas
geometrías y materiales. Los sistemas indirectos utilizan
una superficie para la transferencia de calor que
mantiene separado el producto de los medios empleados
para calentamiento o refrigeración. Como ejemplos están
los intercambiadores de calor tubulares, de superficie
raspada y de placas.
Los sistemas directos permiten la mezcla íntima del
producto con los medios calefactores, como son los
sistemas de inyección y de infusión de vapor.
Intercambiador de
superficie raspada
Fuente: Rees y Bettison, 1994
Intercambiadores de calor: equipos industriales
Distintas configuraciones
de intercambiadores
tubulares
PRODUCTO
Esquema de un
Intercambiador de calor
de superficie barrida
Intercambiadores de calor: equipos industriales
Intercambiador de calor de tubos concéntricos
Intercambiadores de calor: equipos industriales
Flujo del producto a través de un intercambiador de placasFuente: Rees y Bettison, 1994
Intercambiadores de calor: equipos industriales
Objetivos:
- Alimentos de pH > 4.5: Seguridad. Destrucción de gérmenes
patógenos (por ej., Mycobacterium tuberculosis, Brucella,
Listeria) en leche y helados, y otros, como Salmonella, en
huevo líquido.
- Alimentos de pH < 4.5: Calidad (ej.: inactivación enzimática -
pectinesterasa, polifenoloxidasa- en zumos de frutas y
destrucción de levaduras salvajes y residuales en cerveza.)
Pasteurización
La pasteurización pretende la higienización de un producto
destruyendo los microorganismos patógenos no esporulados,
para que sea consumido en un corto plazo.
Tipos de pasteurización:
- BAJA: 62 - 68ºC 30 minutos
Proceso discontinuo, volúmenes pequeños, envasados.
Se realiza en tanques de doble pared con agitación.
- ALTA o H.T.S.T. (high temperature, short time):
72 - 90ºC 15 - 30 segundos
Sistemas de flujo continuo con cambiadores de
calor
- RELÁMPAGO (“flash”): 88 - 97 ºC 1 - 12 segundos
Pasteurización
Se pueden pasterizar alimentos envasados en tanques de agua
caliente o en estufas de aire, aunque se utiliza mucho más la
pasterización en continuo de alimentos no envasados. La
pasterización no requiere un envasado aséptico. Envases
típicos son botellas de vidrio o plástico, bolsas de plástico, etc.
Termización: Proceso en flujo continuo similar a la pasterización
H.T.S.T. pero con un tratamiento menos intenso en tiempo y
temperatura (63 - 65 ºC 10 -15 segundos). Destruye bacterias
psicrótrofas pero no microorganismos patógenos.
Pasteurización
1) cambiador-regenerador de calor
2) cambiador-pasteurizador
3) cambiador-refrigerador
Fuente: J.A. Ordóñez, 1998
Pasteurización
Diagrama de flujo de un
pasteurizador continuo
con cambiadores de
calor
Pasteurización
Esquema de una planta de pasteurización
Pasteurización
Detalle de un pasteurizador continuo con
cambiadores de calor
Un alimento estéril comercialmente se puede definir como
un producto que ha sido sometido a un tratamiento
térmico tal, que se encuentra exento de microorganismos
importantes, por lo que no se altera en condiciones
normales de almacenamiento, ni supondrá un peligro para
la salud del consumidor.
Esterilización por calor
Esterilización
Discontinuos: autoclaves De alimentos
envasados
135 - 150ºC2 - 6 segundos
(leche: 3 meses)
Tipos de Esterilización
De alimentos sin envasar:
UHT
Continuos: Hidrostático,
tambor espiral
Procesos indirectos
Procesos directos
110 - 125ºC20 - 40 minutos
(leche: 6 meses)
Esquema de un autoclave discontinuo
Fuente: J.A. Ordóñez, 1998
Esterilización discontinua
En un sistema discontinuo, el
autoclave se llena de
producto, se cierra y
posteriormente se inicia un
ciclo de calentamiento.
Pueden ser verticales u
horizontales y se utilizan
para productos enlatados.
Esquema de un autoclave con pulverización de agua
Fuente: Rees y Bettison, 1994
Esterilización discontinua
La refrigeración en el interior del
autoclave debe ser rápida y
suficiente para reducir la presión
interna de las latas antes de
exponerlas a presión atmosférica
(hasta 35 - 40 ºC).
Esterilización discontinua
El autoclave se puede calentar con vapor, vapor/aire o agua.
La presión en el interior de las latas se contrarresta
parcialmente por la presión de vapor en el autoclave.
Esquema de un esterilizador hidrostático
Fuente: J.A. Ordóñez, 1998
Esterilización continua de alimentos envasados
Cuando la producción es
muy elevada se utilizan
sistemas de autoclave
continuos. Los
principales son el
esterilizador hidrostático
y el sistema tambor y
espiral.
Recorrido de las latas en un autoclave de tambor y espiral
Fuente: Rees y Bettison, 1994
Esterilización continua de alimentos envasados
El sistema de tambor y espiral somete las latas a cierta rotación
que agita su contenido y acelera la transferencia de calor.
La primera cámara es de precalentamiento. En la segunda,
presurizada, se produce el tratamiento térmico.
Esterilización continua de alimentos envasados
El tratamiento UHT se realiza a 135 - 150 ºC y durante 2 - 6
segundos. El envasado debe ser aséptico.
El tratamiento UHT puede ser:
Indirecto: calentamiento con intercambiadores de calor
de placas
tubulares
Directo: calentamiento por contacto directo con vapor
inyección (vapor en leche): Uperización
infusión (leche en vapor)
UHT
Diagrama de flujo del proceso UHT indirecto
Fuente: J.A. Ordóñez, 1998
UHT
válvula de desvío
Envasado aséptico
Diagrama de flujo del proceso UHT directo por inyección (uperización)
UHT
Envasado aséptico
Precalentamiento 75-80 ºC
Vapor 10%
Cámara expansión
Inyección 150 ºC dilución 10%
Curso térmico del proceso UHT:
Arriba, UHT directo
Debajo, UHT indirecto.
UHT
En los sistemas de flujo continuo el
tiempo de tratamiento viene
determinado por la longitud de la
sección de mantenimiento.
Envasado aséptico
(“tetrabrik”) empleado con
el proceso UHT
Fuente: J.A. Ordóñez, 1998
UHT